설명

옥수수 전분, 밀 전분 또는 카사바 전분과 같은 다양한 종류의 정제된 전분을 원료로 사용하여 산 가수분해 또는 효소 가수분해 방법을 통해 포도당 또는 맥아 덱스트린을 생산할 수 있습니다.

산 가수분해는 색깔 있는 물질이나 비발효성 당을 쉽게 생산하는 방법이지만, 부작용 때문에 실제로는 사용이 중단되었습니다. 저희는 효소 가수분해를 통해 포도당이나 맥아 덱스트린을 생산하는 설비를 제공합니다.

이론적으로는 DE 값이 20% 미만, 즉 환원당 함량이 20% 미만일 때 맥아덱스트린이라고 합니다. 하지만 실제 사용에서는 분리가 명확하지 않습니다.

프로세스 설명

ⅰ. 액상화

당화에 사용되는 포도당 아밀라아제는 외효소의 일종으로, 기질 분자의 비환원 말단에서 가수분해를 합니다. 말토제닉 아밀라아제의 활성을 높이고 당화 반응 속도를 높이기 위해서는 α-아밀라아제를 사용하여 거대 분자인 포도당을 말토덱스트린과 복합당으로 가수분해해야 합니다. 그러나 전분 입자의 결정 구조는 효소에 대한 저항성이 매우 강합니다. 예를 들어, 세균성 α-아밀라아제가 전분 입자를 가수분해하는 속도와 전분을 가수분해하는 속도의 비율은 1:2000입니다. 따라서 아밀라아제가 전분에 직접 작용할 수 없으므로, 전분 용액을 먼저 가열하여 전분을 수화시키고 팽창시켜 결정 구조를 파괴해야 합니다.

(ⅰ). 젤라틴화 및 노화

전분 용액을 특정 온도로 가열하면 전분 입자가 팽창하기 시작하고 극성 교차점이 사라집니다. 온도가 더 높아지면 전분 입자는 원래 부피의 수 배 또는 수십 배까지 계속 팽창합니다. 입자가 팽창하면서 결정 구조가 사라지고 부피가 커지면서 입자들이 서로 접촉하여 젤라틴과 같은 액체 상태가 됩니다. 교반을 멈춰도 전분이 더 이상 침전되지 않는 현상을 젤라틴화라고 합니다. 이렇게 생성된 끈적한 액체를 전분 페이스트라고 하며, 이 현상이 발생하는 온도를 젤라틴화 온도라고 합니다.

전분 노화는 실제로 젤라틴화된 전분의 분자간 수소 결합이 끊어지고 새로운 수소 결합을 형성하기 위해 재배열되는 복잡한 결정화 과정입니다.

(ⅱ). 액상화

액화에는 여러 가지 방법이 있으며, 가장 이상적인 방법은 제트 액화입니다. 공장의 생산 조건에 따라 증기압이 0.8Mpa 이상일 경우 고압 증기 제트 액화 공정을 선택하고, 증기압이 0.5Mpa 이하일 경우 저압 제트 액화 공정을 선택합니다. 제트 액화 공정은 1회 효소 처리 공정과 2회 효소 첨가 공정으로 나뉩니다.

포도당과 과당 시럽 제품을 생산하려면 감자를 원료로 사용하여 효소 처리를 합니다. 옥수수 또는 밀 전분을 사용할 경우, 전분 품질이 좋으면(단백질 함량 ≤0.3%) 효소를 한 번만 첨가하는 것이 좋습니다. 이 방법은 간편하고 증기 사용량을 줄일 수 있으며, 액면 색깔도 옅습니다. 옥수수 또는 밀 전분의 품질이 낮으면(단백질 함량 >0.6-1.0%), 이러한 전분을 사용하면 노화가 쉽게 발생하고 불용성 전분 입자가 생성될 수 있으므로, 원료의 단백질 함량이 높아야 하며, 효소 처리를 두 번 해야 완전히 액화될 수 있습니다.

