نشاسته | روش تولید، خواص، کاربردهای نشاسته ذرت و نشاسته سیب زمینی

درباره نشاسته؛ بررسی روش تولید، خواص و کاربردها و گریدهای تجاری نشاسته ذرت، سیب زمینی، گندم

نشاسته یا استارچ یک کربوهیدرات پلیمری است که از تعدادی واحدهای گلوکز تشکیل شده که با پیوندهای گلیکوزیدی به هم متصل شده‌اند. این پلی ساکارید، توسط اکثر گیاهان سبز برای ذخیره انرژی تولید می‌شود. در سرتاسر جهان، رایج‌ترین کربوهیدرات در رژیم غذایی انسان مصرف می‌شود و به مقدار زیاد در غذاهای اصلی مانند گندم، سیب زمینی، ذرت، برنج وجود دارد.

نشاسته خالص، پودری سفید رنگ، بی مزه و بی بو است که در آب سرد یا الکل، نامحلول است. این ساختار کربوهیدراتی از دو نوع مولکول تشکیل شده است: آمیلوز خطی و مارپیچ؛ و آمیلوپکتین انشعاب‌دار. بسته به گیاه، به طور کلی این ترکیب، حاوی ۲۰ تا ۲۵ درصد آمیلوز و ۷۵ تا ۸۰ درصد وزنی آمیلوپکتین است. گلیکوژن، منبع ذخیره انرژی حیوانات، نسخه شاخه‌دار ترکیب آمیلوپکتین است.

در صنعت، نشاسته به قند تبدیل می‌شود و برای تولید بسیاری از قندهای مورد استفاده در غذاهای فرآوری شده، کاربرد دارد. مخلوط کردن اکثر نشاسته‌ها در آب گرم باعث تولید یک خمیر، مانند خمیر گندم می‌شود که می‌تواند به عنوان تغلیظ کننده، سفت کننده یا چسبنده مورد استفاده قرار می‌گیرد.

بیشترین کاربرد صنعتی غیرغذایی نشاسته به عنوان چسب در فرآیند کاغذسازی است. نشاسته مخصوص منسوجات را می‌توان قبل از اتو کردن، روی برخی از لباس‌ها استفاده کرد تا آن‌ها را محکم‌تر کند.

نگاهی به تاریخچه

برای اولین بار، دانه‌های نشاسته از ریزوم‌های تیفا (ریشه تیفا) به‌ شکل آرد از سنگ‌های آسیاب در اروپا شناسایی به دست آمد که قدمت آن به ۳۰۰۰۰ سال پیش باز می‌گردد. یافته‌های دیگری نشان داده که دانه‌های آمیلوم، از گیاه سورگوم بر روی سنگ‌های آسیاب در “غارهای نگالو”، واقع در موزامبیک به دست آمده و قدمت آن به ۱۰۰۰۰۰ سال پیش می‌رسد.

خمیر نشاسته گندم خالص در مصر باستان، احتمالاً برای چسباندن پاپیروس استفاده می‌شده است. استخراج این ترکیب برای اولین بار در کتاب تاریخ طبیعی، اثر پلینی، در حدود ۷۷-۷۹ پس از میلاد توصیف شده است. رومی‌ها نیز از آن در کرم‌های آرایشی و بهداشتی، برای غلیظ کردن سس‌ها استفاده می‌کردند. ایرانی‌ها و هندی‌ها از آن برای درست کردن غذاهایی شبیه حلوای گندم استفاده می‌کردند. نشاسته برنج به عنوان ماده‌ای در تیمار سطح کاغذ، در کارخانه تولید کاغذ در چین، از سال ۷۰۰ میلادی استفاده شده است.

روش‌های تولید نشاسته

در صنعت، استارچ را از دانه‌ها، ریشه‌ها و غده‌ها، استخراج و تصفیه می‌کنند. این کار با آسیاب مرطوب، شستشو، الک و خشک کردن انجام می‌گیرد. امروزه عمده‌ترین نشاسته‌های تصفیه شده تجاری عبارتند از نشاسته ذرت و نشاسته گندم، نشاسته برنج و نشاسته سیب زمینی. امروزه، این ترکیب از بیش از ۵۰ نوع گیاه استخراج می‌شود.

