การไฮโดรไลซิสของน้ำตาลจากแป้ง

จีนเป็นผู้ผลิตและผู้บริโภคแป้งรายใหญ่ของโลก และน้ำตาลจากแป้งเป็นผลิตภัณฑ์ที่สำคัญในการแปรรูปแป้งอย่างลึกซึ้ง ด้วยการปฏิรูปและเปิดประเทศ รวมถึงการพัฒนาคุณภาพชีวิตของประชาชน ทำให้อุตสาหกรรมแป้งของจีนเติบโตอย่างรวดเร็ว ทั้งนี้มีการพัฒนานวัตกรรมทางเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่อง ขนาดอุตสาหกรรมขยายตัวอย่างต่อเนื่อง และประเภทผลิตภัณฑ์มีความหลากหลายมากขึ้น แป้งและน้ำตาลจากแป้งเป็นส่วนประกอบสำคัญของเทคโนโลยีการผลิตน้ำตาลในปัจจุบัน และมีการนำไปใช้งานอย่างกว้างขวางมาก

เริ่มต้นกันที่กระบวนการย่อยสลายแป้ง!

ตามชื่อที่ระบุ กระบวนการทำให้แป้งกลายเป็นของเหลว (Liquefaction) เริ่มต้นด้วยแป้งดิบซึ่งผลิตจากธัญพืช มันฝรั่ง ถั่ว และพืชชนิดต่าง ๆ โดยไม่ผ่านการบำบัดด้วยสารเคมี รวมทั้งแป้งที่ผ่านการปรับปรุงคุณสมบัติ (Modified Starch) ซึ่งได้รับการบำบัดด้วยวิธีใดวิธีหนึ่งเพื่อเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกายภาพหรือเคมีเดิมของมัน แป้งดิบ (Raw Starch) คือ แป้งชนิดหนึ่งที่ผลิตขึ้นโดยไม่ผ่านการบำบัดด้วยสารเคมีหรือการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีโดยธรรมชาติแต่อย่างใด แป้งดิบสามารถแบ่งออกเป็นสี่ประเภท ได้แก่ แป้งจากธัญพืช แป้งจากมันฝรั่ง แป้งจากถั่ว และแป้งประเภทอื่น ๆ แป้งดิบสามารถใช้เป็นสารแขวนลอย (Slurries) สารเติมแต่ง (Additives) สารเคลือบผิว (Sizing Agents) สารเติมเต็ม (Fillers) กาว (Adhesives) เป็นต้น นอกจากนี้ยังสามารถใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับการผลิตแป้งที่ผ่านการปรับปรุงคุณสมบัติ น้ำตาลจากแป้ง และอนุพันธ์ของแป้งต่าง ๆ บริษัทของเราใช้แป้งข้าวโพดเป็นหลัก

แน่นอนว่าแป้งเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอต่อกระบวนการนี้แต่อย่างใด และจำเป็นต้องเติมเอนไซม์เข้าไปเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา แอลฟา-อะไมเลส (Alpha amylase) เป็นเอนไซม์ที่ใช้ในการทำให้ของเหลวเจือจาง (liquefying enzyme) ชนิดหนึ่งที่นิยมใช้กันทั่วไป ซึ่งทำหน้าที่ไฮโดรไลซ์พันธะไกลโคซิดิกแบบ α-1,4 ที่อยู่ในโมเลกุลของแป้งและผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการไฮโดรไลซ์ของแป้ง ส่งผลให้โมเลกุลแตกตัวและลดความหนืดลง แอลฟา-อะไมเลสจัดอยู่ในกลุ่มเอนโดไนคลีเอส (endonucleases) ซึ่งการไฮโดรไลซ์จะเริ่มต้นจากภายในโมเลกุล ทั้งนี้ แอลฟา-อะไมเลสไม่สามารถไฮโดรไลซ์พันธะไกลโคซิดิกแบบ α-1,6 ที่พบในอะมิโลเพกตินได้ แต่สามารถไฮโดรไลซ์ต่อไปได้หลังจากผ่านพันธะดังกล่าวแล้ว แล้วแอลฟา-อะไมเลสเหล่านี้มาจากไหน? สารเตรียมแอลฟา-อะไมเลสมักได้มาจากรูปแบบแบคทีเรีย โดยเฉพาะแบคทีเรียสายพันธุ์ Bacillus subtilis ซึ่งทนต่ออุณหภูมิในการทำให้ของเหลวเจือจางได้ที่ระดับ 85–90 ℃ อีกทั้งยังมีแอลฟา-อะไมเลสอีกชนิดหนึ่งที่มีความทนความร้อนสูงมาก ซึ่งได้มาจากรูปแบบแบคทีเรียประเภทไลเคน (lichen-type bacteria) ซึ่งสามารถทนต่ออุณหภูมิในการทำให้ของเหลวเจือจางได้สูงถึงประมาณ 110 ℃