ⅱ. 흉터 만들기

액화가 완료되면 용액의 pH를 4.2~4.5로 빠르게 조절하고 동시에 60℃까지 냉각시킨 후, 파쇄 효소를 첨가하고 온도를 60℃로 유지합니다. 파쇄가 고르지 않게 진행되지 않도록 지속적으로 교반합니다. 반응 후 무수 알코올로 검사하여 말토덱스트린이 검출되지 않았음을 확인하고, pH를 4.8~5.0으로 조절한 다음 용액을 80℃로 가열하여 20분간 유지합니다. 그런 다음 여과합니다. 여과된 용액을 저장 용기에 담아 60℃ 이상에서 보관하여 추후 사용합니다.

ⅲ. 필터링

전분 당화 후, 당화효소(DE)는 최대 98%까지 달성할 수 있습니다(구성 및 고객 요구 사항에 따라 다름). 그러나 전분이 가수분해되는 과정에서 불용성 불순물, 회분, 지방, 단백질 등이 함께 분해됩니다. 또한, 가수분해 과정에서 산을 첨가하면 무기염이, 효소를 첨가하면 단백질이, 분해 과정에서 아밀로스와 올리고당이 생성되고, 2차 반응에서는 5-HMF 및 기타 색소 물질 등이 생성될 수 있습니다. 이러한 불순물들을 제거하여 포도당의 품질과 완제품의 품질을 향상시켜야 합니다. 따라서 당화 후 여과 공정이 필수적입니다.

무수 알코올로 검사하여 말토덱스트린이 검출되지 않으면 당화 공정을 중단하고 pH 4.2~4.5를 4.8~5.0으로 조정한 후 80℃로 가열하여 20분간 유지한 다음 여과를 시작합니다. 여과 방법에는 판형 압착 여과기, 회전식 진공 드럼 여과기, 막 여과기, 원심분리기 등 다양한 방식이 있습니다. 운영 비용, 투자 비용 및 제품 품질을 고려하여 일반적으로 판형 압착 여과기를 사용합니다.

ⅳ. 탈색

효소법으로 당화시킨 용액의 탈색은 보통 pH를 4.8 정도로 조절하는 과정입니다. 효소 자체가 단백질이기 때문에 용액의 pH가 단백질의 등전점에 가깝고, 부유 물질이 많기 때문에 많은 공장에서는 먼저 규조토로 코팅된 드럼 필터를 사용하거나, 사용 후 활성탄 필터를 추가하여 단백질, 지방 및 불순물을 제거한 후 탈색을 진행합니다. 효소법으로 당화시킨 용액은 색이 옅기 때문에 일반적으로 활성탄을 이용한 2회 탈색 후 철 교환(IX)을 실시합니다. 때로는 활성탄을 사용하지 않고 드럼 필터로 바로 탈색한 후 철 교환을 진행하기도 합니다.

저희 공정에서는 주로 판형 압착 필터를 사용하여 탈색 작업을 진행합니다. 자동화 수준과 작업 환경을 개선하기 위해 일부 서구 제조업체에서는 DDS 필터(두께 증가형)와 같이 여러 개의 필터 튜브 또는 막대로 구성된 캔들 필터를 사용합니다. DDS 필터는 원통형 용기 또는 밀폐된 사각형 용기이며, 내부에 금속 또는 에틸렌 재질의 미세 필터가 있습니다. 여과 전에 액체를 필터 하단에서 펌핑합니다. 불순물은 필터에 남고, 깨끗하게 여과된 액체는 상단 필터 튜브를 통해 배출됩니다. 여과 속도가 낮을 ​​경우 여과를 중단하고 역세척 후 다시 여과를 시작하십시오.

ⅴ. 이온 교환(IX)

3차원 네트워크 골격에 고정된 기능기의 교환 가능한 이온은 이온 농도 및 기타 환경 조건의 변화에 ​​​​따라 외부 이온과 가역적인 교환을 반복할 수 있으므로 이온 분리, 치환, 농축, 불순물 제거 및 화학 촉매 작용에 사용될 수 있습니다.

이온 교환 수지의 골격 구조는 고정되어 있으며, 가역적 교환은 기능기에 대해서만 일어나기 때문에 수천 번 재생하여 사용할 수 있습니다. 하지만 시간이 지남에 따라 재료 손실이 발생합니다. 이온 교환 수지와 다른 첨가제의 차이점은 이온 교환 수지는 여러 번 재생하여 사용할 수 있고 수명이 길다는 점입니다. 따라서 생산 공정을 간소화하고 생산 시간을 단축하며 제품 품질을 향상시키고 효율성을 높이며 비용을 절감할 수 있습니다.

