Производство и оптовая продажа крахмала разных видов / Закупка картофеля!
Подать заявку / Позвонить

Применение крахмалов в промышленности

В настоящее время крахмал используется в адгезивах, связующих, покрытиях, пенах, наполнителях, флокулянтах, пластиках, клеях и модификаторах вязкости.

Крупнейшим потребителем крахмалов является бумажная промышленность, получающая более 60% всего производимого крахмала. Ещё 15% использует пищевая промышленность и столько же - все остальные, вместе взятые, потребители. Адгезивы на основе крахмала составляют приблизительно 60% от общего количества натуральных адгезивов. В последние два десятка лет пластики на основе крахмала нашли применение в качестве упаковочных материалов, плёнок для мульчирования и составов для изготовления одноразовых изделий.

Бумажная промышленность является крупнейшим потребителем крахмала, благодаря его специфическим свойствам, а также относительно низкой цене и возобновляемости ресурсов. Различные виды крахмала используются на разных стадиях производства бумаги:

  • Добавление гидрофильных агентов, каким является крахмал, при размоле целлюлозы увеличивает набухание волокон, их гибкость и эластичность, способствует образованию дополнительных межволоконных связей в готовой бумаге.
  • На мокром конце бумагоделательной машины для повышения прочности бумаги, для придания упругости и устойчивости к истиранию и излому; также добавление крахмала в бумажную массу способствует удержанию наполнителя. Обычно для этих целей применяют ионные крахмалы, как катионные, так и анионные.
  • Для улучшения внешнего вида и типографских свойств бумаги, увеличения прочности, придания гидрофобности применяется поверхностная проклейка на формовочном прессе, где на одну или обе стороны частично высушенного полотна бумаги или картона наносится крахмал (обычно окисленный или карбоксилированный).
  • В случае мелования и нанесения покрытий крахмал служит и как составляющая покрытия и как адгезив.
  • В производстве картона крахмал применяется как для проклейки плоских слоёв, так и для склеивания листов гофрокартона.

Применение крахмала в пищевой промышленности

 

Пищевая промышленность является одним из крупнейших потребителей крахмала и крахмалопродуктов. Кроме того, большое количество крахмала продаётся в виде конечного продукта для домашнего использования. Крахмалы кассавы, саго и других тропических источников широко использовались до Второй мировой войны, но их потребление снизилось из-за разрушения мировой торговли. Для замены обычных крахмалов из незернового сырья попытались использовать крахмал восковидной кукурузы. В последние годы наблюдается увеличение интереса к крахмалу кассавы.

Немодифицированные и модифицированные крахмалы и глюкоза используются в пищевой промышленности с одной или несколькими из следующих целей:

  • Непосредственно как клейстеризованный крахмал, кисель и т.п.
  • В качестве загустителя, благодаря вязким свойствам (в супах, детском питании, соусах, подливах и т.д.)
  • Как наполнитель, входящий в состав твёрдого содержимого супов, пирогов
  • Как связующее для закрепления массы и предотвращения высыхания в процессе приготовления (колбасы и мясные продукты).
  • Как стабилизаторы, благодаря высокой способности крахмала удерживать влагу.

Функциональные свойства крахмалов, имеющие значение для пищевой промышленности приведены в таблице

Cвойства крахмалов, важные для пищевых продуктов
Специфическая вязкость Вкусовые ощущения, скользкость, послевкусие
Жидкое кипение Характеристики суспензии
Устойчивость к обработке кислотой и механическому сдвигу Клейкость (адгезивность)
Стабильность при замораживании-оттаивании Кристалличность
Текстура и консистенция геля при различных температурах Нейтральный вкус
Прозрачность или матовость Долгий срок хранения
Устойчивость к условиям переработки Гигроскопичность
Спосоность удерживать жиры Цвет
Устойчивость геля к ретроградации Неслёживаемость
Блеск Диспергируемость или набухаемость в холодной воде
Свойства текучести гелей Набухаемость и устойчивость к набуханию
Способность стабилизировать эмульсии Плёнкообразующие свойства

Ниже даны примеры применения крахмала его производных в некоторых продуктах

Хлебобулочные изделия

Хотя крахмал и так является основным компонентом муки, искусство хлебопечения не только от оборудования для пекарен, но в большой степени зависит от характеристик белка муки. Крахмал используется в печенье, увеличивая объём и придавая хрусткость. В Малайзии тапиоковый крахмал используется в сладком и несладком печенье и сэндвичах в количестве 5-10% для смягчения текстуры, добавления вкуса и делать печенья не слипающимися. Применение глюкозы в некоторых сортах дрожжевого хлеба и хлебобулочных изделий обладает несомненными преимуществами, так как глюкоза напрямую усваивается дрожжевыми клетками, вследствие чего, ферментация проходит полнее и быстрее. Она, кроме того, придаёт золотистый цвет корочке и продлевает срок хранения хлеба.

