Livadi
09.06.2010, 02:32
Çok eski yıllardan beri mısır gerek hayvanlar için gerekse insanlar için çok önemli bir besin maddesi olarak karşımıza çıkar. Mısır içerdiği yüksek orandaki nişasta, protein ve yağ sayesinde oldukça yüksek bir besin değerine sahiptir. Bu özelliği sayesinde sanayide kullanımı yaygınlaşmıştır. Bu pazar her geçen yıl katlanarak artmaktadır.
Bunun sebebi, mısırdan nişasta eldesinin kolay ve maliyeti düşük proseslerin uygulanması ile gerçekleştirilebilmesidir.
Nişasta kimyasal yollar ile bir çok farklı ürüne dönüştürülebilmektedir. İlaç, tekstil ve gıda sanayinde kullanılan dekstrin, glikoz, fruktoz vb. maddeler nişastanın kimyasal yollarla parçalanmasından elde edilmektedir.
Gelişen üretim teknolojileriyle birlikte daha yüksek kapasiteli ve verimli çalışan fabrikalar ortaya çıkmıştır. Cargill A.Ş. Türkiye’de de mısırı işleyen fabrikalar arasındadır. 15 sene önce günlük üretimi 7 tane 25’er kg’lık torba nişasta olan Cargill, şu anda 250 ton nişasta ve 120 ton glikoz üretecek duruma gelmiştir.
Tez ile ilgili hesaplarında yer aldığı Cargill’de mısırdan nişasta, glikoz yanında yan ürün olarak da gluten, kepek ve öz üretimi yapılmaktadır.
Mısır işleme sanayindeki büyük gelişmelerin önündeki engellerin kaldırılması, uygulanan politikaya ve yeni ürünlerin geliştirilmesi için yapılan araştırmalara bağlıdır.
. MISIR ve MISIRIN İŞLENMESİ
2.1. Mısırın Tanımı
Mısır, yaklaşık olarak % 8 öz, % 11 kepek, % 5 protein, % 6 çözünür protein, safsızlık ve iyonlar, % 70 oranında nişasta ihtiva eder. Nişastanın mısırın içerisindeki yüksek bulunma yüzdesi ve bir çok değişik ürüne dönüştürülebileceği dikkate alındığında, mısırı hammadde olarak kullanan proseslerde temel ürünün nişasta olduğu göze çarpar. Genelde büyük işletmelerde elde edilen nişasta da işlenerek nişastanın dekstroz, glukoz, fruktoz, mısır şurubu ve malto dekstrin gibi ürünlere dönüşümü sağlanır. Mısırın işlenmesi sırasında öz, kepek ve gluten gibi ürünler de saf olarak elde edilir ve gıda sanayinde kullanılır. Mısırın yapısına bakacak olursak; ortada öz, özün çevresinde protein ve nişasta tüm bunları da çepeçevre saran kepek mısırın genel görünümünü verir. Protein ve nişasta iç içe geçmiş matris haldedir. Burada protein çözünür ve çözünmez protein olmak üzere ikiye ayrılmaktadır. Mısırdan elde edilen ürünlere göz atacak olursak:
Doğal Nişasta Dekstrin Glikoz
Oluklular, gıda, ilaç, ilaç sektörü, deterjan, Şekerleme, reçel,
hazır çorba, lokum, yapıştırıcı, tekstil, bisküvi, sakız,
Kağıt, dondurulmuş gıda, döküm sanayi, boyalar vb.. kozmetik,çikolata
Tekstil, tutkal, puding vb.. likor, biracılık,vb..
(2000, Cargill)
2.1.1. Mısırın besin değeri ve yan ürünleri
Amerika’da bütün tahıllar çiftlik ve kümes hayvanlarını beslemek için kullanılmaktadır. Esasen insanların da besin maddesi olarak mısıra çokca ihtiyaç duymasından ötürü mısır, bu tahıllar arasında önemli bir yer teşkil eder. Mısır lezzetlidir, insanlar ve hayvanlar tarafından kolayca sindirilebilir ve tüm tahıllar içerisinde en fazla bolizmal enerjiyi bulundurur. Soya fasulyesi ve mısır, enerji ve protein içeriği, ekonomikliği ve elde edilebilirliliği açısından kümes ve çiftlik hayvanları endüstrisinin hızlı büyüme ve gelişiminde önemli bir yer teşkil eder. Başlangıçta bu endüstriler, öncelikli olarak tahılların öğütülmesi esnasındaki ve meşrubat endüstrisindeki ya ürünleri kullanmışlardır. Çiftlik hayvanlarının besin ihtiyacının daha iyi bilinmesi ve dengelenmiş oranların yükseltilmesine olan talep ile birlikte mısır, başlıca içerik haline geldi.
Mısır kuru maddesi üzerinden % 72 içerir ve lif seviyesi düşüktür. Nişasta endospermin içerisinde protein ile birlikte matris halde bulunur. Mısır az oranda protein içermesine rağmen başlıca protein kaynağı olarak çiftlik hayvanı yetiştiriciliğinde kullanılımaktadır. 1985 yılında Amerika’da ortalama 75,1 dönüm mısır hasat edilmiştir ve bundan dönüm başına 4,15 m3 ürün elde edildiği tahmin edilmektedir. Bu miktar içerisindeki protein 46,7 milyon ton, % 44’ lük soya ununa denk gelmektedir. Karşılaştırma açısından; bu dönemde hasat edilen soya fasülyesinden 55,2 milyon ton % 44’lük soya unu üretilebilirdi. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 15)
2.1.1.1. Mısır özü yağı
Mısırın içerisindeki yağ yüksek oranda doymamıştır ve linoleik (% 2,9 kuru madde üzerinden) asit bakımından oldukça zengindir. Bu açıdan mısır; insanlar, kümes hayvanları ve domuzlar için yüksek enerjili besin özelliği taşır. Öz içerisindeki yağın bileşimi endosperm yağına benzer. Fakat öz, tahılın sahip olduğu yağın % 83’ünü üzerinde barındırır. Yağlar eşdeğer ağırlıkta nişasta veya proteinin vermiş olduğu ****bolizmal enerjinin yaklaşık olarak 2,25 kat daha fazlasını verir. Mısırdaki yağ, mısırın verdiği ****bolizmal enerjinin % 10 – 12’sini vermektedir.
Yağın absorpsiyon yüzdesi, yağın içerdiği ****bolizmal enerji miktarını belirler. Absorpsiyonu etkileyen önemli faktörler; zincir uzunluğu, yağdaki çift bağ sayısı, ester bağlarının ve yağ molekülündeki yağ asitlerinin bulunan gliserindeki durumu, doymuşluk oranının doymamış yağ asidine oranı, yağ karışımındaki yağ asitlerinin cinsi ve miktarıdır.
Mısırın yağı yüksek oranda doymamışlık içerir. Gıdalardaki durumu linoleik asidin sağlanması açısından yararlı olduğu gibi diğer besinlerden alınan doymuş yağlarında absorbe edilmesinde önemli rol oynar. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 15)
2.1.1.2. Karoten
Tahıllar içerisinde, yararlı nitelikteki karoten pigmentlerini sadece sarı mısırın içermektedir. Karoten pigmentleri sarı mısırın çekirdeğindeki endospermin içerisinde konsantre halde bulunur. Beyaz mısırda karoten pigmentleri bulunmaz. % 12 nem içeren sarı mısır 22 mg/kg karoten içermektedir. A vitamininin moleküler yapısı -karotenin moleküler yarısıyla özdeştir. Provitamin A, hayvanın bağırsak ve dokularında A vitaminine dönüşür. Genelde A vitamini karbon yapısına sahip olan herhangi bir karoten pigmenti, provitamin A’dır. -karoten, üretimde provitamin A kaynaklı bağımsız bir rol oynayabilir. -karotenler oksidasyona, ışığa, minerallere, sıcaklığa, neme, depolama süresine bağlı olarak yok olabilir. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 15)
2.1.1.3. Vitaminler
A vitaminine ek olarak mısır, B12 vitamini ve daha birçok önemli vitamini ihtiva etmektedir.
Mısırda ve tahıllarda bulunan niacin maddesinin hayvanlar ve insanlar tarafından elde edilemediği uzun zamandır bilinmektedir. Niacin eksikliğine bağlı olarak yüksek seviyeli mısır içeren gıdalar, hayvanlar ve insanlar tarafından tüketildiğinde pellegrin (kellik) ortaya çıkmıştır.
Mısır Meksika ve diğer Latin Amerikan ülkelerinde hazırlanışı gibi kireç pişirme adımı uygulanarak işlendiğinde, yetersiz niacin gıdası aln farelerinbüyümesini geliştirdiği gözlemlenmiştir. Wet milling yönteminin adımları ile tekrar eski yapısına dönüştürülen mısır içerisindeki niacin fareler tarafından çiğ haldeki mısıra göre daha fazla elde edilebilir değildir.
Niacin, seyreltilmiş alkali ile hidroliz edilirse veya kaynatılırsa elde edilebilir hale gelir.Vitaminler mısırdan, bağlı, kompleks bir yapı içerisinde izole edilebilirler. Bu kompleks % 50 su ve etanol karışımı ile yüksek niacin kaynaklı ticari mısır gluteninden çözülebilir. Triptofan amino asiti niacin için olumlu olan, yeterli miktarda elde edilebilen pridoksin sağlar. Aşırı triptofan ek niacin ihtiyacını azaltır.
Mısırda civcivler tarafından elde edilebilir pridoksin miktarı 2,69 mg/kg olarak tahmin edilmektedir. Normalde ihtiyacı 4,7 mg/kg’dır. Mısır kepeğinde insanlar için alınabilir pridoksin miktarı 0 olarak rapor edilmiştir. Bunun yanında mısır pantotenik asit, pridoksin, folik asit, riboflovin gibi maddeler de içerir. E vitamini mısırda oldukça yeterli miktarda bulunmaktadır. E vitamini oksidasyona sebep olur. E vitamininin miktarı mısırın genetik kökeni kullanılarak değiştirilebilmektedir. E vitaminin besinsel gereksinimi gıdalardaki doymuş yağ asiti gereksinimi gibi yüksektir. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 15)
2.1.1.4. Mineraller
Mısırın içerisindeki fosforun % 80’den fazlası fosfat formundadır. Mısır diğer tahıllarda da olduğu gibi düşük kalsiyum oranına sahiptir. Fosfor, potasyum ve magnezyum oranı da düşüktür ancak bu oran diğer tahıllarda da aynıdır.
Mısırın içerisindeki fosforun % 90’ını öz ihtiva etmektedir. Tahıl fosforunun işkembesiz hayvanlar tarafından toplam fosforun % 30’unun alınabildiği tahmin edilmektedir. Fosfat asiti diğer minerallerle özellikle demir, magnezyum, bakır ve kalsiyum ile birlikte karışık halde bulunur.
Mısırdaki küçük mineral içeriğinin, küçük mısır taneleri içerisinde düşük oranda olduğu kabul edilmiştir. Mısır – soya gıdasının büyük mineralleri sağlaması yanında, küçük moleküllerin eksiklikleri önlemesi açısından selenyum, demir, manganez, iyot, bakır ve çinko içermesi yerinde olur.
Selenyum bu mineraller içerisinde sınırı aşmayan ancak yüksek toksit madde içeriğine rağmen köklü bir yer teşkil etmektedir. Amerika’daki çoğu toprak bu elementi bulundurmaz. Fakat bu elementi ihtiva eden bazı topraklar bir alkali hastalığa neden olur. E vitamini ve selenyumun antitoksidan biyolojik görevi vardır. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 15)
2.1.2. Ticari olarak kullanılan mısır çesitleri
Normal dent mısırının nişastası % 27 amilaz lineer glikoz polimeri ve % 73 amilopektin, dallanmış – zincir glikoz polimeri içerir. Normal dent mısırdan elde edilen nişasta içerisinde bu oranlar sabittir.
Filint mısırı Güney Afrika’ da yetiştirilir ve kolay yumuşamamasına rağmen başarılı bir şekilde işlenebilmektedir. Nişasta yüzdesi normalden biraz azdır. Ancak iyi niteliktedir ve amilaz – amilopektin oranı normaldir.
Waxy mısırı genetik değişime uğramış bir mısırdır. Küçük ayarlamalar dışında işlenmesi açısından normal mısırla arasında pek bir fark yoktur. Proses sıcaklığı 3 °C daha düşüktür. Nişasta ve gluten eldesi daha kolaydır. Ancak nişasta miktarı normal mısırın sahip olduğundan % 10 kadar düşüktür.
Genetik değişime uğratılmış mısırın bir diğer çeşidi ise nişastası % 60 – 70 amilaz içerendir. Bu mısır özel olarak izole bir ortamda yetiştirilir ve toplanır. Normal mısırın proses sıcaklığından 3 °C daha sıcaktır. Nişasta oranı % 10 – 20 daha düşük olup daha uzun masarasyon süresi gerektirir. Gluten – nişasta ayırma işlemleri daha uzundur. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 12)
2.1.3. Nişasta
Nişasta polisakkarid olarak bitkiler içerisinde saklanır ve insan gıdalarının önemli bir bölümünü teşkil eder. Yumru, kök ve tohumların temel içeriğini oluşturur ve mısır, pirinç, buğday, patates ve diğer bazı tahıllardan elde edilebilmektedir. Ticari olarak nişasta daha çok, ucuz ve bol bulunabilen mısırdan üretilmektedir. Buğday ve patetes nişastasının üretimi çok ufak bir kesre tekabül eder ve pahalıdır.
Besin olarak kullanılmayan nişastanın tarihi çok eskilere dayanır. Mısırlıların papirüs eldesinde nişastalı yapıştırıcılar kullanmaları İ.Ö. 3500 – 4000’ lere kadar gitmektedir. Modifiye edilmiş buğday nişastasını papirüsün yüzeyini şekillendirmede, düzleştirmede kullanmışlardır. Günümüzdeyse kağıt, tekstil, yapıştırıcı ve daha bir çok sanayi dalında ayrıca besin maddesi olarak da yaygın bir kullanımı vardır. Yerinde duran enzim teknolojisi, zamanla mısır nişastasından tatlandırıcı üretilmesine kadar geliştirildi. (mısır şurubu, yüksek fruktozlu mısır şurubu). Çalışma laboratuarlarda hangi tahıllardan veya nişastalarından belirlenen genişlik içerisinde kimyasal besin olarak yararlanılacağı ve yenilenemez petrol kaynaklarının yerini alacağı şeklindedir.
Nişasta lineer (amilaz) veya dallanmış (amilopektin) polimerlerin bir karışımıdır. Granüller halinde dallı ve lineer moleküller arasında bulunur. Bazı nişastalar sadece dallı moleküllerden oluşmuştur. Bunlar kesik yüzeyli yemin camsı parlaklığından ötürü waxy nişastası olarak tanımlanmışlardır. Tüm nişastaların % 25 lineer % 75 dallı molekül içermesine rağmen bazı genetik değişime uğramış yemler % 85 lineer molekül içerecek şekilde üretilebilmektedir.
Nişasta granülleri 2 – 150 m boyunda değişir. Pirinç en küçük, patates ise en büyük granüllere sahiptir. Nişasta granüllerinin mikroskobik incelenmesi hilum denilen belirgin bir açıklığı göstermektedir. Hilum, granülün bitkiye ait merkezidir. (Örneğin, çekirdek etrafında granül büyümesinin olması gibi.) Parçalanmamış nişasta granülleri soğuk suda çözünmez. Fakat suyu emer ve şişer. Granül çapının artması normal mısırda % 9,1 iken waxy mısırında % 22,7 dir. Sıcak suda ise jelatinleşme gerçekleşir. Jelatinleşme nişastanın cinsine göre farklı sıcaklıklarda olabilir. (Othmer, 1971, Bölüm 21)
2.1.4. Mısır tatlandırıcıları
Mısır tatlandırıcıları mısır nişastasından elde edilen besleyici tatlandırıcılar olarak tanımlanmışlardır. Mısırdan elde edilen tatlandırıcılar; kristalin monohidratlar, dekstroz (D – glikoz, mısır şekeri), yüksek fruktozlu mısır şurubu (izo – glikoz), diğer mısır şurupları (glikoz şurubu, nişasta şurubu) ve malto dekstrindir (hidroliz edilmiş katı tahıl). Mısırdan tatlandırıcı elde edebilmek için asit ve enzim katalize yöntemi kullanılır. Örneğin dekstroz hazırlanmasında nişasta enzimlerle hidrolize edilir ve kristalizasyon ile arıtılır. Yüksek fruktozlu mısır şurubu (HFCS), dekstroz hidrolsatın bazı enzim gruplarının izomerizasyonu ile elde edilir. Yüksek fruktoz seviyesine zenginleştirme kromotografik ayırma işlemi ile de gerçekleştirilebilir. Normal mısır şurupları ve malto dekstrinleri mısır nişastasının asit kullanılarak hidroliz edilmesiyle imal edilebilir. (asit – enzim veya enzim teknikleri de kullanılabilir) mısır tatlandırıcıları rafine edildikten sonra kuru veya şurup olarak bireysel görev ve özelliklerine göre satılabilir.
Tatlandırıcılar dünyada ticari olarak buğday, pirinç, patates, ve tatlı patates gibi nişasta içeren diğer tahıllardan da elde edilebilmektedir. Bununla birlikte Amerika’da nişasta tabanlı tatlandırıcıların çoğunun hammaddesini mısır nişastası oluşturur. Depolama kolaylığı, uygun fiyat, bulunabilirlik ve yan ürünlerinin de hayvan yemi veya besin maddesi olarak kullanılabilmesinden ötürü mısır nişastası tercih edilir. Belirgin biçimde Amerika’daki mısırın % 11 – 13’ü wet milling işleminde kullanılmaktadır. Mısırdan elde edilen nişastanın % 75’i tatlandırıcı imalatında kullanılır. Hemen her gıda maddesinde tatlandırıcıların kullanılır hale gelmesi son yıllarda tatlandırıcı tüketimini ve üretimini arttırmıştır. Kullanım son 25 yılda hızla artmıştır ve mısır tatlandırıcılarının, sakrozun başlıca tüketimi % 51’lere ulaşmıştır.
