i. Verflüssigung
Die zur Verzuckerung eingesetzte Glucoseamylase ist ein Exoenzym, das Substratmoleküle am nichtreduzierenden Ende hydrolysiert. Um die Maltogenese zu fördern und die Verzuckerungsreaktion zu beschleunigen, ist der Einsatz von α-Amylase notwendig, die die makromolekulare Glucose in Maltodextrin und andere Zuckerarten spaltet. Die Kristallstruktur der Stärkepartikel bietet jedoch einen hohen Widerstand gegen dieses Enzym.
(i) Verkleisterung und Alterung
Wird Stärkemilch auf eine bestimmte Temperatur erhitzt, dehnen sich die Stärkepartikel aus und die polarisierte Struktur verschwindet. Bei höheren Temperaturen dehnen sich die Stärkepartikel weiter aus und erreichen ein Vielfaches ihres ursprünglichen Volumens. Durch die Ausdehnung der Partikel löst sich die Kristallstruktur auf, das Volumen vergrößert sich, die Partikel berühren sich und bilden eine gelartige Flüssigkeit. Selbst wenn nicht mehr gerührt wird, setzt sich die Stärke nicht mehr ab. Dieses Phänomen wird als Verkleisterung bezeichnet. Die entstehende klebrige Flüssigkeit heißt Stärkepaste; die Temperatur, bei der diese Paste entsteht, ist die Verkleisterungstemperatur.
(ii) Verflüssigung
Es gibt viele Methoden zur Verflüssigung, die ideale Methode ist die Strahlverflüssigung. Je nach Produktionsbedingungen des jeweiligen Werks wählt man bei einem Dampfdruck > 0,8 MPa das Hochdruckdampfstrahlverflüssigungsverfahren; bei einem Dampfdruck ≥ 0,5 MPa wählt man die Niederdruckstrahlverflüssigung. Das Strahlverflüssigungsverfahren wird in ein einmaliges Enzymverfahren und ein zweifaches Enzymverfahren unterteilt.
ii. Verzuckerung
Nach Abschluss der Verflüssigung den pH-Wert der Lösung rasch auf 4,2–4,5 einstellen und gleichzeitig auf 60 °C abkühlen lassen. Anschließend das Verzuckerungsenzym zugeben und die Temperatur bei 60 °C halten. Unter ständigem Rühren eine ungleichmäßige Verzuckerung gewährleisten. Nach der Reaktion mit wasserfreiem Alkohol prüfen und feststellen, dass kein Maltodextrin vorhanden ist, den pH-Wert auf 4,8–5,0 einstellen und die Lösung auf 80 °C erhitzen. Diese Temperatur 20 Minuten halten und anschließend filtrieren. Die filtrierte Flüssigkeit in einem Lagertank aufbewahren und bis zur weiteren Verwendung bei über 60 °C lagern.
iii. Filterung
Nach der Stärkeverzuckerung kann der DE-Wert bis zu 98 % betragen (variiert je nach Konfiguration und Kundenanforderungen). Bei der Stärkehydrolyse entstehen jedoch auch unlösliche Verunreinigungen, Asche, Fett, Proteine usw. Während der Hydrolyse selbst werden weitere Verunreinigungen hinzugefügt. Die Zugabe von Säure kann anorganische Salze, die Zugabe von Enzymen Proteine einbringen. Bei der Zersetzung entstehen Amylose und Oligose, in Nebenreaktionen 5-HMF sowie andere farbige Stoffe. Diese müssen entfernt werden, um die Qualität der Glucose und der Endprodukte zu verbessern. Daher ist nach der Verzuckerung eine Filtration erforderlich.
iv. Entfärbung
Die Entfärbung der enzymatisch verzuckerten Flüssigkeit erfolgt üblicherweise durch Einstellen des pH-Werts auf etwa 4,8. Da das Enzym selbst ein Protein ist und der pH-Wert der Lösung nahe am isoelektrischen Punkt der Proteine liegt, enthält die Lösung viele Schwebstoffe. Daher verwenden viele Betriebe zunächst einen Trommelfilter mit Diatomit-Vorbeschichtung oder setzen einen gebrauchten Aktivkohlefilter ein, um Proteine, Fette und Verunreinigungen zu entfernen, bevor die Entfärbung erfolgt. Die Farbe der enzymatisch verzuckerten Flüssigkeit ist hell. Daher wird üblicherweise zweimal mit Aktivkohle entfärbt und anschließend ein Eisenaustausch durchgeführt. Manchmal wird auch auf die Entfärbung mit Aktivkohle verzichtet und direkt ein Trommelfilter mit anschließendem Eisenaustausch verwendet.