Кондитерские изделия

Патока и глюкоза широко применяются в качестве подсластителей в кондитерских изделиях. Кроме этих широко распространённых в кондитерской промышленности крахмалопродуктов, в ней также используются нативные и модифицированные крахмалы для производства многих видов конфет, таких как желейные конфеты, ирис, твёрдые и мягкие жевательные резинки, карамель, помадка и рахат-лукум. Основное применение крахмала в кондитерской промышленности состоит в производстве карамелей, кондитерской массы и других видов сладостей как ингредиент и при изготовлении изделий из расплава или для посыпки сладостей, чтобы предотвратить их слипание. Глюкоза предотвращает кристаллизацию леденцовой карамели и снижает гигроскопичность конечного продукта.

Консервированные фрукты, джемы и пресервы

Последнее достижение в этой области заключается в частичном замещении сахарозы глюкозой или патокой, не содержащей диоксида серы. Это помогает поддерживать необходимое соотношение твёрдых веществ без добавления избыточного количества подсластителей и, таким образом, подчеркнуть натуральный вкус фруктов. При этом снижается также склонность варенья к засахариванию (кристаллизации сахаров).

Глутамат натрия

Глутамат натрия 1-замещённый широко используется во многих регионах в виде кристаллического порошка как усилитель вкуса в мясных и овощных блюдах, супах, соусах и подливах. Крахмал кассавы и меласса являются основными растительными материалами в производстве глутамата натрия в странах Дальнего Востока и Латинской Америки. Крахмал обычно гидролизуют до глюкозы кипячением с растворами соляной или серной кислот в закрытых конвертерах под давлением. Глюкозу отфильтровывают и превращают в глутаминовую кислоту путём микробиологического синтеза. Образованную глутаминовую кислоту очищают, фильтруют и воздействуют на неё каустической содой для получения глутамата натрия, который затем сентрифугируют и высушивают в сушильных барабанах. Конечный продукт обычно содержит не меньше 99% вещества. Для получения 1 т глутамата натрия требуется 2,4 т крахмала (тапиокового) или 7 т мелассы.

Карамельный сахар

Карамельный сахар является пищевым красителем, используется для подкрашивания алкогольных и безалкогольных напитков и других пищевых продуктов. Получают чаще из патоки, чем из сахарозы, благодаря меньшей стоимости. Если инвертированный сахар, сироп глюкозы и т.п. нагревать без добавления других веществ, получается материал, используемый для подкрашивания, однако если нагревание проводить в присутствии различных катализаторов, окрашивание гораздо интенсивнее, получается вещество более тёмного коричневого цвета, используемое для окрашивания многих пищевых продуктов и напитков. Для доведения процесса до состояния вещества, когда весь сахар разрушен без обугливания, требуется равномерное управляемое нагревание и перемешивание.

Глюкоза из крахмала: гидролиз крахмала

Глюкоза встречается в природе в сладких фруктах, например, в винограде, и в мёде. Она менее сладкая, чем сахароза (тростниковый или свекловичный сахар) и менее растворима в воде; однако, при использовании совместно с сахарозой, конечная сладость часто даже выше расчётной. Товарное производство глюкозы (глюкозных сахаров) из крахмала впервые было организовано во время войны Наполеона с Англией, когда Франция оказалась отрезанной от производителей сахара (сахарозы) в результате морской блокады. В середине 19 века быстрый прогресс этого производства происходил в США. В настоящее время глюкоза вырабатывается в виде сиропа или в виде твёрдого вещества. Физические свойства сиропа изменяются в зависимости от декстрозного эквивалента (ДЭ) и способа производства. Декстрозный эквивалент выражает количество альдегидных групп - редуцирующих концов - относительно чистой глюкозы в той же концентрации. В англоязычном варианте глюкозой (glucose) обычно называют сиропы, а сухой сахар - декстрозой (dextrose). Глюкоза, иногда называемая виноградным сахаром, является D-глюкозой, получаемой при полном гидролизе крахмала. В настоящее время для получения глюкозы применяют два промышленных способа: кислотный гидролиз и частичный кислотный гидролиз, за которым следует ферментация.

Использование крахмалов в текстильной промышленности

В текстильной промышленности крахмалы используются для шлихтования, аппретирования и приготовления загущающих составов (загусток).