Nişasta tabanlı tatlandırıcılar 19. yy’ın başlarında şeker üzerinde yapılan araştırmalar ile gündeme gelmiştir. Fransız – İngiliz Savaşı yıllarında Avrupa’daki bazı limanların kuşatılması şeker kamışı eksikliğine yol açmıştır. Bu sebeple de alternatif tatlandırıcılar gündeme gelmiştir. İlk olarak dekstroz Napolyon tarafından da bu yüzden ödüllendirilen L. Proust tarafından üzümlerden elde edilmiştir. Kirchoff’un da mısır tatlandırıcıları endüstrisinin temellerini attığı söylenebilir. Ciltçi olarak, Arabistan’a özgü zamklar üzerinde kil için araştırma yaparken Kirchoff, patates nişastasının sülfürik asit varlığında ısıtıldığında şekerli maddenin şekle girdiğini keşfetmiştir. Örnekler dekstroz kristalin şuruptan ayrılması ile kuru veya buharlaştırılmış şuruplardan yapılmıştı. Kirchoff bu keşifle Rusya imparatoru tarafından ömür boyu aylık bağlanması ile ödüllendirilmiştir. Saussere 1815’de nişastanın asit konversiyonu ile hidrolizinin sonucunda elde edilen nişasta şekerinin üzüm şekeri ile aynı olduğunu rapor etmiştir.
Patates nişastasının hidroliziyle dekstroz üretimi ticari olarak 1842’ de başlamıştır. Mısır şekeri ise ilk olarak 1866’ da New York’ da üretilmeye başlandı.
Daha sonraları değişik ürünler üzerinde araştırmalar yapılmaya başlandı. Kristal dekstroz imalatı bu araştırmalar sonucunda sağlanmıştır. 1880 ile 1920 arasında gösterilen çabalar belirli bir sınırda başarı sağladı ve kristalizasyonun tekrarını veya su içermeyen çözeltilerden kristalizasyonunu gerektirdi. Geniş ticari nitelikte imalat yapılmadı. Fakat kristalin dekstrozun uygun değerini yakalayabilmek için yeterli miktarda madde hazırlandı. 1921 yılında ticari üretim konsantrasyon, sıcaklık, kristalleşme kontrol edilerek yapılmaya başlandı.
Nişastanın şekere ve şuruba dönüştürülmesinde 1930’lara kadar asit kullanıldı. Asit hidrolizinin koku ve renk üzerindeki etkisinden dolayı üretim sık sık sınırlandırıldı. 1930’ların sonuna doğru fungal enzimler üzerindeki araştırmalar, asit – enzim prosesi kullanılarak tatlandırıcı ve düşük viskoziteli şurup elde edilmesine izin verdi ve bu birçok alana yayıldı.
Asit – enzim prosesindeki başarılar, araştırmalarda dekstroz üretiminde enzim kullanılmasına ilham kaynağı oldu. 1960’ ta ise asit hidroliz yöntemiyle nişastanın dönüştürülmesinde gluko – amilaz enziminin kullanılması daha yüksek verimde dekstroz üretimine olanak tanıdı. 1970’lerle birlikte asit hidroliz yönteminin yerine bakteriyel enzimlerin ( - amilazlar) kullanılması yüksek dekstroz oranı eldesi ile gerçekleşti.
Böylece dekstroz üretiminde yüksek dekstroz yüzdesi sağlayan toplam enzim prosesleri gerçekleştirilmiş oldu.
Şeker, fruktoz doğal olarak birçok sebze ve meyvede bulunur ve sakrozdan 1,8 kat daha tatlıdır. Fruktoz 1847 yılında ilk olarak ayırımı gerçekleştirildi. 1895’te de ilk olarak alkalin izomerizasyonu yöntemiyle dekstrozdan üretilmiştir. Birçok çalışma alkalin izomerizasyonu ile fruktoz şurubunun ticari olarak üretimi için gerçekleştirilmiştir. 1943 yılında % 20 fruktoz içeren şurup ticari olarak tütünde nem sağlaması için üretilmiştir. Bununla birlikte besin olarak imalatı renk, koku, düşük fruktoz yüzdesi gibi sebeplerden dolayı yapılmamıştır.
Dekstrozun izomerizasyonu için ticari enzim proseslerine olan ilgi Amerika’da azalmıştır. Fakat araştırmalar yüksek fruktoz yüzdeli ürün için Japonya’da devam etmiştir. Ticari HFCS üretimi Japonya’da 1966’da yapılmaya başlanmıştır ve 1971’de Amerika’da patent almıştır. Japon teknolojisi Amerika’da lisans almıştır ve % 15 ile sınırlandırılmış fruktoz şurubu 1967’de üretilmiştir. Bunu diğer yıl % 42’lik fruktoz şurubu takip etmiştir. Başlangıçta kesikli sistem ve çözünür enzimler kullanılarak HFCS üretimi yapılmıştır. Bununla birlikte konsantrasyon etkisi mısır arıtım endüstrisinde sürekli sistem ve sınırlı enzim teknolojisi kullanılarak 1972 yılında sonuçlandırılmıştır. Diğer endüstriyel prosesler de hemen ardından gelişmiştir.
HFCS geliştirilmesinin hemen ardından sakroz fiyatları dramatik bir biçimde talebin artmasından dolayı yükseldi. Düşük maliyeti ile HFCS, şekerin temsilen popüleritesi arttı ve satışlar inanılmaz bir biçimde yükseldi. HFCS’nin ticari olarak zamanında gelişimi ve üretimi yüksek sakroz fiyatı avantajını beraberinde getirdi HFCS sakroza alternatif tatlandırıcı olarak birçok yerde kullanıldı. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 17)
2.2. Mısırın İşlenmesinde Genel Yöntemler
Mısırın işlenmesinde üç genel yöntem vardır. Bunlar; wet milling, dry milling ve mısırın distilasyonu yöntemidir. Mısırın distilasyonu yöntemiyle meşrubat üretilir. Yakıt alkolü wet milling ve dry milling yöntemleriyle elde edilir. Amerika’da 1984 – 1985 yılları arasında her üç yönteminde kullanılmasıyla yaklaşık 27 milyon ton mısır işlenmiştir. Bu mısırın % 74,6’sı wet milling yöntemiyle işlenmiş olup bunun da % 14,1’i etanole dönüştürülmüştür. Etanolün, direkt fermantasyon ile eldesi % 8,45’lik bir paya tekabül eder.
Wet milling endüstrisi bazı sebeplerden ötürü tartışmalara yol açmıştır. Birincisi yüksek hacimde üretimden dolayı piyasaya egemen konumda olmasıdır. İkinci olarak yüksek hacimli üretimin çabucak gelişmesinden ötürü yeni pazarların oluşmasına olanak tanımamaktadır. Wet milling endüstrisi 1979’dan bu yana yıllık % 8 – 10 büyümeyle günümüzdeki konumuna erişmiştir.
Ancak son zamanlardaki pazardaki gelişmeler tartışmalara son verir niteliktedir. Artık pek çok ürün pelet olarak satılmaktadır.
Çok eskilerden beri içkilerdeki alkol ve endüstriyel alkolün üretilmesi tahılların fermantasyonu ile elde edilmektedir. Kısaca tahıl sulandırılır, nişastanın jelatin hale gelmesini sağlamak için pişirilir, soğutulur ve maya ile karıştırılıp fermantasyona uğratıldıktan sonra distile edilir.
Son yıllarda wet milling endüstrisi yakıt alkolü üretmeye başlamıştır. Bu nişastayı enzimle muamele edip, fermantasyona uğratmakla mümkündür.
Mısırın dry milling yöntemiyle istenilen endüstriyel ürünlere ve besin maddelerine ayrılması bu üç yönteminde kullanıldığı sanayide en küçük paya sahiptir. Dry milling yöntemi aslında basit bir öğütme işlemidir. Önce mısır yıkanır ve nemi % 20 seviyelerine çekilir. Öz yağ ekstraksiyonu işlemi için uzaklaştırılır ve geriye kalan kısım öğütülüp elenerek bir çok küçük parçaya ayrılır. Öncelikli ürünler un ve mısır yemidir. Diğer ürünler kepek ve mısır yağı olarak sayılabilir. Bu ürünler biracılıkta, gıda sanayinde, fermantasyon işlemlerinde veya hayvan yemi olarak kullanılabilir. Alkol üretiminde genellikle dry milling yöntemi ile işlenmiş hammadde kullanılır.
2.2.1. Wet milling yöntem ve ürünleri
Mısır bol olarak bulunabilir ve nispeten diğer tahıllara göre fiyatı daha ucuzdur. İstenilen nitelikte ve miktarda yüksek protein ve nişasta yüzdesine sahiptir. Wet milling yöntemiyle yüksek saflıkta nişasta, etil alkol gibi endüstriyel ürünlere, çeşitli besin maddelerine dönüştürülebilmektedir. Besin maddeleri için kullanılan tatlandırıcı ve nişasta elde edebilmek için mısırın büyük bir bölümü wet milling yöntemiyle işlenir.
Wet milling yönteminde mısır tanesini çok dikkatlice kontrol edilen sartlar altında su ile yumuşatma işlemi gerçekleştirilir. Daha sonra mısır kırılır, elek santrifüj ve yıkamadan geçirilerek mısırın içeriği öz, nişasta, kepek, tatlandırıcılar ayrı ayrı elde edilir. Son yıllardaki bu ürünlere olan talep, başlıca yatırımın, üretim kolaylığının geliştirilmesi olmasını zorunlu kılan kararlı bir büyümeye yol açtığını göstermektedir. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 12)
2.2.1.1. Masarasyonlama
İlk önemli adım kontrol edilen sıcaklık, zaman, SO2 konsantrasyonu, laktik asit içeriği vb. değişkenlerin istenilen şartlar altında tutularak masarasyonlamanın gerçekleştirilmesidir. Bu şartlar altında suyun tohumun hücresine girmesi gerçekleşir. Masarasyonlama tahılı yumuşatarak mısırın içeriğine ayrılmasını kolaylaştırır.
Mısır toptan olarak wet milling tesisine kamyonlarla, mavnalarla taşınır. Daha sonra istenen özellikteki mısır elek yardımıyla ayrılır. İstenmeyen kısım ve diğer yabancı maddeler hayvan yemi olarak ayrılır. Eğer bunların mısırla birlikte kalmasına izin verilirse suyun difizyonuna ve alkol vizkozitesinin bozulmasına, üretilen nişastanın kalitesine olumsuz etki eder.
Masarasyonlama mısırın 50 – 330 ton arasındaki tanklara koyulmasıyla gerçekleştirilir. Burada mısır 52 °C’ deki masarasyon suyu ile işleme tabi tutulur. Tankların dibi koni şeklindedir ve burada bulunan elek sayesinde masarasyon suyu buradan alınıp başka bir yere pompalanabilir ya da tekrar tankın tepesine resirküle edilir. Masarasyon sıcaklığını korumak için bir ısı değiştirici vasıtasıyla bu resirküle edilen su ısıtılır. Su 55 °C’ deyi bakterilerin parçalanmasını önlemek açısından aşmamalıdır.
Masarasyonlama 6 – 12 arası veya daha fazla tank kullanılarak yapılabilir. Tanklardan biri boşaldığında diğeri doldurulur. Sadece su bir tanktan diğerine transfer edilir. Kuru mısır tankın tepesinden boşaltılır, masarasyonlanmış mısır ise aşağıdan çekilir.
Tanklarda kullanılan su wet milling yönteminde mısırın çözünür bileşenlerinin toplanmasını sağlar. Masarasyon suyuna % 0,12 – 0,2 konsantrasyonda SO2 eklenir. SO2 sıvı olarak satın alınır veya elementel sülfürün yakılmasıyla imal edilebilir. SO2 suyu mısırın içerisine difizyonunun artmasını, protein – nişasta matrisinin çözülmesini sağlar ve böylece daha saf bir nişasta elde edilebilir.
SO2’ li su en son tanka eklenir. Su tanktan tanka geçerken SO2 konsantrasyonu azalır, bakteri oluşumu artar ve bu da laktik asit oluşumuna neden olur. Kullanılan masarasyon suyu çekildiğinde istenilen laktik asit konsantrasyonu % 16 – 20 civarındadır. Bununla beraber SO2 konsantrasyonu % 0,01 veya daha az olmalıdır.
Masarasyonlama için uygun su miktarı 1 ton mısır başına 1,2 – 1,4 m³ sudur. Masarasyonlama sırasında 1 ton mısır başına 0,5 m³ su, mısır tarafından absorbe edilir ve mısırın % 16 civarı olan nemi % 45’e çıkar. Geriye kalan 0,7 – 0,8 m³ su sistemden çekilir. Bu da % 40 – 50 kuru madde kalacak şekilde buharlaştırılır, kepekle karıştırılır, kurutulur ve satılır. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 12)
2.2.1.2. Masarasyon suyunun evaporasyonu
Masarasyon suyu, yani içerisinde çözünür protein ve iyonlar barındıran su evaporatöre bir ton mısır başına 0,6 – 0,7 m³ gelecek şekilde beslenir. % 5 – 10 olan kuruluk % 40 – 50’ ye çıkarılır. Daha sonra kepeğe eklenir.
Düşen film sirkülasyonlu evaporatör sistemi hafif masarasyon suyunun % 30’a yükseltmek için 1,2 kg/cm² veya daha az basınçlı buhar kullanılmaktadır. Geri gelen buhar sıkıştırılır ve tekrar buhar gövdesine verilir. Bu sayede enerjiden kazanç söz konusudur. Kompresörler % 75 verim ile merkezkaç akışlı çalışır. Elektrik motor enerjisi yaygındır. Fakat buhar enerjili türbinler de kullanılır.
Zorlanmış – sirkülasyonlu, çok yünlü – efekt buhar evaporatörleri kuru maddeyi % 50 seviyesine çekebilmektedir. Bu ünite düşen film tipinden farklıdır. 0,7 m3/saat masrasyon suyu yerine 7 – 11 m3 su tüplerde tekrar sürkile edilir. Evaporatörler özellikle ısıdan ve protein asitlerinden etkilenmemesi, aşınmanın aza indirgenmesi açısından alkali ile muamele ettirilir. Bu ayda bir yapılabilir. Evaporatör kondensatı oldukça koroziftir. pH’ ı 3 civarında olup organik maddeler ve alkoller içerir. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 12)
2.2.1.3. Öz eldesi
Savak suyu sisteme masarasyonlanmış mısırın masarasyon tanklarından kırma değirmenine transferi için kullanılır. Bu su mısır değirmene girmeden önce elekten geçer ve savak suyu olarak tekrar kullanılır. 1 ton öğütme mısırı için 4,5 – 6 m³ su gereklidir. Mısır biri haraketli diğeri sabit olmak üzere iki disk içeren öğütme değirmenine girer. İki disk arasında ayarlanabilen bir açıklık vardır. Buna göre öğütmenin derecesi ayarlanabilir. İşleyişi sağlamak için değirmen beslemesine biraz su eklenir. Sulandırılmış, öğütülen mısır buradan yüzdürme tanklarına veya hidrokolonlara pompalanır. Yağdan oluşmuş olan öz üste çıkar ve eleklere gönderilen öz 1 ton mısır başına 1,2 – 1,3 m³ suyla yıkanarak suyundan büyük ölçüde arındırılmak üzere prese beslenir, kurutulur ve mısır yağı elde etmek üzere yeni işlemler uygulanır. Öz yıkamadan çıkan su değirmene beslenen akımı sulandırmak için kullanılır. Bu su % 15 – 17 öz içerecek bir akım elde edebilecek şekilde dikkatlice kontrol edilerek kullanılmalıdır. Özün ayrılması işleminde 150 – 200 mm yarıçaplı hidrokolonlar artık daha çok tercih edilmektedir. Kullanılan hidrokolonlara örnek Resim 2.2’de gösterilmektedir. Çünkü açık yüzdürme sistemine göre daha verimli ve kontrol edilebilir bir sistem durumundadır. Akış azalır, yağ içeriği yükselir. Fakat elde edilen öz miktarı ve yağ ürünü azalır.
Gerek yüzdürmede, gerekse hidrokolonlar ile ayırma işleminde alt akım ikinci bir disk değirmenine pompalanır. Burada amaç ilk ayırma işlemlerinde ayrılamamış özün ayrılmasını sağlamaktır. Yapılan bu işlem ilk bir önceki ayırma işlemiyle çok benzerdir. Ayrılması sağlanan öz birinci ayırma işlemlerinden geçmek üzere geri pompalanır.
Öz, mısır bulamacından wet milling işlemiyle ayrıldıktan sonra prese girer ve burada % 50 kuruluğa kadar gelmesi sağlanır. Ardından döner kurutucuda % 3 neme kadar kurutulur. Yüksek ısıdan dolayı bozulmasını veya tutuşmasını önlemek için ya içerisinden su geçirilen tüp soğutucu ya da içerisinden hava geçirilen soğutucu – taşıyıcılar kullanılır.
Isı ve basınç uygun koşullarda olmalıdır. 120 °C’ de öz yumuşamaya başlar, mekanik olarak yağ eldesinden önce buharlaşma yaşanır. Yağ içeriği tam bir pres ile % 45’ ten % 6’ ya düşürülebilir. Başka bir proseste bundan daha iyi bir kazanım sözkonusu değildir. Büyük işletmelerde sadece yağ hücresini bırakmak için ezilir ve bu % 13 – 20 yağ içeriğini azaltır. Daha sonra ince tabaka haline getirilirler ve hekzan çözücüsü ile ekstraksiyona uğratılırlarsa yağ içeriği % 1,5’a getirilir.
2.2.1.4. Kepek eldesi
Flotasyon veya hidrokolonlarla gerçekleştirilen öz ayırma işleminden sonra mısır bulamacı nişasta ve gluteni kepekten ayırabilmek için elekten geçirilir. (50 m)
Öz ayrıldıktan sonra geriye kalan kepek ve üzerine ilişik nişasta entoleter değirmenine gelir ve burada koni şeklindeki değirmenin çeperlerine yüksek hız ile materyal fırlatılır ve kepeğin nişastadan ayrılması sağlanır. Ayrıca bu ayırma işlemi için ayarlanabilir hareketli disk değirmenleri de kullanılabilir. Bunlar 1500 – 1800 rpm de karşıt istikametli döner. Son yıllardaki geliştirilmiş değirmenler 1,3 m çapında 1800 rpm dönüşlü ve 800 – 1000 beygir gücünde çalışıp, günde 1269 ton mısır işleme kapasitesine sahiptir. Bütün disk değirmenleri kepekteki nişastayı % 35’ten % 5 – 15’ e kadar indirebilmektedir.