การเปลี่ยนของแข็งให้เป็นของเหลว (liquefaction) คือกระบวนการชนิดใด? บริษัทของเราใช้กระบวนการเปลี่ยนของแข็งให้เป็นของเหลวแบบพ่นไอน้ำ (jet liquefaction) เป็นหลัก ซึ่งประกอบด้วยการฉีดไอน้ำโดยตรงเข้าไปในชั้นเอไมล์แป้งที่บางเพื่อทำให้เกิดการเจลาติไนเซชัน (gelatinization) และการเปลี่ยนของแข็งให้เป็นของเหลว (liquefaction) โดยขั้นตอนแรกคือ การให้ความร้อนเบื้องต้นแก่เอไมล์แป้งถึงอุณหภูมิ 80–90 ℃ ผ่านการฉีดไอน้ำเข้าไปในหัวพ่น (sprayer) แล้วใช้ปั๊มแบบแทนที่ (displacement pump) ในการฉีดเอไมล์แป้งต่อไป จากนั้นจึงฉีดไอน้ำเข้าไปในชั้นเอไมล์แป้งที่บาง ทำให้เกิดการเจลาติไนเซชันและการเปลี่ยนของแข็งให้เป็นของเหลว แรงกระเพื่อม (turbulence) ที่เกิดจากการพ่นไอน้ำจะทำให้แป้งได้รับความร้อนอย่างรวดเร็วและสม่ำเสมอ ส่งผลให้ความหนืดลดลงอย่างรวดเร็ว จากนั้นนำสารละลายเข้าสู่คอลัมน์ไหลแบบชั้น (laminar flow column) เพื่อรักษาอุณหภูมิ (insulation) จนบรรลุระดับการเปลี่ยนของแข็งให้เป็นของเหลวตามที่ต้องการ ข้อดีของวิธีนี้ ได้แก่ ประสิทธิภาพการเปลี่ยนของแข็งให้เป็นของเหลวที่ดี โปรตีนสิ่งสกปรกเกิดการตกตะกอน (coagulation) ได้ดี คุณสมบัติการกรองของสารละลายที่ใช้ในกระบวนการซาเคริฟิเคชัน (saccharification solution) ดี ใช้อุปกรณ์น้อย และเหมาะสำหรับการดำเนินการแบบต่อเนื่อง

ด้วยนวัตกรรมทางเทคโนโลยีที่ดำเนินไปอย่างต่อเนื่องและการขยายกำลังการผลิตในอุตสาหกรรมแป้ง การพึ่งพาเทคโนโลยีและอุปกรณ์ที่มีอยู่เพียงอย่างเดียวจึงไม่เพียงพออีกต่อไป เราจำเป็นต้องนวัตกรรมอย่างต่อเนื่องและยืนหยัดอยู่ที่แนวหน้าของอุตสาหกรรม เพื่อให้บริษัทเติบโตแข็งแกร่งและมีขนาดใหญ่ขึ้น

วิศวกรรมขั้นสูง: การวิเคราะห์กระบวนการแปรรูปด้วยเจ็ตไลคิเฟเคชัน

เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพเหล่านี้ หัวฝา ไบโอลอจี อาศัยวิธีการเชิงกลขั้นสูงที่เรียกว่า การแปรรูปด้วยเจ็ตไลคิเฟเคชันความเร็วสูง ซึ่งระบบขั้นสูงนี้ฉีดไอน้ำร้อนภายใต้ความดันสูงโดยตรงเข้าไปยังชั้นเอไมล์เซียนแป้งข้าวโพดที่เคลื่อนที่อย่างควบคุมได้อย่างแม่นยำและบางเป็นพิเศษ เพื่อให้เกิดกระบวนการเจลาตินิเซชันและไฮโดรไลซิสของแป้งเป็นน้ำตาลพร้อมกัน

กระบวนการผลิตเชิงอุตสาหกรรมแบบขั้นตอนต่อขั้นตอนอย่างละเอียดรอบคอบที่หัวฝา ไบโอลอจี ใช้งานนั้นดำเนินตามลำดับเทอร์โมไดนามิกที่เข้มงวดอย่างเคร่งครัด

ระยะให้ความร้อนเบื้องต้น เอไมล์เซียนแป้งข้าวโพดดิบจะถูกปรับความหนาแน่นให้อยู่ในช่วง 18 ถึง 22 บาเม่ ก่อนให้ความร้อนเบื้องต้นถึงอุณหภูมิที่แม่นยำในช่วง 80°C ถึง 90°C โดยใช้ชุดฉีดไอน้ำอัตโนมัติภายในสเปรย์เจอร์แบบพิเศษ

การฉีดภายใต้ความดัน ปั๊มแบบย้ายตำแหน่งเชิงบวกกำลังสูงจะส่งเอไมล์เซียนแป้งข้าวโพดที่ผ่านการปรับสภาพแล้วเข้าสู่ห้องผสมหลักอย่างราบรื่นภายใต้ความดันคงที่

