وصف

استخدام أنواع مختلفة من النشا المكرر، مثل نشا الذرة أو نشا القمح أو الكسافا كمادة خام لإنتاج الجلوكوز أو مالت دكسترين عن طريق طرق التحلل المائي الحمضي أو التحلل المائي الإنزيمي.

يُستخدم التحلل المائي الحمضي لإنتاج مواد ملونة أو سكريات غير قابلة للتخمر بسهولة، ولكن نظرًا لآثاره الجانبية، فقد توقف استخدام هذه الطريقة عمليًا. نوفر للنباتات إنزيم التحلل المائي لإنتاج الجلوكوز أو المالت دكسترين.

نظرياً، عندما تكون قيمة de أقل من 20%، أي عندما تكون نسبة السكر المختزل أقل من 20%، يُطلق عليه اسم مالت دكسترين. ولكن في الاستخدام اليومي، لا يكون الفصل واضحاً تماماً.

وصف العملية

١. التسييل

إنزيم الأميليز الجلوكوزي المستخدم في التحلل السكري هو نوع من الإنزيمات الخارجية، حيث يقوم بتحليل جزيئات الركيزة من الطرف غير المختزل. ولزيادة احتمالية إنتاج الأميليز المالتوجيني وتسريع تفاعل التحلل السكري، من الضروري استخدام إنزيم ألفا-أميليز لتحليل جزيئات الجلوكوز الكبيرة إلى مالتوديكسترين وسكريات مركبة. إلا أن البنية البلورية لجزيئات النشا تُشكل مقاومة قوية لهذا الإنزيم. فعلى سبيل المثال، تبلغ نسبة سرعة تحلل جزيئات النشا بواسطة إنزيم ألفا-أميليز البكتيري إلى سرعة تحلل النشا نفسه 1:2000. ولهذا السبب، لا يمكن للأميليز أن يعمل مباشرة على النشا، لذا يجب تسخين الحليب المحتوي على النشا أولاً، مما يؤدي إلى ترطيب النشا وتمدده، وبالتالي تدمير بنيته البلورية.

(1) التجلتن والشيخوخة

عند تسخين حليب النشا إلى درجة حرارة معينة، تبدأ جزيئات النشا بالتمدد، ويختفي التناظر القطبي. ومع ارتفاع درجة الحرارة، تستمر جزيئات النشا بالتمدد حتى تصل إلى عدة أضعاف أو عشرات أضعاف حجمها الأصلي. ومع تمدد الجزيئات، يختفي التركيب البلوري، ويزداد الحجم، وتتلامس الجزيئات مع بعضها، لتتحول إلى سائل هلامي. حتى مع إيقاف التقليب، لا يترسب النشا، وتُعرف هذه الظاهرة بالتجلتن. يُعرف السائل اللزج الناتج بعجينة النشا، وتُعرف درجة حرارة هذه الظاهرة بدرجة حرارة التجلتن.

إن عملية شيخوخة النشا هي في الواقع عملية كسر الروابط الهيدروجينية بين جزيئات النشا المتجلتن وإعادة ترتيبها لتشكيل روابط هيدروجينية جديدة، وهي عملية تبلور معقدة.

(ⅱ). التسييل

تتعدد طرق التسييل، وأكثرها مثالية هو التسييل النفاث، وذلك تبعاً لظروف الإنتاج المختلفة في المصنع، فعندما يكون ضغط البخار ≥ 0.8 ميجا باسكال، يتم اختيار عملية التسييل النفاث بالبخار عالي الضغط؛ وعندما يكون ضغط البخار ≤ 0.5 ميجا باسكال، يتم اختيار التسييل النفاث منخفض الضغط، وتنقسم عملية التسييل النفاث إلى عملية إنزيمية واحدة وتقنية إنزيمية مزدوجة.