Değirmenden gelen bulamaç yıkanır, elekten geçirilir ve bu sayede nişastadan ayrılması sağlanır. En genel yıkama ekipmanı 5 – 7 adet elekten oluşur. Kullanılan yıkama suyu 1 ton mısır başına 1,8 – 2,3 m³ olup son elekten verilmeye başlanır ve bu su ilk elekten nişasta ile birlikte çıkar. İlk elek için elek aralığı 50 mm, diğerlerinde ise 70 mm uygundur. Elekler sık sık tıkanmalarının önlenmesi ve daha verimli çalışmalarının sağlanması açısından yıkanarak temizlenir. Her bir elek bir pompa ve tanka sahiptir. Geniş bölünmüş tanklarda kullanılabilir. Dizaynı suyun bir bölmeden diğerine kolayca geçebileceği otomatik kontrolün mümkün olduğunca azaltıldığı bir şekilde olmalıdır.
Son kepek yıkama eleğinden sonraki akım maksimum % 15 kuru madde içerir ve suyun uzaklaştırılması gerekmektedir. Bunun için santrifüj kullanıldığında % 40 kuru madde elde edilebilir. Ancak nişastanın çoğu kepekle birlikte gider. Bunun diğer elekli modellerinde ise nişastanın suyla birlikte gitmesi, kepeğin daha saf ayrılması sağlanır.
Genel olarak sudan ayırma işleminde iki yöntem vardır. İlkinde elekli santrifüjler kullanılır ve bu % 20 – 30 kuru madde sağlar. Avantajı, kemerli pres kullanan ikinci adıma göre yüksek kapasitede çalışılması ve daha fazla kuruluk derecesine sahip olmasıdırBununla birlikte kuruluk % 42 – 48’ e kadar çıkar. Buradan çıkan suyu azaltılmış kepek evaporatörde konsantrasyonu arttırılmış masarasyon suyu ile karıştırılır ve kurutulur.
Bu sistemin performansı istenilen kepek kalitesine göre değişebilmektedir. İyi bir kalitede kepek eldesi, yoğun bir öğütme sonucu gerçekleşir. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 12)
2.2.1.5. Birincil nişasta ayırımı
Öz ve kepek elenerek ayrıldıktan sonra geriye kalan nişasta ve protein, proteinin düşük yoğunluğu sayesinde ayrılabilmektedir. Bu aşamada santrifüj kullanılır ve yüksek protein gluteni elde edilir. Disk nozul tipi santrifüjler, çözünmez gluten partiküllerini ayırıp yüksek protein gluteni elde etmek için kullanılır. Bazı protein ve kirlilikler nişasta akımı ile birlikte kalabilir. Ancak bu da bundan sonraki nişasta yıkama adımında ortadan kalkar.
Birincil santrifüjden elde edilen gluten başka bir santrifüj yardımıyla kuruluğu % 3’ ten % 12’ lere çıkarılır. Daha sonra kullanılan vakum filtre bunu % 42’ ye çıkartır ve son olarak kurutucudan % 88 kurulukta gluten elde edilir. Elde edilen gluten, hayvan yemi formülasyonlarında kullanılır. Sistem üzerinden elde edilen su wet milling prosesinde yıkama suyu olarak kullanılır.
Sudan arındırma işleminde santrifüjün etkisi beslemenin sıcaklığının artırılmasıyla ve pH’ı normal seviyesi olan 4,5’ ten 7,0’a yükseltmekle arttırılabilir. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 12)
2.2.1.6. Gluten kurutma
Gluten neminden olabildiğince mekanik işlemler vasıtasıyla ayrıldıktan sonra ( % 55 – 60 nem ), pnömatik veya döner kurutucuda % 12 neme kadar kurutulur. Islak glutenin yapışkanlığını yenmek için ürün geri döngüsü gerekmektedir. Koyu renkli veya yanmış ürünler olmaması açısından 400 °C bir limit sıcaklık olarak kabul edilir. Döner kurutucunun toz ile ilgili bir sorunu olmaz. Ancak pnömatik kurutucuda daha açık renkli bir ürün eldesi söz konusudur. Yüksek sıcaklıktan ötürü pigmentler parçalanabilir. Kurutma esnasında ağır masarasyon suyunun kullanılması bunu önleyebilir. Wet milling yönteminde üründe minimum % 60 protein eldesini gerçekleştirmek oldukça zordur. Problemler masarasyonlama, kepek eldesi veya birincil santrifüjden dolayı kaynaklanabilir. Bazı küçük çalışma birimlerinde gluten keki kurutulmaz ve doğrudan kepeğe katılır. Evaporatörden gelen ile birlikte protein yüzdesi % 30’ larda seyreder.
2.2.1.7. Nişastanın saflaştırılması
Birincil santrifüjden çıkan nişasta % 3 – 5 protein içermektedir. 10 mm çapında hidrosiklonlar kullanılır. Bunlar bir araya getirilerek yerleştirilir ve yaklaşık 720 adedi ile bir ünite oluşturulur. Böyle 10 – 14 ayrı ünite seri olarak birbirine bağlıdır. Pompalar dışında bu sistem hareketli değildir.
Yaklaşık 2,1 – 2,5 kg su her kg kuru nişasta başına kullanılır. Nişasta içerisinde safsızlık ve gluten hidrokolonlar vasıtasıyla ayrılır. Elde edilen nişasta % 0,3 – 0,35 toplam protein ve % 0,01 çözünür protein içermelidir. Bundan önceki adımlarda herhangi bir sorun gerçekleşmezse sonuçlar yukarıdaki gibidir.
Nişasta yıkama suyu deiyonize edilmiş bir sudur. Bu suya saf kondensat eklenebilir. Su optimum ayrımın gerçekleşeceği sıcaklığa ısıtılır. Bu sıcaklık 38 – 43 °C’ dir. Düşük sıcaklık kullanmak daha yaygındır. Çünkü hidrokolon sisteminin bütün bölümleri kullanılır ve daha fazla ısı ek pompalardan meydana getirilir. Bu hidrokolon sistemi Resim 2.3’de gösterilmektedir.
Yıkama suyu yıkanmış nişastanın çıktığı son bölümden girer. Su ve safsızlıklar, sistemi % 25 oranında nişasta içeren besleme akımının girdiği ilk bölümden terk eder. Bu akımın içerisinde az bir oranda nişasta küçük parçacıklar halinde proteine bağlanmış olarak bulunur. Bunu ayırmak için santrifüj kullanılır. Alt akım birincil santrifüje geri beslenirken, üst akım yıkama suyu olarak kullanılabilir. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 12)
2.2.2.1. Modifiye nişasta
Nişasta, wet milling işlemlerinden % 40 kuru madde içererek çıkmaktadır. Nişasta daha sonra direkt olarak kurutulabilir veya kimyasallarla, asitle muamele edilerek nişastanın modifikasyonu müşteri gereksinimlerine göre sağlanabilir. 1 ton kuru nişasta başına 1 – 2 m³ su kullanılarak kimyasal atıklar nişastadan vakum filtre veya santrifüj ile ayrılabilir. Vakum filtreden çıkan kek % 40 – 50 kurulukta olup buradan 65 – 150 °C’ deki buhar ısıtmalı kurutucuya beslenir. Pnömatik kurutucular kullanıldığında sepet tipi santrifüjden gelen beslemenin kuruluğu % 55 – 67 civarındadır. Kurutucuda ısıtma, direkt gaz yakılan bir ocakla sağlanabilir ki, bu da 220 °C sıcak havaya denk gelir. Ürün genellikle paketler içerisinde kamyonlarla taşınır. Kullanım alanı yapıştırıcı sanayi, kağıt, tekstil ve gıda sanayidir. Ürünün bir kısmı kızartılır, soğutulur, karıştırılır ve yapıştırıcı sanayinde kullanılmak üzere paketlenir. (Pziedic ve Kearsiley, 1985, Bölüm 2)
2.2.2.2. Etanol
Etil alkol ( etanol ) fermantasyon ile nişastadan üretilirken wet milling işlemlerinden dolayı eşsiz bir ekonomik avantaja sahiptir. Çünkü maya tekrar geri dönüştürülebilir. Başka hiçbir maddeye fermantasyondan sonra müdahale edilemez. Ayrıca hafif masarasyon suyu kullanılarak mayalanma için gerekli evaporasyon giderleri minimize edilebilir. Bir kısım alkol, meşrubat sanayinde kullanılır. Eskiden tahıl etanolünün % 65 – 75’ini wet milling yöntemini kullanan sanayiciler üretmekteydi. Fakat 1984 – 1985’ten itibaren bu oran % 60’lara kadar düştü. Gelecekte bu oranın daha da düşmesi beklenmektedir. Çünkü birçok fabrika dry milling yöntemine geçmektedir. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 12)
2.2.2.3. Ürünler ve çeşitlilik
Masarasyon suyu mısır tohumunun çözünmüş kısımlarını içeren bir sudur. % 50 kuru madde içerene kadar buharlaştırılır ve sıvı olarak sığır çiftliklerine veya mandralara satılmaktadır. Konsantrasyonu ve pH’ı olan 4,2 – 4,5 biyolojik olarak sabittir. Antibiyotik üretiminde veya fermantasyon işlemlerinde kullanılabilir. Bir kısım masarasyon suyu ise mısır proteini yemi olarak kullanılabilmektedir.
Öz yağı alındıktan sonra geri kalan kısmı genellikle destekleyici vitamin, mineral olarak hayvan yemine katılır. Yemin büyük çoğunluğu mısır proteini yemine, suyunun ve yağının gluten tarafında absorbe edilmesinden yararlanılmak üzere katılır.
Hidrol veya mısır şekeri, kristalin – dekstroz üretimi ile elde edilir. Bu hayvan yemi veya besin malzemeleri imalatında kullanılabilir. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 12)
2.3. Nişastanın İşlenmesi
2.3.1. Nişasta hidrolizi
Mısır tatlandırıcıları genellikle nişastanın mısırdan wet-milling yöntemiyle ayrılmasından sonra elde edilen ve % 99 saflıkta, kuru madde bazında % 0,25-0,35 protein, % 0,1 mineral ve % 5-6 diğer safsızlıklar içeren nişastadan elde edilirler.
Nişasta tanecikleri 2 ayrı kısımdan oluşur. Bunlardan biri amilazdır. Bu lineer bir polimer olup 1,4 – bağlı D – glikoprinosil lineer polimer ünitelerinden oluşmaktadır. Diğer kısmı ise amilopektin. Bu yapıya da 1,6 dal noktası ile bağlı kısa 1,4 – bağlı glikoz zincirleri içeren dallı polimerler örnek verilebilir. Belirgin bir biçimde amilaz parçacıkları nişasta granüllerinin % 25 – 30’unu temsil eder ve moleküler ağalığının 250000 civarında olduğu bilinmektedir. Daha fazla amilopektin fraksiyonu nişasta granülün % 70 – 75’ini molekül ağırlığının da 50 – 500 milyon olduğunu gösterir.
Mısır tatlandırıcıları asitlerin veya enzimlerin -1.4 ve -1.6 glikosidik bağlantıları üzerinde hidrolitik davranışı ile üretilirler. Hidrolizin tipine bağlı olarak değişik molekül ağırlıklı sakkaritler oluşur. Buna bağlı olarak farklı fonksiyonel tatlandırıcılar üretilir. Sakkarid içerisindeki dekstroz miktarı, polimerizasyon derecesine (DP) işaret eder. DP1 dekstrozu; DP2 maltoz benzeri disakkaridleri; DP3 maltotrioz veya panoz gibi trisakkaridleri; DP4 ise tetra veya daha fazla derecedeki sakkaridleri ifade eder. Hidroliz derecesi, dekstroz denkliği olarak tanımlanmıştır. Nişasta hidrolsatının indirgen içeriğinin değeri kuru maddedeki dekstroz miktarı olarak hesaplanabilir. Nişasta her molekülde yalnızca bir indirgen grup içerdiğinden dolayı, esasen nişasta sıfır DE değeri gösterir. Dekstroz denkliği (DE) bakır tuzundan oluşan bir alkali solüsyon kullanılarak şekerin indirgenmesi esnasında gösterilen tepkiye göre saptanır. İndirgenen bakır miktarı indirgen şeker miktarı ile orantılıdır. Buna alternatif yöntem nişasta hidrolsatının yüksek performanslı sıvı kromotografi yöntemi ile işleme tabi tutulmasıdır. DE değeri her sakkariddeki DE’ nin toplanması ile bulunabilir. DP1 = 100DE, DP2 = 62DE, DP3 = 40DE, DP4 = 18DE’ye denk gelir. Aralarındaki ortalama ilişki ise ;
DP = [(20000/DE) - 18]/162
şeklindedir. 1 molekül suyun eklenmesi ile her hidroltik birleşebilir. Suyun eklenmesinden dolayı oluşan ağılık kazancı kimyasal bir kazanç şeklindedir. Bu nedenle nişastanın dekstroz ürününe hidrolizinin tamamlanması kuru madde miktarını (162 + 18)/162 faktörüne göre yükseltir. Kimyasal kazanç faktörü ile DE arasındaki ilişki aşağıdaki şekilde tanımlanabilir;
Kimyasal kazanç faktörü = (0,00111)(DE) + 0,9973
2.3.1.1. Asit hidrolizi
Asit hidrolizi nişastanın -1.4 ve -1.6 bağlarına rastlantısal olarak bağlanması ve aynı zamanda polimerizasyon derecesinin yükseltilmesi ile gerçekleştirilir. Asit sadece hidrolizi katalize etmeye yaramaz. Aynı zamanda gerçekleşen diğer reaksiyonlarla hidrolizin devamını da sağlar. Örneğin dekstrozun dehidrasyonundan hidroksimetilfurfural elde edilir.
Bazı reaksiyonlar ürün oluştuktan sonra vermesi de, uzaklaştırması da çok zor olan tat ve koku sağlayabilirler. Dolayısıyla şuruplar üretilirken yan reaksiyonların etkisinden sakınabilmek için asit hidrolizi 42 DE (dekstroz denkliği) ile sınırlandırılmıştır. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 17)
2.3.1.2. Enzim hidrolizi
Enzimatik hidroliz asit hidrolizinden daha karmaşıktır. Bu özellikler tat, koku ve ürün biçimindeki farklılıkları minimize eder. Daha yüksek ürün miktarı sağlar ve saflaştırma giderlerini azaltıcı etkide bulunur. Mısır tatlandırıcısı üretiminde kullanılan enzimler bakteriyel ve fungal -amilaz, -amilaz ve gluko-amilazdır.
Bakteriyel -amilazlar Bacillus organizmasından üretilirler. -amilazlar, hidrolizin molekül içerisinde rastgele ilerlemesinden, sadece -1.4 bağına bağlanmasından veya sakkaridleri şekline sokmasından beri endoenzimler olarak sınıflandırılırlar. Enzime bağlı olarak bakteriyel -amilazın hareketi de değişir. Gerek bakteriyel -amilazların, gerekse fungal -amilazlarının başlıca ürünü maltozdur. Bundan dolayı enzimler şurupları yüksek maltoz içeriğine sahip ürünler haline getirmek için kullanılırlar. Bakteriyel -amilazlar 105-110 °C’ de kullanılabilir. Fungal -amilazlar ise 55-60 °C’ de kullanılırlar. Nişasta hidrolizinde bakteriler için pH 5,5-7 civarındadır. Fungallarda ise bu 5-5,5 civarıdır.
Gliko-amilazlar(amiloglikosid veya -amilaz) A.niger bakterisinden meydana gelir. Gliko-amilazlar ekzoamilitik bir aktivite sergilerler ve -1.4 ve -1.6 bağlarına bağlanarak dekstrozu serbest bırakırlar. Hidrolizin derecesi bağların durumuna bağlıdır. Ticari proseslerde gluko-amilaz ile % 96’dekstroz ihtiva eden dekstroz hidrolsatı üretilir. Enzim ayrıca dekstrozun disakkaride dönüşüm reaksiyonunu katalize eder. Gluko-amilaz geniş bir pH derecesinin üzerinde iyi bir kararlılık gösterir. Bununla beraber ticari proseslerde pH genellikle 4-4,5 olarak kabul edilir. Tavsiye edilen sıcaklıklar 58-62 °C’ dir. Yüksek sıcaklık enzim kararlılığını azaltırken, düşük sıcaklık da mikrobiyal olasılıkları arttırıcı etki gösterir.
-amilaz maltocenik enzimler olup şurup üretimi için kullanılmaktadır. Enzim maltozu formu içerisinde molekülden ayrılır. Reaksiyon 55-60 °C’ de pH ise 5-5,5 civarındadır. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 17)
2.4. Tatlandırıcı Üretiminde Prosesin İşleyişi
2.4.1. Dekstroz
Dekstroz ticari olarak nişastadan asit, asit-enzim ve enzim-kataliz yöntemleriyle üretilebilmektedir. Son zamanlarda tüm üretim yöntemlerinde nişasta 10-15DE ve -amilaz kullanılarak üretilir. Bunu, gliko-amilaz kullanılarak % 95-96 oranında dekstroz üretim işlemi takip eder. Bu daha sonra rafine edilerek kristal-dekstroza, sıvı dekstroza veya yüksek dekstrozlu mısır şurubuna dönüştürülebilir. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 17)
2.4.2. Nişasta hidrolizi
1960’lara kadar ticari olarak dekstroz üretimi asit – hidaroliz yöntemiyle gerçekleştirildi. % 15-25 nişasta içeren süspansiyon HCl ile muamele edilir ve 5-10 dakikalığına 140-160 °C sıcaklığa ısıtılırdı.(veya maksimum dekstroz seviyesine ulaşıncaya kadar) Bundan dolayı % 86 oranında dekstroz dönüşümü sağlanabilirdi.
Gliko-amilaz üzerindeki gelişmeler dekstroz üretim teknolojisinde büyük gelişmelere yol açtı. Bunu asit hidrolizin kapsamının azaltılması izledi. Sıvılaştırma kesikli olarak korozyona dayanıklı ekipman ile gerçekleştirilir. pH 1,2-2 seviyesine HCl veya H2SO4 eklenerek getirilir ve 120-140 °C’ye 10-20 DE elde etmek üzere ısıtılır. Daha sonra gliko-amilaz eklenir. Bu şartlar altında DE’nin kontrolü önem kazanır. DE’nin artmasıyla asit dönüşüm ürünleri de artmaktadır. DE değeri çok düşükse bu filitrasyon problemlerine yol açabilir. Asit-enzim yöntemi dekstroz miktarını % 92-94 seviyesine kadar getirebilir.
