خرید نشاسته سیب زمینی

فروش انواع نشاسته های سیب زمینی در شرکت فرانه سپهر

خرید نشاسته سیب زمینی

 

اگر چه هزینه تولید نشاسته از سیب‌زمینی بالاتر از سایر منابع می‌باشد لیکن خواص عملکردی[1] آن ممکن است مصرف آن را در محصولات خاصی توجیه سازد. به عنوان مثال افزودن نشاسته سیب‌زمینی به ماکارونی باعث بهبود قوام و احساس دهانی آنها می‌شود. همچنین در عملیات استخراج نفت از نشاسته سیب‌زمینی بدلیل بزرگتر بودن اندازه گرانول، بعنوان گل حفاری استفاده می‌شود. امروزه با توجه به کاربردهای گسترده نشاسته، تولید آن در هلند، اروپای شرقی، ژاپن و آمریکا گسترش زیادی پیدا کرده است. تجارب بازار در آسیا نشان می‌دهد که محصولات غده‌ای و ریشه‌ای می‌تواند در مصارف صنعتی با غلات رقابت نماید. نتایج یک بررسی در چین نشان داد چنانچه واریته‌های جدید سیب‌زمینی شیرین با میزان بالاتر نشاسته توسعه یابد، این محصول پتانسیل قابل توجهی به عنوان منبع نشاسته دارد. در جنوب شرق آسیا نیز کاساوا به عنوان منبع مهمی از نشاسته برای صنعت مطرح می‌باشد. در هر صورت قابلیت استفاده از این محصول به عنوان منبع نشاسته در شرق آسیا تنها در صورتی امکانپذیر خواهد بود که هزینه‌های تولید و قیمت تمام شده آن بطور قابل توجهی پایین آورده شود. در میان منابع نشاسته هنگامی که صرفاً به عنوان منبعی از انرژی یا گلوکز استفاده می شود، فاکتور کلیدی قیمت می‌باشد. در بسیاری از نقاط جهان، ذرت ارزانترین منبع نشاسته بوده بطوری که 77 درصد از نشاسته مورد نیاز جهان را فراهم می‌کند. اما هنگامی که خصوصیات عملکردی نشاسته مد نظر باشد، سایر منابع نشاسته نظیر سیب‌زمینی و کاساوا ممکن است مورد استفاده قرار بگیرند. اگر چه این امکان وجود دارد که همان منابع ارزان نشاسته را بطور شیمیایی یا فیزیکی اصلاح[2] نمود لیکن این اقدام نیاز به هزینه‌های اضافی دارد و از طرف دیگر مصرف کنندگان در برخی کشورها ممکن است محصولاتی را ترجیح دهند که در ساخت آنها نشاسته اصلاح شده بکار نرفته باشد. بنابراین نشاسته‌های اصلاح نشده‌ای که خواص عملکردی ویژه‌ایی دارند، ممکن است با قیمت بیشتری در بازار به فروش برسند (یقبانی و محمدزاده، 1387).

لامرز و بیناکرز(1980) نشان دادند درجه حرارت ژلاتینه شدن، ویسکوزیته، میزان آمیلوز و آمیلو‌پکتین نیز از ویژگی‌های هر واریته می‌باشد و ویسکوزیته خمیر نشاسته به مقدار فسفر نشاسته و نوع کاتیون‌های تجمع یافته در آن بستگی دارد. مالچر و مدال (1989) جهت استخراج گلوکز از نشاسته سیب‌زمینی از طریق آنزیمی تحقیقاتی انجام دادند. آنها با بکارگیری آسپرژیلوس نیگر، مولد آنزیم آمیلوگلوکوزیداز توانستند تولید شربت گلوکز نمایند و از نشاسته خام سیب‌زمینی در نانوایی و صنایع قنادی و از نشاسته‌های اصلاح شده آن جهت تغلیظ و ژل‌کنندگی، تهیه سس‌ها و دسرها استفاده کردند که نتایج رضایت بخشی در مقایسه با نشاسته ذرت و گندم بدست آوردند.

تاکاهیرو و همکاران (2004) در مطالعه‌ تأثیر زمان برداشت بر خصوصیات نشاسته چندین واریته سیب‌زمینی بیان داشتند که برداشت دیر هنگام سبب افزایش میانگین اندازه گرانول، میزان فسفر و ویسکوزیته می‌شود اما آمیلوز کاهش اندکی از خود نشان می‌دهد. غده‌های سیب‌زمینی اندازه و شکل‌های مختلفی دارند که به نوع واریته آنها بستگی دارد .صدها نوع واریته سیب‌زمینی وجود دارند که برای شرایط مختلف آب و هوایی و انواع خاک‌های متفاوت مناسب می‌باشند. این واریته‌ها براساس زمان رسیدگی در گروه‌های زودرس، متوسط‌رس و دیر رس طبقه‌‌بندی می‌شوند. در ایران این محصول از جایگاه ویژه‌ای برخوردار بوده و کشت این محصول در استان‌های مختلف بصورت کشت پائیزه و بهاره متداول می‌باشد. با توجه به عدم وجود صنایع تبدیلی و حتی انبارهای مناسب در منطقه، همه ساله کشاورزان ضرر و زیان سنگینی متحمل می‌شوند. در حالی که با استخراج نشاسته می توان ضمن تبدیل سیب‌زمینی به یک محصول با ارزش افزوده، از ضایعات آن نیز جلوگیری نمود. لازم به ذکر است که اولین کارخانه تهیه نشاسته از سیب‌زمینی، درهمدان احداث گشته و به بهره برداری رسیده است.

ارقام دراگا، مارفونا، سانته، کنکورد، آگریا و ریبارکا از جمله ارقام سیب‌زمینی کشت شده در اکثر استان‌های کشور می‌باشند که طی بررسی انجام شده بر روی آنها مشخص شده است که بیشترین درصد ماده خشک مربوط به رقم کنکورد و کمترین آن مربوط به رقم دراگا می‌باشد.

 

شکل 2-4: طرح شماتیک ساختار گرانول نشاسته، نمایش قسمت‌های آمورف و نیمه‌کریستالی در گرانول (الف)، ساختار داخلی قسمت نیمه‌کریستالی (ب) و تطابق آن با قسمت‌های خطی و انشعابی آمیلوپکتین (ج).