إذا تم إنتاج شراب الجلوكوز والفركتوز، استخدم البطاطس كمادة خام لإجراء عملية الإنزيم. استخدم نشا الذرة أو القمح، إذا كانت جودة النشا جيدة (نسبة البروتين ≤ 0.3%)، فكر في إضافة إنزيم مرة واحدة، وهو أمر سهل، ويوفر البخار، ويكون لون السائل فاتحًا. أما إذا كان نشا الذرة أو القمح منخفض الجودة (نسبة البروتين > 0.6-1.0%)، فإن إضافة هذا النوع من النشا تجعله عرضة للتلف وتكوّن حبيبات نشا غير قابلة للذوبان، لذا يجب أن تكون نسبة البروتين في المادة الخام عالية، ويُضاف إليها إنزيم مرتين، ويمكن تسييلها تمامًا.

ⅱ. خدش

بعد انتهاء عملية التسييل، اضبط درجة حموضة المحلول بسرعة إلى 4.2-4.5، مع تبريده في الوقت نفسه إلى 60 درجة مئوية. ثم أضف إنزيم التخثير، وحافظ على درجة الحرارة عند 60 درجة مئوية مع التقليب المستمر لمنع التخثير غير المتجانس. بعد انتهاء التفاعل، وبعد فحص المحلول بالكحول اللامائي والتأكد من خلوه من المالتوديكسترين، اضبط درجة الحموضة إلى 4.8-5.0، وسخّن المحلول إلى 80 درجة مئوية، وحافظ على درجة الحرارة لمدة 20 دقيقة، ثم قم بترشيحه. خزّن السائل المُرشّح في خزان التخزين، واحفظه في درجة حرارة أعلى من 60 درجة مئوية لاستخدامه لاحقًا.

ثانياً: الترشيح

بعد تحويل النشا إلى سكريات، قد تصل نسبة التحلل إلى 98% (تختلف حسب الإعدادات ومتطلبات العميل). ولكن النشا المتحلل مائيًا يحتوي أيضًا على شوائب غير قابلة للذوبان ورماد ودهون وبروتينات وغيرها. في الوقت نفسه، تُضاف بعض الشوائب أثناء عملية التحلل المائي، وإذا أضفنا حمضًا، فقد ينتج عنه أملاح غير عضوية، وإذا أضفنا إنزيمًا، فقد ينتج عنه بروتينات. في عملية التحلل، يتولد الأميلوز والأوليغوز، ويتولد 5-هيدروكسي ميثيل فورفورال (5-HMF) في تفاعل ثانوي، بالإضافة إلى مواد ملونة أخرى. يجب تكرير هذه المواد لتحسين جودة الجلوكوز وجودة المنتجات النهائية. لذلك، بعد التحويل إلى سكريات، من الضروري إجراء عملية ترشيح.

بعد الفحص بالكحول اللامائي والتأكد من عدم وجود مالتوديكسترين، أوقف عملية التحلل السكري، واضبط الرقم الهيدروجيني من 4.2-4.5 إلى 4.8-5.0، وسخّن المزيج إلى 80 درجة مئوية لمدة 20 دقيقة، ثم ابدأ عملية الترشيح. توجد طرق ترشيح مختلفة: مرشح الضغط ذو الألواح والإطارات، ومرشح الأسطوانة الدوارة المفرغة من الهواء، ومرشح الغشاء، وجهاز الطرد المركزي، وغيرها. ونظرًا لموازنة تكلفة التشغيل والاستثمار وجودة المنتج، فإننا نستخدم عادةً مرشح الضغط ذو الألواح والإطارات.

ⅳ. إزالة اللون

عادةً ما تتطلب إزالة لون السائل المُحلى بالإنزيم ضبط درجة الحموضة (pH) عند حوالي 4.8. الإنزيم نفسه نوع من البروتينات، وتكون درجة حموضة المحلول قريبة من نقطة التعادل الكهربائي للبروتين. يحتوي المحلول على العديد من المواد العالقة. تستخدم العديد من المصانع في البداية مرشحًا أسطوانيًا مصنوعًا من الدياتوميت المطلي مسبقًا، أو تضيف مرشحًا من الكربون النشط المُستعمل لإزالة البروتين والدهون والشوائب، ثم تُجري عملية إزالة اللون. نظرًا لأن لون السائل المُحلى بالإنزيم فاتح، فإننا عادةً ما نستخدم الكربون النشط مرتين لإزالة اللون، ثم نقوم بعملية تبادل الحديد (9). أو في بعض الأحيان، لا نستخدم الكربون النشط لإزالة اللون، بل نستخدم المرشح الأسطواني مباشرةً ثم نقوم بعملية تبادل الحديد.

