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:
5
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.
6
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
7
Nişasta Sanayii Ürünleri
Ana Ürünler
• Nişasta
• Nişasta Bazlı Şekerler (Glikoz/Fruktoz şurupları) Yan Ürünler
• Kepek (hayvan yemi)
• Protein (yem katkısı)
• Mısır Özü (yağ sanayii)
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
9
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.
10
2. Masarasyon: temizlenmiş mısır masarasyon tankına alınıp % 0.1- 0.2 SO2 ilave edilmiş 48-52C’ deki suda 30- 50 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
SO2 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 50–330 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
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.
13
• 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)
14
4. 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
15
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.
16
6. 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 10 – 14 ayrı ünite seri olarak birbirine bağlıdır. Nişasta içerisinde safsızlık ve protein hidroklonlar vasıtasıyla ayrılır. Yıkama suyunun sıcaklığı 38-43C’ 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
Protein Ayırma
Protein
19 20
Rafinasyon (Damıtma): Nişasta sıvısını fruktoza
dönüştüren işlemdir. Nişastanın molekülleri arasındaki bağlar, sıcaklık ve farklı enzimler yardımıyla parçalanarak fruktoz ve dekstroz elde edilmektedir
21 22
Buğday Nişastası
Buğday nişastası üretiminde asıl amaç gluten üretmektir. Ayrılan nişasta da
değerlendirilmektedir.
Başlangıç materyali olarak genellikle buğday değil buğday unu kullanılmaktadır.
23
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.
24
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
25
SO2 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
26
Pirinç Nişastası
Pirinç, protein matriksi içerisinde bulunan birleşik nişasta granüllerine sahiptir, protein- nişasta arasındaki bağlar çok kuvvetlidir. Bu nedenle yumuşatılarak nişastanın ayrılması daha güçtür.
Yumuşama sadece NaOH ile gerçekleştirilebilir.
27
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.
28
NİŞASTA GRANÜLÜ
Nişasta tanede granül formundadır. Granüller plastitler içinde oluşturulur. Bu plastitlere amiloplast denir.
1. Basit granüller (her plastitte 1 granül)
2. Bileşik granüller (her plastitte çok sayıda granül)
Buğday, Arpa, Çavdar
Mısır, Darı
Büyük, yassı Küçük, yuvarlak Yuvarlak, poligonal
Pirinç, Yulaf Yuvarlak, poligonal
Yumru nişastaları: geniş, elips, küre Baklagil nişastaları: oval, böbrek şeklinde 29
Granülün yapısı
• Radyal olarak amilozun ve amilopektinin
yapılanmasından oluşur (büyüme halkaları). Enzim yada asitlerle muamele edildiğinde bu katmanlar
görülebilmektedir.
• Granülün merkezine hilum adı verilir
30
31
Patates nişastasının katmanları ışık mikroskobunda kolayca gözlenir.
32
buğday
arpa
çavdar
33
mısır
sorgum
34
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
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.
Kristalite
37
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)
38
39 40
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.
41
Normal ışık mikroskobunda nişasta granülleri
Polarize ışık mikroskobunda nişasta granüllerinde malta haçı görüntüsü
42
43