خواص و کاربردهای نشاسته

۱-انحلال و ژلاتینه شدن

هنگامی که استارچ در آب فراوان گرم می‌شود، ذرات آن متورم می‌شوند و می‌ترکند، ساختار نیمه کریستالی از بین می‌رود و مولکول‌های کوچکتر آمیلوز شروع به جدا شدن از گرانول‌ها می‌کنند و شبکه‌ای را تشکیل می‌دهند که آب را در خود نگه می‌دارد و ویسکوزیته مخلوط را افزایش می‌دهد. این فرآیند، ژلاتینه شدن نشاسته نامیده می‌شود. دمای ژلاتینه شدن بسته به رقم آمیلوم، میزان آمیلوز-آمیلوپکتین و محتوای آب متفاوت است.

همچنین استارچ می‌تواند در مایعات یونی یا محلول‌های نمک کلرید فلز حل شود یا ژله‌ای شود. انتقال حرارتی نشاسته تا حد زیادی تحت تأثیر نسبت مایع یونی به آب است.

۲-فرآیند هیدرولیز

آنزیم‌هایی که نشاسته را تجزیه می‌کنند یا آن را به قندهای تشکیل دهنده، هیدرولیز می‌کنند به نام آمیلاز شناخته می‌شوند. آلفا آمیلازها در گیاهان و حیوانات یافت می‌شوند. بزاق انسان سرشار از آمیلاز است و لوزالمعده نیز این آنزیم را ترشح می‌کند.

بتا آمیلاز، آمیلوم را به واحدهای مالتوز تفکیک می‌کند. این فرآیند در هضم ترکیب کربوهیدراتی مهم است.

۳-دکسترین سازی

اگر نشاسته در معرض حرارت خشک قرار بگیرد، تجزیه می‌شود و دکسترین را تشکیل می‌دهد که “پیرودکسترین” نام دارد. این فرآیند تجزیه به عنوان “دکسترینیزاسیون” شناخته می‌شود. (پیرو) دکسترین‌ها عمدتاً به رنگ زرد تا قهوه‌ای هستند. دکسترین تا حدی مسئول قهوه‌ای شدن نان برشته است.

مشخصات فیزیکی و شیمیایی نشاسته

کاربردهای نشاسته| نشاسته ذرت، گندم، سیب زمینی

۱-کاربرد به عنوان افزودنی غذا

به عنوان یک افزودنی برای فرآوری مواد غذایی، نشاسته گرید خوراکی معمولاً به عنوان غلیظ کننده و تثبیت کننده در غذاهایی مانند پودینگ، کاستارد، سوپ، سس، پرکننده پای و سس سالاد و برای تهیه رشته فرنگی و پاستا استفاده می‌شود. این ترکیب به عنوان ضخیم کننده بافت خوراکی و تثبیت کننده امولسیون عمل می‌کنند و در گوشت‌های فرآوری شده، حالت چسبنده به وجود می‌آورند.

۲-کاربرد در صنعت داروسازی

در صنعت داروسازی، استارچ به عنوان یک ماده کمکی، به عنوان تجزیه کننده قرص و به عنوان عامل چسبنده استفاده می‌شود.

۳-کاربرد نشاسته مصنوعی

در سال ۲۰۲۱، محققان اولین سنتز مصنوعی نشاسته را در آزمایشگاه گزارش کردند. برای سنتز این ماده، از ۲CO و هیدروژن در یک فرآیند کموآنزیمی بدون سلول، استفاده شد. اگر این فرآیند قابل اجرا باشد و بتوان آن را تجاری سازی کرد، می‌تواند به طور قابل‌توجهی استفاده از آفت‌کش‌ها و مصرف آب زیاد و همچنین انتشار گازهای گلخانه‌ای را کاهش داد و در عین حال امنیت غذایی افزایش می‌یابد.