في عمليتنا، تتم إزالة اللون بشكل أساسي باستخدام مرشح ضغط ذي لوحة وإطار. ولتحسين مستوى التحكم الآلي وبيئة التشغيل، يستخدم بعض المصنّعين الغربيين مرشح الشمعة، الذي يتكون من عدة أنابيب أو أعواد ترشيح، مثل مرشح DDS (ذو السماكة المتزايدة). وهو عبارة عن حاوية أسطوانية أو حاوية مربعة مغلقة، تحتوي من الداخل على مرشح دقيق مصنوع من المعدن أو الإيثيلين. قبل الترشيح، يُضخ السائل من أسفل المرشح. تبقى الشوائب داخل المرشح، ويُضغط السائل النظيف المُرشّح للخارج من أنبوب الترشيح العلوي. عند انخفاض سرعة الترشيح، يُرجى إيقاف عملية الترشيح، وغسل المرشح عكسيًا، ثم استئناف عملية الترشيح.

ⅴ. التبادل الأيوني (9)

مع الأيونات القابلة للتبادل على المجموعات الوظيفية المثبتة على هيكل الشبكة ثلاثية الأبعاد، وتغيير تركيز الأيونات والظروف البيئية الأخرى، بحيث يمكن تكرار التبادل العكسي مع الأيونات الخارجية، وجعل فصل الأيونات واستبدالها وتركيزها وإزالة الشوائب والغرض التحفيزي الكيميائي.

يتميز هيكل راتنج التبادل الأيوني بثباته، حيث يقتصر التبادل العكسي على المجموعات الوظيفية فقط، مما يسمح بتجديده واستخدامه آلاف المرات. إلا أنه يفقد جزءًا من مادته مع مرور الوقت. ويكمن الفرق بين راتنج التبادل الأيوني والمواد الأخرى في إمكانية تجديد مادة التبادل الأيوني مرات عديدة، وطول عمرها الافتراضي، مما يُبسط عملية الإنتاج، ويُقلل وقتها، ويُحسّن جودة المنتج، ويرفع كفاءته، ويُخفض تكاليفه.

بعد عملية التبادل، يتحول الراتنج المهدرج إلى راتنج الصوديوم، ويفقد قدرته على التبادل. عند وضع الراتنج في حمض قوي عالي التركيز (حوالي 5%) (عامل التجديد)، مثل حمض الهيدروكلوريك، يرتفع تركيز أيونات الهيدروجين. وبسبب اختلاف التركيز، يسهل استبدال راتنج الصوديوم بأيونات الهيدروجين، مما يستعيد قدرة التبادل، وهذه هي عملية التجديد.

5. التبخر والتركيز

تعتمد أنواع أجهزة التركيز المختلفة على متطلبات المعالجة والتكنولوجيا المستخدمة، مثل التبخير المستمر أو التبخير الدفعي، والتبخير لمرة واحدة أو التبخير عدة مرات. يوجد نوعان رئيسيان من التبخير.

يتكون النوع التقليدي من مبخرين: مبخر متعدد المراحل (عادةً 3 أو 4 مراحل) ومبخر أحادي المرحلة. تستخدم العديد من المصانع التبخير المزدوج؛ حيث يقوم المبخر الأول بتركيز محلول الجلوكوز المخفف إلى 45-60 أونصة باستخدام مبخر ذي غشاء رقيق متساقط بثلاث أو أربع مراحل، ثم يستخدم مبخر أحادي المرحلة لرفع تركيز المحلول إلى 72-85 أونصة. في المبخر أحادي المرحلة، قد يكون التغذية مستمرة، لكن التفريغ يتم على دفعات.

نستخدم حاليًا طريقة التبخير لمرة واحدة. وهي فعالة جدًا مع الجلوكوز باستخدام طريقة الإنزيم، ويمكنها رفع تركيز المنتج النهائي إلى 85 أونصة أو أكثر. عادةً ما يكون تركيز المحلول الأولي في طريقة الإنزيم حوالي 35 أونصة. كما أن استهلاك الطاقة أقل بكثير مقارنةً بالطريقة التقليدية.