 

میزان ماده خشک سیب‌زمینی شاخص مهمی از کیفیت می‌باشد بطوری که در صنایع تبدیلی و تولید فرآورده‌های مختلف در تعیین مناسب بودن آن مورد توجه قرار می‌گیرد. با توجه به این که 80-60درصد ماده خشک از نشاسته تشکیل شده است، همبستگی بالایی بین درصد نشاسته و ماده خشک غده وجود دارد .گزارش شده است که ماده خشک غده‌های بزرگ معمولاً کمتر از غده‌های کوچک است چراکه آب نسبتاً بیشتری دارند امّا رابطه بین اندازه غده و درصد ماده خشک، یک رابطه خطی نیست. میزان قند کاهنده نمونه‌های سیب‌زمینی نیز بین 19/0- 18/0 درصد (بر حسب وزن تازه) می‌باشد. لازم به ذکر است که میزان قند کاهنده در ارقام مختلف سیب‌زمینی در طی انبارداری تغییر می‌نماید و به نظر می‌رسد که از بین عوامل تعیین‌کننده در میزان قندکاهنده طی انبارداری، واریته مهمترین عامل است (یقبانی و محمد زاده ،2005).

از آنجا که جزء خطی نشاسته یا همان آمیلوز خصوصیات ویژه‌ای را به نشاسته می‌دهد، لذا عامل مهمی در تعیین کیفیت نشاسته محسوب می‌شود.. میزان آمیلوز به عنوان یکی از عوامل مؤثر بر تغییر ساختمانی نشاسته در موقع بیاتی می‌باشد و نشاسته سیب‌زمینی در مقایسه با نشاسته گندم تمایل کمتری برای تغییر ساختمانی از خود نشان می‌دهد (نارپیندر و همکاران، 2003).

به طور کلی می‌توان گفت تفاوت در خصوصیات فیزیکوشیمیایی نشاسته‌ها به میزان آمیلوز و حضور مشتقات فسفر نسبت داده می‌شود. البته تفاوت در ساختار شیمیایی این نشاسته‌ها نظیر اندازه ملکولی آمیلوز و طول زنجیره شاخه‌های آمیلوپکتین نیز تأثیرگذار است. این که چگونه این تفاوت‌های ساختاری، ویژگی‌های خمیر حاصل از یک نشاسته را تحت تاثیر قرار می‌دهد، دقیقاً مشخص نیست. محققان بدنبال آن هستند که با بررسی‌های بیشتر در زمینه ارتباط بین این ساختار شیمیایی و خواص عملکردی، راه حلی از طریق مهندسی ژنتیک و مکانیسم‌های بیوسنتز نشاسته ارائه کنند تا بتوانند نشاسته‌هایی با خصوصیات مورد نظرشان تولید کنند. به لحاظ این که نشاسته‌های دارای خواص عملکردی خاص، مانند نشاسته سیب‌زمینی متقاضی زیادی در صنایع مختلف بخصوص در صنایع غذایی دارد، لذا این قبیل نشاسته‌ها می‌توانند جایگزین نشاسته‌های اصلاح شده به روش شیمیایی شوند که در حال حاضر در برخی محصولات بکار می‌روند. از آنجا که میزان نشاسته ارقام مختلف سیب‌زمینی با یکدیگر متفاوت می‌باشد لذا انتخاب ارقامی که بیشترین ماده خشک و درصد نشاسته را دارند، بهترین گزینه برای استفاده در این فرآوری می‌باشند(یقبانی و محمدزاده، 1387).

2-5- تکنولوژی فرآوری نشاسته سیب‌زمینی

اصلاح خواص فیزیکوشیمیایی نشاسته باعث می‌شود که با فرآوری آن انواع فرآورده‌ها تولید شود که هر یک از این فرآورده‌ها به عنوان ماده خام برای فرآوری‌های بعدی مورد استفاده قرار می‌گیرد. بنابراین تقاضا برای خرید نشاسته در بازار رو به افزایش است.

 2-5-1- کیفیت ماده خام

ناخالصی‌های سیب‌زمینی اعم از خاک، سنگ، شن و کاه قبل از ورود به کارخانه باید جدا گردد. غده‌های سیب‌زمینی نباید حاوی مواد قندی زیادی باشد، زیرا در طی عملیات شستشو همراه با آب از سیب‌زمینی خارج می‌شوند و تلفات آن افزایش می‌یابد. غده‌ها نباید به صورت یخ‌زده باشند، زیرا پس از انتقال به کارخانه در اثر حمل و نقل در معرض صدمات مکانیکی قرار می‌گیرند. سیب‌زمینی که برای تولید نشاسته مورد استفاده قرار می‌گیرد باید حاوی نشاسته زیادی باشد. سیب‌زمینی که میزان نشاسته آن از 15درصد کمتر باشد نباید در تولید فرآوری نشاسته مورد استفاده قرار گیرد.

نشاسته‌ای که از سیب‌زمینی تولید می‌شود از لحاظ خواص دانه‌ای، ویسکوزیته خمیر و سفیدی رنگ اهمیّت زیادی دارد. دانه‌ای بودن نشاسته عامل کیفی مهمی برای فرآیندهای صنعتی در کارخانه‌های نشاسته سازی می‌باشد.

وجود چشم در سیب‌زمینی اهمیّت زیادی دارد. اگر چشم‌ها عمیق باشند ضایعات سیب‌زمینی زیاد می‌شود زیرا تمیز کردن قسمت‌های فرو رفته کاری مشکل خواهد بود. در نتیجه به دلیل عدم پاک شدن سیب‌زمینی در محصول نهایی به صورت ذرات و خال‌های تیره ظاهر می‌شود.

تا جایی که امکان داشته باشد مواد نامحلول و فیبری (سلولز، همی‌سلولز و سایر مواد) باید از سیب‌زمینی جدا شوند. این مواد نامحلول درآب مقدار قابل توجهی از پالپ را تشکیل می‌دهند که این مقدار حدود 40-20 درصد نشاسته است. در کارخانه‌های نشاسته‌سازی، این قسمت نشاسته در قسمت ضایعات محصول قرار می‌گیرد. تلفات نشاسته به میزان مواد نامحلول و فیبری آن بستگی دارد.