수소화수소는 교환 후 나트륨수소로 변환되면서 이온교환 능력을 상실합니다. 이 수지를 염산과 같은 고농도(약 5%) 강산(재생제)에 넣으면 수소이온 농도가 높아지고, 농도 차이로 인해 나트륨수소가 쉽게 수소이온으로 교환되어 이온교환 능력을 회복하게 되는데, 이것이 바로 재생 과정입니다.

ⅵ. 증발 및 농축

처리 요구 사항과 기술에 따라 연속 증발식, 배치 증발식, 단일 증발식, 다중 증발식 등 다양한 유형의 농축기가 있습니다. 일반적인 증발 방식은 두 가지 유형으로 나뉩니다.

전통적인 방식은 두 개의 증발기로 구성됩니다. 하나는 다단식(일반적으로 3단 또는 4단) 증발기이고, 다른 하나는 단단식 증발기입니다. 많은 공장에서는 이중 증발 방식을 사용하는데, 먼저 3단 또는 4단식 낙하막 증발기를 이용하여 희석된 포도당 용액을 45~60 obx로 농축한 후, 단단식 증발기를 사용하여 72~85 obx로 농축합니다. 단단식 증발기에서는 용액 공급은 연속적으로 이루어질 수 있지만, 배출은 배치 방식으로 해야 합니다.

저희는 요즘 일회성 증발법을 사용하고 있습니다. 이 방법은 효소법을 이용한 포도당 추출에 매우 효과적이며, 최종 제품의 순도를 85obx 이상까지 높일 수 있습니다. 효소법의 초기 용액 순도는 보통 35obx 정도입니다. 에너지 소비량 또한 기존 공정에 비해 훨씬 적습니다.

ⅶ. 결정화

결정화는 액체를 고체로 만들고 고체를 분리하는 과정입니다. 또한 순도를 높이는 가장 중요한 방법이기도 합니다. 결정화는 결정형 포도당 제조 공정에서 가장 중요한 단계이며, 제품 품질과 수율에 직접적인 영향을 미칩니다.

포도당 결정화 공정에는 여러 종류가 있습니다. 이 공정은 제품 품질과 수율 측면에서 다소 복잡합니다. 아래에서 그 과정을 설명하겠습니다.

(1) 결정화 공정

농축 후 액체를 직접 결정화하고, 모액은 순환 과정 없이 바로 배출합니다. 이 공정은 장비가 간단하고 제품 품질이 우수하지만, 수율이 낮아 보통 50% 정도에 불과합니다. 모액을 다른 용도로 활용하는 공장에 적합합니다.

때때로 우리는 수율을 80% 정도로 높이기 위해 모액을 순환시키지만, 제품의 품질은 그다지 좋지 않습니다.

(2) 2회 결정화 공정

이 공정에서 제품 분리 후 남은 모액의 대부분은 탈색 및 철 이온 교환 공정을 거친 후 1차 결정화 공정으로 다시 흘러들어갑니다. 분리 후 남은 습식 결정은 2차 결정화 공정의 원료 또는 산업적 용도로만 사용됩니다.

모액은 대부분 재사용되기 때문에 1차 결정화 단계의 품질은 좋지 않습니다. 하지만 전체 시스템에서 최종 제품은 2차 결정화를 통해 얻어지며, 품질이 훨씬 우수합니다. 대부분의 원료가 회수되고 제품 수율도 높습니다. 이는 의약품 용도의 포도당 생산에 있어 가장 중요한 공정입니다.

(3) 무수 포도당 생산 라인

이 공정은 무수 포도당 생산에 특화된 이중 결정화 공정의 일종입니다. 생산된 제품의 품질은 매우 높습니다. 모액의 일부는 저품질 포도당을 생산하는 데 사용되거나 다른 용도로 사용됩니다.

ⅷ. 분리 및 건조

(1) 분리

결정화 후 혼합물에는 결정 입자와 미결정 액체(일반적으로 모액 또는 미결정액이라고 함)가 포함되어 있으므로 원심분리기를 사용하여 결정 포도당 입자를 모액에서 분리해야 합니다.