ⅶ. التبلور

التبلور هو العملية التي تحول السائل إلى صلب وتفصل المواد الصلبة. كما أنه أهم طريقة للحصول على منتجات عالية النقاء. يُعد التبلور أهم إجراء في عملية إنتاج الجلوكوز البلوري، إذ يؤثر بشكل مباشر على جودة المنتج وكميته.

توجد أنواع مختلفة من عملية التبلور للجلوكوز. هذه العملية معقدة نوعًا ما، وتتعلق بشكل أساسي بجودة المنتج وكميته. فيما يلي وصف للعملية:

(1) عملية التبلور

يُبلور السائل مباشرةً بعد تركيزه، ثم يُصرّف المحلول الأم مباشرةً دون تدوير. معدات هذه العملية بسيطة، وجودة المنتج جيدة، لكن نسبة المردود منخفضة، عادةً حوالي 50%. تُناسب هذه الطريقة المصانع التي تستخدم المحلول الأم في تطبيقات أخرى.

في بعض الأحيان، نقوم بتدوير المحلول الأم لزيادة الإنتاج إلى حوالي 80٪، لكن جودة المنتج ليست جيدة جدًا.

(2) عملية التبلور مرتين

في هذه العملية، يعود معظم المحلول الأم الناتج عن فصل المنتج إلى عملية التبلور الأولى بعد إزالة اللون وعمليات تبادل الحديد. أما البلورات الرطبة بعد الفصل فتُستخدم فقط كمادة للتبلور الثاني أو للتطبيقات الصناعية.

يُعاد استخدام المحلول الأم في الغالب، لذا تكون جودة التبلور الأولي رديئة. ولكن من بين جميع مراحل النظام، يأتي المنتج النهائي من التبلور الثانوي، وتكون جودته أفضل بكثير. يتم استرداد معظم المواد، ويكون مردود المنتج مرتفعًا. هذه هي العملية الأهم لإنتاج الجلوكوز للتطبيقات الصيدلانية.

(3) خط إنتاج الجلوكوز اللامائي

هذه العملية هي نوع من عمليات التبلور المزدوج المتخصصة في إنتاج الجلوكوز اللامائي. جودة المنتج عالية جدًا. يُستخدم جزء من المحلول الأم لإنتاج جلوكوز منخفض الجودة، أو يُستخدم في تطبيقات أخرى.

ⅷ. الفصل والتجفيف

(1) الفصل

يحتوي الخليط بعد التبلور على جزيئات من البلورات وسائل غير متبلور (يسمى عادة السائل الأم أو الأخضر)، ومن الضروري فصل جزيئات الجلوكوز البلورية عن السائل الأم بواسطة فاصل طرد مركزي.

يتم تحميل الخليط السائل ثم تدويره بواسطة قوة الطرد المركزي، ثم يتم قذف البلورات من المحلول الأم إلى السلة وتفريغها.

(2) التجفيف

تشمل آلات تجفيف الجلوكوز مجفف الأسطوانة، ومجفف تيار الهواء، ومجفف الطبقة المميعة، وما إلى ذلك، وتستخدم بعض المصانع مجفف الرذاذ لتجفيف محلول الجلوكوز عالي التركيز مباشرة إلى مسحوق.

مجفف الأسطوانة عبارة عن أسطوانة دوارة مزودة بغلاف بخاري، وللأسطوانة ميل معين، ويمكن إضافة الجلوكوز من جانب واحد، ويتدفق ببطء في الأسطوانة حوالي 5 دورات في الدقيقة، مثل مجفف الأسطوانة 1000 × 5000 مم، بسعة حوالي 10 أطنان في اليوم.