سیب‌زمینی بدون پوست با اکسیژن محیط به سرعت تغییر رنگ پیدا می‌کند که به تیروزین، اسیدکلروژنیک و سایر فنل‌ها و همچنین پلی فنل اکسیداز در غده‌های سیب‌زمینی مربوط است. لذا برخی اوقات نشاسته تولید شده به جای این که رنگ آن سفید باشد تیره و خاکستری می‌شود. با اضافه کردن دی اکسید گوگرد از فعالیت این آنزیم جلوگیری می‌شود. در هر حال سیب‌زمینی که برای این منظور استفاده می‌شود باید در مقابل تیره شدن آنزیمی حساسیت کمتری داشته باشد.

در حین فرآوری صنعتی، مایع باقی مانده (آب میوه)[3] کف پایداری را تشکیل می‌دهد که این کف مربوط به سولانین، ترکیبات ازته محلول و سایر اجزاء موجود در آب میوه که کشش سطحی را کاهش می‌دهند مربوط است. کف زیاد در فرآیندهای صنعتی اختلال ایجاد می‌کند (فلاحی، 1376).

 2-5-2- تخلیه و شستشوی ماده خام

اولین مرحله فرآوری سیب‌زمینی تخلیه ماده خام است. برای تخلیه سیب‌زمینی در کارخانه‌های تولید نشاسته به یکی از دو روش خشک و مرطوب می‌توان عمل نمود. قبل از تخلیه، وقتی سیب‌زمینی هنوز در کامیون است نمونه برداری می شود تا میزان نشاسته و ناخالصی آن تعیین شود.

تخلیه مرطوب با دستگاه ویژه صورت می‌گیرد. سیب‌زمینی از کامیون به وسیله جت آب (با فشار 2 آتمسفر) خارج می‌شود.

در تخلیه به روش خشک از طریق واگون، غده‌های سیب‌زمینی تخلیه و بر روی یک نقاله حمل می‌شوند. سپس سیب‌زمینی‌ها داخل یک مخزن که نیمی از آن در زمین است تخلیه می‌شوند. برخی از کارخانه‌های نشاسته‌سازی به مخازن بزرگ که ظرفیت زیادی دارد مجهز هستند در نتیجه تا آخر فصل کارخانه‌ها می‌توانند سیب‌‌زمینی کافی داشته باشند. در حین نگهداری هوا به داخل مخازن از طریق دستگاه تهویه دمیده می‌شود. این گونه سرمایه گذاری برای کارخانه‌های کوچک مقرون به صرفه نیست. کف محفظه‌های مخزنی شیبی حدود 15 درصد دارد. در قسمت مرکز یک کانال وجود دارد که شیب آن حدود 1درصد است و با این شیب سرعت آب به 5/1- 1 متربرثانیه می‌رسد. سیب‌زمینی‌ها از طریق کانال به قسمت پمپ منتقل می‌شوند. پس از شستشو سیب‌زمینی توسط یک بالابر به قسمت ترازوهای پیوسته یا ناپیوسته هدایت و از آن‌جا به وسیله نقاله به داخل مخزن‌هایی که بالای دستگاه رنده قرار دارد برده می‌شود.

2-5-3- خردکردن سیب‌زمینی

دانه‌های نشاسته به صورت غیریکنواخت داخل سلول‌های غده‌های سیب‌زمینی پراکنده هستند. برای استخراج آنها سلول‌ها شکسته می‌شوند. این عمل در خلال خرد کردن سیب‌زمینی صورت می‌گیرد. البته شکستن تمامی سلول‌های غده سیب‌زمینی میسّر نیست. خردکردن بیش از اندازه منجر به صدمه مکانیکی دانه‌های نشاسته می‌شود.

در کارخانه‌های نشاسته‌سازی برای خردکردن سیب‌زمینی از دستگاه خردکننده‌ای که به شکل استوانه است و در پیرامون آن تیغه‌های ارّه‌ای شکل وجود دارد استفاده می‌شود. مقدار خردکردن سیب‌زمینی توسط دستگاه بسته به سرعت دور روتور که تا 960 تا 3000 دور در هر دقیقه می رسد دارد. ظرفیت روزانه به نوع دستگاه بستگی دارد.

در حین خرد کردن پالپ سیب‌زمینی حاوی هوای زیادی می‌شود. بر اثر این پدیده واکنش آنزیمی باعث سیاه کردن عصاره می‌شوند که حتی با افزودن ₂ SOاز آن نمی‌توان جلوگیری به عمل آورد. بر اثر این فعل و انفعال کیفیت رنگ سیب‌زمینی کاهش پیدا می‌کند. برای جلوگیری از این تغییر نامطلوب باید در اطراف دستگاه پالپر فشاری کمتر از فشارجو(خلاء) فراهم کرد.

در یک روش دیگر به جای پالپ کردن از هموژنایزر که فشار 150 اتمسفر معادل 15 مگاپاسکال دارد می‌توان استفاده کرد. سیب‌زمینی آسیاب شده به داخل هموژنایزر رانده می‌شود. با این دستگاه می‌توان میزان هوادهی تا 50 درصد کاهش می‌یابد و در این روش میزان نشاسته موجود در پالپ 20تا 30 درصد کاهش می‌یابد(فلاجی، 1376).

2-5-4- جدا نمودن شیره خام نشاسته و استخراج نشاسته

سیب‌زمینی خردشده موجود در مخزن پائین دستگاه خرد کننده با دی اکسید گوگرد که با آب مخلوط شده، همزده می‌شود. مقدار اسید سولفورو آنقدر اضافه می‌شود تا PH آن به 8/5-6/5 برسد. سیب‌زمینی خرد شده با مقداری آب (حدود 10درصد) به داخل روتور دوار از طریق یک محور توخالی در قسمت انتهای مخروط وارد می‌گردد. نیروی سانتریفوژی که در اثر دوران زیاد روتور (rpm 4000-3000) حاصل می‌شود سبب جدا شدن پالپ از شیره نشاسته می‌گردد.

