استخراج النشا من الحبوب علميا وعمليا

ن الحبوب - العضوة سماسم الندى هي صاحبة المشاركة
النشا Starch مادة كربوهيدراتية عالية البلمرة تتواجد فى المملكة النباتية خاصة في الحبوب النشوية مثل القمح والأرز والذرة والسورجم والشيلم والشوفان أو في الجذور الدرنية ٍٍTubers Roots مثل البطاطس والبطاطا والتابيوكا، وهي تتواجد في شكل حبيبات بيضاء أو بللورات كروية أو بيضاوية وهذه الحبيبات قد تكون كبيرة الحجم كما في البطاطس والقمح أو متوسطة الحجم كما في الذرة أو صغيرة مسدسة الشكل كما في الأرز 0

1-1 استخراج النشا من الذرة أو السور جم أو الدخن معمليا:-
تنظف الحبوب لإزالة الحبوب الضامرة أو الأتربة والقش ثم تنقع الحبوب لمدة 24 ساعة في ماء مقطر درجة حرارته 4°م ويحتوي على 1% صوديوم ميتابسلفيت لمنع أي نموات ميكروبية ،وبعد النقع تغسل الحبوب بماء مقطر عدة مرات للتخلص من أي آثار لمحلول الكبرته، بعد ذلك تجرش الحبوب الرطبة في خلاط باستخدام كمية قليلة من الماء المقطر لمدة 3 دقائق ثم ينقل المجروش إلى قماش (شاش الجبن) سعة ثقوبه 116 ميكرون ويرشح ، أما المتبقي على القماش ينقل إلى الخلاط مرة أخرى وتعاد الخطوة السابقة حتى يمكن استخلاص أكبر قدر من النشا من الحبوب الرطبة ،أما الراشح وهو معلق النشا فيجرى له طرد مركزي لمدة 20دقيقة على سرعة 1000XG لفصل الطبقة العليا المتكونة (البروتين) حيث يتم كشطها والتخلص منها، أما النشا (الطبقة السفلي) فيضاف لها ماء مقطر لعمل معلق من النشا ثم يجرى له طرد مركزي مرة أخرى حتى لإزالة أي آثار عالقة من البروتين كما سبق، هذه الخطوة الأخيرة قد تكرر مرة أخرى نحصل على النشا خالي من أي شوائب أو آثار من البروتين، بعد ذلك يجفف النشا في الهواء العادي إلى أقل محتوي رطوبي (10%) ثم يجرى له عملية طحن للحصول على بلورات نشا متجانسة في الحجم 0
1-2 استخراج النشا من القمح :-
تركيب حبة القمح:-
تتركب حبة القمح من الأجزاء الرئيسية الآتية :-
§ الردة (النخالة) وتتكون من عدة طبقات (12.5%).
§ الجنين (2.5%).
§ الأندوسبرم (النشا) ويمثل 85% من حبة القمح.
وتتركب حبة القمح من المكونات الكيميائية الآتية :-

المكونات
النسبة المئوية (الوزن الجاف ) حسب نوع القمح
- البروتين
10.5- 16
- المستخلص الأثيري (الدهن)
2.1-2.9
- الكربوهيدرات الذائبة (النشا)
74.1- 78.6
- الألياف الخام
2.4-2.6
- الرماد
1.8-1.9

1-2 طرق استخراج النشا من القمح :-
تعتبر صناعة استخراج النشا من القمح من الصناعات القديمة والتي يرجع تاريخها إلى الحضارات القديمة وصناعة استخراج النشا والجلوتين من عجينة دقيق القمح تختلف كلية عن طرق استخراج النشا من المصادر الأخرى، ويرجع ذلك إلى الخواص الطبيعية والريولوجية لجلوتين القمح المرتبطة بالنشا حيث ينتفخ الجلوتين والذي يمثل من 8-17% عند خلط دقيق القمح مع الماء مكونا شبكة من الخلايا جدرانها من الجلوتين بينما النشا يملأ وسطها0 وكانت صناعة استخراج النشا من القمح تهتم باستخراج النشا بدون النظر لأهمية الجلوتين حيث يغمر القمح بالماء ثم يطحن ثم يخمر لهدم الجلوتين بالطرق الكيميائية والحيوية ثم يفصل النشا من
السائل المتخمر ويجفف ولكن نظرا لأهمية الجلوتين فقد تم تعديل الطريقة لإمكان الحصول على الجلوتين والاستفادة منه، ومن الطرق المستخدمة استخراج النشا من عجينة دقيق القمح منخفض الجودة حيث تغسل العجينة بكمية كبيرة من الماء أثناء عملية العجن لإزالة النشا وجهاز الخلط يتكون من زوجين من الأسطوانات حيث تمر العجينة بينهما تحت رذاذ الماء لغسيل النشا منها ثم يزال الجلوتين مع الألياف بالفصل على مصفاة هزاز.
وفيما يلي طرق استخراج النشا من عجينه دقيق القمح :-

