Скроб како обновлива суровина - биологија
Јачина, особено скроб од компир, скроб од пченка и пченичен скроб, поради различните примени во хемиско-техничката индустрија, тој е еден од најважните обновливи суровини заедно со дрво и шеќер. Главните области на примена на скроб се во производството на хартија и брановидни картони како хартиен скроб и во индустријата за ферментација како ферментиран супстрат за производство на разни хемикалии на платформата и биоетанол како биогориво.
Структура и својства
→ Главна статија: Јачина
Како полисахарид, скробот е природен биополимер кој се чува во клетките на растенијата во форма на зрна скроб како супстанца за складирање на енергија. Се состои од α-Д-глукозни единици (мономери) кои се поврзани едни со други преку гликозидни врски. Ова резултира во хемиската формула (C6H10O5) n, каде C се залага за содржан јаглерод, H за водород и О за кислород. Молекулата на скроб обично се состои од 10 4 до 10 6 единици на глукоза, од кои има два различни вида:
- 20-30% од скробот се состои од амилоза, линеарни ланци со спирална структура (завртка) кои се поврзани само α-1,4-гликозидно
- 70-80% се состои од амилопектин, високо разгранети структури, со α-1,6-гликозидни и α-1,4-гликозидни врски.
Поради OH-групите и гликозидната врска на одделните мономери, скробот може да биде хемиски модифициран на различни начини и со тоа да се направи употреблив за различни намени. Така, преку разни замени се добиваат етер на скроб (скроб-ОР) или естери на скроб (скроб-О-СО-Р), а различни молекули може да се поврзат со скробниот полимер (RO-скроб-OR и/или R-OC-O-скроб- О-СО-Р). Оксидираните скроб и молекули на скроб со зголемени COOH или CHO групи можат да се добијат со оксидација на примарните OH групи; оксидацијата на секундарните OH групи резултира со зголемени CHO и CO групи, како и формирање на прстен на молекулите C2 и C3. За време на термолиза и пиролиза, лаевоглукозан може да се добие со одвојување на вода, што може да се користи како суровина за голем број производи. [1]
Со хидролиза со помош на ензими или киселини, гликозидните врски можат да се скршат, при што се формираат разни модифицирани скроб, декстрини и шеќери базирани на скроб. Последните главно вклучуваат гликоза (декстроза), малтодекстрин, гликозен сируп, малтоза, фруктоза и сорбитол.
Потекло и состав
→ Главна статија: Фабрика за скроб
| грашок | 40 |
| јачмен | 75 |
| компир | 82 |
| Пченка | 71 |
| манијак | 77 |
| ориз | 89 |
| 'рж | 72 |
| Сорго | 74 |
| сладок компир | 72 |
| Тритикале | 74 |
| пченица | 74 |
Скроб за техничка примена се добива од разни култури. Најважните меѓународни растенија за производство на скроб се компири, пченка и пченица; на национално ниво, растенијата на скроб како што се манијак (тапиока, исто така, касава), оризот и слаткиот компир можат да играат поголема улога. Овие постројки претставуваат најголем дел од светското производство од околу 45 милиони тони. Исто така, постојат и други видови жито (јачмен, 'рж, тритикале), грашок, палми од саго (саго) и јами, кои главно се користат како снабдувачи на скроб за храна и добиточна храна. Во Германија, произведени се 1,53 милиони тони скроб од компири, пченица и пченка во 2007 година [3] .
Пропорциите на типови на скроб амилоза и амилопектин варираат во зависност од видот и разновидноста на растението скроб. Бидејќи амилопектинот е првенствено потребен за индустриска употреба, се претпочитаат растенија со скроб со највисока можна содржина на амилопектин. Во ЕУ, генетски модифицираната сорта компир од скроб Амфлора во моментов е во процес на одобрување, чиј скроб се состои скоро исклучиво од амилопектини [4]. Другите видови јачмен, чиј скроб се состои од 95% амилопектин, се базираат на конвенционални методи на размножување.
Различните видови и сорти се разликуваат не само во нивната содржина на скроб, туку и во составот на скроб и содржината на други состојки како што се протеини, липиди и минерали, како и содржина на влага во нетретираниот скроб. Овие состојки обично сочинуваат околу еден процент, влагата е помеѓу 10 и 20% од масата на скроб. Потребната содржина на влага и состојките се утврдени во националните и меѓународните стандарди.