۴-کاربر در کاغذ سازی

کاغذسازی، بزرگ‌ترین کاربرد غیر خوراکی نشاسته در سطح جهان است که سالانه میلیون‌ها تن از این ماده را مصرف می‌کند. کاغذهای تولید شده به واسطه حضور این ترکیب در فرآیند تولید، سخت‌تر، براق‌تر و سفیدتر هستند.

۵- کاربرد در تولید چسب تخته کاروگیت

چسب‌های نشاسته، عمدتاً بر پایه ساختارهای اصلاح‌نشده و برخی افزودنی‌ها مانند بوراکس و سود پرک تهیه می‌شوند. بخشی از آملیوم، ژلاتینه می‌شود تا دوغاب نپخته را با خود حمل کند و از ایجاد رسوب جلوگیری نماید. این چسب مات، چسب SteinHall نامیده می‌شود. این فرآیند ژلاتینه کردن، چسب را به یک چسب سریع و قوی برای تولید تخته کاروگیت تبدیل می‌کند.

۶-نشاسته مخصوص لباس و منسوجات

نشاسته لباس، مایعی است که از مخلوط کردن نشاسته گیاهی در آب تهیه می‌شود و در شستن لباس‌ها کاربرد دارد. این روش در قرن ۱۶ و ۱۷ در اروپا به طور گسترده‌ای برای محکم کردن یقه‌های پهن و ظریف که گردن اشراف زادگان را می‌پوشاند، استفاده می‌شد. در طول قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم، سفت کردن یقه‌ها و آستین‌های پیراهن‌های مردانه و کت‌های زنانه با استفاده از این محلول آهار دار، قبل از اتو کردن لباس‌های تمیز، متداول بود.

۷-تولید بیوپلاستیک‌ها

نشاسته یک پلیمر طبیعی مهم برای ساخت پلاستیک‌های زیستی است. آن را می‌توان با آب و نرم‌کننده‌هایی مانند گلیسرول، با استفاده از تکنیک‌های مرسوم پردازش پلیمری، مانند روش اکستروژن، قالب‌گیری تزریقی و قالب‌گیری فشرده، به «نشاسته گرمانرم» تبدیل کرد.

از آنجایی که این ترکیبات خواص مکانیکی و پایداری ضعیفی دارند، معمولاً از ساختارهای اصلاح شده (مانند نشاسته هیدروکسی پروپیل) استفاده می‌شود و یا با پلیمرهای دیگر (ترجیحاً پلیمرهای زیست تخریب‌پذیر مانند پلی کاپرولاکتون)، ترکیب می‌شود.

۸-سایر موارد کاربرد انواع نشاسته

• کاربرد ساختارهای اصلاح شده استارچ در ساخت دیوارهای گچی برای ساختمان سازی
• کاربرد در ساخت انواع چسب برای صحافی کتاب و چسب کاغذ دیواری
• کاربرد در تولید کیسه کاغذی
• کاربرد در تولید کاغذ صمغی، چسب پاکت و برچسب بطری
• کاربرد مشتقات نشاسته مانند دکسترین‌های زرد در تولید چسب‌های قوی
• کاربرد نشاسته اصلاح شده به عنوان قوام‌دهنده چاپ پارچه
• در اکتشاف نفت از این ساختار برای تنظیم ویسکوزیته سیال حفاری استفاده می‌شود که برای روغن‌کاری سر مته و تعلیق باقیمانده آسیاب در استخراج نفت مناسب است.
• پودر نشاسته ذرت به عنوان جایگزین پودر تالک در سایر محصولات بهداشتی و زیبایی استفاده می‌شود.
• نشاسته برای تولید پلاستیک‌های زیستی مختلف، پلیمرهای مصنوعی که زیست تخریب پذیر هستند، استفاده می‌شود.
• تولید هیدروژن با استفاده از گلوکز آملیوم به عنوان ماده خام

ایمنی نشاسته

• واکنش پذیری خطرناکی ندارد
• قابلیت انفجار و تولید گرد و غبار را ندارد
• این ماده در شرایط محیطی معمولی و شرایط نگهداری و جابجایی پیش‌بینی شده دما و فشار، پایدار است.
• با اکسیدکننده‌های قوی، واکنش شدید دارد.
• دور از گرما و مواد ناسازگار باید نگهداری شود.
• سمیت حاد ندارد.
• خورنده یا محرک پوست نیست.
• برای پوست یا چشم‌ها مضر نیست اما بهتر است کارگران با لباس مخصوص با این ماده کار کنند.
• سرطان زا نیست.
• محصولات خطرناک در صورت احتراق شامل مونوکسید کربن و دی اکسید کربن است.