Аппреты, шлихтующие и загущающие составы являются многотоннажными текстильно-вспомогательными препаратами. Расход этих материалов на 1 млн м тканей составляет от 70 до 250 т. Стоимость и качество этих материалов существенно влияют на стоимость продукции текстильной промышленности. Повышение качества этих вспомогательных препаратов позволяет повысить экономические показатели производства.

Шлихтование

Сущность процесса заключается в пропускании нитей основы через клеящий состав (шлихту), создающий после высушивания на нити гладкую, эластичную плёнку, которая предохраняет нить от разрыва при ткачестве.

Процесс шлихтования состоит из двух этапов:

  1. проклеивание волокон (смачивание и пропитка шлихтой), отжим излишней шлихты.
  2. сушка, при которой происходит фиксация шлихты на волокне

Состав шлихты и классификация шлихтующих веществ

Шлихта состоит из клеящих и текстильно-вспомогательных (расщепители, смачиватели, пластификаторы, антистатики, антисептики) веществ.

Основной объём в рецептуре шлихты приходится на класс клеящих веществ. К клеящим веществам относятся: крахмалы (нативные или модифицированные), КМЦ (карбометилцеллюлоза), ПВС (поливиниловый спирт), животный клей, мука.

Особо отметим роль расщепителей, входящих в состав шлихты. Расщепители это хлорамин или хлорамин + едкий натр, расход расщепителя от 0,15 до 0,30 кг на 1000 л шлихты. Расщепители при воздействии на крахмал, отщепляют от амилопектина самые длинные цепочки, тем самым, уменьшая степень полимеризации. Это приводит к снижению температуры клейстеризации, уменьшению вязкости шлихты и увеличению способности к пленкообразованию.

Основные требования к клеящим материалам, входящим в состав шлихты:

  • адгезия к обрабатываемому волокну (смачиваемость), высокая способность проникать внутрь нити (пряжи).
  • пленкообразующая способность шлихты, которая заключается в создании на нити (пряже) прочной и эластичной плёнки, которая должна выдерживать комплекс напряжений при трении, изгибе, кручении и иметь низкий коэффициент трения.
  • устойчивость плёнки к высоким температурам (120-130 °C)
  • растворимость в воде, т.к. шлихта должна легко удаляться из ткани при расшлихтовке.
  • нейтральная реакция растворов шлихты, рН 6,5-7,5.
  • низкое пенообразование.
  • определённая вязкость.
  • стабильные свойства клейстеров: способность сохранять однородность при хранении, отсутствие синерезиса.
  • не вызывать коррозии оборудования.
  • низкая токсичность.
  • доступная цена.

Использование нативных крахмалов, как клеящих веществ, при производстве шлихты

Для производства шлихты можно использовать следующие виды нативных крахмалов: картофельный, тапиоковый, кукурузный, пшеничный.

Расход нативных крахмалов колеблется от 35 до 115 кг на 1000 л шлихты.

Нативные крахмалы используют для шлихтования хлопчатобумажной (миткаль, бязь, байка, сатин, фланель, сорочечная и др. ткани), хлопкосиблоновой (ткани ситцевой, бельевой, платьевой групп и махровых полотенец), полиэфирно-хлопковой (группа платьевых и костюмных тканей) и других основ (с добавлением вискозных, ацетатных, шерстяных волокон. Использование одних крахмалов для шлихтования основ - предпочтительно, других – нежелательно.

Картофельный крахмал относится к крупнозернистым крахмалам, зерна имеют размер от 15 до 120-150 мкм. Этот крахмал имеет наибольшую вязкость из группы нативных крахмалов. Высокая вязкость картофельных клейстеров затрудняет процесс смачивания волокон, увеличивает время сушки в процессе шлихтования, что увеличивает энергоемкость производства. Чаще картофельные крахмалы используют для аппретирования хлопчатобумажных и льняных тканей. Пленки отличаются высокой эластичностью.

Кукурузный крахмал относится к среднезернистым крахмалам, размер зерен 15 мкм. Несмотря на то, что температура клейстеризации кукурузного крахмала выше, чем у картофельного крахмала, кукурузный крахмал чаще всего используется в производстве шлихты. Основные преимущества кукурузного крахмала: высокая смачиваемость; пленкообразующая способность; более низкая вязкость, чем у картофельного крахмала; низкая цена; круглогодичное производство; высокое качество крахмала отечественных производителей. Но плёнки из кукурузного крахмала очень жёсткие.