مجفف الهواء هو أكثر آلات تجفيف الجلوكوز شيوعًا، ويتكون من سخان هواء، ومنفاخ، وأنابيب هواء، وفاصل إعصاري، وغيرها. يجب أولًا تكسير الجلوكوز المفصول، ثم رفعه بواسطة تيار هواء ساخن. في مجفف الهواء، تتراوح درجة حرارة الهواء الداخل بين 70 و75 درجة مئوية، بينما تتراوح درجة حرارة الهواء الخارج بين 30 و35 درجة مئوية، وسرعة تدفق الهواء حوالي 20 مترًا في الثانية. بافتراض أن قطر أنبوب الهواء 400 ملم، وطوله 18 مترًا، وسرعة تدفق الهواء 8000 متر مكعب في الساعة، وضغط الهواء 4900 ميجا باسكال (500 ملم ماء)، فإن الطاقة الإنتاجية تبلغ حوالي 10 أطنان في الساعة.

مجفف الطبقة المميعة هو نوع آخر من مجففات تدفق الهواء. يتدفق الهواء الساخن من فتحات صغيرة في أسفل الطبقة المميعة، مما يؤدي إلى تمييع الجلوكوز الموجود على الصفيحة المثقبة. يمتص تدفق الهواء الرطوبة، ويفصل الجزيئات الدقيقة في الإعصار، ثم يُطرد. بعد ذلك، يُجفف المنتج. لضمان جودة المنتج، من الضروري إضافة جهاز تبريد بالهواء في الجزء الثاني، وذلك لخفض درجة حرارة الجلوكوز المجفف. من الأفضل أن تصل درجة الحرارة إلى بضع درجات أعلى من درجة حرارة الغرفة. عندها لن يتكتل المنتج بعد التعبئة. يُرجى التأكد من أن الهواء البارد مُجفف بالهواء، حتى لا يمتص الجلوكوز الجاف الرطوبة من الهواء.

لا يُعدّ التجفيف بالرشّ شائعًا في عمليات إنتاج الجلوكوز. فالمنتج شديد اللزوجة، ما يجعل استخدام مرشح القماش غير عملي. كما أن المنتج دقيق جدًا، لذا فإن معدل تجميعه بواسطة الإعصار منخفض نسبيًا. مع ذلك، فقد صممنا بعض التصاميم الخاصة لزيادة الأداء. على الرغم من أن استخدام مجفف الرشّ غير مُوصى به، إلا أنه في حال رغب العميل باستخدامه، أو إذا كانت العملية تتطلب ذلك فقط، يُمكننا تصميم حلول خاصة.

يُعد قسم التجفيف جزءًا بالغ الأهمية في خط إنتاج الجلوكوز. يجب أن تكون جميع الأجزاء الملامسة للمنتج والأجزاء الملامسة لهواء المعالجة الداخل مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ عالي الجودة، ويجب تنقية جميع الهواء الداخل إلى درجة عالية.

إنتاج المالتوديكسترين

ينقسم المالتوديكسترين إلى ثلاث فئات رئيسية:

md100: de value,%(m/m)≤10

md150: de value,%(m/m)≤15

md200: من القيمة، %(m/m)≤20

(md هو اختصار لمالتوديكسترين).

هناك ثلاث خصائص رئيسية لتحديد جودة المالتوديكسترين:

المظهر: مسحوق أبيض أو أصفر فاتح جداً، بدون شوائب مرئية.

الرائحة: برائحة خاصة من الشعير، بدون رائحة غريبة.

المذاق: لا طعم حلو أو طعم حلو خفيف، عديم الرائحة، بدون أي طعم آخر.

نستخدم عادةً مجفف رذاذ مصمم خصيصًا بعد عملية التركيز لإنتاج المالتوديكسترين. يوفر تصميمنا الخاص مساحة العمل، ويزيد من كفاءة التسخين، ويسهل التنظيف، ويقلل من تكلفة الاستثمار في ورشة العمل.

ⅹ. غسل (غسل في مكانه)

يتم توفير مستويات مختلفة من نظام العمل قيد التنفيذ بناءً على طلب العميل

الميزات الخاصة لتصميمنا

بالمقارنة مع التكنولوجيا التقليدية التي لا يزال العديد من الموردين في العالم يقدمونها، يتميز تصميمنا بالميزات الخاصة التالية:

1. جرعات الإنزيم وتعطيله: ينتج عن عملية إضافة الإنزيم مرة واحدة بالطريقة التقليدية كمية أكبر من الأوليجوز، ومكونات غير قابلة للذوبان. نستخدم نظام الجرعات المزدوجة لتحسين جودة المنتج.