ذخیره و نگهداری

اقدامات احتیاطی برای جابجایی ایمن را باید رعایت کنید. دور از غذا، نوشیدنی‌ها و خوراک دام نگهداری شود. شرایط نگهداری ایمن، از جمله هرگونه حضور مواد شیمیایی ناسازگار را برای انبار فراهم کنید. بسته‌بندی‌ها باید در یک جای خشک و خنک نگهداری شود. الزامات تهویه‌ای برای انبار محل نگهداری و ذخیره، ضروری است. بهترین شرایط دمایی برای نگهداری بسته‌بندی‌های این ماده، ۱۵ تا ۲۵ درجه سانتیگراد است.

بسته بندی نشاسته

بسته بندی انواع نشاسته گرید خوراکی و صنعتی، با توجه به روش‌های حمل و نقل و حجم خرید و فروش تعیین می‌گردد. در شرایطی که میزان مصرف بسیار کم باشد، بسته‌بندی‌های کیسه‌ای ۲۵ کیلوگرمی یا ۵۰ کیلوگرمی ارائه می‌گردد. در غیر این صورت، برای حمل تناژ بالا، کیسه‌‌های ۱۰۰۰ کیلوگرمی بهترین گزینه است.

نکته دیگر درباره خرید انواع نشاسته ذرت، نشاسته سیب زمینی، نشاسته برنج و نشاسته گندم این است که درصد خلوص محصول را باید روی بسته‌بندی‌ها مشاهده کنید. حتی اگر این ماده را به صورت فله‌ای می‌خرید، برگه اطلاعات شیمیایی یا همان برگه آنالیز محصول را از فروشنده درخواست کنید. این برگه به شما می‌گوید که درصد خلوص ماده چقدر است، سایر ناخالصی‌ها چند درصد هستند و سایر ویژگی‌های آن چگونه است.

خرید و فروش و قیمت نشاسته

گرید خوراکی و گرید صنعتی این ماده به عنوان یکی از پرمصرف ترین مواد شیمیایی، تقاضای زیادی دارد، پس عوامل زیادی در قیمت آن نقش دارند. همه صنایعی که در قسمت های قبلی درباره اش صحبت کردیم، جزو مشتریان خرید گریدهای مختلف نشاسته هستند. میزان تقاضا در بازار، میزان تولید کارخانه‌ها، تغییرات بازار صادرات و واردات مواد شیمیایی صنعتی، همگی در آمار خرید و فروش و قیمت نشاسته دخالت دارند.

شیمیکو، بازار آنلاین خرید و فروش مواد شیمیایی صنعتی، این زمینه را فراهم ساخته تا شما به بهترین شکل بتوانید نیاز صنعت خود را برای این ماده ساده اما پرکاربرد برآورده سازید.

منابع:

https://en.wikipedia.org/wiki/Starch

https://www.carlroth.com/medias/SDB-4701-GB-EN.pdf?context=bWFzdGVyfHNlY3VyaXR5RGF0YXNoZWV0c3wyMjg0MDN8YXBwbGljYXRpb24vcGRmfHNlY3VyaXR5RGF0YXNoZWV0cy9oOGUvaGYyLzkwNzU0MjIzNjM2NzgucGRmfDI5NTkxZGZhYzFjNzAwZTA1NjM1YzA5MmI5ZDEyOGY3ZmY2OTg3YzZjYmI5ODhiNTM3NDI2ZWYwMGVlNzZkZTI