1-2-1 الطريقة المستمرة (الطريقة المبتلة)Wet milling :
· يخلط الماء مع الدقيق بنسبة 40-48جزء من الماء مع 100جزء من الدقيق للحصول على عجينه بلاستيكية 0
· تترك العجينة بعض الوقت للانتفاخ 0
· تغسل العجينة بالماء بمرورها بين اسطوانتين متقابلتين تحت رذاذ الماء لإزالة النشا الخام من العجينة 0
· يمر معلق النشا الناتج من عملية الغسيل على مصافي دقيقة لإزالة ما يعلق به من ألياف وقطع الجلوتين 0
· يفصل النشا من المعلق بنفس طريقة فصل نشا الذرة وذلك بالترسيب على المناضد المنحدرة أو بواسطة الطرد المركزي 0
· يجفف النشا الناتج في الأفران حتى تنخفض رطوبته إلى 12%0
· تفصل العجينة المتبقية بين الأسطوانتين والتي تتكون من الجلوتين وتعصر على ألواح مثقبة حيث يتحول الجلوتين إلى ما يشبه القطن أو القطع الإسفنجية
· يعاد غسل الجلوتين بالماء لإزالة ما يعلق به من نشا 0
· يجفف الجلوتين على درجة حرارة منخفضة حتى لا تتغير خواصه ويستعمل كإضافات غذائية أو في العلائق الغذائية 0
مجال استخدام النشا ومشتقاته :-
يستخدم النشا أو مشتقاته في المجالات الصناعية الآتية :-
1) الصناعات الغذائية:- مثل منتجات المخابز والحلويات ومنتجات اللحوم ومنتجات الفاكهة والخضر (الكاتشب) والمساحيق الغذائية وأغذية الأطفال وأغذية مرضى السكر وذلك كمادة مالئة أو لاصقة أو محسنة للقوام أو كمادة حاملة وناشرة في بعض صناعات التخمر (مسحوق الخبيز) البيكنج بودر.
2) الصناعات الدوائية كمادة ناشرة أو حاملة أو مالئة أو محلية وخاصة صناعة الأشربة والأقراص 0
3) الصناعات الكيميائية وخاصة صناعة الورق .
4) الصناعات النسيجية 0
5) صناعة الدبغ.
6) صناعة التعبئة والتغليف .
7) صناعة السبك والصهر.
Cool

حفر الآبار.

منقول

تصنيع الإيثانول من حبوب الذرة: 1

- الخطوة الأولى

الخطوات والشرح التالي سوف تتم في عدد لا بأس به من المقالات، وقد أخذنا المادة الخام وهي حبوب الذرة كمثال، ولكن الأسس واحدة مهما اختلفت المادة الخام. نرجو المعذرة على عدم توالي المقالات بالقدر الذي يشبع رغبة الطامحين في إقامة مشروعات في مجال التصنيع الزراعي. هذا يرجع إلى ضيق الوقت ونسأل الله التوفيق للجميع.
الخطوات الرئيسية للتصنيع

يوضح الشكل رقم (1) الخطوات الرئيسية المتبعة عند إنتاج الإيثانول من الذرة
التنظيف
↓
الطحن
↓
الطبخ والإسالة
↓
التسكير
↓
التخمير
↓
التقطير
وفيما يلي نتناول تفاصيل هذه الخطوات