بالمقارنة مع العمليات العادية، فإن تصميمنا لتعطيل الإنزيم جيد جدًا لتصلب البروتين وتشتيت النشا بشكل موحد.

2. موقد الطهي النفاث: سهولة التحكم وانخفاض ضغط البخار هما من السمات المميزة لتصميمنا.

بدلاً من التحكم في ضغط البخار، نستخدم مستوى السائل للتحكم في عملية الطهي النفاث. من الصعب الحفاظ على استقرار ضغط إمداد البخار، بينما يسهل التحكم في مستوى السائل.

لدينا نوعان من طناجر الضغط النفاث للاختيار من بينهما: طنجرة الضغط المنخفض وطنجرة الضغط العالي. في طنجرة الضغط المنخفض، يكون ضغط البخار المطلوب حوالي 2 بار فقط، مما يسهل الاستفادة من البخار المتبقي. أما في طنجرة الضغط العالي، فإن ضغط البخار المطلوب منخفض أيضاً مقارنةً بالتقنيات التقليدية: فنحن نستخدم 6 بار بينما تتطلب التقنيات التقليدية عادةً أكثر من 10 بار.

3. التسييل: تضمن خزانات التدفق متعدد الطبقات تسييلًا متجانسًا بنفس درجة الحرارة ونفس مدة المعالجة. وهذا مفيد جدًا للعملية التالية، وهي عملية الكشط.

4. التركيز: يُعد استخدام مبخر واحد لتحقيق نسبة بريكس عالية، وانخفاض ضغط البخار المطلوب، وتوفير الطاقة من السمات الرئيسية لعمليتنا.

عند الحاجة إلى منتج ذي نسبة بريكس عالية، تتكون التقنية التقليدية من مبخر ذي غشاء رقيق متساقط بثلاث أو أربع مراحل، ومبخر أحادي المرحلة. تكمن المشكلة في أن استهلاك البخار في المبخر أحادي المرحلة مرتفع للغاية، وجودة المنتج منخفضة. لذا، نستخدم مبخرًا واحدًا بأربع أو خمس مراحل، وأحيانًا ست مراحل، لإنتاج منتج نهائي بنسبة بريكس 85 أو أعلى.

عادةً ما يكون ضغط البخار المطلوب للمبخر التقليدي متعدد التأثيرات ذي الغشاء المتساقط أكثر من 6 بار، بينما نستخدم أقل من 3 بار، حتى أن 1.5 بار من البخار يمكن أن يعمل أيضًا.

يركز تصميمنا أيضاً على توفير الطاقة. فبفضل مبخرتنا ذات المراحل الخمس، لا تستهلك سوى حوالي 0.15 كجم من البخار لتبخير 1 كجم من الماء.

5. تم تصميم ترتيبات الترشيح وإزالة اللون لدينا بشكل خاص، وذلك للحصول على منتج شديد الوضوح.

6. يتم توفير عمود إزالة الروائح بعد عمود تبديل الحديد

7. تعتبر جميع نفايات البخار والماء والحرارة المتولدة من المصنع قابلة للاستخدام.

8. يتم أخذ الخزانات الاحتياطية في الاعتبار، حتى نتمكن من الحفاظ على الإنتاج دون توقف أثناء تغيير المنتج.

تذكير ودي

1. يتم تصنيع هذا النوع من المصانع بناءً على تصميم مخصص. لا تتوفر جميع الميزات في جميع التصاميم. يجب أن تتم التكوينات الفعلية وفقًا للعقود أو الاتفاقيات الموقعة.

2. يمكن أن تكون مادة تصنيع الآلة من الفولاذ المقاوم للصدأ AISI304 أو 316L وما إلى ذلك. يعتمد ذلك على طلب العميل.

3. بالنسبة لطريقة التسخين، يمكن أن تكون بالبخار أو الكهرباء أو فرن الغاز وما إلى ذلك.

4. بالنسبة لنظام التحكم، يمكننا تصميم زر ضغط بسيط، كما يتوفر نظام PLC + HMI للعميل، ويمكننا تصميم نظام التحكم حسب الطلب.