نشاسته ممکن است به وسیله اکستراکتورهای یک مرحله‌ای یا دو مرحله‌ای استخراج شود. یک استخراج کننده یک مرحله‌ای مشابه یک الک مخروطی است که با 500 دور در دقیقه دوران می‌کند. داخل الک یک اسپری کننده دورانی است که به نازل‌هایی که جهت آنها به سمت بالای مخروط است مجهز شده است. اسپری‌کننده و الک در یک جهت دوران می‌کند اما سرعت‌های آنها متفاوت است. الک دوران کننده با نایلون پوشیده می‌شود. پالپ رقیق شده به داخل الک وارد شده و تحت نیروی گریز از مرکز قرار می‌گیرد. آب پس از خروج از نازل‌ها در مسیر مارپیچ می‌افتد و به سیب‌زمینی خرد شده با نیرویی معادل 2 اتمسفر (2/0 مگاپاسکال) برخورد می‌کند. نشاسته سیب‌زمینی بر اثر نیروی گریز از مرکز به سمت قاعده پهن‌تر مخروط حرکت می‌کند. آب با جهت زاویه دار حرکت پالپ را کند می‌کند. دانه‌های نشاسته از داخل پارچه نایلونی الک عبور می‌کند و به شکل شیره نشاسته به داخل مخزن منتقل می‌گردد. اجسام فیبری از داخل پارچه نایلونی جدا شده و وارد مخزن دیگر می‌شوند. این اکستراکتورها در دو مرحله ولی در یک دستگاه عمل می‌کنند (فلاحی، 1376).

ساختمان هر دو اکستراکتور همانند یکدیگر است اما اکستراکتور دو مرحله ای دارای دو الک دوار مخروطی است (یکی در داخل دیگری قرار دارد). الک خارجی سیب‌زمینی خرد شده را دریافت و الک داخلی پس از مرحله اول پالپ را عبور می‌دهد. الک‌ها در یک جهت دوران می‌کنند اما سرعت آنها کمی تفاوت دارد. میزان دوران آنها در هر دقیقه ممکن است بین 700-580 دور در دقیقه تفاوت کند. پالپ به الک داخل همراه با اسپری آب 3/0-25/0 مگاپاسکال (معادل 3-5/2 آتمسفر) وارد می‌شود. آب از الک داخل همراه با نشاسته آزاد خارج می‌شود. شیره نشاسته که از هر دو الک خارج می‌شود به داخل مخزن هدایت می‌شود. پالپ سیب‌زمینی از الک خارجی (مرحله1) به مرحله دوم استخراج انتقال یافته و سپس به مخزن پالپ سیب‌زمینی ریخته می‌شود. پالپ‌های باقی مانده تخلیه می‌شوند و یا پرس می‌شوند و پالپ‌های حاصله یا به طور مستقیم و بدون خشک کردن برای تغذیه حیوانات مصرف می‌شود و یا توسط خشک‌کن‌های تشعشعی (تابشی)خشک می‌شوند. این پالپ‌ها در غذاهای حیوانی فرموله شده (پودرهای غذای حیوانی) مورد استفاده قرار می‌گیرند، چون که هم حاوی مقداری از پروتئین و هم نشاسته استخراج نشده از سیب‌زمینی می‌باشد.

تمامی فرآیند استخراج در حدود یک دقیقه انجام می‌شود. در این استخراج کننده‌ها، جریان قوی آب عامل اصلی تفکیک نشاسته است و نیروی گریز از مرکز الک عامل اصلی استخراج آن است.

2-5-5- تفکیک آب میوه از نشاسته

نشاسته حاصل از اکستراکتور به مخزن حاوی شیره نشاسته ریخته می‌شود. در این قسمت نشاسته با آب حاوی الیاف ریز و اجسام محلول مربوط به سیب‌زمینی خرد شده در طی استخراج نشاسته مخلوط می‌شود. شیره نشاسته تنها سانتریفوژ می‌شود تا نشاسته از آب میوه جدا شده و غلظت نشاسته افزایش یابد. تفکیک نشاسته از آب میوه براساس انواع گوناگون سانتریفوژ طراحی می‌شود. 

2-5-6- تصفیه

نشاسته جدا شده از آب میوه به اجسام فیبری، ترکیبات معدنی، قند و ترکیبات ازته آلوده است. بیشترین علت کاهش کیفیت نشاسته ناشی از وجود مواد ازته است. حتی مقدار جزئی ترکیبات ازته موجب کاهش ویسکوزیته خمیر نشاسته می‌شود. به این دلیل، کلیه ناخالصی‌ها باید جدا شوند. برای انجام این کار نشاسته را چندین بار با آب شستشو می‌دهند که نتیجه این عمل رقیق شدن شیر نشاسته است.

دستگاه‌های تصفیه که در صنعت نشاسته سازی مورد استفاده قرار می‌گیرند، شامل سانتریفوژ، الک‌های دوار تصفیه کننده، هیدروسیکلون‌ها و الک‌های زانویی هستند. متداولترین دستگاهی که برای تصفیه‌ی نشاسته استفاده می‌شود موسوم به هیدروسیکلون است. سانتریفوژها به طور سری قرار دارند و موجب جداسازی مواد آلاینده می‌شوند. اجسام فیبری از شیره نشاسته به وسیله زانویی‌های الکی تصفیه‌کننده جدا می‌شوند. شیره خام نشاسته تصفیه شده تقریباً دارای 40-35 درصد ترکیبات خشک می باشد(فلاحی، 1376).

2-5-7- آبگیری و خشک‌کردن

پس از تصفیه نشاسته نیز حاوی مقادیر جزیی قند و پروتئین است که موجب رشد میکروب‌ها می‌شوند. حتی اگر تخمیر خیلی جزیی صورت گیرد، pH تغییر کرده و سایر خواص نشاسته همراه با آن تغییر می‌کنند. برای جلوگیری از این تغییرات رطوبت نشاسته باید تا زیر 15 درصد تقلیل یابد.