употреба
Главниот дел од скроб и неговите производи се користи во прехранбената индустрија во производството на слатки, печива, млечни производи и особено пијалоци во форма на шеќери на база на скроб (особено гликозен сируп, декстроза и изоглукоза). Според Германското здружение на индустрија за скроб еВ, овој процент бил 56% од 1,82 милиони тони достапни во Германија во 2008 година. Поради својствата на скроб како модифициран полимер и неговиот состав на ферментирани шеќерни единици, сепак, скробот е исто така широко користен како обновлива суровина во хемиско-техничката индустрија; Според здружението, потрошувачката на скроб и деривати на скроб во непрехранбениот сектор во 2008 година била повеќе од 800 000 т во Германија. 10% или 182,000 тони биле наменети за индустријата за хемикалии и ферментација, 35% или 637,000 тони биле користени во производството на хартија и брановидни картони. [3]
Сила во индустријата за хартија
Најголемиот технички потрошувач на скроб во Германија е моментално индустријата за хартија, која, со 35% од вкупната употреба на скроб, има побарувачка од околу 637,000 т годишно. [3]
Скроб се користи во правењето хартија како скроб од хартија за третирање на површината на хартијата, познат како димензионирање или импрегнација. Поради полимеризацијата на глутенот што ја содржи, ја запечатува површината и со тоа ги подобрува својствата на хартијата, така што може да се напише или печати со водени или алкохолни мастила. Ефектот се базира на водоотпорност на хартијата, која е хидрофилна во својата нормална состојба. Во неизмерна состојба, ќе течеа материјали за пишување на база на вода и со низок вискозитет, како што се мастило или индиско мастило, а капиларноста на хартијата ќе го попречува чистиот буква, како што е случајот со неизмерни производи како што се тоалетна хартија или кујнска хартија. Слични ефекти може да се постигнат и со употреба на модифицирана целулоза (на пример карбоксиметил целулоза) или поливинил алкохол.
Во производството на брановидни картони, скробот главно се користи како скробна паста за лепење на слоевите хартија заедно. Во 2008 година, само за ова се користеа повеќе од 100 000 тони скроб во форма на лепак за скроб. [3]
Скроб како подлога за ферментација
Како гликозен полимер, скробот претставува природна резерва на енергија за растенијата, која може да се распадне во метаболизмот на скоро сите организми. Во индустријата за ферментација и биотехнологијата, скробот е најважната подлога заедно со сахарозата за производство на разни производи што ги произведуваат бактерии или габи. Спектарот се движи од биоетанол преку разни аминокиселини, органски киселини како што се лимонска киселина и оцетна киселина, ензими и антибиотици до биомономери и полимери како што се полихидроксиалканоати (PHA; вклучувајќи полихидроксибутиринска киселина, PHB) или полилактична киселина (PLA). Додека биоетанолот во Бразил главно се произведува од шеќер од одгледување шеќерна трска, пченката е главната суровина во САД. Според германската индустрија за биоетанол, скоро две третини од биоетанолот во Германија се добиваат од растенија со скроб, особено од пченица [5] .
Производството е обично независно од подлогата, така што во скоро сите процеси на ферментација може да се користат и скроб и сахароза, како и разни производи со шеќер (обично сируп и меласа). Бидејќи целулозата, како главна компонента на дрвото, е исто така шеќерен полимер, таа исто така е предмет на дискусија како алтернативен супстрат за идни апликации, особено за производство на целулозен етанол и употреба во биофинеријата.
Пластики базирани на скроб
Скроб игра улога во производството на био-базирана пластика. Најважната биопластика базирана на скроб се екструдирани термопластични скроб (TPS) и мешавини со скроб, како и полилактична киселина (PLA). Сите други биопластики како што се полихидроксиалканоати (PHA) заедно сочинуваат помалку од 5%.
Пластиките што традиционално се произведуваат со употреба на петрохемиски производи и за кои сега постојат методи на производство на биогена основа, исто така стануваат важни на меѓународно ниво. Овие вклучуваат пред сè полиетилен (ПЕ), полиетилен терефталат (ПЕТ), полипропилен (ПП) и, во иднина, веројатно, исто така, поливинил хлорид (ПВЦ) и полиметил метакрилат (ПММА).
Додека термопластичен скроб, мешавините на скроб и полиолефините исполнети со скроб претставуваат директна употреба на скроб или модифицирани скроб, PHA и PLA се произведуваат преку ферментација. Подлогата за ферментација може - како што е прикажано погоре - да се базира на различни суровини. Во моментов, пченкарен скроб се користи главно за производство на PLA (NatureWorks во САД).
Други употреби на скроб
Покрај прикажаната главна употреба на скроб, постојат и низа други намени, особено во хемиската индустрија, во производството на козметички производи и лепила (паста од скроб) и во текстилната индустрија во форма на скроб за алишта. За овие апликации, скробот се користи само во релативно мали количини во споредба со употребите опишани погоре.
Во фармацевтската индустрија, скробот се користи во производството на таблети, каде што може да послужи како филер, дезинтегратор, врзивно средство и база во прав.
Се користи, меѓу другото, и за дамки на памук, бојадисување со анилински бои, лепак хартија и згуснување на боите во продавницата за печатење работи. При офсет печатење, смесата со скроб во прав и воздух, често направена од пченка, се нанесува на свежо отпечатената површина со употреба на машини за прав. Прашокот делува како растојание меѓу наредените листови хартија и го промовира оксидативното сушење на мастилото за печатење поради затворениот воздух.