1960’larda total enzim prosesleri geliştirilmiştir. Daha düşük sıcaklık ve daha yüksek pH’ta sıvılaştırma gerçekleştirilir ve bu yan reaksiyonları azaltırken dekstroz miktarını da % 95-97 seviyesine çıkartmıştır.% 30-40 lık nişasta içeren süspansiyon -amilaz ile muamele edilir. pH 6-6,5 sıcaklık 85-90 °C’dir.200-400 ppm lik Ca enzim dengelemesi için katılır.1 saat boyunca bu şekilde devam edildikten sonra sıcaklık 5-10 dakikalığına 120-140 °C’ye çıkartılır. Daha sonra tekrar 1 saatliğine 85 °C sıcaklığa indirilir ve DE (10-15) ayarlaması yapılır.
Bu işlemler birkaç yüz ton kapasiteye sahip kesikli veya sürekli reaktörlerde gerçekleştirilmektedir. İnceltilmiş nişasta % 28-30 kuru madde içerecek şekilde sulandırılır. Sıcaklık 60 °C’ye soğutulur. pH 4-4,5 olacak şekilde ayarlanır ve gluko-amilaz eklenir. Sıcaklık kontrolü önemlidir. Yüksek sıcaklık enzim kararlılığını azaltırken, düşük sıcaklık mikrobial riskleri yükselttir. Gliko-amilaz miktarının ve reaksiyon süresinin de kontrol altında tutulması gereklidir. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 17)
2.4.3. Saflaştırma
Dekstrozun saflaştırılmasında çözünmeyen maddelerin uzaklaştırılması gereklidir. Nişasta üretiminde toz, renk, protein gibi maddeler çözünerek bu işe katkı sağlar.
Çözünmeyen yağ, nişasta ve proteinin uzaklaştırılması santrifüj ile ve prekot filtrasyonu ile sağlanabilir. Daha sonra bu karbon granülleri ile temas ettirilir. İyon -değiştirici kalıntıları, kirliliği, protein parçaların, rengi ve inorganikleri uzaklaştırmaya yarar. Rengi giderilmiş sıvı, evaporatör ile % 50-55 kuru maddeye getirilir ve kristal-monohidrata, sıvı dekstroza veya yüksek dekstrozlu mısır şurubuna dönüştürülmeden önce tekrar bir arıtımdan geçirilebilir. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 17)
2.4.4. Kristal dekstroz
Kristal dekstroz rafine edilmiş dekstrozun % 70-78 kuru maddeye evaporatör ile getirilmesiyle oluşur. Daha sonra 46 °C’ye soğutulur. Bu sıcaklık yavaşça 25-30 °C’ye kadar iner. 3-5 günlük bir süreç içerisinde de dekstrozun % 66’sı kristalleşir. Mağma ana sıvıyı uzaklaştırmak üzere santrifüj edilir. Ardından kristaller soğuk su ile sprey şeklinde yıkanır, döner kurutucuda % 8,5 neme kadar kurutulur. Bu seviye 1 molekül suya karşılık 1 kristal dekstroz molekülü gelmesi düşünülerek hesaplanan teorik % 9,1 nem seviyesinin altındadır. Ayrılan sıvı baştaki kristalizasyon basamaklarında kullanılabilir. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 17)
2.4.5. Sıvı dekstroz
Sıvı dekstroz, kristal dekstrozun % 71 kuruluk derecesine düşürülmesi ile elde edilir. Yüksek dekstrozlu mısır şurubu dekstroz oranının % 95-96’ya çıkartılıp konsantrasyonunun % 70-71’ e getirilmesiyle elde edilir. Aslında bu ürün teknik olarak mısır şurubudur.
Kristal dekstroz 45,4 kg’lık paketler halinde satılır. Sıvı dekstroz ise kristalleşmeyi önlemek açısından sıcaklığı 50 °C’de sabit tutabilen tank kamyonlar ile taşınır. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 17)
2.4.6. Yüksek fruktozlu mısır şurubu
Mısır şurubu % 42 kuru madde üzerinden fruktoz içermektedir. Fruktoz rafine edilmiş dekstrozdan dönüştürülür. Kromotografik ayırma tekniği ile % 90 fruktoz içeren ürün elde edilebilir. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 17)
2.4.7. İzomerizasyon
Kesikli yöntem ile izomerizasyon çözünebilir enzimlerin yüksek fiyatından dolayı pahalıdır. Enzim tüketiminin azaltılması uzun reaksiyon süresi gerektirir. Bu da ürünlere tat, koku ve benzeri diğer özelliklerin kazandırılmasında yüksek arıtım giderlerine sebebiyet verir. Bundan dolayı reaksiyon süresi de, enzim giderleri de azaltılmalıdır. Glikoz izomerizasyonları bunu sağlayabilmektedir. Bu teknikte hücrelerin enzim aktivitesini ve enzim yapısını koruması sağlanır.
Yüksek fruktozlu mısır şurubu (HFCS42), eldesi oldukça basit şartlar altında gerçekleştirilir. Yüksek kalitede fruktozlu mısır şurubu eldesi için prekot filtrasyonu, karbon ve iyon-değiştiricisi saflaştırması ve % 40-50 kuru madde eldesi için evaporatörde buharlaştırma işlemi yapılır. İzomerizasyonu aktif ve kararlı hale getirmek için MgSO4 eklenir. Maksimum Ca seviyesi olan 1 ppm için 0,0004 M MgSO4 seviyesi yeterlidir. Eğer Mg-Ca molar orantısı en az 20’ye işaret ediyorsa Ca seviyesi 15 ppm’e çıkartılabilir. (Ca inhibitör bir etki gösterir). Beslemeye sülfit ve bisülfit tuzlarının eklenmesi enzim kararlılığını yükseltir renk formasyonunu azaltıcı bir etki gösterir. İzomerizasyonu aktive edici bir başka madde olan kobalt ile kesikli proseslerde ve düşük pH seviyelerinde çalışılırdı. Sürekli sistemlerde pH seviyesi yüksektir ve kobalta ihtiyaç yoktur.
Fruktozlu mısır şurubu eldesinde sıcaklığın 55-61 °C ve pH’ ın 7,5-8,2 civarında olması tavsiye edilir. 7 pH’ın altında izomer aktivitesi sağlanamaz. Enzim aktivitesi de 5’ in altında ve 9’ un üzerinde düşer. İzomerizasyon proseslerinde enzim aktivitesi beslemedeki kirlilikten dolayı düşebilir. Beslemenin kolona akış yüzdesi azaltılarak, kalma zamanı arttırılır ve daha iyi seviyede fruktoz elde edilebilir. Enzimlerin yarı ömrü birkaç haftadır. Enzimler başlangıçtaki aktivitesinin % 10’una düşene kadar kullanılır.
İzomerize edilmiş ürün son bir kalite arttırımı yapılması açısından pH 4-4,5’a ayarlanır ve istenmeyen rengi, kokuyu uzaklaştırmak için karbonla muamele edilir. Ek olarak güçlü bir asit kullanılarak iyon-değişim arıtımı yapılır. Ardından ürün % 71 kuru maddeye kadar buharlaştırılır.
Ürün kristalizasyonunu önlemek açısından 30-32 °C sabit sıcaklığa sahip tankerlerle taşınır. Eğer kristalleşme olursa, boşaltmadan önce 38 °C’ye ısıtmak yeterlidir.
Kristalin fruktoz % 42’lik fruktoz şurubundan elde edilir. Kromotografik ayırma ile % 97 fruktoz oranı sağlanır. Evaporasyonla kuruluk % 70’e çıkartılır ve kristalizasyon ile % 50 fruktozlu kristal elde edilir. Diğer bir saf fruktoz eldesi yöntemi, dekstrozun D-glikoza enzimatik konversiyonunu içerir ve bunu fruktoza hidrojenasyonu izler. Daha sonra da kristalizasyon yapılır. Kristalizasyona alternatif bir yöntem; spreyle kurutmadır. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 17)
2.4.8. Mısır şurubu
Mısır şurupları doğrudan asit, asit-enzim veya enzim-enzim yöntemleri ile üretilebilir. Bu şuruplar glikoz şurubu olarak adlandırılır, ancak D-glikoz seviyesi çok düşük olabilir. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 17)
2.4.8.1. Asit şurupları
Nişastanın asit hidrolizi kesikli veya sürekli olarak gerçekleştirilebilir. Bunun için HCl ile 0,015-0,2 N seviyesine ayarlanmış % 35-40 kuru maddeli nişasta bulamacı kullanılır. Bu bulamaç 140-160 °C’de 15-20 dakika veya istenilen DE seviyesine kadar tutulur. Kesikli prosesler hacmi 10000 litre olan manganez-bronz yapımı dönüştürücülerde gerçekleştirilir. Suyu ısıtmak reaktörde kaynamayı gerçekleştirmek için direkt buhar kullanılır. Reaktöre asit içeren nişasta bulamacı konulduktan sonra istenen DE’ye erişilinceye kadar reaksiyon sürdürülür. Reaksiyon sonunda hidrolsat pH’ın sodyum karbonat ile 4,5-5 seviyesinde tutulduğu nötralize tanka basınç yardımı ile gönderilir. Sürekli sistemlerde proses kontrolünün düzenlenebilmesi için direkt ısıtma yapılmaz. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 17)
2.4.8.2. Yüksek konversiyon şurupları
55 – 60 °C’de 4,8 – 5,2 pH’ta 24 – 48 saat içerisinde fungal -amilaz veya glikoamizlazlar kullanılarak elde edilir. Şurup 63 DE’de kuru madde üzerinden % 38 dekstroz, % 30 maltoz ve % 13 DP3 içerir. Dekstrozun maltoza göre seviyesi ve derecesi kullanılan enzime göre değişebilir. Isıtma adımında istenilen anda reaksiyonu ve enzim aktivitesini durdurabilmek önemlidir. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 17)
2.4.8.3. Yüksek maltoz şurubu
Reaksiyon 55 °C’de 5 pH’ta gerçekleştirilir ve besleme % 35 – 45 kuru madde içermelidir. Tipik şartlarda hidrolsat % 50 – 55 maltoz içerir. Exo - - amilazlar yüksek maltoz şurubu üretiminde etkilidir. DNA teknikleriyle enzim % 60 – 70 maltoz yüzdesini tek başına sağlayabilir. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 17)
2.4.8.4. Arıtım
Mısır şurubu hidrolsatı santrifüjle veya filtrasyon ile arıtılır. Ardından % 60 kuru madde eldesi için buharlaştırılır. Renkten arındırmak için karbon ile muamele edilmelidir. Daha sonra % 75 – 86 kuru maddeye konsantrasyonu getirilir. Şuruba evaporasyon sırasında renk gelişimini önlemek için SO eklenir. Evaporasyona alternatif olarak bazı düşük DE’li şuruplar sprey kurutmaya tabi tutulabilir.
2.4.9. Malto dekstrini
Malto dekstrini 20 DE’ den daha az olan nişasta hidrolizi ürünleridir. Ticari olarak normal mısır nişastasının hidrolizinden veya waxy tipi nişastadan doğrudan asit, asit – enzim veya enzim – enzim teknikleri kullanılarak üretilebilir. Asit prosesleri mısır şurubundakiler ile benzerdir. Asit – enzim prosesleri nişastanın küçük DE seviyesine gelmesi için asit kullanılarak inceltilmesi işlemini içerir. Bunu pH’ı 6 – 7’ ye getiren nötralizasyon takip eder ve bakteriyel -amilazla 80 – 85 °C’ de istenen DE seviyesi için 1 – 3 saatliğine hidroliz edilir. % 30 kuru madde için bu işlem 1 saat ve 80 °C’de gerçekleştirilir. Son proses işleminden önce enzim aktivitesini kaldırmak için sıcaklık 120 °C’ye getirilir.
Diğer bir enzimatik yöntemde ise nişasta 7,5 – 8 pH’ta 90 – 92 °C’de 1 saatliğine -amilazla 2 – 15 DE elde etmek üzere hidroliz edilir. Daha sonra 120 – 150 °C’de birkaç dakika tutulup, tekrar 80 – 85 °C’ye yeni enzim eklenerek istenen DE seviyesini yakalamak üzere dönülür. Sıcaklık çözünmeyen nişastanın azaltılması ve filtrasyon derecesinin yükseltilmesinde önemli bir etkiye sahiptir. Kararlılığı arttırıcı birkaç teknik geliştirilmiştir. Örneğin bu okside nişastanın 7 DE seviyesine asit veya enzimle inceltilmesiyle sağlanabilir. Daha sonra -amilazlar kullanılarak istenilen DE seviyesine dönüştürülür.
Maltodekstrinleri arıtılması mısır şuruplarındakiyle aynıdır. Sonuç ürünleri spreyle kurutulup % 3 – 5 nem seviyesine veya evaporatörle % 75 kuru madde seviyesine getirilebilir.
Malto dekstrini düşük vizkozite ve düşük DE seviyesi içerir ( örnek; düşük mono sakkarit içeriği ). Matlo dekstrinleri düşük DE seviyeli malto dekstrinlerine benzer ve aslında tatlı olduğu söylenebilir. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 17)
2.5. Kullanım Alanları
Dekstroz, tek başına veya diğer tatlandırıcılarla birlikte, kombine halde şekerleme, meşrubat, gıda ve diğer endüstrilerde kullanılmaktadır. Meşrubat sanayinde dekstroz tatlılık ve ozmotik basıncı sağlamak için kullanılır. Light (açık renkli) bira üretiminde karbonhidrat ve kalori içeriğini azaltmada kullanılır. Şekerleme sanayinde yumuşaklık ve kristalizasyon kontrolünü sağlar. Şeker ve sakızlarda parlaklık, renk, tabakalaşma, sertlik gibi özellikler sağlar. Kurabiyelerde ise yumuşak bir etki ve kabuklaşmayı sağlar. Keklerin fiziksel yapı ve renk karakteristiklerini oluşturur. Tozlaştırılmış et suyu, çorba, toz meyve sularının ve sosların tatlılığını ve yapısını oluşturmada kullanılır. Dekstroz veya yüksek dekstrozlu mısır şurupları fermantasyon endüstrisinde hammadde olarak kullanılır.
Son yıllarda, yüksek fruktozlu mısır şurubu satışlarında bir artış gözlenmektedir. Sakroz fiyatlarındaki artış birçok üründe fruktoz kullanımının artmasına neden olmuştur. En çok kullanılan yumuşak içkilerdeki kullanım payını % 100’ e yakın arttırmıştır. Şekerlemelerde tatlılığı sağlar. % 90 fruktoz yüzdesi yüksek kalorili ürünlerin kalori seviyesini % 30 – 50 seviyesine indirir. Bunlar dondurulmuş ve konserve meyveler, yumuşak içkiler, şekerleme ve kahvaltılıklar olarak sayılabilir. Kristal fruktoz oldukça saftır ve bu nedenle düşük kalorili özel yiyeceklerde kullanılabilir.
Mısır şurubu genelde sakroz, dekstroz veya fruktozla birlikte kullanılır. Tüm şekerleme endüstrisinde tatlandırıcı ve düşük vizkozite sağlayıcı olarak kullanılır. Maya sıvısı bira, meşrubat üretiminde kullanılmaktadır. Sakızın yumuşaklığını ve tatlılığını sağlar. Kolonya ve parfümlerin evaporasyon kontrolünü, yapışkanların kararlılığını sağlar.
Malto dekstrinler pudinglerde, donmuş tatlılarda, çorbalarda, şekillendirici olarak kullanılır. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 17)
2.6. Ürün Üretimi ve Ürünlerin Pazarlanması
Yıllardır mısırdan, wet milling işlemiyle üretilen ürünlerin oranı % 66 nişasta ve % 30 hayvan yemi olmak üzere sabittir. Nişasta çoğunlukla tatlandırıcı ve etil alkole dönüştürülür. Amerika’da wet milling yöntemiyle üretim yapan 28 fabrika bulunmaktadır. Amerika dışında çok daha fazla fabrika bulunur. Ancak üretimleri hemen hemen aynıdır. Çünkü Amerika dışındakiler daha küçük kapasitede çalışırlar. Bir çoğu Amerikan şirketleri tarafından yönetilir.
Genel nişasta, dekstroz ve glikoz üretimi 1972 ile 1985 arasında Amerika’da % 39 artmıştır. Alkol ve tatlandırıcı üretimine bağlı olarak %335’lik bir artış günümüzde görülmektedir. Bunun sebeplerini şöyle sıralayabiliriz:
Proses alanındaki teknik gelişmeler
Şeker ihtiyacının artması
Yüksek şeker fiyatının son yıllarda desteklenmesi
Ucuz ve bol mısır bulabilme imkanı
Endüstri ürünleri daha çok toptan olarak taşınır ve satılır. Sıvı olanlar tanklı kamyonlarla satılır. Kuru ürünler 100 lb’lik karton kutular içerisinde taşınır. Amerika’da üretilen ürünlerin çoğu Avrupa Ekonomik Topluluğu’na satılmaktadır. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 12)
2.7. Kirlenme Kontrolü
Büyük bir wet milling ve tatlandırıcı ünitesine sahip bir fabrika orta büyüklükteki bir şehrin atıklarına yakın bir atık üretebilir. İktisatçılar atıkların konsantrasyonunun azaltılmasının önemli bir yardıma denk geleceğine dikkat çekmektedirler. Tanklarda kullanılan dengeleme yöntemiyle 8 – 24 saat üretimden sonraki atıkların toplanması şeklinde arıtım kolaylaştırılmaktadır. Bu özellik pH, sıcaklık, akış derecesi ve benzeri nedenlerden doğabilecek şok yüklemeleri azaltmaktadır. Bütün sistemlerde belli bir dereceye göre pH, ısıtma, soğutma, bakteri ekleme, mikroorganizmaların havalandırılması gibi ayarlamalara ihtiyaç duyulur.
Wet milling ünitesinde 1 ton mısır başına 1,8 kg SO2 kullanılır. SO2 proses suyu içerisinde çözünür. Keskin kokusu bulamaç içerisinde hissedilebilir ve atmosfere çıkmadan önce bir alkalin çözücü yardımıyla tutulur. Bina içi iyi havalandırılmalıdır. Buna rağmen çalışan motor ve pompalardan ötürü bina içi sıcaklık 50 °C’ de bulunabilir.
En kritik hava kirletici, kurutuculardan çıkan atık gazdır. Siklonlar, partikülleri tutmada bir ölçüde başarılıdır. Ancak ikinci bir kollektör gerekebilir.
Kurutucularla ilgili en büyük problem atık gazın kokusudur. Özellikle gluten kurutucuda yüksek de bir yanma ısısı kullanıldığından yanmış, ağır bir koku meydana gelir. Asetik asit ve asetaldehit kokusu gibi ekşi bir koku söz konusudur. İyonizasyonun yapıldığı ıslak–toplayıcılar koku yayan partikülleri elektrostatik olarak toplayabilmektedir. Kazan dairesinde veya muhtelif ısı üreten ünitelerde kömür, LPG veya doğal gaz yakılması tercihine göre kirlilik ve alınacak önlemler değişir.