در رطوبت نسبی 70 درصد میزان رطوبت نشاسته پس از خشک‌کردن حتی در دمای انبار تغییر نمی‌کند. خشک‌سازی نشاسته تا رطوبت 15 درصد امکان پذیر است به شرط این که از قبل آبگیری مکانیکی شده باشد. شیره نشاسته غلیظ شده در مرحله آخر تصفیه‌ در هیدروسیکلون‌ها یا سانتریفوژها به بخش آبگیری منتقل می‌شود تا آب از آن جدا شود. بیشتر اوقات با فیلترهای تحت خلاء دوار آب نشاسته را جدا می‌کنند که موجب می‌شود  میزان آب نشاسته به 38-36 درصد برسد.

بعد از آبگیری، نشاسته به بخش خشک‌سازی منتقل می‌شود تا باقی‌مانده رطوبت از نشاسته تبخیر گردد. پس از آبگیری رطوبت نشاسته در خشک کن به حدود 15 درصد می‌رسد. خشک کردن محصول توسط خشک‌کن‌های پاششی انجام می‌گیرد. به دلیل گرمای زیاد، آب از نشاسته تبخیر می‌شود. فرآیند خشک شدن نشاسته از ابتدا تا انتها بیش از 5-2 ثانیه به طول نمی‌انجامد. سیکلون در انتهای خشک‌کن قرار دارد و نشاسته در این قسمت از هوای مرطوب جدا می‌شود. اصول کار سیکلون همانند هیدروسیکلون است اما در این‌جا هوا حامل نشاسته است. هوا از طریق کانال سیکلون و به وسیله یک فیلتر و دودکش گرفته می‌شود. پس از خشک شدن، نشاسته مخلوط می‌شود تا رطوبت یکنواختی پیدا کند. نشاسته با رطوبت یکنواخت پس از سردشدن الک می‌شود تا قسمت‌هایی که در حین خشک شدن کلوخه شده است جدا گردند. غربال کردن نهایی بر روی غربال‌های متفاوت صورت می‌گیرد. پس از غربال کردن، نشاسته به سیلو منتقل می‌گردد و در آنجا نگهداری می‌شود. پس از سیلوسازی به ترازوی اتوماتیک منتقل و پس از توزین بسته بندی می‌شود. بسته ها یا نگهداری می‌شوند و یا برای فروش به بازار عرضه می‌شوند (فلاحی، 1376).

ه

3-1- مقدمه

استفاده از بیوپلیمرهای‌ زیست‌تخریب‌پذیر[4] (زیست فروپاشنده) برای بسته‌بندی یا پوشش‌دادن مواد غذایی سالیان طولانی است که مورد توجه محققین بوده است. تولید و کاربرد این بیوپلیمر‌ها در صنایع بسته‌بندی می‌تواند مزایای زیر را داشته باشد:

1) چون بخش عمده‌ای از بیوپلیمرها منشأ کشاورزی دارند و به طور معمول از محصولات گیاهی و حیوانی به دست می‌آیند، می‌توان با تولید و استخراج آنها ارزش افزوده محصولات کشاورزی را بالا برد.

2) این بیوپلیمرها از منابع تجدید‌پذیر[5] به دست می‌آیند (برخلاف پلیمرهای سنتزی که بیشتر منشا نفتی دارند) بنابراین تولید آنها می‌تواند موجب حفظ منابع تجدیدناپذیر برای نسل‌های آینده گردد.

3) بیوپلیمرهای حاصل از فراورده‌های کشاورزی قابلیت برگشت به طبیعت را دارند و توسط میکروارگانیسم‌ها در طی فرایند کمپوست[6] به محصولات طبیعی مانند دی‌اکسیدکربن، آب، متان و توده‌زیستی (بیومس)[7] تبدیل می‌شوند. بنابراین این بیوپلیمرها زیست فروپاشنده هستند و موجب آلودگی محیط زیست نمی‌گردند.

بررسی‌ها نشان داده است که بیش از نیمی از زباله‌های شهروندان در کشورهای صنعتی را مواد بسته‌بندی تشکیل می‌دهند. برای مثال در کشور ایالات متحده آمریکا سالانه تقریباً 50 میلیون تن ضایعات حاصل از بسته‌بندی تولید می‌شود که بخش عمده‌ای از آن را مواد پلاستیکی حاصل از مشتقات نفتی تشکیل می‌دهد(گیلبرت، 1986).

در حال حاضر از روش‌های مختلفی برای حل مشکل ضایعات بسته‌بندی استفاده می‌شود. در زیر به چند روش رایج و معایب آنها اشاره شده است:

1) روش دفن زباله‌ها[8]:در این روش زمین زیادی مورد نیاز است و موجب آلودگی آبهای زیرزمینی می‌شود.

2) روش سوزاندن زباله‌ها[9]:این روش موجب افزایش آلودگی هوا و ایجاد باران‌های اسیدی می‌شود. همچنین شناسایی محل‌های مناسب برای سوزاندن مشکل است.

3) روش بازیافت زباله‌ها[10]: مواد حاصل از بازیافت را نمی‌توان برای مواد غذایی و پزشکی مورد استفاده قرار داد. همچنین هزینه جمع‌آوری و حمل و نقل آن بالاست و نیز به علت اینکه معمولاً بسته‌بندی‌های مواد غذایی از چند لایه متفاوت تشکیل می‌شود بازیافت آنها مشکل است.

با توجه به مسائل ذکر شده، توسعه دانش مربوط به بیوپلیمر و بهبود خواص آنها جهت کسب استانداردهای مواد بسته‌بندی سنتزی، ضروری به نظر می‌رسد. مهمترین این خواص شامل خواص مکانیکی و نفوذپذیری نسبت به گازها (اکسیژن، دی‌اکسید کربن) و بخارآب می‌باشد (گیلبرت، 1986).

بیوپلیمرهای مورد استفاده در بسته‌بندی را می‌توان بر اساس ساختار شیمیایی به چهار دسته پروتئین‌ها، پلی‌‌ساکاریدها، لیپیدها و پلی‌استرها تقسیم کرد:

1) پروتئین‌: مانند زئین ذرت، گلوتنین و گلیادین گندم، پروتئین‌های سویا، ژلاتین، کلاژن، میوفیبریل گوشت، کازئین شیر، پروتئین‌های آب پنیر شیر، پروتئین‌های تخم مرغ.

