Industriële voedingsbiotechnologie
Deel II – Industriële fermentatie -en bioconversieprocessen
Hoofdstuk 4: De graanverwekkende nijverheid
Inhoud:
4.1 Productie van suikers uit polysachariden - Zetmeelverwerking
4.2 Productie van suikers uit polysachariden - Productie van fructosestroop
4.3 Productie van suikers uit polysachariden - Productie van maltosestroop
4.1 Productie van suikers uit polysachariden
Suikers zijn zoetstoffen en men heeft 4 categorieën van zoetstoffen:
- Natuurlijke zoetstoffen uit suikerbiet/riet: sucrose (huisdhoudssuiker) (zie H5)
- Natuurlijke zoetstoffen op basis van zetmeel: glucose, fructose…
- Kunstmatige zoetstoffen: aspartaam, cyclamaat… Sommige hebben een E
nummer, dwz dat ze maar in specifieke levensmiddelen toegevoegd mogen
worden => bv aspartaam is aanwezig in cola (zorgt voor de zoetheid). Aspartaam
= 2 AZ aan elkaar, nl Asparaginezuur en Phenylalanine. Aspartaam
- Nieuwe natuurlijke zoetstoffen: steviolglycosiden => afkomstig v steviaplant. W nu
geïntroduceerd in de frisdrank industrie (300x zoeter dan sucrose).
Grondstoffen voor de productie van suikers uit suikerpolymeren?
Reservepolymeren in planten:
- Zetmeel (grondstoffen)
o In graangewassen (maïs, tarwe en sorghum) => hier gaan wij het vnml over hebben
=> grootste aandeel (> 88%)
o Knollen en wortels
▪ Aardappelen => in NL zullen vnml aardappelen vermaald w
▪ Bataten
▪ Maniok (= cassavewortel) => hier zitten toxische verbindingen
▪ …
o Palm = palmharten => hier itten toxische verbindingen
- Inuline (H5)
- Cellulose => basisbestanddeel v plantencelwand == glucose eenheden, nl beta 1,4 -
glycosidische bindingen => deze kunnen we vrij moeilijk splitsen, maw er zijn weinig -
glycosidasen ter beschikking.
We gaan verder met zetmeel in graangewassen:
Vroeger produceerden we meer maïs dan tarwe, en nu omgekeerd. In maïskorrel zit er naast zetmeel
ook eiwitten, en deze zijn een !! bijproduct == gluten.
Zetmeel die we produceren gaan we consumeren, hoe?
- Natief zetmeel
- Gemodificeerd zetmeel
- Afgeleid product (zetmeel zoetstoffen) => grootste aandeel.
1
,In de VS: grootste deel v maïs gaat naar ethanol: brandstof voor transport. HFCS = high fructose corn
syrup => gaat vnml naar de drankenindustrie. Als je dus USA vgl met Eu, dan zie je een groot verschil.
Slide 7-8 zie je de verdeling van de grondstoffen.
Graangewassen als zetmeelgrondstoffen?
Meest geproduceerde graangewassen in de wereld:
Afhankelijk v continent kennen ze hun ! toepassing => wij gaan het vooral hebben over tarwe.
Samenstelling van granen? (slide 12)
(We gaan kijken naar zetmeel, maar in H9 (brood) gaan we zowel kijken naar zetmeel als eiwitten).
Maïs heeft een lagere eiwitgehalte dan tarwe, aldus zal men hier niet echt brood van maken. Heeft
ook een hoger vetgehalte.
Rijst? Deze bevat veel eiwitten, maar ook hier gaan we geen brood maken op basis van brood, dit
omdat het de verkeerde eiwitten zijn.
Gerst? Laag eiwitgehalte, aldus niet geschikt voor broodbereiding, maar hoog koolhydraatgehalte =>
goed voor de brouwerij wereld.
Zetmeel?
Structuur:
Zetmeel komt voor onder de vorm v korrels, granules. Deze
granules vertegenwoordigen de zeer complexe structuur die
zetmeel is. Men onderscheid verschillende kettingen en deze
kunnen zeer mooi geordend zijn == deze vormen een kristallijne
structuur, gescheiden door een amorfe structuur == dit zijn de
ringen die je kan zien onder microscoop.
Locatie zetmeel: in de korrel
Aan buitenkant heb je heleboel lagen: zemelen (bran).
Eiwit en zetmeel zitten in het binnenste deel van de korrel, nl het endosperm.
Meeste eiwit ligt aan de buitenkant v endosperm.
Binnenin heb je aan de basis kiem = embryo (germ), hierin zitten vele vitaminen,
vet, mineralen etc. De enzymen bevinden zich in de kiem, maar w pas gmkt als de
kiem begint te groeien. Korrel neemt vocht po/warmte opo, wnr de situatie ideaal
is w er hormonen aangmkt door dat embryo en dan zal de enzymsynthese beginnen
=> why? Om reserve aan zetmeel en eiwit af te breken zodat er een nieuwe plant
vormt. Dit laatste willen we niet!!! We willen het zetmeel eruit halen om daar
zoetstoffen uit te produceren.
Hoe zetmeel tekenen? Zie atoma
(Slide 15) Dit is krom getekend omdat er rekening gehouden w met de
ruimtelijke vorm, als je zo n moleculen tekent, dan krijg je een
ruimtelijke spiraal figuur. Al die moleculen aan elkaar vormen zetmeel.
