Skrobia modyfikowana – surowiec o wszechstronnym zastosowaniu
Skrobia należy do najbardziej rozpowszechnionych polimerów naturalnych, jest surowcem odnawialnym i biodegradowalnym, co ma duże znaczenie w wykorzystaniu jej jako podstawowego surowca do produkcji wielu cennych materiałów o szerokim spektrum zastosowania.
Agnieszka Szczygielska, Jacek Kijeński
Skrobia jest polisacharydem będącym mieszaniną amylozy (polimeru liniowego) i amylopektyny (polimeru rozgałęzionego) zbudowanych z jednostek a-D-glukopiranozowych [1]. Procesy modyfikacji skrobi można najogólniej podzielić na fizyczne oraz chemiczne. Modyfikacja fizyczna polega na nadaniu polimerowi odpowiedniej formy i właściwości przez operacje fizyczne lub fizykochemiczne. Modyfikacja chemiczna polega na wprowadzeniu do polimeru nowych ugrupowań zasadniczo zmieniających jego właściwości [2]. Fizyczną i chemiczną modyfikację skrobi przedstawiono na rys.1 [3]. W ciągu ostatnich 15 lat w Polsce zgłoszono do ochrony patentowej w Urzędzie Patentowym [4] wiele opisów dotyczących modyfikacji skrobi, między innymi sposobu: otrzymywania skrobi modyfikowanej [5], utleniania skrobi [6], wytwarzania mieszaniny termoplastycznej na podstawie skrobi zawierającej co najmniej jedną kationową i co najmniej jedną anionową skrobię [7], prowadzenia hydrolizy enzymatycznej skrobi [8], otrzymywania eterów [9] i estrów skrobi [10]. Skrobia jest bardzo dobrym surowcem nie tylko do modyfikacji, ale także do produkcji kompozytów [11-12] podlegających szybkiej degradacji.
Do modyfikacji skrobi na skalę techniczną, niezależnie od rodzaju zastosowanej reakcji chemicznej, używa się trzech metod:
1. w zawiesinie (w mleczku) – do zawiesiny skrobi w wodzie dodaje się określone substancje chemiczne i prowadzi reakcję w temperaturze niższej od temperatury kleikowania skrobi. Produkt się odfiltrowuje, przemywa wodą i suszy. Sposób ten umożliwia otrzymanie produktów o dużej czystości, dlatego stosuje się go głównie do produkcji preparatów spożywczych.
2. w roztworze (w paście) – skrobię wraz z reagentami kleikuje się w niewielkiej ilości wody, otrzymaną pastę miesza, a po zakończeniu reakcji suszy lub konfekcjonuje. Metodą tą otrzymuje się głównie kleje i produkty przemysłowe, które nie muszą spełniać wysokich wymagań co do czystości chemicznej i barwy. Zaletą metody jest produkcja bezściekowa.
3. w fazie stałej – skrobię nawilża się roztworem reagentów, suszy pneumatycznie, a następnie praży w temperaturze przekraczającej 100 st. C. Metodą tą otrzymuje się preparaty o zastosowaniach niespożywczych. Proces modyfikacji przebiega w prażalnikach obrotowych i pozwala na uzyskanie produktów spełniających wyższe wymagania jakościowe niż produkty otrzymane z pasty. Ze względu na bezściekową produkcję jest to proces korzystny w aspekcie ekologicznym [13].
Sytuacja rynkowa modyfikowanej skrobi w latach 2000-2004 w Polsce i na świecie [14]
Na rys. 2-3 przedstawiono statystyczne dane dotyczące światowego rynku dekstryn, skrobi modyfikowanej, klejów skrobiowych i dekstranowych, natomiast sytuację rynkową Polski wyżej wymienionych produktów z poszczególnymi krajami Unii Europejskiej w latach 2000-2004 przedstawiono na rys. 4-5.
Jakość produkowanych w Polsce modyfikowanych skrobi określają normy:
a) PN-EN ISO 11213:2001 Skrobia zmodyfikowana. Oznaczanie zawartości grup acetylowych. Metoda enzymatyczna,
b) PN-EN ISO 11214:2001 Skrobia zmodyfikowana. Oznaczanie zawartości grup karboksylowych w skrobi utlenionej,
c) PN-EN ISO 11215:2002 Skrobia zmodyfikowana. Oznaczanie zawartości kwasu adypinowego w acetylowanych adypinianach dwuskrobiowych. Metoda chromatografii gazowej,
d) PN-EN ISO 11216:2002 Skrobia zmodyfikowana. Oznaczanie zawartości grup karboksymetylowych w karboksymetyloskrobi,
e) PN-EN ISO 11543:2005 Skrobia modyfikowana. Oznaczanie zawartości grup hydroksypropylowych. Metoda z zastosowaniem spektrometrii protonowego magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR).