v. Ionenaustausch (IX)
Durch die austauschbaren Ionen an den funktionellen Gruppen, die auf dem dreidimensionalen Netzwerkgerüst fixiert sind, kann durch Änderung der Ionenkonzentration und anderer Umgebungsbedingungen ein reversibler Austausch mit externen Ionen wiederholt werden, wodurch Ionentrennung, -austausch, -konzentration, Entfernung von Verunreinigungen und chemische Katalyse ermöglicht werden.
vi. Verdampfung und Konzentration
Je nach Verarbeitungsanforderungen und Technologie gibt es verschiedene Arten von Konzentratoren, wie z. B. kontinuierliche Verdampfung oder Chargenverdampfung, einmalige Verdampfung oder mehrfache Verdampfung.
vii. Kristallisation
Die Kristallisation ist der Prozess, bei dem eine Flüssigkeit in einen Feststoff übergeht und dieser abgetrennt wird. Sie ist auch die wichtigste Methode zur Erzielung von Reinheit. Die Kristallisation ist der wichtigste Verfahrensschritt bei der Kristallisation von Glucose. Sie beeinflusst direkt die Produktqualität und die Produktausbeute.
Es gibt verschiedene Kristallisationsverfahren für Glucose. Der Prozess ist recht komplex, insbesondere im Hinblick auf Produktqualität und -ausbeute. Im Folgenden wird der Prozess beschrieben:
(i) Einmaliger Kristallisationsprozess
(ii) Zweifacher Kristallisationsprozess
(iii) Produktionslinie für wasserfreie Glucose
viii. Trennung und Trocknung
Die Kristallisation ist der Prozess, bei dem eine Flüssigkeit in einen Feststoff übergeht und dieser abgetrennt wird. Sie ist auch die wichtigste Methode zur Erzielung von Reinheit. Die Kristallisation ist der wichtigste Verfahrensschritt bei der Kristallisation von Glucose. Sie beeinflusst direkt die Produktqualität und die Produktausbeute.
Es gibt verschiedene Kristallisationsverfahren für Glucose. Der Prozess ist recht komplex, insbesondere im Hinblick auf Produktqualität und -ausbeute. Im Folgenden wird der Prozess beschrieben:
(i) Trennung
Das Gemisch enthält nach der Kristallisation Kristallpartikel und nicht kristallisierte Flüssigkeit (üblicherweise Mutterlauge oder Grüntee genannt). Es ist notwendig, die kristallinen Glucosepartikel mittels Zentrifugalabscheider von der Mutterlauge zu trennen.
Die Flüssigkeitsmischung wird eingefüllt und anschließend durch die Zentrifugalkraft in Rotation versetzt. Dadurch werden die Kristalle aus der Mutterlauge in den Korb geschleudert und ausgetragen.
(ii) Trocknung
Zu den Glukosetrocknungsanlagen gehören Trommeltrockner, Luftstromtrockner, Wirbelschichttrockner usw. Einige Fabriken verwenden Sprühtrockner, um die hochkonzentrierte Glukoselösung direkt zu Pulver zu trocknen.
Der Trommeltrockner ist eine rotierende Trommel mit Dampfmantel. Die Trommel hat eine gewisse Neigung, Glukose kann von einer Seite zugeführt werden. Es handelt sich um eine langsame Strömung in der Trommel mit etwa 5 U/min. Ein Beispiel ist ein 1000 x 5000 mm großer Trommeltrockner mit einer Kapazität von rund 10 t/d.
Der Lufttrockner ist die am häufigsten verwendete Glukosetrocknungsanlage und besteht aus Lufterhitzer, Gebläse, Luftleitungen, Zyklonabscheider usw. Die abgetrennte Glukose muss zunächst zerkleinert und dann durch den erhitzten Heißluftstrom nach oben befördert werden.
ix. Maltodextrinherstellung
Maltodextrin wird in drei Hauptklassen unterteilt:
MD100: DE-Wert, %(m/m) kleiner als 10
MD150: DE-Wert, %(m/m) kleiner als 15
MD200: DE-Wert, %(m/m) kleiner als 20
x. WIP (Waschen vor Ort)
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