액체 혼합물을 넣고 원심력에 의해 회전시키면 결정이 모액에서 바구니로 떨어져 배출됩니다.

(2) 건조

포도당 건조기에는 드럼 건조기, 공기 흐름 건조기, 유동층 건조기 등이 있으며, 일부 공장에서는 고농도 포도당 용액을 직접 분말로 건조하기 위해 분무 건조기를 사용합니다.

드럼 건조기는 스팀 재킷이 있는 회전 드럼으로, 드럼에 일정한 경사가 있으며, 포도당을 한쪽에서 투입할 수 있고, 드럼 내부에서 약 5rpm의 느린 속도로 흐릅니다. 예를 들어 1000*5000mm 크기의 드럼 건조기는 하루 약 10톤의 처리 용량을 가집니다.

공기 건조기는 가장 일반적인 포도당 건조 장비로, 공기 가열기, 송풍기, 공기 파이프, 사이클론 등으로 구성됩니다. 분리된 포도당은 먼저 분쇄된 후 가열된 뜨거운 공기 흐름에 의해 위로 끌어올려집니다. 공기 건조기에서 공기 유입 온도는 약 70~75℃이고, 배출 온도는 약 30~35℃이며, 공기 유속은 약 20m/s입니다. 공기 파이프의 직경이 400mm, 길이가 18m, 공기 유속이 8000m³/h, 공기 압력이 4900Mpa(500mmH₂O)일 때, 생산 용량은 약 10톤/시간입니다.

유동층 건조기는 또 다른 유형의 공기 흐름 건조기입니다. 뜨거운 공기가 유동층 바닥의 작은 구멍들을 통해 위로 올라가면서 천공판 위의 포도당을 유동화시킵니다. 공기 흐름은 수분을 흡수하고 사이클론에서 미세 입자를 분리한 후 배출됩니다. 그런 다음 제품이 건조됩니다. 제품 품질을 보장하기 위해 건조 과정 후반부에 냉각 장치를 추가하여 건조된 포도당의 온도를 낮춰야 합니다. 실온보다 몇 도 높은 온도가 가장 이상적이며, 이렇게 하면 포장 후 덩어리짐 현상을 방지할 수 있습니다. 또한 냉각 공기는 제습되어야 건조된 포도당이 공기 중의 수분을 흡수하지 않습니다.

포도당 공정에서는 분무 건조 방식이 흔하지 않습니다. 제품이 매우 점성이 높아 천 필터로는 충분하지 않고, 입자가 매우 미세하여 사이클론의 집진율도 상대적으로 낮습니다. 하지만 저희는 성능 향상을 위해 몇 가지 특수 설계를 적용했습니다. 분무 건조기 사용은 권장하지 않지만, 고객이 분무 건조기 사용을 선호하거나 공정에 분무 건조기만 필요한 경우 특수 설계도 가능합니다.

건조 공정은 포도당 생산 라인에서 매우 중요한 부분입니다. 모든 제품 접촉 부품과 유입 공기 접촉 부품은 고품질 스테인리스강으로 제작되어야 하며, 모든 유입 공기는 고등급으로 정화되어야 합니다.

ⅸ. 말토덱스트린 생산

말토덱스트린은 크게 세 가지 종류로 나뉩니다.

MD100: DE 값,%(m/m)≤10

MD150: DE 값,%(m/m)≤15

MD200: DE 값,%(m/m)≤20

(MD는 말토덱스트린의 약자입니다.)

말토덱스트린의 품질을 판별하는 데에는 세 가지 주요 특징이 있습니다.

외관: 흰색 또는 아주 옅은 노란색 분말이며, 눈에 띄는 불순물이 없습니다.

냄새: 맥아덱스트린 특유의 냄새가 나며, 이물질 냄새는 나지 않습니다.

맛: 단맛이 없거나 아주 약간만 나고, 무향이며, 다른 맛은 느껴지지 않습니다.

저희는 일반적으로 말토덱스트린 생산 시 농축 후 특수 설계된 분무 건조기를 사용합니다. 이 특수 설계 덕분에 작업 공간을 절약하고, 가열 효율을 높이며, 청소가 간편하고, 공장 투자 비용도 절감할 수 있습니다.