จุดสูงสุดของอุณหภูมิภายใต้การไหลแบบก่อกวนรุนแรง ไอน้ำที่มีความดันสูงจะถูกฉีดโดยตรงเข้าไปในชั้นบางๆ ของอิมัลชันแป้งข้าวโพดที่ไหลผ่าน แรงกวนเชิงกลอย่างรุนแรงที่เกิดจากเจ็ตไอน้ำความดันสูงนี้จะทำให้ความร้อนกระจายไปยังทุกไมโครเลเยอร์ของแป้งอย่างทันทีทันใดและสม่ำเสมอ

การลดความหนืดลงอย่างรวดเร็ว: เนื่องจากการกระจายความร้อนในแต่ละจุดมีความสม่ำเสมอกันอย่างสมบูรณ์แบบ เม็ดแป้งดิบจึงพองตัวและแตกตัวพร้อมกัน ส่งผลให้ความหนืดเชิงกลของของเหลวลดลงอย่างมากภายในเวลาเพียงไม่กี่วินาที

การคงสภาพของการไหลแบบชั้น: ส่วนผสมที่มีความหนืดต่ำมากจะไหลเข้าสู่คอลัมน์การไหลแบบชั้นแนวตั้งที่มีฉนวนกันความร้อนอย่างแม่นยำ จากนั้นจะถูกควบคุมภายใต้พารามิเตอร์อุณหภูมิที่เข้มงวดเพื่อให้ปฏิกิริยาการไฮโดรไลซิสของแป้งเป็นน้ำตาลดำเนินไปจนเสร็จสิ้น และบรรลุค่าดีเอ็กซ์โทรส์อิควิวเวลเลนต์ (DE) ที่ต้องการอย่างแม่นยำ

ข้อได้เปรียบในการดำเนินงานจากการใช้สถาปัตยกรรมการเปลี่ยนของเหลวแบบเจ็ตเฉพาะทางนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อผู้ผลิตชีวภาพในรูปแบบธุรกิจถึงธุรกิจ (B2B) ประการแรก ระบบดังกล่าวให้ผลลัพธ์การเปลี่ยนของแข็งเป็นของเหลวที่สม่ำเสมออย่างโดดเด่น โดยไม่ก่อให้เกิดแกนแป้งที่ยังไม่ถูกไฮโดรไลซ์หรือผลพลอยได้ที่ไหม้เกรียมและกลายเป็นคาราเมลเลย ประการที่สอง การให้ความร้อนแบบฉับพลันทำให้โปรตีนสิ่งสกปรกจากธรรมชาติเกิดการแข็งตัวได้อย่างยอดเยี่ยม ส่งผลให้คุณสมบัติการกรองในขั้นตอนต่อไปของสารละลายที่ผ่านกระบวนการซาคคาไรฟิเคชันสุดท้ายดีขึ้นอย่างมาก ประการสุดท้าย ระบบที่เรียบง่ายนี้ช่วยลดพื้นที่ที่อุปกรณ์โรงงานต้องใช้ และออกแบบมาให้เหมาะสมที่สุดสำหรับการขยายขนาดเชิงอุตสาหกรรมแบบต่อเนื่องและอัตโนมัติ

สรุป: ขับเคลื่อนนวัตกรรมในอนาคตของการแปรรูปแป้งขั้นลึก

เมื่อการแข่งขันระดับโลกทวีความรุนแรงขึ้นและศักยภาพในการแปรรูปขยายตัวทั่วทั้งภาคเทคโนโลยีชีวภาพนานาชาติ การพึ่งพาอุปกรณ์รุ่นเก่าหรือแนวทางการแปรรูปที่หยุดนิ่งย่อมไม่ใช่ทางเลือกที่ยั่งยืนอีกต่อไป ภูมิทัศน์ของตลาดเรียกร้องให้มีนวัตกรรมทางเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่องและกล้าหาญ รวมทั้งวิศวกรรมการผลิตที่ยืดหยุ่น โดยการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการเปลี่ยนแป้งให้เป็นของเหลว หัวนฟา ไบโอลอจี ได้สร้างรากฐานการดำเนินงานที่มั่นคงอย่างยิ่ง ซึ่งรับประกันการเติบโตเชิงอุตสาหกรรมในระยะยาวและคุณภาพของผลิตภัณฑ์ที่เหนือระดับ การยืนหยัดอยู่ ณ จุดนำหน้าสุดของเทคโนโลยีน้ำตาลสมัยใหม่ ทำให้หัวนฟา ไบโอลอจี สามารถเสริมสร้างส่วนแบ่งตลาดของตนอย่างต่อเนื่อง และนำเสนอโซลูชันน้ำตาลจากแป้งที่เข้าถึงได้ง่ายสำหรับคู่ค้าทางธุรกิจทั่วโลก มีความยั่งยืนสูง และผ่านกระบวนการผลิตอย่างสมบูรณ์แบบ