Bunun sebebi, mısırdan nişasta eldesinin kolay ve maliyeti düşük proseslerin uygulanması ile gerçekleştirilebilmesidir.
Nişasta kimyasal yollar ile bir çok farklı ürüne dönüştürülebilmektedir. İlaç, tekstil ve gıda sanayinde kullanılan dekstrin, glikoz, fruktoz vb. maddeler nişastanın kimyasal yollarla parçalanmasından elde edilmektedir.
Gelişen üretim teknolojileriyle birlikte daha yüksek kapasiteli ve verimli çalışan fabrikalar ortaya çıkmıştır. Cargill A.Ş. Türkiye’de de mısırı işleyen fabrikalar arasındadır. 15 sene önce günlük üretimi 7 tane 25’er kg’lık torba nişasta olan Cargill, şu anda 250 ton nişasta ve 120 ton glikoz üretecek duruma gelmiştir.
Tez ile ilgili hesaplarında yer aldığı Cargill’de mısırdan nişasta, glikoz yanında yan ürün olarak da gluten, kepek ve öz üretimi yapılmaktadır.
Mısır işleme sanayindeki büyük gelişmelerin önündeki engellerin kaldırılması, uygulanan politikaya ve yeni ürünlerin geliştirilmesi için yapılan araştırmalara bağlıdır.
. MISIR ve MISIRIN İŞLENMESİ
2.1. Mısırın Tanımı
Mısır, yaklaşık olarak % 8 öz, % 11 kepek, % 5 protein, % 6 çözünür protein, safsızlık ve iyonlar, % 70 oranında nişasta ihtiva eder. Nişastanın mısırın içerisindeki yüksek bulunma yüzdesi ve bir çok değişik ürüne dönüştürülebileceği dikkate alındığında, mısırı hammadde olarak kullanan proseslerde temel ürünün nişasta olduğu göze çarpar. Genelde büyük işletmelerde elde edilen nişasta da işlenerek nişastanın dekstroz, glukoz, fruktoz, mısır şurubu ve malto dekstrin gibi ürünlere dönüşümü sağlanır. Mısırın işlenmesi sırasında öz, kepek ve gluten gibi ürünler de saf olarak elde edilir ve gıda sanayinde kullanılır. Mısırın yapısına bakacak olursak; ortada öz, özün çevresinde protein ve nişasta tüm bunları da çepeçevre saran kepek mısırın genel görünümünü verir. Protein ve nişasta iç içe geçmiş matris haldedir. Burada protein çözünür ve çözünmez protein olmak üzere ikiye ayrılmaktadır. Mısırdan elde edilen ürünlere göz atacak olursak:
Doğal Nişasta Dekstrin Glikoz
Oluklular, gıda, ilaç, ilaç sektörü, deterjan, Şekerleme, reçel,
hazır çorba, lokum, yapıştırıcı, tekstil, bisküvi, sakız,
Kağıt, dondurulmuş gıda, döküm sanayi, boyalar vb.. kozmetik,çikolata
Tekstil, tutkal, puding vb.. likor, biracılık,vb..
(2000, Cargill)
2.1.1. Mısırın besin değeri ve yan ürünleri
Amerika’da bütün tahıllar çiftlik ve kümes hayvanlarını beslemek için kullanılmaktadır. Esasen insanların da besin maddesi olarak mısıra çokca ihtiyaç duymasından ötürü mısır, bu tahıllar arasında önemli bir yer teşkil eder. Mısır lezzetlidir, insanlar ve hayvanlar tarafından kolayca sindirilebilir ve tüm tahıllar içerisinde en fazla bolizmal enerjiyi bulundurur. Soya fasulyesi ve mısır, enerji ve protein içeriği, ekonomikliği ve elde edilebilirliliği açısından kümes ve çiftlik hayvanları endüstrisinin hızlı büyüme ve gelişiminde önemli bir yer teşkil eder. Başlangıçta bu endüstriler, öncelikli olarak tahılların öğütülmesi esnasındaki ve meşrubat endüstrisindeki ya ürünleri kullanmışlardır. Çiftlik hayvanlarının besin ihtiyacının daha iyi bilinmesi ve dengelenmiş oranların yükseltilmesine olan talep ile birlikte mısır, başlıca içerik haline geldi.
Mısır kuru maddesi üzerinden % 72 içerir ve lif seviyesi düşüktür. Nişasta endospermin içerisinde protein ile birlikte matris halde bulunur. Mısır az oranda protein içermesine rağmen başlıca protein kaynağı olarak çiftlik hayvanı yetiştiriciliğinde kullanılımaktadır. 1985 yılında Amerika’da ortalama 75,1 dönüm mısır hasat edilmiştir ve bundan dönüm başına 4,15 m3 ürün elde edildiği tahmin edilmektedir. Bu miktar içerisindeki protein 46,7 milyon ton, % 44’ lük soya ununa denk gelmektedir. Karşılaştırma açısından; bu dönemde hasat edilen soya fasülyesinden 55,2 milyon ton % 44’lük soya unu üretilebilirdi. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 15)
2.1.1.1. Mısır özü yağı
Mısırın içerisindeki yağ yüksek oranda doymamıştır ve linoleik (% 2,9 kuru madde üzerinden) asit bakımından oldukça zengindir. Bu açıdan mısır; insanlar, kümes hayvanları ve domuzlar için yüksek enerjili besin özelliği taşır. Öz içerisindeki yağın bileşimi endosperm yağına benzer. Fakat öz, tahılın sahip olduğu yağın % 83’ünü üzerinde barındırır. Yağlar eşdeğer ağırlıkta nişasta veya proteinin vermiş olduğu ****bolizmal enerjinin yaklaşık olarak 2,25 kat daha fazlasını verir. Mısırdaki yağ, mısırın verdiği ****bolizmal enerjinin % 10 – 12’sini vermektedir.
Yağın absorpsiyon yüzdesi, yağın içerdiği ****bolizmal enerji miktarını belirler. Absorpsiyonu etkileyen önemli faktörler; zincir uzunluğu, yağdaki çift bağ sayısı, ester bağlarının ve yağ molekülündeki yağ asitlerinin bulunan gliserindeki durumu, doymuşluk oranının doymamış yağ asidine oranı, yağ karışımındaki yağ asitlerinin cinsi ve miktarıdır.
Mısırın yağı yüksek oranda doymamışlık içerir. Gıdalardaki durumu linoleik asidin sağlanması açısından yararlı olduğu gibi diğer besinlerden alınan doymuş yağlarında absorbe edilmesinde önemli rol oynar. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 15)
2.1.1.2. Karoten
Tahıllar içerisinde, yararlı nitelikteki karoten pigmentlerini sadece sarı mısırın içermektedir. Karoten pigmentleri sarı mısırın çekirdeğindeki endospermin içerisinde konsantre halde bulunur. Beyaz mısırda karoten pigmentleri bulunmaz. % 12 nem içeren sarı mısır 22 mg/kg karoten içermektedir. A vitamininin moleküler yapısı -karotenin moleküler yarısıyla özdeştir. Provitamin A, hayvanın bağırsak ve dokularında A vitaminine dönüşür. Genelde A vitamini karbon yapısına sahip olan herhangi bir karoten pigmenti, provitamin A’dır. -karoten, üretimde provitamin A kaynaklı bağımsız bir rol oynayabilir. -karotenler oksidasyona, ışığa, minerallere, sıcaklığa, neme, depolama süresine bağlı olarak yok olabilir. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 15)
2.1.1.3. Vitaminler
A vitaminine ek olarak mısır, B12 vitamini ve daha birçok önemli vitamini ihtiva etmektedir.
Mısırda ve tahıllarda bulunan niacin maddesinin hayvanlar ve insanlar tarafından elde edilemediği uzun zamandır bilinmektedir. Niacin eksikliğine bağlı olarak yüksek seviyeli mısır içeren gıdalar, hayvanlar ve insanlar tarafından tüketildiğinde pellegrin (kellik) ortaya çıkmıştır.
Mısır Meksika ve diğer Latin Amerikan ülkelerinde hazırlanışı gibi kireç pişirme adımı uygulanarak işlendiğinde, yetersiz niacin gıdası aln farelerinbüyümesini geliştirdiği gözlemlenmiştir. Wet milling yönteminin adımları ile tekrar eski yapısına dönüştürülen mısır içerisindeki niacin fareler tarafından çiğ haldeki mısıra göre daha fazla elde edilebilir değildir.
Niacin, seyreltilmiş alkali ile hidroliz edilirse veya kaynatılırsa elde edilebilir hale gelir.Vitaminler mısırdan, bağlı, kompleks bir yapı içerisinde izole edilebilirler. Bu kompleks % 50 su ve etanol karışımı ile yüksek niacin kaynaklı ticari mısır gluteninden çözülebilir. Triptofan amino asiti niacin için olumlu olan, yeterli miktarda elde edilebilen pridoksin sağlar. Aşırı triptofan ek niacin ihtiyacını azaltır.
Mısırda civcivler tarafından elde edilebilir pridoksin miktarı 2,69 mg/kg olarak tahmin edilmektedir. Normalde ihtiyacı 4,7 mg/kg’dır. Mısır kepeğinde insanlar için alınabilir pridoksin miktarı 0 olarak rapor edilmiştir. Bunun yanında mısır pantotenik asit, pridoksin, folik asit, riboflovin gibi maddeler de içerir. E vitamini mısırda oldukça yeterli miktarda bulunmaktadır. E vitamini oksidasyona sebep olur. E vitamininin miktarı mısırın genetik kökeni kullanılarak değiştirilebilmektedir. E vitaminin besinsel gereksinimi gıdalardaki doymuş yağ asiti gereksinimi gibi yüksektir. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 15)
2.1.1.4. Mineraller
Mısırın içerisindeki fosforun % 80’den fazlası fosfat formundadır. Mısır diğer tahıllarda da olduğu gibi düşük kalsiyum oranına sahiptir. Fosfor, potasyum ve magnezyum oranı da düşüktür ancak bu oran diğer tahıllarda da aynıdır.
Mısırın içerisindeki fosforun % 90’ını öz ihtiva etmektedir. Tahıl fosforunun işkembesiz hayvanlar tarafından toplam fosforun % 30’unun alınabildiği tahmin edilmektedir. Fosfat asiti diğer minerallerle özellikle demir, magnezyum, bakır ve kalsiyum ile birlikte karışık halde bulunur.
Mısırdaki küçük mineral içeriğinin, küçük mısır taneleri içerisinde düşük oranda olduğu kabul edilmiştir. Mısır – soya gıdasının büyük mineralleri sağlaması yanında, küçük moleküllerin eksiklikleri önlemesi açısından selenyum, demir, manganez, iyot, bakır ve çinko içermesi yerinde olur.
Selenyum bu mineraller içerisinde sınırı aşmayan ancak yüksek toksit madde içeriğine rağmen köklü bir yer teşkil etmektedir. Amerika’daki çoğu toprak bu elementi bulundurmaz. Fakat bu elementi ihtiva eden bazı topraklar bir alkali hastalığa neden olur. E vitamini ve selenyumun antitoksidan biyolojik görevi vardır. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 15)
2.1.2. Ticari olarak kullanılan mısır çesitleri
Normal dent mısırının nişastası % 27 amilaz lineer glikoz polimeri ve % 73 amilopektin, dallanmış – zincir glikoz polimeri içerir. Normal dent mısırdan elde edilen nişasta içerisinde bu oranlar sabittir.
Filint mısırı Güney Afrika’ da yetiştirilir ve kolay yumuşamamasına rağmen başarılı bir şekilde işlenebilmektedir. Nişasta yüzdesi normalden biraz azdır. Ancak iyi niteliktedir ve amilaz – amilopektin oranı normaldir.
Waxy mısırı genetik değişime uğramış bir mısırdır. Küçük ayarlamalar dışında işlenmesi açısından normal mısırla arasında pek bir fark yoktur. Proses sıcaklığı 3 °C daha düşüktür. Nişasta ve gluten eldesi daha kolaydır. Ancak nişasta miktarı normal mısırın sahip olduğundan % 10 kadar düşüktür.
Genetik değişime uğratılmış mısırın bir diğer çeşidi ise nişastası % 60 – 70 amilaz içerendir. Bu mısır özel olarak izole bir ortamda yetiştirilir ve toplanır. Normal mısırın proses sıcaklığından 3 °C daha sıcaktır. Nişasta oranı % 10 – 20 daha düşük olup daha uzun masarasyon süresi gerektirir. Gluten – nişasta ayırma işlemleri daha uzundur. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 12)
2.1.3. Nişasta
Nişasta polisakkarid olarak bitkiler içerisinde saklanır ve insan gıdalarının önemli bir bölümünü teşkil eder. Yumru, kök ve tohumların temel içeriğini oluşturur ve mısır, pirinç, buğday, patates ve diğer bazı tahıllardan elde edilebilmektedir. Ticari olarak nişasta daha çok, ucuz ve bol bulunabilen mısırdan üretilmektedir. Buğday ve patetes nişastasının üretimi çok ufak bir kesre tekabül eder ve pahalıdır.
Besin olarak kullanılmayan nişastanın tarihi çok eskilere dayanır. Mısırlıların papirüs eldesinde nişastalı yapıştırıcılar kullanmaları İ.Ö. 3500 – 4000’ lere kadar gitmektedir. Modifiye edilmiş buğday nişastasını papirüsün yüzeyini şekillendirmede, düzleştirmede kullanmışlardır. Günümüzdeyse kağıt, tekstil, yapıştırıcı ve daha bir çok sanayi dalında ayrıca besin maddesi olarak da yaygın bir kullanımı vardır. Yerinde duran enzim teknolojisi, zamanla mısır nişastasından tatlandırıcı üretilmesine kadar geliştirildi. (mısır şurubu, yüksek fruktozlu mısır şurubu). Çalışma laboratuarlarda hangi tahıllardan veya nişastalarından belirlenen genişlik içerisinde kimyasal besin olarak yararlanılacağı ve yenilenemez petrol kaynaklarının yerini alacağı şeklindedir.
Nişasta lineer (amilaz) veya dallanmış (amilopektin) polimerlerin bir karışımıdır. Granüller halinde dallı ve lineer moleküller arasında bulunur. Bazı nişastalar sadece dallı moleküllerden oluşmuştur. Bunlar kesik yüzeyli yemin camsı parlaklığından ötürü waxy nişastası olarak tanımlanmışlardır. Tüm nişastaların % 25 lineer % 75 dallı molekül içermesine rağmen bazı genetik değişime uğramış yemler % 85 lineer molekül içerecek şekilde üretilebilmektedir.
Nişasta granülleri 2 – 150 m boyunda değişir. Pirinç en küçük, patates ise en büyük granüllere sahiptir. Nişasta granüllerinin mikroskobik incelenmesi hilum denilen belirgin bir açıklığı göstermektedir. Hilum, granülün bitkiye ait merkezidir. (Örneğin, çekirdek etrafında granül büyümesinin olması gibi.) Parçalanmamış nişasta granülleri soğuk suda çözünmez. Fakat suyu emer ve şişer. Granül çapının artması normal mısırda % 9,1 iken waxy mısırında % 22,7 dir. Sıcak suda ise jelatinleşme gerçekleşir. Jelatinleşme nişastanın cinsine göre farklı sıcaklıklarda olabilir. (Othmer, 1971, Bölüm 21)
2.1.4. Mısır tatlandırıcıları
Mısır tatlandırıcıları mısır nişastasından elde edilen besleyici tatlandırıcılar olarak tanımlanmışlardır. Mısırdan elde edilen tatlandırıcılar; kristalin monohidratlar, dekstroz (D – glikoz, mısır şekeri), yüksek fruktozlu mısır şurubu (izo – glikoz), diğer mısır şurupları (glikoz şurubu, nişasta şurubu) ve malto dekstrindir (hidroliz edilmiş katı tahıl). Mısırdan tatlandırıcı elde edebilmek için asit ve enzim katalize yöntemi kullanılır. Örneğin dekstroz hazırlanmasında nişasta enzimlerle hidrolize edilir ve kristalizasyon ile arıtılır. Yüksek fruktozlu mısır şurubu (HFCS), dekstroz hidrolsatın bazı enzim gruplarının izomerizasyonu ile elde edilir. Yüksek fruktoz seviyesine zenginleştirme kromotografik ayırma işlemi ile de gerçekleştirilebilir. Normal mısır şurupları ve malto dekstrinleri mısır nişastasının asit kullanılarak hidroliz edilmesiyle imal edilebilir. (asit – enzim veya enzim teknikleri de kullanılabilir) mısır tatlandırıcıları rafine edildikten sonra kuru veya şurup olarak bireysel görev ve özelliklerine göre satılabilir.
Tatlandırıcılar dünyada ticari olarak buğday, pirinç, patates, ve tatlı patates gibi nişasta içeren diğer tahıllardan da elde edilebilmektedir. Bununla birlikte Amerika’da nişasta tabanlı tatlandırıcıların çoğunun hammaddesini mısır nişastası oluşturur. Depolama kolaylığı, uygun fiyat, bulunabilirlik ve yan ürünlerinin de hayvan yemi veya besin maddesi olarak kullanılabilmesinden ötürü mısır nişastası tercih edilir. Belirgin biçimde Amerika’daki mısırın % 11 – 13’ü wet milling işleminde kullanılmaktadır. Mısırdan elde edilen nişastanın % 75’i tatlandırıcı imalatında kullanılır. Hemen her gıda maddesinde tatlandırıcıların kullanılır hale gelmesi son yıllarda tatlandırıcı tüketimini ve üretimini arttırmıştır. Kullanım son 25 yılda hızla artmıştır ve mısır tatlandırıcılarının, sakrozun başlıca tüketimi % 51’lere ulaşmıştır.
