NİŞASTA ÜRETİMİ. Nişasta Sanayii. Nişasta Sanayii

Transkript

1 NİŞASTA ÜRETİMİ Nişasta polisakkarit olarak bitkilerde bulunur. Yumru, kök ve tohumların temel içeriğini oluşturur ve mısır, pirinç, buğday, patates ve diğer bazı tahıllardan elde edilebilmektedir. Ticari olarak nişasta daha çok, ucuz ve bol bulunabilen mısırdan üretilmektedir. Buğday ve patetes nişastasının üretimi azdır ve pahalıdır. Tane ağırlığının %60-75 i nişastadır. Buğday: %65, Mısır: %70 Pirinç ve Çavdar: %60 1 Endüstriyel Nişasta: fonksiyonel özellikleri açısından (yapıştırıcılık, kıvam, yapı sağlama ) endüstride (kağıt, plastik, ilaç, tutkal, tekstil) kullanım alanı bulan doğal nişastadır Gıda Nişastası: hijyenik koşullarda üretilmiş, yüksek beslenme değerine sahip, gıdaya uygunluğu yapılan analizler ve kontroller ile güvence altına alınmış doğal nişastadır 2 Nişasta Sanayii Yaklaşık 600 milyon ton olan Dünya mısır üretiminin % 10 u nişasta ve nişasta bazlı şekerlere dönüştürülmektedir. Bu da yaklaşık 40 milyon tonluk bir nişasta ve nişasta bazlı şeker üretimine denk gelmektedir ABD en büyük mısır üreticisi olup, nişasta ve nişasta bazlı şekerler üretimi ve ihracatında önemli rol oynamaktadır. ABD tek başına dünya mısır üretiminin yaklaşık %40 ını karşılamaktadır. Çin dünya mısır üretiminde yaklaşık %20 lik bir pay alırken onu %4 le Meksika izlemektedir 3 Nişasta Sanayii 1935: Türk Nişasta Sektörü 1970: ilk dökme glikoz şurubu 1990: şekerleme, içecek, kağıt ve tekstil sektörlerindeki gelişmeye paralel olarak nişasta sanayiinde büyük yatırımlar başladı 1995: Nişasta ve Glikoz Üreticileri Derneği (NÜD) 1997: fruktoz şurupları üretimi (içecek sektörü) 2007: 300 milyon dolarlık yatırım, 5 şirket 4 Ülkemizde nişasta ve nişasta sanayi yan ürünleri üretiminde en önemli 5 firma vardır. Bu firmalardan ikisi yabancı sermayeli, diğer ikisi yerli sermayeli ve beşinci firmada yerli ve yabancı sermaye ortaklığıyla faaliyette bulunmaktadır. Devlet Planlama Teşkilatı 2001 kayıtlarına göre bu şirketler: Mısır, yaklaşık olarak %65-70 nişasta, %5-8 yağ, %11 kepek, %10-15 protein içerir Mısırı hammadde olarak kullanan proseslerde temel ürün nişastadır. Genelde büyük işletmelerde elde edilen nişasta da işlenerek dekstroz, glukoz, fruktoz, mısır şurubu ve malto dekstrin gibi ürünlere dönüşümü sağlanır. Mısırın işlenmesi sırasında öz, kepek ve protein gibi ürünler de saf olarak elde edilir ve gıda sanayinde kullanılır

2 Mısırın işlenmesinde kuru öğütme (dry milling) ıslak öğütme (wet milling) Dry milling ürünleri: mısır unu (ya da mısır irmiği), mısır özü (yağ sanayii), kepek Wet milling ürünleri: nişasta, protein, mısır özü, kepek Nişasta Sanayii Ürünleri Ana Ürünler Nişasta Nişasta Bazlı Şekerler (Glikoz/Fruktoz şurupları) Yan Ürünler Kepek (hayvan yemi) Protein (yem katkısı) Mısır Özü (yağ sanayii) 7 8 Islak Öğütme Islak öğütme, mümkün olduğunca saf nişasta sütü ve yan ürünler elde etmek için mısırın bileşenlerine ayrılmasıdır. Öğütme tanklarında yumuşatılan mısır, kırma değirmenleri ile öğütülerek, mısırın içerisinde bulunan mısır özü, kepek, nişasta ve proteinin birbirlerinden ayrılması sağlanmaktadır. Yaklaşık olarak 100 kg mısır tanesinden; 60 kg nişasta, 25 kg yem, 3.5 kg mısırözü yağı imal edilebilmektedir 1. Temizleme: koçan ve gövde parçacıkları, taş ve benzeri yabancı maddelerden temizlenir. Daha sonra mısır taneleri eleklerden geçirilir ve alttan püskürtülen hava ile toz, toprak ve kuru atıklar temizlenmektedir Masarasyon: temizlenmiş mısır masarasyon tankına alınıp % SO 2 ilave edilmiş C deki suda saat süre ile bekletilmektedir. Masarasyon, mısırı yumuşatarak ayrılmasını kolaylaştırır. Bu işleminin sonunda mısır tanesinin içerdiği suda çözünen proteinlerin, karbonhidratların ve minerallerin büyük bir kısmı masarasyon suyuna geçer SO 2 kullanım nedeni: 1. suyun mısırın içerisine difüzyonunun artmasını ve proteindeki S-S bağlarını zayıflatarak protein-nişasta matriksinin açılmasını sağlar. Böylece daha saf bir nişasta elde edilebilir. 2. mikroorganizma gelişimini engeller 11 Masarasyon için uygun su miktarı, 1 ton mısır başına 1,2 1,4 ton sudur. Masarasyon sırasında 1 ton mısır başına 0,5 ton su mısır tarafından absorbe edilir ve mısırın %15 olan nemi %45 e çıkar. Masarasyonlama ton kapasiteli 6 12 tank kullanılarak yapılmaktadır. Tanklardan biri boşaldığında diğeri doldurulur. Sadece su bir tanktan diğerine transfer edilir. Kuru mısır tankın tepesinden boşaltılır, ıslatılmış mısır ise aşağıdan alınır. Islatma suyu ayrıldıktan sonra konsantre edilip kepek ve/veya öz kısmı ile karıştırılarak hayvan yemi üretiminde kullanılır. 12 2