تحضير المهروس Preparation of mash

لتحضير ما يعرف بالمهروس يمكن أن يستخدم كل من مطحون الذرة الجاف والمطحون الرطب. والنواتج الرئيسية النهائية لمطحون الذرة الجاف هي الإيثانول، ثاني أكسيد الكربون، ونواتج تقطير الحبوب، ولكن رأس المال المستثمر في مجال استخدام مطحون الذرة الجاف أقل من ذلك المستثمر في مجال استخدام مطحون الذرة الرطب وذلك لأن الغرض الأساسي من استخدام مطحون الذرة الجاف هو الحصول على النشا بهدف إنتاج الإيثانول أما في حالة مطحون الذرة الرطب فهناك نواتج أخرى يهدف المستثمرون إلى الحصول عليها فيما يسمى بالمصانع المتكاملة حيث يكون الهدف هو الحصول على الإيثانول، وزيت الذرة، وعلائق الجلوتين، والنشا النقي، وبعض عصائر أو أشربة النشا، وسائل منقوع الذرة، وكذلك الخميرة.
وعلى أية حال فإن تحضير المهروس من الذرة الجاف يبدأ بعملية الإسالة، وهي عملية تشتيت لحبيبات النشا غير الذائبة في وسط سائل، يتبعها تحلل جزئي باستخدام إنزيمات الـ a-Amylases المقاومة لدرجات الحرارة المرتفعة، فحبيبات النشا غير ذائبة ولكن عندما تسخن في محلول سائل فإنها تتشرب كمية كبيرة من الماء وتنتفخ ويتغير بنائها حيث تنفجر الحبيبات ويتشتت النشا في المحلول. والحرارة اللازمة لكي يتم تشتت كامل للنشا ويصبح في صورة معلق أو هلام هي 105-110°م بالنسبة لمعظم أنواع النشا. وفي العمليات الصناعية فإن هذا المعلق يكون محتواه من النشا أكثر من 35% (وزن/حجم) ولذلك فإن لزوجته تكون عالية جداً. وتستخدم إنزيمات a-Amylases المقاومة للحرارة المرتفعة لتخفيض هذه اللزوجة وتحليل المعلق جزئياً. ويجب أن يتم هذا التحليل الجزئي قبل تبريد المحلول، لأن التبريد يؤدي إلى ترسيب النشا وتجميعه مرة أخرى. وقد كانت الطريقة التقليدية في تخفيض اللزوجة وتحليل النشا جزئياً تتم باستخدام حامض الهيدروكلوريك أو الأوكساليك عند درجة حرارة من 140-150°م لمدة 5 دقائق ولكن منذ اكتشاف إنزيمات الـ a-Amylases المقاومة للحرارة لم يعد يستخدم الحامض في تكنولوجيا النشا حيث أن استخدام هذه الإنزيمات يعني ظروف معتدلة وعدم تكون نواتج وسطية وتكاليف أقل.
تبدأ الخطوات العملية لمرحلة الإسالة بتنظيف الذرة ثم طحنه بغرض الحصول على حبيبات صغيرة ذات مساحة سطح كبيرة حتى تسهل عملية تحويل الذرة إلى مادة جيلاتينية وحتى يسهل عمل الإنزيمات الهادمة.
تضاف بعد عملية الطحن كمية قليلة من الماء إلى الذرة المطحون ويتم التقليب الجيد ثم تستخدم هيدروكسيد الكالسيوم أو الأمونيوم لضبط درجة الـ pH (من 6 إلى 7).
يضاف بعد ذلك إنزيم ألفا-أميليز (a-amylase) المقاوم لدرجات الحرارة المرتفعة والمتحصل عليه من البكتيريا Bacillus licheniformis بنسبة 0.5% (حجم/حجم). وعلى الرغم من أن درجة حموضة هذه العملية ليست هي المثلى لإنزيم ألفا-أميليز إلا أن ميزة هذا الإنزيم أنه يظل نشط عند درجة حرارة الطبخ والتي يكون الغرض منها هو إسالة النشا وتقليل اللزوجة.
وقد وجد أن إضافة أيونات الكالسيوم بتركيز حوالي 60 مجم/لتر ضرورية لنشاط الإنزيم. ويمكن لعملية الإسالة أن تتم بشكل متقطع Batch أو بشكل مستمر Continuous.
يجب أن تكون قيمة مكافئ الدكستروز Dextrose equivalent (DE) في نهاية عملية الإسالة ما بين 12 إلى 20 حتى يتم تجنب عملية عودة النشا من الحالة السائلة إلى حبيبات أو بلورات غير ذائبة. ولتوضيح معنى مكافئ الدكستروز نذكر أن نواتج تحلل النشا تقسم حسب محتواها من السكريات المختزلة ويمثلها سكر الجلوكوز، فبالنسبة للجلوكوز النقي، يعبر عنه بالمصطلح DE100 أي أنه إذا كان لدينا مادة ولها DE مقدارها 100 فهذا يعني أن هذه المادة عبارة عن جلوكوز نقي أما النشا النقي فقيمة DE الخاصة به تكون قريبة من الصفر.
تبدأ بعد مرحلة الإسالة مرحلة التسكير وهي عملية يمكن أن تختلف باختلاف المنتج المراد الحصول عليه. يتم تبريد النشا المسال (الدكسترين) ثم يضاف إنزيم جلوكوأميليز Glucoamylase المتحصل عليه من فطر Aspergillus niger على درجة حرارة 60°م وذلك لتسكير الدكسترين إلى سكريات قابلة للتخمر. يقوم إنزيم جلوكوأميليز في هذه الخطوة بتحليل الروابط ألفا (1-6) في الأميلوبكتين وكذلك الروابط ألفا (1-4) في كل من الأميلوبكتيـن و الأميلـوز وبذلك تنتـج السكريـات القابلـة للتخمـر والتي تتوقف نسبتها إلى نسبة الدكسترين المتبقي على كمية وجودة إنزيمات الأميليز المستخدمة. يسمى هذا المخلوط الأخير المحتوي على السكريات القابلة للتخمر وبعض من الدكسترين المتبقي بدون تسكير "المهروس" " Mash". بعد يبرد بعد ذلك المهروس إلى 30-35 °م ثم ينقل إلى المخمر ويلقح بالخميرة.
سوف يستمر في المخمر هدم وتسكير الدكسترين المتبقي بواسطة الإنزيمـات المضـافـة حتـى تصبـح كـل أو معظم الكربوهيدرات قابلة للتحول إلى إيثانول. وبلا شك فإن تركيب المهروس يختلف اختلافاً كبيراً من مصنع إلى آخر. وقد وجد أن المهروس المحتوي على نسبة عالية من الدكسترين غير المتحلل تحتاج إلى فترة تخمير طويلة وذلك لأن درجة حرارة التخمير (أقل من 35°م) لا تناسب عملية التسكير بواسطة إنزيم جلوكوأميليز الذي ينشط جيداً عند درجة حرارة 60°م.

يمكنكم أيضا مشاهدته :
من هنا