Nişasta tabanlı tatlandırıcılar 19. yy’ın başlarında şeker üzerinde yapılan araştırmalar ile gündeme gelmiştir. Fransız – İngiliz Savaşı yıllarında Avrupa’daki bazı limanların kuşatılması şeker kamışı eksikliğine yol açmıştır. Bu sebeple de alternatif tatlandırıcılar gündeme gelmiştir. İlk olarak dekstroz Napolyon tarafından da bu yüzden ödüllendirilen L. Proust tarafından üzümlerden elde edilmiştir. Kirchoff’un da mısır tatlandırıcıları endüstrisinin temellerini attığı söylenebilir. Ciltçi olarak, Arabistan’a özgü zamklar üzerinde kil için araştırma yaparken Kirchoff, patates nişastasının sülfürik asit varlığında ısıtıldığında şekerli maddenin şekle girdiğini keşfetmiştir. Örnekler dekstroz kristalin şuruptan ayrılması ile kuru veya buharlaştırılmış şuruplardan yapılmıştı. Kirchoff bu keşifle Rusya imparatoru tarafından ömür boyu aylık bağlanması ile ödüllendirilmiştir. Saussere 1815’de nişastanın asit konversiyonu ile hidrolizinin sonucunda elde edilen nişasta şekerinin üzüm şekeri ile aynı olduğunu rapor etmiştir.
Patates nişastasının hidroliziyle dekstroz üretimi ticari olarak 1842’ de başlamıştır. Mısır şekeri ise ilk olarak 1866’ da New York’ da üretilmeye başlandı.
Daha sonraları değişik ürünler üzerinde araştırmalar yapılmaya başlandı. Kristal dekstroz imalatı bu araştırmalar sonucunda sağlanmıştır. 1880 ile 1920 arasında gösterilen çabalar belirli bir sınırda başarı sağladı ve kristalizasyonun tekrarını veya su içermeyen çözeltilerden kristalizasyonunu gerektirdi. Geniş ticari nitelikte imalat yapılmadı. Fakat kristalin dekstrozun uygun değerini yakalayabilmek için yeterli miktarda madde hazırlandı. 1921 yılında ticari üretim konsantrasyon, sıcaklık, kristalleşme kontrol edilerek yapılmaya başlandı.
Nişastanın şekere ve şuruba dönüştürülmesinde 1930’lara kadar asit kullanıldı. Asit hidrolizinin koku ve renk üzerindeki etkisinden dolayı üretim sık sık sınırlandırıldı. 1930’ların sonuna doğru fungal enzimler üzerindeki araştırmalar, asit – enzim prosesi kullanılarak tatlandırıcı ve düşük viskoziteli şurup elde edilmesine izin verdi ve bu birçok alana yayıldı.
Asit – enzim prosesindeki başarılar, araştırmalarda dekstroz üretiminde enzim kullanılmasına ilham kaynağı oldu. 1960’ ta ise asit hidroliz yöntemiyle nişastanın dönüştürülmesinde gluko – amilaz enziminin kullanılması daha yüksek verimde dekstroz üretimine olanak tanıdı. 1970’lerle birlikte asit hidroliz yönteminin yerine bakteriyel enzimlerin ( - amilazlar) kullanılması yüksek dekstroz oranı eldesi ile gerçekleşti.
Böylece dekstroz üretiminde yüksek dekstroz yüzdesi sağlayan toplam enzim prosesleri gerçekleştirilmiş oldu.
Şeker, fruktoz doğal olarak birçok sebze ve meyvede bulunur ve sakrozdan 1,8 kat daha tatlıdır. Fruktoz 1847 yılında ilk olarak ayırımı gerçekleştirildi. 1895’te de ilk olarak alkalin izomerizasyonu yöntemiyle dekstrozdan üretilmiştir. Birçok çalışma alkalin izomerizasyonu ile fruktoz şurubunun ticari olarak üretimi için gerçekleştirilmiştir. 1943 yılında % 20 fruktoz içeren şurup ticari olarak tütünde nem sağlaması için üretilmiştir. Bununla birlikte besin olarak imalatı renk, koku, düşük fruktoz yüzdesi gibi sebeplerden dolayı yapılmamıştır.
Dekstrozun izomerizasyonu için ticari enzim proseslerine olan ilgi Amerika’da azalmıştır. Fakat araştırmalar yüksek fruktoz yüzdeli ürün için Japonya’da devam etmiştir. Ticari HFCS üretimi Japonya’da 1966’da yapılmaya başlanmıştır ve 1971’de Amerika’da patent almıştır. Japon teknolojisi Amerika’da lisans almıştır ve % 15 ile sınırlandırılmış fruktoz şurubu 1967’de üretilmiştir. Bunu diğer yıl % 42’lik fruktoz şurubu takip etmiştir. Başlangıçta kesikli sistem ve çözünür enzimler kullanılarak HFCS üretimi yapılmıştır. Bununla birlikte konsantrasyon etkisi mısır arıtım endüstrisinde sürekli sistem ve sınırlı enzim teknolojisi kullanılarak 1972 yılında sonuçlandırılmıştır. Diğer endüstriyel prosesler de hemen ardından gelişmiştir.
HFCS geliştirilmesinin hemen ardından sakroz fiyatları dramatik bir biçimde talebin artmasından dolayı yükseldi. Düşük maliyeti ile HFCS, şekerin temsilen popüleritesi arttı ve satışlar inanılmaz bir biçimde yükseldi. HFCS’nin ticari olarak zamanında gelişimi ve üretimi yüksek sakroz fiyatı avantajını beraberinde getirdi HFCS sakroza alternatif tatlandırıcı olarak birçok yerde kullanıldı. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 17)
2.2. Mısırın İşlenmesinde Genel Yöntemler
Mısırın işlenmesinde üç genel yöntem vardır. Bunlar; wet milling, dry milling ve mısırın distilasyonu yöntemidir. Mısırın distilasyonu yöntemiyle meşrubat üretilir. Yakıt alkolü wet milling ve dry milling yöntemleriyle elde edilir. Amerika’da 1984 – 1985 yılları arasında her üç yönteminde kullanılmasıyla yaklaşık 27 milyon ton mısır işlenmiştir. Bu mısırın % 74,6’sı wet milling yöntemiyle işlenmiş olup bunun da % 14,1’i etanole dönüştürülmüştür. Etanolün, direkt fermantasyon ile eldesi % 8,45’lik bir paya tekabül eder.
Wet milling endüstrisi bazı sebeplerden ötürü tartışmalara yol açmıştır. Birincisi yüksek hacimde üretimden dolayı piyasaya egemen konumda olmasıdır. İkinci olarak yüksek hacimli üretimin çabucak gelişmesinden ötürü yeni pazarların oluşmasına olanak tanımamaktadır. Wet milling endüstrisi 1979’dan bu yana yıllık % 8 – 10 büyümeyle günümüzdeki konumuna erişmiştir.
Ancak son zamanlardaki pazardaki gelişmeler tartışmalara son verir niteliktedir. Artık pek çok ürün pelet olarak satılmaktadır.
Çok eskilerden beri içkilerdeki alkol ve endüstriyel alkolün üretilmesi tahılların fermantasyonu ile elde edilmektedir. Kısaca tahıl sulandırılır, nişastanın jelatin hale gelmesini sağlamak için pişirilir, soğutulur ve maya ile karıştırılıp fermantasyona uğratıldıktan sonra distile edilir.
Son yıllarda wet milling endüstrisi yakıt alkolü üretmeye başlamıştır. Bu nişastayı enzimle muamele edip, fermantasyona uğratmakla mümkündür.
Mısırın dry milling yöntemiyle istenilen endüstriyel ürünlere ve besin maddelerine ayrılması bu üç yönteminde kullanıldığı sanayide en küçük paya sahiptir. Dry milling yöntemi aslında basit bir öğütme işlemidir. Önce mısır yıkanır ve nemi % 20 seviyelerine çekilir. Öz yağ ekstraksiyonu işlemi için uzaklaştırılır ve geriye kalan kısım öğütülüp elenerek bir çok küçük parçaya ayrılır. Öncelikli ürünler un ve mısır yemidir. Diğer ürünler kepek ve mısır yağı olarak sayılabilir. Bu ürünler biracılıkta, gıda sanayinde, fermantasyon işlemlerinde veya hayvan yemi olarak kullanılabilir. Alkol üretiminde genellikle dry milling yöntemi ile işlenmiş hammadde kullanılır.
2.2.1. Wet milling yöntem ve ürünleri
Mısır bol olarak bulunabilir ve nispeten diğer tahıllara göre fiyatı daha ucuzdur. İstenilen nitelikte ve miktarda yüksek protein ve nişasta yüzdesine sahiptir. Wet milling yöntemiyle yüksek saflıkta nişasta, etil alkol gibi endüstriyel ürünlere, çeşitli besin maddelerine dönüştürülebilmektedir. Besin maddeleri için kullanılan tatlandırıcı ve nişasta elde edebilmek için mısırın büyük bir bölümü wet milling yöntemiyle işlenir.
Wet milling yönteminde mısır tanesini çok dikkatlice kontrol edilen sartlar altında su ile yumuşatma işlemi gerçekleştirilir. Daha sonra mısır kırılır, elek santrifüj ve yıkamadan geçirilerek mısırın içeriği öz, nişasta, kepek, tatlandırıcılar ayrı ayrı elde edilir. Son yıllardaki bu ürünlere olan talep, başlıca yatırımın, üretim kolaylığının geliştirilmesi olmasını zorunlu kılan kararlı bir büyümeye yol açtığını göstermektedir. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 12)
2.2.1.1. Masarasyonlama
İlk önemli adım kontrol edilen sıcaklık, zaman, SO2 konsantrasyonu, laktik asit içeriği vb. değişkenlerin istenilen şartlar altında tutularak masarasyonlamanın gerçekleştirilmesidir. Bu şartlar altında suyun tohumun hücresine girmesi gerçekleşir. Masarasyonlama tahılı yumuşatarak mısırın içeriğine ayrılmasını kolaylaştırır.
Mısır toptan olarak wet milling tesisine kamyonlarla, mavnalarla taşınır. Daha sonra istenen özellikteki mısır elek yardımıyla ayrılır. İstenmeyen kısım ve diğer yabancı maddeler hayvan yemi olarak ayrılır. Eğer bunların mısırla birlikte kalmasına izin verilirse suyun difizyonuna ve alkol vizkozitesinin bozulmasına, üretilen nişastanın kalitesine olumsuz etki eder.
Masarasyonlama mısırın 50 – 330 ton arasındaki tanklara koyulmasıyla gerçekleştirilir. Burada mısır 52 °C’ deki masarasyon suyu ile işleme tabi tutulur. Tankların dibi koni şeklindedir ve burada bulunan elek sayesinde masarasyon suyu buradan alınıp başka bir yere pompalanabilir ya da tekrar tankın tepesine resirküle edilir. Masarasyon sıcaklığını korumak için bir ısı değiştirici vasıtasıyla bu resirküle edilen su ısıtılır. Su 55 °C’ deyi bakterilerin parçalanmasını önlemek açısından aşmamalıdır.
Masarasyonlama 6 – 12 arası veya daha fazla tank kullanılarak yapılabilir. Tanklardan biri boşaldığında diğeri doldurulur. Sadece su bir tanktan diğerine transfer edilir. Kuru mısır tankın tepesinden boşaltılır, masarasyonlanmış mısır ise aşağıdan çekilir.
Tanklarda kullanılan su wet milling yönteminde mısırın çözünür bileşenlerinin toplanmasını sağlar. Masarasyon suyuna % 0,12 – 0,2 konsantrasyonda SO2 eklenir. SO2 sıvı olarak satın alınır veya elementel sülfürün yakılmasıyla imal edilebilir. SO2 suyu mısırın içerisine difizyonunun artmasını, protein – nişasta matrisinin çözülmesini sağlar ve böylece daha saf bir nişasta elde edilebilir.
SO2’ li su en son tanka eklenir. Su tanktan tanka geçerken SO2 konsantrasyonu azalır, bakteri oluşumu artar ve bu da laktik asit oluşumuna neden olur. Kullanılan masarasyon suyu çekildiğinde istenilen laktik asit konsantrasyonu % 16 – 20 civarındadır. Bununla beraber SO2 konsantrasyonu % 0,01 veya daha az olmalıdır.
Masarasyonlama için uygun su miktarı 1 ton mısır başına 1,2 – 1,4 m³ sudur. Masarasyonlama sırasında 1 ton mısır başına 0,5 m³ su, mısır tarafından absorbe edilir ve mısırın % 16 civarı olan nemi % 45’e çıkar. Geriye kalan 0,7 – 0,8 m³ su sistemden çekilir. Bu da % 40 – 50 kuru madde kalacak şekilde buharlaştırılır, kepekle karıştırılır, kurutulur ve satılır. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 12)
2.2.1.2. Masarasyon suyunun evaporasyonu
Masarasyon suyu, yani içerisinde çözünür protein ve iyonlar barındıran su evaporatöre bir ton mısır başına 0,6 – 0,7 m³ gelecek şekilde beslenir. % 5 – 10 olan kuruluk % 40 – 50’ ye çıkarılır. Daha sonra kepeğe eklenir.
Düşen film sirkülasyonlu evaporatör sistemi hafif masarasyon suyunun % 30’a yükseltmek için 1,2 kg/cm² veya daha az basınçlı buhar kullanılmaktadır. Geri gelen buhar sıkıştırılır ve tekrar buhar gövdesine verilir. Bu sayede enerjiden kazanç söz konusudur. Kompresörler % 75 verim ile merkezkaç akışlı çalışır. Elektrik motor enerjisi yaygındır. Fakat buhar enerjili türbinler de kullanılır.
Zorlanmış – sirkülasyonlu, çok yünlü – efekt buhar evaporatörleri kuru maddeyi % 50 seviyesine çekebilmektedir. Bu ünite düşen film tipinden farklıdır. 0,7 m3/saat masrasyon suyu yerine 7 – 11 m3 su tüplerde tekrar sürkile edilir. Evaporatörler özellikle ısıdan ve protein asitlerinden etkilenmemesi, aşınmanın aza indirgenmesi açısından alkali ile muamele ettirilir. Bu ayda bir yapılabilir. Evaporatör kondensatı oldukça koroziftir. pH’ ı 3 civarında olup organik maddeler ve alkoller içerir. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 12)
2.2.1.3. Öz eldesi
Savak suyu sisteme masarasyonlanmış mısırın masarasyon tanklarından kırma değirmenine transferi için kullanılır. Bu su mısır değirmene girmeden önce elekten geçer ve savak suyu olarak tekrar kullanılır. 1 ton öğütme mısırı için 4,5 – 6 m³ su gereklidir. Mısır biri haraketli diğeri sabit olmak üzere iki disk içeren öğütme değirmenine girer. İki disk arasında ayarlanabilen bir açıklık vardır. Buna göre öğütmenin derecesi ayarlanabilir. İşleyişi sağlamak için değirmen beslemesine biraz su eklenir. Sulandırılmış, öğütülen mısır buradan yüzdürme tanklarına veya hidrokolonlara pompalanır. Yağdan oluşmuş olan öz üste çıkar ve eleklere gönderilen öz 1 ton mısır başına 1,2 – 1,3 m³ suyla yıkanarak suyundan büyük ölçüde arındırılmak üzere prese beslenir, kurutulur ve mısır yağı elde etmek üzere yeni işlemler uygulanır. Öz yıkamadan çıkan su değirmene beslenen akımı sulandırmak için kullanılır. Bu su % 15 – 17 öz içerecek bir akım elde edebilecek şekilde dikkatlice kontrol edilerek kullanılmalıdır. Özün ayrılması işleminde 150 – 200 mm yarıçaplı hidrokolonlar artık daha çok tercih edilmektedir. Kullanılan hidrokolonlara örnek Resim 2.2’de gösterilmektedir. Çünkü açık yüzdürme sistemine göre daha verimli ve kontrol edilebilir bir sistem durumundadır. Akış azalır, yağ içeriği yükselir. Fakat elde edilen öz miktarı ve yağ ürünü azalır.
Gerek yüzdürmede, gerekse hidrokolonlar ile ayırma işleminde alt akım ikinci bir disk değirmenine pompalanır. Burada amaç ilk ayırma işlemlerinde ayrılamamış özün ayrılmasını sağlamaktır. Yapılan bu işlem ilk bir önceki ayırma işlemiyle çok benzerdir. Ayrılması sağlanan öz birinci ayırma işlemlerinden geçmek üzere geri pompalanır.
Öz, mısır bulamacından wet milling işlemiyle ayrıldıktan sonra prese girer ve burada % 50 kuruluğa kadar gelmesi sağlanır. Ardından döner kurutucuda % 3 neme kadar kurutulur. Yüksek ısıdan dolayı bozulmasını veya tutuşmasını önlemek için ya içerisinden su geçirilen tüp soğutucu ya da içerisinden hava geçirilen soğutucu – taşıyıcılar kullanılır.
Isı ve basınç uygun koşullarda olmalıdır. 120 °C’ de öz yumuşamaya başlar, mekanik olarak yağ eldesinden önce buharlaşma yaşanır. Yağ içeriği tam bir pres ile % 45’ ten % 6’ ya düşürülebilir. Başka bir proseste bundan daha iyi bir kazanım sözkonusu değildir. Büyük işletmelerde sadece yağ hücresini bırakmak için ezilir ve bu % 13 – 20 yağ içeriğini azaltır. Daha sonra ince tabaka haline getirilirler ve hekzan çözücüsü ile ekstraksiyona uğratılırlarsa yağ içeriği % 1,5’a getirilir.
2.2.1.4. Kepek eldesi
Flotasyon veya hidrokolonlarla gerçekleştirilen öz ayırma işleminden sonra mısır bulamacı nişasta ve gluteni kepekten ayırabilmek için elekten geçirilir. (50 m)
Öz ayrıldıktan sonra geriye kalan kepek ve üzerine ilişik nişasta entoleter değirmenine gelir ve burada koni şeklindeki değirmenin çeperlerine yüksek hız ile materyal fırlatılır ve kepeğin nişastadan ayrılması sağlanır. Ayrıca bu ayırma işlemi için ayarlanabilir hareketli disk değirmenleri de kullanılabilir. Bunlar 1500 – 1800 rpm de karşıt istikametli döner. Son yıllardaki geliştirilmiş değirmenler 1,3 m çapında 1800 rpm dönüşlü ve 800 – 1000 beygir gücünde çalışıp, günde 1269 ton mısır işleme kapasitesine sahiptir. Bütün disk değirmenleri kepekteki nişastayı % 35’ten % 5 – 15’ e kadar indirebilmektedir.
Değirmenden gelen bulamaç yıkanır, elekten geçirilir ve bu sayede nişastadan ayrılması sağlanır. En genel yıkama ekipmanı 5 – 7 adet elekten oluşur. Kullanılan yıkama suyu 1 ton mısır başına 1,8 – 2,3 m³ olup son elekten verilmeye başlanır ve bu su ilk elekten nişasta ile birlikte çıkar. İlk elek için elek aralığı 50 mm, diğerlerinde ise 70 mm uygundur. Elekler sık sık tıkanmalarının önlenmesi ve daha verimli çalışmalarının sağlanması açısından yıkanarak temizlenir. Her bir elek bir pompa ve tanka sahiptir. Geniş bölünmüş tanklarda kullanılabilir. Dizaynı suyun bir bölmeden diğerine kolayca geçebileceği otomatik kontrolün mümkün olduğunca azaltıldığı bir şekilde olmalıdır.