3 3. Öz ayırma: Yumuşamış mısır taneleri, masarasyon tanklarından alınıp elekten geçirilerek öz ayırma değirmenlerine gönderilir. Bu işlemde amaç mısır tanelerini tamamen öğütmek olmayıp, yumuşamış mısırı, kabuklarını yırtarak büyük parçalara ayırmak ve böylece özleri (embriyo) zedelemeden çıkarmaktır. Öğütme değirmeninde biri hareketli diğeri sabit olmak üzere iki disk vardır. İki disk arasında bulunan ayarlanabilen bir açıklık sayesinde öğütmenin derecesi ayarlanabilir. Öğütülen mısır buradan yüzdürme tanklarına veya hidroklonlara pompalanır. Hidroklonlar açık yüzdürme sistemine göre daha verimli ve kontrol edilebilir bir sistem durumundadır. Hidroklonlarda yoğunluk farkına göre ayırım sağlanır. Burada yağ içeren öz üste çıkar ve eleklere gönderilerek suyla yıkanır, preslenir, kurutulur ve mısır yağı eldesinde kullanılmak üzere yağ sanayiine gönderilir (ya da işlenir) Kepek ayırma: Özün ayrılmasından sonra geri kalan nişasta, protein ve kepek karışımı ince öğütmeye tabi tutularak kepekteki nişasta ayrılır (yüksek hızlı döner değirmenler). Daha sonra yıkanıp elekten geçirilerek ayrılan kepek kurutulup yem olarak değerlendirilmektedir 5. Protein ayırma: geri kalan nişasta ve protein karışımı proteinin düşük yoğunluğu sayesinde ayrılabilmektedir. Karışım yüksek devirli santrifüjlere yada hidroklonlara pompalanır. Özgül ağırlıklarındaki fark dolayısıyla nişasta nispeten daha ağır olan proteinden ayrılmaktadır. Birkaç aşamalı santrifüj ve filtrasyondan sonra elde edilen protein kurutulur. Bu hali ile pazarlanabilir, ya da masarasyon suyu, küspe ve kepekle karıştırılarak mısır protein yemi olarak piyasaya verilebilir Nişasta saflaştırma: Geriye kalan nişasta sıvısı (nişasta sütü), iki ana ürün için hammadde oluşturur. Bu ürünler kuru mısır nişastası ile yüksek fruktozlu mısır şurubudur. Birincil santrifüjden çıkan nişasta %3 5 protein içermektedir. En son aşamada elde edilen nişasta en fazla %0,3 protein içermelidir. Saflaştırma işlemi için hidroklonlar kullanılır. Bunlar bir araya getirilerek yerleştirilir ve yaklaşık 700 adedi ile bir ünite oluşturulur. Böyle ayrı ünite seri olarak birbirine bağlıdır. Nişasta içerisinde safsızlık ve protein hidroklonlar vasıtasıyla ayrılır. Yıkama suyunun sıcaklığı C dir. 17 Nişasta sıvısı ters akımlı yıkama yoluyla yıkanır ve çökeltim havuzuna aktarılır. Sıvının bir kısmı mısır şurubu prosesine sokulmak üzere havuzdan alınıp rafineriye sevk edilir. Saflaştırılmış nişasta sistemden %40 km ile çıkmaktadır. Nişasta daha sonra direkt olarak kurutulabilir veya kimyasallarla, asitle muamele edilerek nişastanın modifikasyonu sağlanabilir. Kurutmada ani kurutucular tercih edilmektedir 18 3