2) کربوهیدرات‌ها: مانند سلولز و مشتقات سلولز (متیل سلولز، کربوکسی‌متیل سلولز، هیدروکسی‌پروپیل سلولز)، نشاسته و مشتقات آن، ترکیبات پکتینی، کیتین و کیتوزان، صمغ‌هایی مانند آلژینات، کاراگینان، پولولان و لوان، گزانتان، خرنوب و گوار.

3) لیپیدها: مانند چربی‌ها و روغن‌های گیاهی و حیوانی، موم‌ها (مانند موم زنبور عسل)، مشتقات گلیسیریدی مانند گلیسرول و مونواستئارات و سورفاکتانت‌ها (امولیسفایرها). چون مواد لیپیدی به صورت پلیمر نیستند فیلم‌های پیوسته و مستقلی تولید نمی‌کنند. لیپیدها بخاطر بازدارندگی در مقابل نفوذ رطوبت در ساختار فیلم مرکب استفاده می شوند. فیلم‌های مرکب به دو صورت هستند-

الف) لایه لیپیدی به عنوان لایه‌ای فرعی روی لایه پروتئینی یا پلی‌ساکاریدی قرار می‌گیرد.

ب) مواد لیپیدی در ماتریکس پروتئین یا پلی‌ساکارید پخش می‌شوند (فیلم امولسیونی).

4) پلی‌استرها:مانند پلی‌هیدروکسی بوتیرات (PHB)[11]، پلی‌هیدروکسی والرات(PHV)[12]، پلی‌لاکتیک‌اسید (PLA)[13]، پلی‌گلیکولیک اسید. این دسته بیشتر حالت زیست تخریب‌پذیری غیر خوراکی دارد (کستر و فنیما، 1986).

بیوپلیمرها به دو صورت زیر در تولید بسته‌بندی زیستی بکار می‌روند:

الف) آلیاژکردن بیوپلیمرها با پلیمر سنتزی

ب) استفاده مستقیم از بیوپلیمرها برای بسته‌بندی‌های زیستی

 

 الف) آلیاژکردن بیوپلیمرها با پلیمر سنتزی:وقتی بیوپلیمرها با پلیمرهای سنتزی برای تولید موادبسته‌بندی آلیاژ می‌شوند در برابر تهاجم میکروارگانیسم‌ها مساعدتر می‌شوند و زیست‌تخریب‌پذیری آنها نیز افزایش می‌یابد.

در حال حاضر اکثر محصولات تجاری که با این روش ساخته می‌شوند از اختلاط بیوپلیمر نشاسته و یک پلیمر سنتزی ساخته می‌شوند. استفاده از بیوپلیمرهای دیگر مانند سلولز، پروتئین‌ها و لیپیدها در این روش هنوز رایج نشده است.

بیوپلیمرها به شکل مواد پرکننده و همچنین بصورت مواد ترکیبی در ساختار پلیمرهای سنتزی بکار می‌روند:

1) استفاده از بیوپلیمرها به عنوان پرکننده:نخستین پلاستیک‌های زیست تخریب‌پذیر با استفاده از اکسترودکردن گرنولهای نشاسته (به میزان 5 تا 20 درصد) با پلیمرهای سنتزی به همراه افزودنی‌های پرواکسیداتیو و اتواکسیداتیو به دست آمد. در این روش، در اثر اکسترودکردن، گرانول‌های نشاسته بدون هیچ برهمکنشی در ماتریکس پلیمر سنتزی (معمولاً پلی‌اتیلن) پراکنده می‌شوند (گیلبرت، 1986).

به علت زیست فروپاشی نشاسته با آنزیم‌ها، سطح بین پلیمر سنتزی و اتمسفر اطراف (اکسیژن، آب و غیره) بیشتر می‌شود و قابلیت تجزیه و تخریب‌پذیری آن افزایش می‌یابد. به تخریب‌شدن این مواد در محیط، زیست‌شکنندگی[14] می‌گویند. معمولا 3 تا 5 سال طول می‌کشد تا این مواد کاملاً تجزیه گردد.

تاکنون فرآورده‌های گوناگونی تحت نام‌های تجاری مختلف با استفاده از این روش تولید شده‌اند. برای مثال در کانادا با نام تجاری Ecoster، در آمریکا با نام‌های Polyclean و Polychim و در فرانسه تحت عنوان Ecopolym به بازار معرفی شده‌اند. اگرچه این فراورده‌ها زیست تخریب‌پذیری نسبتاً بالایی در مقایسه با پلیمرهای سنتزی خالص دارند ولی به علت سازگاری ضعیف نشاسته و پلی‌اتیلن، خواص مکانیکی آنها ضعیف خواهد بود. بنابراین درصد نشاسته‌ای که در این محصولات بکار می‌رود محدود می‌باشد.

2) استفاده از بیوپلیمرها به عنوان مواد ترکیبی:در این روش نشاسته به حالت ژلاتینه شده (نه به شکل گرانولی) با پلیمرهای سنتزی آبگریز مانند پلی‌‌اتیلن و یک ماده سازگار کننده مانند کوپلیمرهای اتیلن با اسید آکریلیک، وینیل‌الکل، پلی‌ونیل الکل و استات وینیل آلیاژ می‌شود. در این روش برخلاف روش قبل بین نشاسته و پلیمرهای سنتزی نوعی برهمکنش ایجاد می‌شود و نشاسته به فاز پراکنده محدود نمی‌شود. برای ایجاد برهمکنش بین بیوپلیمر نشاسته و پلیمر سنتزی از سازگار کننده‌های مناسب استفاده می‌شود (گیلبرت، 1986).

تخریب کامل نشاسته 40 روز طول می‌کشد و تخریب کامل فیلم ترکیبی حداقل به دو تا سه سال زمان نیاز دارد در حالیکه حداقل 200 سال طول می‌کشد که پلیمر سنتزی پلی‌اتیلن در محیط طبیعی تجزیه گردد. محصولات تولید شده تحت این روش، تحت نام‌های تجاری مختلف ارائه می‌شوند. برای مثال در آمریکا تحت عنوان Polygrade II و در ایتالیا تحت نام Mater-B عرضه می‌شوند.