Son kepek yıkama eleğinden sonraki akım maksimum % 15 kuru madde içerir ve suyun uzaklaştırılması gerekmektedir. Bunun için santrifüj kullanıldığında % 40 kuru madde elde edilebilir. Ancak nişastanın çoğu kepekle birlikte gider. Bunun diğer elekli modellerinde ise nişastanın suyla birlikte gitmesi, kepeğin daha saf ayrılması sağlanır.
Genel olarak sudan ayırma işleminde iki yöntem vardır. İlkinde elekli santrifüjler kullanılır ve bu % 20 – 30 kuru madde sağlar. Avantajı, kemerli pres kullanan ikinci adıma göre yüksek kapasitede çalışılması ve daha fazla kuruluk derecesine sahip olmasıdırBununla birlikte kuruluk % 42 – 48’ e kadar çıkar. Buradan çıkan suyu azaltılmış kepek evaporatörde konsantrasyonu arttırılmış masarasyon suyu ile karıştırılır ve kurutulur.
Bu sistemin performansı istenilen kepek kalitesine göre değişebilmektedir. İyi bir kalitede kepek eldesi, yoğun bir öğütme sonucu gerçekleşir. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 12)
2.2.1.5. Birincil nişasta ayırımı
Öz ve kepek elenerek ayrıldıktan sonra geriye kalan nişasta ve protein, proteinin düşük yoğunluğu sayesinde ayrılabilmektedir. Bu aşamada santrifüj kullanılır ve yüksek protein gluteni elde edilir. Disk nozul tipi santrifüjler, çözünmez gluten partiküllerini ayırıp yüksek protein gluteni elde etmek için kullanılır. Bazı protein ve kirlilikler nişasta akımı ile birlikte kalabilir. Ancak bu da bundan sonraki nişasta yıkama adımında ortadan kalkar.
Birincil santrifüjden elde edilen gluten başka bir santrifüj yardımıyla kuruluğu % 3’ ten % 12’ lere çıkarılır. Daha sonra kullanılan vakum filtre bunu % 42’ ye çıkartır ve son olarak kurutucudan % 88 kurulukta gluten elde edilir. Elde edilen gluten, hayvan yemi formülasyonlarında kullanılır. Sistem üzerinden elde edilen su wet milling prosesinde yıkama suyu olarak kullanılır.
Sudan arındırma işleminde santrifüjün etkisi beslemenin sıcaklığının artırılmasıyla ve pH’ı normal seviyesi olan 4,5’ ten 7,0’a yükseltmekle arttırılabilir. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 12)
2.2.1.6. Gluten kurutma
Gluten neminden olabildiğince mekanik işlemler vasıtasıyla ayrıldıktan sonra ( % 55 – 60 nem ), pnömatik veya döner kurutucuda % 12 neme kadar kurutulur. Islak glutenin yapışkanlığını yenmek için ürün geri döngüsü gerekmektedir. Koyu renkli veya yanmış ürünler olmaması açısından 400 °C bir limit sıcaklık olarak kabul edilir. Döner kurutucunun toz ile ilgili bir sorunu olmaz. Ancak pnömatik kurutucuda daha açık renkli bir ürün eldesi söz konusudur. Yüksek sıcaklıktan ötürü pigmentler parçalanabilir. Kurutma esnasında ağır masarasyon suyunun kullanılması bunu önleyebilir. Wet milling yönteminde üründe minimum % 60 protein eldesini gerçekleştirmek oldukça zordur. Problemler masarasyonlama, kepek eldesi veya birincil santrifüjden dolayı kaynaklanabilir. Bazı küçük çalışma birimlerinde gluten keki kurutulmaz ve doğrudan kepeğe katılır. Evaporatörden gelen ile birlikte protein yüzdesi % 30’ larda seyreder.
2.2.1.7. Nişastanın saflaştırılması
Birincil santrifüjden çıkan nişasta % 3 – 5 protein içermektedir. 10 mm çapında hidrosiklonlar kullanılır. Bunlar bir araya getirilerek yerleştirilir ve yaklaşık 720 adedi ile bir ünite oluşturulur. Böyle 10 – 14 ayrı ünite seri olarak birbirine bağlıdır. Pompalar dışında bu sistem hareketli değildir.
Yaklaşık 2,1 – 2,5 kg su her kg kuru nişasta başına kullanılır. Nişasta içerisinde safsızlık ve gluten hidrokolonlar vasıtasıyla ayrılır. Elde edilen nişasta % 0,3 – 0,35 toplam protein ve % 0,01 çözünür protein içermelidir. Bundan önceki adımlarda herhangi bir sorun gerçekleşmezse sonuçlar yukarıdaki gibidir.
Nişasta yıkama suyu deiyonize edilmiş bir sudur. Bu suya saf kondensat eklenebilir. Su optimum ayrımın gerçekleşeceği sıcaklığa ısıtılır. Bu sıcaklık 38 – 43 °C’ dir. Düşük sıcaklık kullanmak daha yaygındır. Çünkü hidrokolon sisteminin bütün bölümleri kullanılır ve daha fazla ısı ek pompalardan meydana getirilir. Bu hidrokolon sistemi Resim 2.3’de gösterilmektedir.
Yıkama suyu yıkanmış nişastanın çıktığı son bölümden girer. Su ve safsızlıklar, sistemi % 25 oranında nişasta içeren besleme akımının girdiği ilk bölümden terk eder. Bu akımın içerisinde az bir oranda nişasta küçük parçacıklar halinde proteine bağlanmış olarak bulunur. Bunu ayırmak için santrifüj kullanılır. Alt akım birincil santrifüje geri beslenirken, üst akım yıkama suyu olarak kullanılabilir. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 12)
2.2.2.1. Modifiye nişasta
Nişasta, wet milling işlemlerinden % 40 kuru madde içererek çıkmaktadır. Nişasta daha sonra direkt olarak kurutulabilir veya kimyasallarla, asitle muamele edilerek nişastanın modifikasyonu müşteri gereksinimlerine göre sağlanabilir. 1 ton kuru nişasta başına 1 – 2 m³ su kullanılarak kimyasal atıklar nişastadan vakum filtre veya santrifüj ile ayrılabilir. Vakum filtreden çıkan kek % 40 – 50 kurulukta olup buradan 65 – 150 °C’ deki buhar ısıtmalı kurutucuya beslenir. Pnömatik kurutucular kullanıldığında sepet tipi santrifüjden gelen beslemenin kuruluğu % 55 – 67 civarındadır. Kurutucuda ısıtma, direkt gaz yakılan bir ocakla sağlanabilir ki, bu da 220 °C sıcak havaya denk gelir. Ürün genellikle paketler içerisinde kamyonlarla taşınır. Kullanım alanı yapıştırıcı sanayi, kağıt, tekstil ve gıda sanayidir. Ürünün bir kısmı kızartılır, soğutulur, karıştırılır ve yapıştırıcı sanayinde kullanılmak üzere paketlenir. (Pziedic ve Kearsiley, 1985, Bölüm 2)
2.2.2.2. Etanol
Etil alkol ( etanol ) fermantasyon ile nişastadan üretilirken wet milling işlemlerinden dolayı eşsiz bir ekonomik avantaja sahiptir. Çünkü maya tekrar geri dönüştürülebilir. Başka hiçbir maddeye fermantasyondan sonra müdahale edilemez. Ayrıca hafif masarasyon suyu kullanılarak mayalanma için gerekli evaporasyon giderleri minimize edilebilir. Bir kısım alkol, meşrubat sanayinde kullanılır. Eskiden tahıl etanolünün % 65 – 75’ini wet milling yöntemini kullanan sanayiciler üretmekteydi. Fakat 1984 – 1985’ten itibaren bu oran % 60’lara kadar düştü. Gelecekte bu oranın daha da düşmesi beklenmektedir. Çünkü birçok fabrika dry milling yöntemine geçmektedir. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 12)
2.2.2.3. Ürünler ve çeşitlilik
Masarasyon suyu mısır tohumunun çözünmüş kısımlarını içeren bir sudur. % 50 kuru madde içerene kadar buharlaştırılır ve sıvı olarak sığır çiftliklerine veya mandralara satılmaktadır. Konsantrasyonu ve pH’ı olan 4,2 – 4,5 biyolojik olarak sabittir. Antibiyotik üretiminde veya fermantasyon işlemlerinde kullanılabilir. Bir kısım masarasyon suyu ise mısır proteini yemi olarak kullanılabilmektedir.
Öz yağı alındıktan sonra geri kalan kısmı genellikle destekleyici vitamin, mineral olarak hayvan yemine katılır. Yemin büyük çoğunluğu mısır proteini yemine, suyunun ve yağının gluten tarafında absorbe edilmesinden yararlanılmak üzere katılır.
Hidrol veya mısır şekeri, kristalin – dekstroz üretimi ile elde edilir. Bu hayvan yemi veya besin malzemeleri imalatında kullanılabilir. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 12)
2.3. Nişastanın İşlenmesi
2.3.1. Nişasta hidrolizi
Mısır tatlandırıcıları genellikle nişastanın mısırdan wet-milling yöntemiyle ayrılmasından sonra elde edilen ve % 99 saflıkta, kuru madde bazında % 0,25-0,35 protein, % 0,1 mineral ve % 5-6 diğer safsızlıklar içeren nişastadan elde edilirler.
Nişasta tanecikleri 2 ayrı kısımdan oluşur. Bunlardan biri amilazdır. Bu lineer bir polimer olup 1,4 – bağlı D – glikoprinosil lineer polimer ünitelerinden oluşmaktadır. Diğer kısmı ise amilopektin. Bu yapıya da 1,6 dal noktası ile bağlı kısa 1,4 – bağlı glikoz zincirleri içeren dallı polimerler örnek verilebilir. Belirgin bir biçimde amilaz parçacıkları nişasta granüllerinin % 25 – 30’unu temsil eder ve moleküler ağalığının 250000 civarında olduğu bilinmektedir. Daha fazla amilopektin fraksiyonu nişasta granülün % 70 – 75’ini molekül ağırlığının da 50 – 500 milyon olduğunu gösterir.
Mısır tatlandırıcıları asitlerin veya enzimlerin -1.4 ve -1.6 glikosidik bağlantıları üzerinde hidrolitik davranışı ile üretilirler. Hidrolizin tipine bağlı olarak değişik molekül ağırlıklı sakkaritler oluşur. Buna bağlı olarak farklı fonksiyonel tatlandırıcılar üretilir. Sakkarid içerisindeki dekstroz miktarı, polimerizasyon derecesine (DP) işaret eder. DP1 dekstrozu; DP2 maltoz benzeri disakkaridleri; DP3 maltotrioz veya panoz gibi trisakkaridleri; DP4 ise tetra veya daha fazla derecedeki sakkaridleri ifade eder. Hidroliz derecesi, dekstroz denkliği olarak tanımlanmıştır. Nişasta hidrolsatının indirgen içeriğinin değeri kuru maddedeki dekstroz miktarı olarak hesaplanabilir. Nişasta her molekülde yalnızca bir indirgen grup içerdiğinden dolayı, esasen nişasta sıfır DE değeri gösterir. Dekstroz denkliği (DE) bakır tuzundan oluşan bir alkali solüsyon kullanılarak şekerin indirgenmesi esnasında gösterilen tepkiye göre saptanır. İndirgenen bakır miktarı indirgen şeker miktarı ile orantılıdır. Buna alternatif yöntem nişasta hidrolsatının yüksek performanslı sıvı kromotografi yöntemi ile işleme tabi tutulmasıdır. DE değeri her sakkariddeki DE’ nin toplanması ile bulunabilir. DP1 = 100DE, DP2 = 62DE, DP3 = 40DE, DP4 = 18DE’ye denk gelir. Aralarındaki ortalama ilişki ise ;
DP = [(20000/DE) - 18]/162
şeklindedir. 1 molekül suyun eklenmesi ile her hidroltik birleşebilir. Suyun eklenmesinden dolayı oluşan ağılık kazancı kimyasal bir kazanç şeklindedir. Bu nedenle nişastanın dekstroz ürününe hidrolizinin tamamlanması kuru madde miktarını (162 + 18)/162 faktörüne göre yükseltir. Kimyasal kazanç faktörü ile DE arasındaki ilişki aşağıdaki şekilde tanımlanabilir;
Kimyasal kazanç faktörü = (0,00111)(DE) + 0,9973
2.3.1.1. Asit hidrolizi
Asit hidrolizi nişastanın -1.4 ve -1.6 bağlarına rastlantısal olarak bağlanması ve aynı zamanda polimerizasyon derecesinin yükseltilmesi ile gerçekleştirilir. Asit sadece hidrolizi katalize etmeye yaramaz. Aynı zamanda gerçekleşen diğer reaksiyonlarla hidrolizin devamını da sağlar. Örneğin dekstrozun dehidrasyonundan hidroksimetilfurfural elde edilir.
Bazı reaksiyonlar ürün oluştuktan sonra vermesi de, uzaklaştırması da çok zor olan tat ve koku sağlayabilirler. Dolayısıyla şuruplar üretilirken yan reaksiyonların etkisinden sakınabilmek için asit hidrolizi 42 DE (dekstroz denkliği) ile sınırlandırılmıştır. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 17)
2.3.1.2. Enzim hidrolizi
Enzimatik hidroliz asit hidrolizinden daha karmaşıktır. Bu özellikler tat, koku ve ürün biçimindeki farklılıkları minimize eder. Daha yüksek ürün miktarı sağlar ve saflaştırma giderlerini azaltıcı etkide bulunur. Mısır tatlandırıcısı üretiminde kullanılan enzimler bakteriyel ve fungal -amilaz, -amilaz ve gluko-amilazdır.
Bakteriyel -amilazlar Bacillus organizmasından üretilirler. -amilazlar, hidrolizin molekül içerisinde rastgele ilerlemesinden, sadece -1.4 bağına bağlanmasından veya sakkaridleri şekline sokmasından beri endoenzimler olarak sınıflandırılırlar. Enzime bağlı olarak bakteriyel -amilazın hareketi de değişir. Gerek bakteriyel -amilazların, gerekse fungal -amilazlarının başlıca ürünü maltozdur. Bundan dolayı enzimler şurupları yüksek maltoz içeriğine sahip ürünler haline getirmek için kullanılırlar. Bakteriyel -amilazlar 105-110 °C’ de kullanılabilir. Fungal -amilazlar ise 55-60 °C’ de kullanılırlar. Nişasta hidrolizinde bakteriler için pH 5,5-7 civarındadır. Fungallarda ise bu 5-5,5 civarıdır.
Gliko-amilazlar(amiloglikosid veya -amilaz) A.niger bakterisinden meydana gelir. Gliko-amilazlar ekzoamilitik bir aktivite sergilerler ve -1.4 ve -1.6 bağlarına bağlanarak dekstrozu serbest bırakırlar. Hidrolizin derecesi bağların durumuna bağlıdır. Ticari proseslerde gluko-amilaz ile % 96’dekstroz ihtiva eden dekstroz hidrolsatı üretilir. Enzim ayrıca dekstrozun disakkaride dönüşüm reaksiyonunu katalize eder. Gluko-amilaz geniş bir pH derecesinin üzerinde iyi bir kararlılık gösterir. Bununla beraber ticari proseslerde pH genellikle 4-4,5 olarak kabul edilir. Tavsiye edilen sıcaklıklar 58-62 °C’ dir. Yüksek sıcaklık enzim kararlılığını azaltırken, düşük sıcaklık da mikrobiyal olasılıkları arttırıcı etki gösterir.
-amilaz maltocenik enzimler olup şurup üretimi için kullanılmaktadır. Enzim maltozu formu içerisinde molekülden ayrılır. Reaksiyon 55-60 °C’ de pH ise 5-5,5 civarındadır. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 17)
2.4. Tatlandırıcı Üretiminde Prosesin İşleyişi
2.4.1. Dekstroz
Dekstroz ticari olarak nişastadan asit, asit-enzim ve enzim-kataliz yöntemleriyle üretilebilmektedir. Son zamanlarda tüm üretim yöntemlerinde nişasta 10-15DE ve -amilaz kullanılarak üretilir. Bunu, gliko-amilaz kullanılarak % 95-96 oranında dekstroz üretim işlemi takip eder. Bu daha sonra rafine edilerek kristal-dekstroza, sıvı dekstroza veya yüksek dekstrozlu mısır şurubuna dönüştürülebilir. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 17)
2.4.2. Nişasta hidrolizi
1960’lara kadar ticari olarak dekstroz üretimi asit – hidaroliz yöntemiyle gerçekleştirildi. % 15-25 nişasta içeren süspansiyon HCl ile muamele edilir ve 5-10 dakikalığına 140-160 °C sıcaklığa ısıtılırdı.(veya maksimum dekstroz seviyesine ulaşıncaya kadar) Bundan dolayı % 86 oranında dekstroz dönüşümü sağlanabilirdi.
Gliko-amilaz üzerindeki gelişmeler dekstroz üretim teknolojisinde büyük gelişmelere yol açtı. Bunu asit hidrolizin kapsamının azaltılması izledi. Sıvılaştırma kesikli olarak korozyona dayanıklı ekipman ile gerçekleştirilir. pH 1,2-2 seviyesine HCl veya H2SO4 eklenerek getirilir ve 120-140 °C’ye 10-20 DE elde etmek üzere ısıtılır. Daha sonra gliko-amilaz eklenir. Bu şartlar altında DE’nin kontrolü önem kazanır. DE’nin artmasıyla asit dönüşüm ürünleri de artmaktadır. DE değeri çok düşükse bu filitrasyon problemlerine yol açabilir. Asit-enzim yöntemi dekstroz miktarını % 92-94 seviyesine kadar getirebilir.
1960’larda total enzim prosesleri geliştirilmiştir. Daha düşük sıcaklık ve daha yüksek pH’ta sıvılaştırma gerçekleştirilir ve bu yan reaksiyonları azaltırken dekstroz miktarını da % 95-97 seviyesine çıkartmıştır.% 30-40 lık nişasta içeren süspansiyon -amilaz ile muamele edilir. pH 6-6,5 sıcaklık 85-90 °C’dir.200-400 ppm lik Ca enzim dengelemesi için katılır.1 saat boyunca bu şekilde devam edildikten sonra sıcaklık 5-10 dakikalığına 120-140 °C’ye çıkartılır. Daha sonra tekrar 1 saatliğine 85 °C sıcaklığa indirilir ve DE (10-15) ayarlaması yapılır.