ⅹ. WIP (현장 세척)

고객 요청에 따라 다양한 수준의 WIP 시스템을 제공합니다.

우리 디자인의 특별한 특징

전 세계 많은 공급업체들이 여전히 제공하고 있는 기존 기술과 비교했을 때, 저희 설계는 다음과 같은 특별한 특징을 가지고 있습니다.

1. 효소 투입 및 불활성화: 기존의 1회 효소 투입 방식은 올리고당과 불용성 성분을 다량 생성합니다. 당사는 제품 품질 향상을 위해 2회 투입 시스템을 도입했습니다.

일반적인 공정과 비교했을 때, 저희가 설계한 효소 불활성화 방법은 단백질 응고 및 전분의 균일한 분산에 매우 효과적입니다.

2. 제트 쿠커: 간편한 조작과 낮은 증기압이 저희 제품 디자인의 특징입니다.

증기 압력을 제어하는 ​​대신 액체 레벨을 이용하여 제트 쿠킹 공정을 제어합니다. 증기 공급 압력을 매우 안정적으로 유지하는 것은 상당히 어렵지만, 액체 레벨 제어는 간단합니다.

저희는 저압 제트 쿠커와 고압 제트 쿠커 두 가지 종류의 제트 쿠커를 제공합니다. 저압 제트 쿠커는 약 2bar 정도의 낮은 증기압만으로도 작동하므로, 버려지는 증기를 활용하기에 매우 편리합니다. 고압 제트 쿠커 역시 기존 방식보다 훨씬 낮은 6bar의 증기압을 사용합니다. 기존 방식은 보통 10bar 이상의 증기압이 필요합니다.

3. 액화: 다층 유동 탱크는 동일한 온도와 처리 시간으로 균일한 액화를 보장합니다. 이는 다음 공정인 표면처리(scarifying)에 매우 유리합니다.

4. 농축: 고농도 당도(Brix) 달성을 위한 증발기 1개, 낮은 증기압 요구량, 에너지 절약이 당사 공정의 주요 특징입니다.

고당도 제품을 생산해야 할 경우, 기존 기술은 3~4단 낙하막 증발기 1대와 단단 증발기 1대로 구성됩니다. 하지만 단단 증발기의 증기 소모량이 매우 많고 제품 품질이 낮은 문제가 있습니다. 저희는 4~5단, 때로는 6단 증발기를 사용하여 최종 제품의 당도를 85 Brix 이상으로 높이고 있습니다.

기존의 다단식 낙하막 증발기에 필요한 증기 압력은 일반적으로 6bar 이상이지만, 당사는 3bar 미만의 증기를 사용하며, 1.5bar의 증기로도 작동이 가능합니다.

저희 설계는 에너지 절약에도 중점을 두고 있습니다. 5단 낙하식 증발기를 사용하면 물 1kg을 증발시키는 데 약 0.15kg의 증기만 소비합니다.

5. 당사의 여과 및 탈색 설비는 매우 투명한 제품을 얻을 수 있도록 특별히 설계되었습니다.

6. 철 교환기 기둥 뒤에 탈취기 기둥이 설치되어 있습니다.

7. 발전소에서 발생하는 모든 폐증기, 폐수 및 폐열은 활용되는 것으로 간주됩니다.

8. 예비 탱크를 고려하여 제품 변경 중에도 생산을 중단하지 않고 유지할 수 있도록 할 예정입니다.

친절한 알림

1. 이러한 종류의 설비는 맞춤형 설계에 따라 제작됩니다. 모든 설계에 모든 기능이 제공되는 것은 아닙니다. 실제 구성은 체결된 계약 또는 협약에 따라 이루어져야 합니다.

2. 기계 제작에 사용되는 재료는 AISI304, 316L 등이 될 수 있으며, 고객의 요청에 따라 달라집니다.

3. 가열 방식으로는 증기, 전기, 가스로 등이 있습니다.

4. 제어 시스템의 경우, 간단한 푸시 버튼 방식부터 PLC+HMI 방식까지 고객 요청에 따라 설계해 드릴 수 있습니다.