Dane na wykresach 2-5 obejmują dekstryny i inne skrobie modyfikowane (np. skrobie wstępnie żelatynizowane lub estryfikowane), kleje oparte na skrobiach, na dekstrynach lub innych modyfikowanych skrobiach. Z danych zawartych na wykresie przedstawionym na rys. 2-3 wynika, że import w znaczącym stopniu przewyższa eksport dekstryn, skrobi modyfikowanej, klejów skrobiowych i dekstranowych, a szczególną rolę w światowym rynku tych produktów odgrywają kraje Unii Europejskiej i pozostałe kraje rozwinięte. Z danych zawartych na rys. 4-5 dotyczących krajowego rynku dekstryn, skrobi modyfikowanej, klejów skrobiowych i dekstranowych wynika, że do Polski importuje się znaczne ilości tych produktów, a ogromną rolę odgrywają tu państwa takie jak: Niderlandy (Holandia), Francja i Niemcy. Wielkość polskiego eksportu oraz importu dekstryn, skrobi modyfikowanej, klejów skrobiowych i dekstranowych z krajami rozwiniętymi, poza UE i krajami Europy Środkowo – Wschodniej przedstawiono w Tabelach 1-4.
Zastosowanie
skrobi modyfikowanych
Głównymi odbiorcami skrobi modyfikowanych jest przemysł spożywczy, papierniczy, włókienniczy, wiertniczy i odlewnictwo. Dla przemysłu spożywczego skrobie modyfikowane są podstawowym składnikiem różnego rodzaju deserów i lodów, stosowane są jako środek pomocniczy przy produkcji konserw warzywno – mięsnych i mięsnych. W przemyśle papierniczym preparaty skrobiowe spełniają kilka funkcji: ułatwiają prowadzenie procesu technologicznego np. poprawiają zatrzymanie wypełniaczy i przyspieszają odwadnianie masy papierniczej powodując jednocześnie podwyższenie własności wytrzymałościowych papieru; stosowane są do powierzchniowego uszlachetniania papieru; do powlekania papieru mieszankami pigmentowymi pełniąc funkcję środków wiążących pigmenty oraz regulujących lepkość i własności reologiczne mieszanki; w przetwórstwie papieru do sklejania i oklejania, np. worków, pudeł kartonowych czy tektury falistej. W przemyśle włókienniczym skrobie modyfikowane są powszechnie stosowanymi środkami pomocniczymi głównie jako środki klejące do osnów tkackich, zwane popularnie klejonkami oraz jako środki pomocnicze stosowane przy apreturowaniu i w procesie barwienia. W wiertnictwie naftowym i geologicznym środki skrobiowe są stosowane w technologii płuczkowej jako składnik płuczek wiertniczych w celu obniżenia ich filtracji i zachowania stabilności płuczki. Zapewnia to utrzymanie ścian otworu w równowadze, co przeciwdziała osypywaniu się otworu wiertniczego i związanym z tym komplikacjom technicznym. Skrobie modyfikowane produkowane dla odlewnictwa spełniają rolę spoiwa do mas formierskich. Poza tym mogą być stosowane są jako flokulanty skrobiowe, których głównym odbiorcą jest przemysł węglowy, zagęstniki elektrolitów do produkcji ogniw suchych, apreturę do bielizny, środek wiążący do produkcji materiałów izolacyjnych, różnego rodzaju kleje suche i pastowe, w tym kleje do tapet, farb malarskich itp. [15].
Podsumowanie
Modyfikowana skrobia ze względu na szerokie spektrum zastosowania odgrywa ważną rolę w wielu dziedzinach gospodarki narodowej. Pomimo tego, że Polska jest krajem bogatym w surowiec tj. skrobię, która jest łatwo dostępnym, tanim, odnawialnym surowcem chemicznym i szerokiej skali jej przetwórstwa, to krajowa produkcja skrobi modyfikowanej nie zaspokaja potrzeb rynku wewnętrznego, o czym świadczy wielkość importu do Polski dekstryn, skrobi modyfikowanej, klejów skrobiowych i dekstranowych (rys. 2, 4).
drukuj ten artykuł
poleć artykuł znajomemu
Najświeższe informacje w kanale RSS (jak używać) 
Kwiecień 2006
Zawartość numeru:
- Technologie:
- Chemia Gospodarcza i Kosmetyki:
- Zarządzanie:
- Rynki Chemii:
- Brenntag wykorzystał rok 2005 dla dalszego umocnienia pozycji rynkowej
- Skrobia modyfikowana – surowiec o wszechstronnym zastosowaniu
- Powłoki:
- Wydarzenia:
Zobacz pozostałe numery Chemical Review »