In zetmeel moet je wel 2 moleculen onderscheiden, nl amylose en
amylopectine.
2
,Amylose => alleen maar 1,4 glycosidische moleculen.
Amylopectine => 1,4 glycosidische moleculen, maaaaaar 1 molecule is 1,6 glycosidisch gebonden!
== vertakt zetmeel. Op die manier krijg je harde kristallijne lijnen en niet harde, nl amorfe structuren:
De amylose en amylopectine structuur kunnen in welbepaalde verhoudingen voorkomen. Zie
eigenschappen op slide 17.
4.1 Productie van suikers uit polysachariden – Zetmeelverwerking
Wat kan men doen?
a) Weken en koken van granen (havermout) => eerste manier om granen te consumeren
b) Verwerking kan gebeuren in een natte of droge toestand => natte en droge vermaling (nu zien
we natte vermaling, later de droge (bakkerijsector)). We bespreken de natte vermaling van
maïs (Zea mays L.)
Vermaling = opeenvolging van operaties (processtappen) die leiden naar volledig uit elkaar halen
van de korrel.
Er bestaan vele versch maïssoorten:
- Standaardmaïs (dentmaïs) => hierover gaan wij spreken. Bestaat 25% uit amylose, 75% uit
amylopectine en men maakt hier dus fructose en glucose uit.
- Waxy maïs => bevat geen amylose, en w gebruikt om verdikkingsmiddelen te maken…
- Amylomaïs => vnml amylose, staat in voor voedingsvezel
- Witte maïs
Doel? Zetmeel eruit halen!
Natte vermaling van maïs: (zie atoma)
3
, We vertrekken van zuivere maïskorrels = shelled corn. Daarna gaat door reeks v reinigingstoestellen
(corn cleaners)=> roosters, zeven… diit om steentjes, ijzer, grond… te verwijderen. Hierna komen deze
terecht in weektanks (steep tanks). Maiskorrels w dus gereinigd en geweekt.
Weken = graankorrels mengen met water => graankorrels zijn droog, we gaan ze zo vochtig maken,
zodat ze zachter worden en beter vermaald worden, zodat versch componenten beter uit elkaar w
gehaald.
We hebben gezien dat er mo’s aanwezig zijn op groene planten (niet steriel, voorral gisten en MZB)
=> deze moeten groeien, drm gaan we aan weekwater zwaveldioxide toevoegen (0.1-0.2%).
Zwaveldioxide heeft een inhiberende functie, voorkomt dat mo’s kunnen groeien, dit houdt gisten en
heel wat bacterien tegen. Enige bacterien die hier bestand tegen zijn, zijn melkzuurbacterien => deze
kunnen dus groeien en zullen melkzuur vormen uit de suikers, ter vorming v melkzuur. Maïsweekwater
w dus zuur en krijgt een lage pH (3-4) door productie v melkzuur.
We krijgen dus een beperkte melkzuurfermentatie.
Dit gebeurt allemaal in weektank:
- Geweekte maïskorrels verzamelen
- Maïs weekwater laten we achter == corn steep liquor (CSL)
o H2O verwijderen door evaporator
o Ingedikte CSL die gebruikt w in ferrmentatie industrie als N-bron.
Nu begint de werkelijke vermalingsproces (versch delen uit elkaar halen), gaande van de geweekte
maïskorrels:
1. Voormaling = cracking mill. We gaan de korrel voor de eerste keer kraken en de kiem eruit halen,
dit mbv kiemseperatoren. Kiem gaat naar een ander bedrijf waar ie geëxtraheerd w. Bv dmv
hexaan kan men het vet eruithalen die gebruikt w voor maïs kiem olie => gele kleur, why? De
vetoplosbare vitaminen (-carotenen zijn vetoplosbare pigmenten en lossen hier in op tijdens de
extractie).
2. Fijnmaling = hier gaan we de rest afscheiden: eerst de zemelen, dan de gluten (=eiwitten)
verwijderen.
a. Verwijderen v zemelen? Op natte zeven
b. Verwijderen v eiwitten? Dmv centrifuges
3. Wasstap dmv hydrocycloon en zal zetmeel collecteren => dit onder de vorm van een
zetmeelsuspensie (want men zijn bezig met natte vermaling). Zetmeelsuspensie ≠
zetmeelpolossing, omdat de suspensie niet zuiver is, deze bevat vele kationen, vitaminen…
EINDPRODUCT momenteel: zetmeelsuspensie
Wat gebeurt er met de zemelen en gluten? => gaan naar veevoer.
Werking hydrocycloon: kegelvormige metalen structuur, suspensie die gewassen
moet w (in ons geval zetmeelhoudend materiaal), zal tangentieel aan hoge
snelheid aangevoerd w, zodat het een ronde beweging maakt naar beneden toe,
maw grof materiaal w naar beneden afgevoerd, alle fijnmateriaal w naar boven
gegooid. Ttz wassen v suspensie en je krijgt vrij zuiver zetmeel ontdaan v
aanklevend materiaal (niet aan vitaminen en mineralen).
We krijgen zo een zetmeelsuspensie die ongeveer 66% droge stof bevat.
4