 

ب) استفاده مستقیم از بیوپلیمرها در بسته‌بندی‌های زیستی:می‌توان بیوپلیمرها را بدون ترکیب با پلیمرهای سنتزی برای تولید مواد بسته‌بندی مورد استفاده قرار داد. بسته‌‌بندی‌های زیستی حاصل از بیوپلیمرهای خالص دارای سرعت زیست تخریب‌پذیری بالایی نسبت به فیلم‌های آلیاژ شده می‌باشند. ولی کیفیت مکانیکی و نفوذپذیری آنها به نسبت، پایین‌تر است (گیلبرت، 1986 و ویبر، 2000).

بسته بندی‌های زیستی را بر اساس هضم‌پذیری می‌توان به دو دسته خوراکی و غیرخوراکی تقسیم کرد. فیلم‌ها و پوشش‌ها معمولاً جزو بسته‌بندی‌های خوراکی طبقه‌بندی می‌شوند به شرطی که در ساخت آنها از افزودنی‌های مضّر استفاده نشود. بسته‌بندی‌های زیستی سخت و نیمه سخت مانند سینی‌ها، بطری‌ها و پاچ‌ها جزو دسته غیرخوراکی طبقه‌بندی می‌شوند.

اگر خواص بیوپلیمرها با آن چیزی که مورد نیاز است مطابقت نداشته باشد یا اگر بیوپلیمرها، ماهیّت ترموپلاستیک نداشته باشند باید اصلاحات معینّی روی آنها صورت گیرد. معمولاً یک بیوپلیمر بعد از اصلاح نیز نمی‌تواند به تنهایی خواص بسیار ویژه مورد نیاز مانند نفوذپذیری بسیار پایین نسبت به گازها و مقاومت بالا نسبت به آب را برآورده کند. بنابراین برای تولید مواد بسته‌بندی مناسب، مجبور به استفاده از چندین نوع پلیمر در ترکیب، لامینه کردن با لایه‌های مختلف و اکسترودکردن مواد مختلف می‌باشیم.

3-2- روش‌های تولید بسته‌بندی‌های زیستی

برای تولید بسته‌بندی‌های زیستی معمولاً از دو روش کلی خشک و مرطوب استفاده می‌شود (قنبرزاده و همکاران، 1388).

 3-2-1- روش خشک

روش خشک بیشتر برای تولید بسته‌بندی‌های نیمه‌ سخت مانند سینی‌ها، فنجان‌ها و غیره استفاده می‌شود. ولی گاهی برای تولید برخی از انواع فیلم‌ها مانند فیلم‌های زئینی نیز به کار می‌رود. روش خشک به روش ترموپلاستیک مشهور است و در آن از حرارت‌دهی و قالب گیری و یا اکستروژن برای تولید مواد بسته‌بندی استفاده می‌شود.

3-2-2- روش مرطوب (یا روش حلال)

بیشتر برای تولید پوشش‌ها، فیلم‌ها و ورقه‌ها که می‌توانند خوراکی باشند مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این روش بیوپلیمر را در حلال مناسبی پخش و محلول می‌کنند سپس حلال را از آن جدا می‌کنند. جداسازی حلال توسط روش‌هایی مانند تبخیر حلال، رسوب دادن فاز جامد توسط تغییر pH، تغییر قطبیت حلال یا افزودن الکترولیت‌ها صورت می گیرد.

 3-3- بسته‌بندی‌های زیست تخریب‌پذیر نیمه سخت

برای تولید این دسته از مواد بسته‌بندی معمولاً از بیوپلیمرهای ترموپلاستیک[15] (پلیمرهایی که در اثر حرارت شکل می‌پذیرند) استفاده می‌شود. رایج‌ترین بیوپلیمرهای ترموپلاستیک مورد استفاده در این روش، نشاسته و برخی از پروتئین‌ها مانند زئین می‌باشند. نشاسته ترموپلاستیک به وسیله ژلاتینه کردن نشاسته تحت10-6 درصد رطوبت و حرارت و فشار (همراه یک پلاستی‌سایزر) که به محصول خصوصیات عالی می‌دهد، تولید می‌شوند) (گئورگ و همکاران، 1994). قبل از فرآیند حرارتی، به ماده خام (بیوپلیمر) پودری شکل، نرم‌کننده (پلاستی سایزر[16]) افزوده می‌شود. پلاستی‌سایزرهای متداول برای تهیه نشاسته ترموپلاستیک عبارتند از- گلیسرول و دیگر ترکیبات پلی‌هیدروکسی با وزن مولکولی کم، پلی‌اترها، اوره و آب که جهت کاهش باندهای هیدروژنی داخل مولکولی و بهبود پایداری خصوصیات محصول اضافه می‌شوند (سورنتینو و همکاران، 2007) ولی نشاسته ترموپلاستیک هنوز نیاز به مخلوط کردن با دیگر پلی‌مرها مانند پلی         (اتیلن-کو-‌ ونیل الکل) دارند که علت آن مقاوت کشش کم و مقاومت آب کم در محصول نهایی می‌باشد. همچنین برای بهبود خصوصیات نشاسته‌های ترموپلاستیک در کاربرد‌های مختلف افزودن خاک رس به عنوان یک ماده پرکننده گزارش شده بود. نشاسته ترموپلاستیک در پلاستیک‌های زیستی که معمولاً از ذرت و سیب‌زمینی منشاء می‌گیرند، استفاده می‌شود(سورنتینو و همکاران،2007).

3-4- پوشش‌ها[17]، فیلم‌ها[18] و ورقه‌های خوراکی[19]

سالیان طولانی است که از پوشش‌های خوراکی برای نگهداری بهتر محصولات غذایی و افزایش جذابیّت ظاهری آنها استفاده می‌شود. برای مثال از دوران باستان چینی‌ها پرتقال و لیموهای تازه را با لایه نازکی از موم می‌پوشاندند تا خشک‌شدن آنها به تعویق بیافتد. این کار هم اکنون نیز انجام می‌شود. پوشش دادن علاوه بر اینکه از خشک‌شدن جلوگیری می‌نماید باعث ایجاد ظاهری جذاب، کاهش تبادل گازهای تنفسی (کاهش فعالیت‌های بیولوژیکی) و عدم رشد کپک‌ها و حشرات بر روی میوه‌ها و سبزی‌ها می‌گردد.