Тапиоковый крахмал, по всем показателям, занимает промежуточное положение между картофельным и кукурузным крахмалом. Плёнки достаточно эластичные.

Пшеничный крахмал относится к крупнозернистым крахмалам, содержит наибольшее количество белка. Шлихта из пшеничного крахмала неустойчива во времени, нестабильна по свойствам, пенится, может привести к изменению цвета волокон. Пленки не прочные (могут осыпаться). Пшеничный крахмал, возможно, использовать для шлихты основ технических тканей.

Несмотря на ряд достоинств нативных крахмалов, они, к сожалению,обладают и целым комплексом недостатков (нестабильность шлихты, недостаточное качество плёнок, невозможность добиться определённой вязкости, недостаточная устойчивость плёнок к высоким температурам и пр.).

Поэтому в последнее время в текстильной промышленности всё чаще используют модифицированные крахмалы. См. раздел "Модифицированные крахмалы".

Аппретирование

Аппретирование (от франц. - аррreter-окончательно отделывать) в текстильной промышленности это заключительная операция по отделки материалов (тканей, трикотажа). В результате аппретирования материал приобретает ряд уникальных свойств: негорючесть (огнезащитные пропитки), придание водоотталкивающих свойств (плащевые ткани), противогнилостность (обработка солями меди и хрома), наполненность ткани, безусадочность, обработка от моли (шерстяные ткани обрабатывают растворами фтористых солей) и пр.

Крахмальный аппрет используют для обработки хлопчатобумажных, а особенно, для льняных тканей, льняного трикотажа. В состав крахмального аппрета входят:

  • смягчающие вещества (жиры, мыла, масла)
  • антисептики (формалин, соли меди, салициловая кислота)
  • вещества, придающие блеск (воск, парафин)

Крахмальный аппрет повышает износоустойчивость, улучшает внешний вид, облегчает раскрой и придает гибкость ткани, увеличивает наполненность ткани (трикотажа).

Почти все виды крахмалов (как нативные, так и модифицированные) возможно использовать в аппретурно-отделочных операциях.

Загущающие материалы (загустки)

Загустки – это композиция материалов, которая используется при нанесении рисунка на ткань, для предотвращения растекания краски, вследствие капиллярности волокон.

В состав загусток могут входить различные вещества: крахмал, декстрин, камеди, альбумин, казеин, каолин и пр. Основные требования к загусткам:

  • рН устойчивость (при варке кислых красок)
  • недопустимость изменения цвета
  • устойчивость при хранении (отсутствие синерезиса)
  • для некоторых красок возможно использовать только холодно растворимые или холодно набухающие компоненты
  • возможность варки клейстеров с заданной вязкостью: так для узора из тонких линий необходима небольшая вязкость, для крупного рисунка - лучше использовать клейстеры с высокой вязкостью
  • недопустимость примеси минеральных веществ, песка, т. к. это приводит к порче печатных узлов (валы, ракли)

Модифицированные крахмалы для текстильной промышленности

В последнее время для шлихтующих и загущающих составов все чаще используют модифицированные крахмалы. Применение этих крахмалов позволяет улучшить показатели отшлихтованной пряжи, печатных тканей; уменьшает расход загущающих материалов; снижает энергозатраты; уменьшает расход химических расщепителей, увеличивая экологическую безопасность техпроцессов.

ОКИСЛЕННЫЕ КРАХМАЛЫ

Окисленные крахмалы получают воздействием следующих окислителей: перманганаты, перекиси, гипохлориты и др. При обработке окислителями происходит гидролитическое расщепление глюкозидных связей, окисление спиртовых групп в карбонильные и карбоксильные группы. Окисленные крахмалы образуют концентрированные клейстеры пониженной вязкости и повышенной прозрачности. Эти свойства клейстеров используются для приготовления шлихты.

Окисленные крахмалы не так широко используются для шлихтования основ, как другие виды крахмалов. Эти крахмалы имеют невысокий показатель адгезии к волокну, что объясняется анионным характером окисленного крахмала.

Однако крахмалы, окисленные гипохлоритом, применяются для шлихтования пряжи искусственного шелка, синтетических смесей волокон и при изготовлении тонкой пряжи. Пленки, получаемые из окисленного гипохлоритом крахмала, отличаются прозрачностью, а также плотностью и эластичностью, что является дополнительной защитой от механического воздействия при высоких скоростях ткацких станков.