4 Protein Ayırma Protein Rafinasyon (Damıtma): Nişasta sıvısını fruktoza dönüştüren işlemdir. Nişastanın molekülleri arasındaki bağlar, sıcaklık ve farklı enzimler yardımıyla parçalanarak fruktoz ve dekstroz elde edilmektedir Buğday Nişastası Buğday nişastası üretiminde asıl amaç gluten üretmektir. Ayrılan nişasta da değerlendirilmektedir. Başlangıç materyali olarak genellikle buğday değil buğday unu kullanılmaktadır. 1. Buğday unu su ile karıştırılarak hamur elde edilir. 2. Bu hamur yavaşça yıkanarak içeriğindeki glutenin kitleleşmesi sağlanır. 3. Eleme ile gluten ayrılır, kurutulur (vital gluten) 4. Nişastalı sıvı kısım santrifüjleme ile saflaştırılır ve kurutulur Kurutma aşaması önemlidir. Granül yapısından kaynaklanan ve patlama etkisi yaratan durumlar söz konusu olabilmektedir. Bu nedenle daha dikkatli ve kontrollü yapılmalıdır

5 Elde edilen nişastada iki farklı nişasta yapısı bulunmaktadır. A nişastası: büyük yassı ve küçük küresel granüller B nişastası: zedelenmiş yada çok küçük granüller Bu durum buğday yerine un kullanılmasının bir dezavantajıdır. Çünkü buğdaydan un eldesi sırasında (kuru öğütme) nişasta zedelenmektedir. Buğday kullanılırsa maliyet ve zarar azalır, ayrıca istenilen özellikte buğday seçme şansı da olur SO 2 kullanılmamasının nedenleri: 1. ihtiyaç yok 2. vital gluten yapısını bozar Vital gluten zarar görmemiş, hamur oluşturup gaz tutabilen yapıdaki glutendir. Yapısındaki S-S bağları zayıfladığında bu özelliğini kaybeder Pirinç Nişastası Pirinç, protein matriksi içerisinde bulunan birleşik nişasta granüllerine sahiptir, proteinnişasta arasındaki bağlar çok kuvvetlidir. Bu nedenle yumuşatılarak nişastanın ayrılması daha güçtür. Yumuşama sadece NaOH ile gerçekleştirilebilir. 1. pirinç taneleri kırılır yada öğütülür 2. %0.3 NaOH çözeltisi ile 12 sa bekletilir. Bu aşamada proteinin büyük kısmı çözünür. 3. Santrifüjleme ile nişasta ayrılır 4. Bir seri su ile yıkamanın ardından kurutulur Ayrılan protein kısmı nötralize edilip hayvan yemi katkısı olarak kullanılır NİŞASTA GRANÜLÜ Nişasta tanede granül formundadır. Granüller plastitler içinde oluşturulur. Bu plastitlere amiloplast denir. 1. Basit granüller (her plastitte 1 granül) Buğday, Arpa, Çavdar Mısır, Darı Büyük, yassı Küçük, yuvarlak Yuvarlak, poligonal Granülün yapısı Radyal olarak amilozun ve amilopektinin yapılanmasından oluşur (büyüme halkaları). Enzim yada asitlerle muamele edildiğinde bu katmanlar görülebilmektedir. Granülün merkezine hilum adı verilir 2. Bileşik granüller (her plastitte çok sayıda granül) Pirinç, Yulaf Yuvarlak, poligonal Yumru nişastaları: geniş, elips, küre Baklagil nişastaları: oval, böbrek şeklinde

6 Patates nişastasının katmanları ışık mikroskobunda kolayca gözlenir buğday mısır arpa çavdar sorgum yulaf pirinç 35 Zedelenmemiş nişasta: Buğdayın öğütülmesi sırasında zarar görmemiş olan nişastasıdır. Zedelenmiş nişasta: Buğdayın öğütülmesi sırasında nişasta granüllerinin mekaniksel olarak zedelenmesi ile oluşan nişasta kısmıdır. Undaki toplam nişastanın %7-12 si (buğdayın özelliklerine göre) zedelenmiştir. Su absorpsiyonu yüksek ve enzimlere daha duyarlı olduğundan teknolojik açıdan önemlidir. 36 6

7 Kristalite Nişastanın fiziksel yapısı heterojendir (semicrystalline). Yani, kristal ve kristal olmayan (amorf) bölgeler mevcuttur. Genelde, kristal kısımlarını amilopektin (heliks şeklinde), amorf kısmını ise amiloz oluşturur. %15-45 arasında kristalite gösterirler. Kirstalite özelliği X-ışını kırınım tekniği ile incelenmektedir. Tahıl nişastaları: A tipi X-ışını kırınım deseni Yumru nişastaları: B tipi X-ışını kırınım deseni ısı,nem B tipi A tipi Baklagil nişastaları: C tipi X-ışını kırınım deseni (A ve B tipleri arasında) Kristal amiloz: V tipi X-ışını kırınım deseni Doğal olarak bulunan bir yapı değildir, nişasta jelatinize olduğunda yada lipidlerle kompleks bileşikler oluşturduğunda gözlenir (2 =20 ) Çift kırınım (Birefringence) Nişasta granülleri mikroskopta polarize ışık altında incelendiğinde tipik malta haçı görüntüsü verir. Buna nişastanın çift kırınım özelliği denir. Bu durum nişastanın çok düzenli molekül yapısına sahip olmasından kaynaklanır. Bu durum kristal yapı ile karıştırılmamalıdır. Normal ışık mikroskobunda nişasta granülleri Polarize ışık mikroskobunda nişasta granüllerinde malta haçı görüntüsü

8 43 8