استفاده از فیلم‌های خوراکی در بسته‌بندی مواد غذایی اولین بار در سال 1895 توسط Maris و Parker انجام گرفت. آنها از فیلم‌های ژلاتینی برای نگهداری گوشت استفاده کردند. از سال 1930 استفاده از موم‌های پارافینه مذاب برای پوشش دادن مرکبات تجاری شد. در اواخر دهه 1950 امولسیون‌های روغن در آب موم کارنوبا جهت پوشش دادن میوه‌ها و سبزی‌ها بکار رفت. ایده اولیه استفاده از پوشش‌های خوراکی از پوشش‌های طبیعی که روی سطح میوه ها وسبزی‌ها قرار دارد گرفته شده است. در حال حاضر                                                                                                                                                                                                                                                                                    تحقیقات گسترده‌ای برای استفاده از فیلم‌ها و پوشش‌های خوراکی در صنایع غذایی و دارویی در حال انجام است که موجب بهبود کیفیت و افزایش کاربردهای آنها می‌شود. فیلم‌های خوراکی از نظر نحوه تولید، متفاوت از پوشش‌های خوراکی هستند. فیلم‌ها و ورقه‌های خوراکی قبل از کاربرد در بسته‌بندی ماده غذایی بصورت لایه‌ای نازک تولید می‌شوند و بعد همانند پلیمرهای سنتزی برای بسته‌بندی بکار می‌روند. تفاوت فیلم و ورقه در ضخامت آنهاست. معمولا به ضخامت‌های بالاتر از mµ 250 ورقه و کمتر از آن فیلم می‌گویند. فیلم‌ها می‌توانند به شکل لفاف، کپسول، پاچ و کیسه تولید شوند که این محصولات با ضخامت زیاد قالب‌گیری می‌شوند.

پوشش‌های خوراکی بر خلاف فیلم‌ها و ورقه‌ها بر روی ماده‌غذایی تشکیل می‌شوند. بنابراین پوشش بعنوان بخشی از محصول بوده و موقع استفاده روی محصول باقی می‌ماند. اینکار توسط روش‌هایی نظیر واکس‌زدن، اسپری کردن و غوطه ورکردن صورت می‌گیرد.

برای تولید فیلم‌های خوراکی معمولاً بیوپلیمر را در یک حلال با یک ماده‌ی نرم‌کننده (پلاستی‌سایزر) مخلوط می‌کنند. نرم‌کننده‌ها معمولاً ترکیبات آلی با وزن مولکولی پایین و غیر فرّار هستند. البته آب نیز به عنوان نرم کننده عمل می‌کند. این مواد باعث کاهش بر هم‌کنش‌های زنجیر به زنجیر و جدا شدن نسبی زنجیرها از همدیگر و کاهش اصطحکاک بین آنها و تسریع حرکت مولکولی زنجیرهای پلیمر می‌شوند و در حقیقت به عنوان یک لیز‌کننده داخلی[20] عمل می‌کنند. نرم‌کننده‌ها با تغییر شبکه سه بعدی باعث افزایش انعطاف‌پذیری و کشش‌پذیری و کاهش پیوستگی الاستیسیتی و مقاومت مکانیکی می‌گردد.

نرم‌کننده‌ها شامل دسته وسیعی از مواد هستند و شامل آب، اسیدهای چرب، الکل‌های گلیسرول، گلیکول‌ها (مانند پروپیلن گلیکول، استیل گلیکول)، استون‌ها، فنول‌ها، اترها، هیدروکسی اسیدها (مانند اسید لاکتیک)، قندهای الکلی (مانند سوربیتول، مانیتول) و غیره می‌باشند. در تولید فیلم‌های خوراکی باید به این نکته توجه شود که نرم‌کننده‌ها علاوه بر کارایی بالا باید غیره سمی بوده و خوراکی باشند.

برای بهبود خواص فیلم‌های خوراکی علاوه بر نرم کننده‌ها، گاهی از اتصال‌دهنده‌های عرضی[21] نیز استفاده می‌شود. این مواد با افزایش پیوندهای عرضی بین زنجیرهای ماکرومولکول‌ها باعث افزایش مقاومت مکانیکی، کاهش نفوذپذیری نسبت به گازها و بخارات می‌شوند. از ترکیبات مختلفی بسته به نوع بیوپلیمر برای این منظور استفاده می‌شود. برای مثال برای بهبود خواص فیلم‌های کازئینی از کلسیم استفاده می‌شود. از ترکیبات دیگر می‌توان از فرمالدئید، گلوتارآلدئید، اپی‌کلروهیدرین، اسید استیک، اسید تانیک و اسید لاکتیک نام برد. برخی از این اتصال‌دهنده‌ها مانند فرمالدئید سمّی هستند. بنابراین در کاربرد آنها برای تولید فیلم‌های خوراکی باید این موضوع مورد توجه قرار گیرد(گیلبرت، 1986).

3-5- خوراکی بودن و زیست تخریب‌پذیری فیلم‌ها و پوشش‌ها

فیلم‌ها و پوشش‌های بیوپلیمری ممکن است خوراکی بوده و یا تنها زیست تخریب‌پذیر باشند که این به فرمولاسیون، روش تولید و تیمارهای اصلاح‌کننده بستگی دارد. اگر بیوپلیمر از نوع خوراکی باشد و افزودنی‌های خوراکی (نرم‌کننده، اسید، نمک‌ها، آنزیم‌ها و مواد ضد میکروبی) در ساختار فیلم و پوشش استفاده شود و تغیییرات اعمال شده روی بیوپلیمر از طریق حرارت دادن، تغییر pH، افزودن نمک، اصلاح آنزیمی و حذف آب باشد، فیلم یا پوشش حاصله خوراکی خواهد بود.

فیلم‌ها و پوشش‌های خوراکی، زیست تخریب‌پذیر نیز هستند. هنگامیکه بیوپلیمر با سایر مواد شیمیایی قبل یا در طول تشکیل فیلم و پوشش وارد واکنش شود (ایجاد اتصالات عرضی) یا ترکیبات غیرخوراکی به فیلم یا پوشش اضافه شود قابلیت خوراکی بودن را از دست می‌دهد.