КИСЛОТНО-МОДИФИЦИРОВАННЫЕ КРАХМАЛЫ

Для получения кислотно-модифицированных крахмалов используют соляную или серную кислоту. Крахмал, модифицированный кислотой, представляет большой интерес для шлихтования основ и аппретирования. Кислотно-модифицированные крахмалы придают бОльшую прочность и гладкость нити при шлихтовании. Эти крахмалы образуют клейстер заданной вязкости, текучести. Поэтому эти крахмалы используют для шлихтования основ как самых грубых тканей (парусина, ткани из двойных нитей), так и самых тонких (батист).

АЦЕТИЛИРОВАННЫЙ КРАХМАЛ

Этот вид крахмала получают при помощи уксусной кислоты, уксусного ангидрида. Ацетаты нашли широкое применение для шлихтования, аппретирования тканей, для приготовления загусток. В текстильной промышленности используют свойства ацетатных крахмалов образовывать стабильные клейстеры при более низких температурах, разные по вязкости. Пленка на волокне обладает высокой прочностью, эластичностью, гибкостью. Пленки легко удаляются с волокна.

МОДИФИЦИРОВАННЫЕ КРАХМАЛЫ ХОЛОДНОГО МЕТОДА ПРИГОТОВЛЕНИЯ

Все выше рассмотренные крахмалы - это крахмалы горячего метода приготовления. При производстве стекловолокна используют модифицированные крахмалы холодного метода приготовления. Наиболее часто применяются поперечно-сшитые кукурузный и картофельный крахмалы, высокоамилозные разновидности и их производные, а также катионные крахмалы.

Производство клея

Крахмал является распространённой основой для производства клея, который чаще всего применяется для склеивания бумаги к таким материалам, как стекло, минеральная вата и глина. Крахмал, кроме того, может служить прекрасным связующим для небумажных материалов, таких как уголь и угольные брикеты, минеральная вата в потолочных керамических элементах перед обжигом.

Наиболее часто для приготовления клея используют кукурузный, картофельный и тапиоковый крахмалы. Тапиоковый крахмал даёт более вязкие и однородные клеи. Они представляют собой жидкие стабильные клеящие составы, имеющие нейтральный pH, легко приготавливаемые и совмещающиеся с эмульсиями многих синтетических смол. Кукурузный и рисовый крахмалы требуют большего времени для приготовления и более высоких температур для достижения той же степени превращения. Тапиоковый крахмал, давая несколько более прочные адгезивы, чем картофельный, в то же время не обладающие запахом и вкусом, идеально подходит для производства клея для почтовых марок, конвертов и наклеек.

Адгезивы из зерновых крахмалов имеют низкую подвижность и более пригодны в тех случаях, когда требуется дозировать клей малыми дозами, например, в производстве гофрокартона. Пшеничный крахмал обычно используется в виде густой пасты в качестве клеящей основы для расклейки плакатов и в производстве бумажных мешков. Расклейка плакатов и обоев, и также другие подобные операции, где требуется вручную выравнивать узор или края, также тяготеют к использованию высоковязких крахмалов. Необходимая текстура или скользящие свойства могут быть достигнуты путём поперечной сшивки. Требуемые свойства включают малое сопротивление сдвигу или "скользкость", позволяющая выравнивать лист бумаги без потери контакта с оклеиваемой поверхностью; удовлетворительное время действия (диапазон клейкости); и малая скорость схватывания. Для клейкой ленты используется средне-вязкие крахмалы. Требуемые свойства включают: быстрое поглощение воды сухой лентой, высокая когезия во влажном состоянии, ограниченная тенденция к скручиванию, стабильность свойств при повторном увлажнении высушенной ленты и низкая вязкость наносимого клея.

Для того чтобы отвечать перечисленным требованиям, важно чтобы крахмал имел минимальную склонность к ретроградации в сухой плёнке. Для этого используют низкоамилозные крахмалы и/или подвергают обработке, уменьшающей склонность к ретроградации, крахмал кассавы, картофеля или восковидных зерновых культур. Популярный тип клея для нанесения этикеток на бутылки, т.н. "желеобразный", изготавливают главным образом из когезивных крахмалов (клубневых или восковой кукурузы), клейстеризованных в гидроксиде натрия.

Требуется, чтобы крахмал был высокомолекулярным, действовал быстро, мог прикреплять наклейку и удерживать её, даже если бутылка намокнет, и был устойчив к повторному растворению, особенно в холодной воде.

Основные ингредиенты адгезивных составов на основе крахмала являются собственно крахмал, клейстеризующий модификатор гидроксид натрия, увеличитель вязкости/стабилизатор бура и консервант натрий-формальдегид. Количество буры и гидроксида натрия должно определяться экспериментально, с учётом конкретных требований к клею.