Bu işlemler birkaç yüz ton kapasiteye sahip kesikli veya sürekli reaktörlerde gerçekleştirilmektedir. İnceltilmiş nişasta % 28-30 kuru madde içerecek şekilde sulandırılır. Sıcaklık 60 °C’ye soğutulur. pH 4-4,5 olacak şekilde ayarlanır ve gluko-amilaz eklenir. Sıcaklık kontrolü önemlidir. Yüksek sıcaklık enzim kararlılığını azaltırken, düşük sıcaklık mikrobial riskleri yükselttir. Gliko-amilaz miktarının ve reaksiyon süresinin de kontrol altında tutulması gereklidir. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 17)
2.4.3. Saflaştırma
Dekstrozun saflaştırılmasında çözünmeyen maddelerin uzaklaştırılması gereklidir. Nişasta üretiminde toz, renk, protein gibi maddeler çözünerek bu işe katkı sağlar.
Çözünmeyen yağ, nişasta ve proteinin uzaklaştırılması santrifüj ile ve prekot filtrasyonu ile sağlanabilir. Daha sonra bu karbon granülleri ile temas ettirilir. İyon -değiştirici kalıntıları, kirliliği, protein parçaların, rengi ve inorganikleri uzaklaştırmaya yarar. Rengi giderilmiş sıvı, evaporatör ile % 50-55 kuru maddeye getirilir ve kristal-monohidrata, sıvı dekstroza veya yüksek dekstrozlu mısır şurubuna dönüştürülmeden önce tekrar bir arıtımdan geçirilebilir. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 17)
2.4.4. Kristal dekstroz
Kristal dekstroz rafine edilmiş dekstrozun % 70-78 kuru maddeye evaporatör ile getirilmesiyle oluşur. Daha sonra 46 °C’ye soğutulur. Bu sıcaklık yavaşça 25-30 °C’ye kadar iner. 3-5 günlük bir süreç içerisinde de dekstrozun % 66’sı kristalleşir. Mağma ana sıvıyı uzaklaştırmak üzere santrifüj edilir. Ardından kristaller soğuk su ile sprey şeklinde yıkanır, döner kurutucuda % 8,5 neme kadar kurutulur. Bu seviye 1 molekül suya karşılık 1 kristal dekstroz molekülü gelmesi düşünülerek hesaplanan teorik % 9,1 nem seviyesinin altındadır. Ayrılan sıvı baştaki kristalizasyon basamaklarında kullanılabilir. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 17)
2.4.5. Sıvı dekstroz
Sıvı dekstroz, kristal dekstrozun % 71 kuruluk derecesine düşürülmesi ile elde edilir. Yüksek dekstrozlu mısır şurubu dekstroz oranının % 95-96’ya çıkartılıp konsantrasyonunun % 70-71’ e getirilmesiyle elde edilir. Aslında bu ürün teknik olarak mısır şurubudur.
Kristal dekstroz 45,4 kg’lık paketler halinde satılır. Sıvı dekstroz ise kristalleşmeyi önlemek açısından sıcaklığı 50 °C’de sabit tutabilen tank kamyonlar ile taşınır. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 17)
2.4.6. Yüksek fruktozlu mısır şurubu
Mısır şurubu % 42 kuru madde üzerinden fruktoz içermektedir. Fruktoz rafine edilmiş dekstrozdan dönüştürülür. Kromotografik ayırma tekniği ile % 90 fruktoz içeren ürün elde edilebilir. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 17)
2.4.7. İzomerizasyon
Kesikli yöntem ile izomerizasyon çözünebilir enzimlerin yüksek fiyatından dolayı pahalıdır. Enzim tüketiminin azaltılması uzun reaksiyon süresi gerektirir. Bu da ürünlere tat, koku ve benzeri diğer özelliklerin kazandırılmasında yüksek arıtım giderlerine sebebiyet verir. Bundan dolayı reaksiyon süresi de, enzim giderleri de azaltılmalıdır. Glikoz izomerizasyonları bunu sağlayabilmektedir. Bu teknikte hücrelerin enzim aktivitesini ve enzim yapısını koruması sağlanır.
Yüksek fruktozlu mısır şurubu (HFCS42), eldesi oldukça basit şartlar altında gerçekleştirilir. Yüksek kalitede fruktozlu mısır şurubu eldesi için prekot filtrasyonu, karbon ve iyon-değiştiricisi saflaştırması ve % 40-50 kuru madde eldesi için evaporatörde buharlaştırma işlemi yapılır. İzomerizasyonu aktif ve kararlı hale getirmek için MgSO4 eklenir. Maksimum Ca seviyesi olan 1 ppm için 0,0004 M MgSO4 seviyesi yeterlidir. Eğer Mg-Ca molar orantısı en az 20’ye işaret ediyorsa Ca seviyesi 15 ppm’e çıkartılabilir. (Ca inhibitör bir etki gösterir). Beslemeye sülfit ve bisülfit tuzlarının eklenmesi enzim kararlılığını yükseltir renk formasyonunu azaltıcı bir etki gösterir. İzomerizasyonu aktive edici bir başka madde olan kobalt ile kesikli proseslerde ve düşük pH seviyelerinde çalışılırdı. Sürekli sistemlerde pH seviyesi yüksektir ve kobalta ihtiyaç yoktur.
Fruktozlu mısır şurubu eldesinde sıcaklığın 55-61 °C ve pH’ ın 7,5-8,2 civarında olması tavsiye edilir. 7 pH’ın altında izomer aktivitesi sağlanamaz. Enzim aktivitesi de 5’ in altında ve 9’ un üzerinde düşer. İzomerizasyon proseslerinde enzim aktivitesi beslemedeki kirlilikten dolayı düşebilir. Beslemenin kolona akış yüzdesi azaltılarak, kalma zamanı arttırılır ve daha iyi seviyede fruktoz elde edilebilir. Enzimlerin yarı ömrü birkaç haftadır. Enzimler başlangıçtaki aktivitesinin % 10’una düşene kadar kullanılır.
İzomerize edilmiş ürün son bir kalite arttırımı yapılması açısından pH 4-4,5’a ayarlanır ve istenmeyen rengi, kokuyu uzaklaştırmak için karbonla muamele edilir. Ek olarak güçlü bir asit kullanılarak iyon-değişim arıtımı yapılır. Ardından ürün % 71 kuru maddeye kadar buharlaştırılır.
Ürün kristalizasyonunu önlemek açısından 30-32 °C sabit sıcaklığa sahip tankerlerle taşınır. Eğer kristalleşme olursa, boşaltmadan önce 38 °C’ye ısıtmak yeterlidir.
Kristalin fruktoz % 42’lik fruktoz şurubundan elde edilir. Kromotografik ayırma ile % 97 fruktoz oranı sağlanır. Evaporasyonla kuruluk % 70’e çıkartılır ve kristalizasyon ile % 50 fruktozlu kristal elde edilir. Diğer bir saf fruktoz eldesi yöntemi, dekstrozun D-glikoza enzimatik konversiyonunu içerir ve bunu fruktoza hidrojenasyonu izler. Daha sonra da kristalizasyon yapılır. Kristalizasyona alternatif bir yöntem; spreyle kurutmadır. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 17)
2.4.8. Mısır şurubu
Mısır şurupları doğrudan asit, asit-enzim veya enzim-enzim yöntemleri ile üretilebilir. Bu şuruplar glikoz şurubu olarak adlandırılır, ancak D-glikoz seviyesi çok düşük olabilir. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 17)
2.4.8.1. Asit şurupları
Nişastanın asit hidrolizi kesikli veya sürekli olarak gerçekleştirilebilir. Bunun için HCl ile 0,015-0,2 N seviyesine ayarlanmış % 35-40 kuru maddeli nişasta bulamacı kullanılır. Bu bulamaç 140-160 °C’de 15-20 dakika veya istenilen DE seviyesine kadar tutulur. Kesikli prosesler hacmi 10000 litre olan manganez-bronz yapımı dönüştürücülerde gerçekleştirilir. Suyu ısıtmak reaktörde kaynamayı gerçekleştirmek için direkt buhar kullanılır. Reaktöre asit içeren nişasta bulamacı konulduktan sonra istenen DE’ye erişilinceye kadar reaksiyon sürdürülür. Reaksiyon sonunda hidrolsat pH’ın sodyum karbonat ile 4,5-5 seviyesinde tutulduğu nötralize tanka basınç yardımı ile gönderilir. Sürekli sistemlerde proses kontrolünün düzenlenebilmesi için direkt ısıtma yapılmaz. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 17)
2.4.8.2. Yüksek konversiyon şurupları
55 – 60 °C’de 4,8 – 5,2 pH’ta 24 – 48 saat içerisinde fungal -amilaz veya glikoamizlazlar kullanılarak elde edilir. Şurup 63 DE’de kuru madde üzerinden % 38 dekstroz, % 30 maltoz ve % 13 DP3 içerir. Dekstrozun maltoza göre seviyesi ve derecesi kullanılan enzime göre değişebilir. Isıtma adımında istenilen anda reaksiyonu ve enzim aktivitesini durdurabilmek önemlidir. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 17)
2.4.8.3. Yüksek maltoz şurubu
Reaksiyon 55 °C’de 5 pH’ta gerçekleştirilir ve besleme % 35 – 45 kuru madde içermelidir. Tipik şartlarda hidrolsat % 50 – 55 maltoz içerir. Exo - - amilazlar yüksek maltoz şurubu üretiminde etkilidir. DNA teknikleriyle enzim % 60 – 70 maltoz yüzdesini tek başına sağlayabilir. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 17)
2.4.8.4. Arıtım
Mısır şurubu hidrolsatı santrifüjle veya filtrasyon ile arıtılır. Ardından % 60 kuru madde eldesi için buharlaştırılır. Renkten arındırmak için karbon ile muamele edilmelidir. Daha sonra % 75 – 86 kuru maddeye konsantrasyonu getirilir. Şuruba evaporasyon sırasında renk gelişimini önlemek için SO eklenir. Evaporasyona alternatif olarak bazı düşük DE’li şuruplar sprey kurutmaya tabi tutulabilir.
2.4.9. Malto dekstrini
Malto dekstrini 20 DE’ den daha az olan nişasta hidrolizi ürünleridir. Ticari olarak normal mısır nişastasının hidrolizinden veya waxy tipi nişastadan doğrudan asit, asit – enzim veya enzim – enzim teknikleri kullanılarak üretilebilir. Asit prosesleri mısır şurubundakiler ile benzerdir. Asit – enzim prosesleri nişastanın küçük DE seviyesine gelmesi için asit kullanılarak inceltilmesi işlemini içerir. Bunu pH’ı 6 – 7’ ye getiren nötralizasyon takip eder ve bakteriyel -amilazla 80 – 85 °C’ de istenen DE seviyesi için 1 – 3 saatliğine hidroliz edilir. % 30 kuru madde için bu işlem 1 saat ve 80 °C’de gerçekleştirilir. Son proses işleminden önce enzim aktivitesini kaldırmak için sıcaklık 120 °C’ye getirilir.
Diğer bir enzimatik yöntemde ise nişasta 7,5 – 8 pH’ta 90 – 92 °C’de 1 saatliğine -amilazla 2 – 15 DE elde etmek üzere hidroliz edilir. Daha sonra 120 – 150 °C’de birkaç dakika tutulup, tekrar 80 – 85 °C’ye yeni enzim eklenerek istenen DE seviyesini yakalamak üzere dönülür. Sıcaklık çözünmeyen nişastanın azaltılması ve filtrasyon derecesinin yükseltilmesinde önemli bir etkiye sahiptir. Kararlılığı arttırıcı birkaç teknik geliştirilmiştir. Örneğin bu okside nişastanın 7 DE seviyesine asit veya enzimle inceltilmesiyle sağlanabilir. Daha sonra -amilazlar kullanılarak istenilen DE seviyesine dönüştürülür.
Maltodekstrinleri arıtılması mısır şuruplarındakiyle aynıdır. Sonuç ürünleri spreyle kurutulup % 3 – 5 nem seviyesine veya evaporatörle % 75 kuru madde seviyesine getirilebilir.
Malto dekstrini düşük vizkozite ve düşük DE seviyesi içerir ( örnek; düşük mono sakkarit içeriği ). Matlo dekstrinleri düşük DE seviyeli malto dekstrinlerine benzer ve aslında tatlı olduğu söylenebilir. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 17)
2.5. Kullanım Alanları
Dekstroz, tek başına veya diğer tatlandırıcılarla birlikte, kombine halde şekerleme, meşrubat, gıda ve diğer endüstrilerde kullanılmaktadır. Meşrubat sanayinde dekstroz tatlılık ve ozmotik basıncı sağlamak için kullanılır. Light (açık renkli) bira üretiminde karbonhidrat ve kalori içeriğini azaltmada kullanılır. Şekerleme sanayinde yumuşaklık ve kristalizasyon kontrolünü sağlar. Şeker ve sakızlarda parlaklık, renk, tabakalaşma, sertlik gibi özellikler sağlar. Kurabiyelerde ise yumuşak bir etki ve kabuklaşmayı sağlar. Keklerin fiziksel yapı ve renk karakteristiklerini oluşturur. Tozlaştırılmış et suyu, çorba, toz meyve sularının ve sosların tatlılığını ve yapısını oluşturmada kullanılır. Dekstroz veya yüksek dekstrozlu mısır şurupları fermantasyon endüstrisinde hammadde olarak kullanılır.
Son yıllarda, yüksek fruktozlu mısır şurubu satışlarında bir artış gözlenmektedir. Sakroz fiyatlarındaki artış birçok üründe fruktoz kullanımının artmasına neden olmuştur. En çok kullanılan yumuşak içkilerdeki kullanım payını % 100’ e yakın arttırmıştır. Şekerlemelerde tatlılığı sağlar. % 90 fruktoz yüzdesi yüksek kalorili ürünlerin kalori seviyesini % 30 – 50 seviyesine indirir. Bunlar dondurulmuş ve konserve meyveler, yumuşak içkiler, şekerleme ve kahvaltılıklar olarak sayılabilir. Kristal fruktoz oldukça saftır ve bu nedenle düşük kalorili özel yiyeceklerde kullanılabilir.
Mısır şurubu genelde sakroz, dekstroz veya fruktozla birlikte kullanılır. Tüm şekerleme endüstrisinde tatlandırıcı ve düşük vizkozite sağlayıcı olarak kullanılır. Maya sıvısı bira, meşrubat üretiminde kullanılmaktadır. Sakızın yumuşaklığını ve tatlılığını sağlar. Kolonya ve parfümlerin evaporasyon kontrolünü, yapışkanların kararlılığını sağlar.
Malto dekstrinler pudinglerde, donmuş tatlılarda, çorbalarda, şekillendirici olarak kullanılır. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 17)
2.6. Ürün Üretimi ve Ürünlerin Pazarlanması
Yıllardır mısırdan, wet milling işlemiyle üretilen ürünlerin oranı % 66 nişasta ve % 30 hayvan yemi olmak üzere sabittir. Nişasta çoğunlukla tatlandırıcı ve etil alkole dönüştürülür. Amerika’da wet milling yöntemiyle üretim yapan 28 fabrika bulunmaktadır. Amerika dışında çok daha fazla fabrika bulunur. Ancak üretimleri hemen hemen aynıdır. Çünkü Amerika dışındakiler daha küçük kapasitede çalışırlar. Bir çoğu Amerikan şirketleri tarafından yönetilir.
Genel nişasta, dekstroz ve glikoz üretimi 1972 ile 1985 arasında Amerika’da % 39 artmıştır. Alkol ve tatlandırıcı üretimine bağlı olarak %335’lik bir artış günümüzde görülmektedir. Bunun sebeplerini şöyle sıralayabiliriz:
Proses alanındaki teknik gelişmeler
Şeker ihtiyacının artması
Yüksek şeker fiyatının son yıllarda desteklenmesi
Ucuz ve bol mısır bulabilme imkanı
Endüstri ürünleri daha çok toptan olarak taşınır ve satılır. Sıvı olanlar tanklı kamyonlarla satılır. Kuru ürünler 100 lb’lik karton kutular içerisinde taşınır. Amerika’da üretilen ürünlerin çoğu Avrupa Ekonomik Topluluğu’na satılmaktadır. (Watson ve Ramstad, 1989, Bölüm 12)
2.7. Kirlenme Kontrolü
Büyük bir wet milling ve tatlandırıcı ünitesine sahip bir fabrika orta büyüklükteki bir şehrin atıklarına yakın bir atık üretebilir. İktisatçılar atıkların konsantrasyonunun azaltılmasının önemli bir yardıma denk geleceğine dikkat çekmektedirler. Tanklarda kullanılan dengeleme yöntemiyle 8 – 24 saat üretimden sonraki atıkların toplanması şeklinde arıtım kolaylaştırılmaktadır. Bu özellik pH, sıcaklık, akış derecesi ve benzeri nedenlerden doğabilecek şok yüklemeleri azaltmaktadır. Bütün sistemlerde belli bir dereceye göre pH, ısıtma, soğutma, bakteri ekleme, mikroorganizmaların havalandırılması gibi ayarlamalara ihtiyaç duyulur.
Wet milling ünitesinde 1 ton mısır başına 1,8 kg SO2 kullanılır. SO2 proses suyu içerisinde çözünür. Keskin kokusu bulamaç içerisinde hissedilebilir ve atmosfere çıkmadan önce bir alkalin çözücü yardımıyla tutulur. Bina içi iyi havalandırılmalıdır. Buna rağmen çalışan motor ve pompalardan ötürü bina içi sıcaklık 50 °C’ de bulunabilir.
En kritik hava kirletici, kurutuculardan çıkan atık gazdır. Siklonlar, partikülleri tutmada bir ölçüde başarılıdır. Ancak ikinci bir kollektör gerekebilir.
Kurutucularla ilgili en büyük problem atık gazın kokusudur. Özellikle gluten kurutucuda yüksek de bir yanma ısısı kullanıldığından yanmış, ağır bir koku meydana gelir. Asetik asit ve asetaldehit kokusu gibi ekşi bir koku söz konusudur. İyonizasyonun yapıldığı ıslak–toplayıcılar koku yayan partikülleri elektrostatik olarak toplayabilmektedir. Kazan dairesinde veya muhtelif ısı üreten ünitelerde kömür, LPG veya doğal gaz yakılması tercihine göre kirlilik ve alınacak önlemler değişir.