CC BY
35
Научная статья УДК 664.16
DOM0.52653ZPPI.2021.12.12.002
Развитие производства нативных и модифицированных крахмалов в крахмалопаточной отрасли
Лидия Степановна Соломина1, Николай Дмитриевич Лукин2, Дмитрий Анатольевич Соломин3
2' 3ВНИИ крахмалопродуктов - филиал ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН, пос. Красково, Московская обл., solominalidiya@yandex.ru
Аннотация. Анализ работы крахмалопаточной отрасли по производству нативных и модифицированных крахмалов за период 2010-2020 гг. выявил положительные тенденции, характеризующиеся умеренными темпами роста выпуска продукции. Увеличение объемов производства нативных и модифицированных крахмалов, расширение их ассортимента - актуальная задача для предприятий крахмалопаточной отрасли. В статье приведен ассортимент нативных и модифицированных крахмалов, поставляемых на российский рынок. Большой интерес для отраслей пищевой промышленности и народного хозяйства в целом представляют эфиры крахмала холодного и горячего набухания, доля которых в общем объеме импорта модифицированных крахмалов составляет около 70 %. Приведен перечень высокотехнологичных крахмалопаточных предприятий, обеспечивающих высокое качество и конкурентоспособность производимой продукции. Дана динамика производства нативных крахмалов и потребления модифицированных крахмалов в РФ в 2010-2020 гг. За последние 10 лет объемы производства модифицированных крахмалов в крахмалопаточной отрасли увеличились в 2,3 раза. Приведены современные методы получения и области применения модифицированных крахмалов для пищевого назначения. Предложены механизмы устойчивого развития крахмалопаточных предприятий в современных условиях.
Ключевые слова: нативные (природные) крахмалы, модифицированные крахмалы, производство, применение, крахмалопаточные предприятия
Для цитирования: Соломина Л. С., Лукин Н. Д., Соломин Д. А. Развитие производства нативных и модифицированных крахмалов в крахмалопаточной отрасли // Пищевая промышленность. 2021. № 12. С. 12-15.
Original article
Development of production of natural and modified starches in the starch syrup industry
Lidiya S. Solomina1, Nikolay D. Lukin2, Dmitriy A. Solomin3
2' 3All-Russian Research Institute of Starch Products - Branch of the V. M. Gorbatov Federal Science Center of Food Systems of RAS, Kraskovo village, Moscow region, solominalidiya@yandex.ru
Abstract. An analysis of the work of the starch syrup industry in the production of natural and modified starches for the period 2010-2020 revealed positive trends characterized by a moderate growth rate in production. Increasing the natural and modified starches production volume, expanding the range is an urgent task for enterprises of the starch industry. The article provides an assortment of natural and modified starches supplied to the Russian market. Cold and hot swell starch esters are of great interest for the food industry and the national economy as a whole, which account for about 70 % of the total imports of modified starches. The list of high-tech starch processing enterprises ensuring high quality and competitiveness of the produced products is given. The dynamics of production of natural starches and the dynamics of production and consumption of modified starches in the Russian Federation in the period 2010-2020 are given. Over the past 10 years, the production of modified starches in the starch industry has increased 2.3 times. Modern methods of producing and application of modified starches for food purposes are presented. Mechanisms for sustainable development of starch-syrup enterprises in modern conditions are proposed.
Keywords: natural starches, modified starches, production, application, starch-syrup enterprises
For citation: Solomina L. S., Lukin N. D., Solomin D. A. Development of production of natural and modified starches in the starch syrup industry // Food processing industry. 2021;(12):12-15 (In Russ.).
Автор, ответственный за переписку: Лидия Степановна Соломина, solominalidiya@yandex.ru Corresponding author: Lidiya S. Solomina, solominalidiya@yandex.ru
© Соломина Л. С., Лукин Н. Д., Соломин Д. А., 2021
Введение. Предприятия крахмало-паточной отрасли производят разнообразный ассортимент нативных и модифицированных крахмалов. Нативные (натуральные) крахмалы получают из разных видов крахмалсодержащего сырья: картофеля, кукурузы, пшеницы, тритикале, ржи и других культур. Свойства нативных крахмалов могут быть изменены в результате химической, физической, биологической или комбинированной обработки. Крахмалы с измененными природными свойствами называются модифицированными крахмалами.
Крахмал и его многочисленные модификации широко используются для пищевых целей в качестве углеводных компонентов, студнеобразователей, загустителей, эмульгаторов, стабилизаторов и наполнителей. Они применяются во всех отраслях пищевой промышленности, а также широко используются на медицинские и технические цели [1]. Модифицированные крахмалы ввиду многообразия свойств нашли широкое применение в целлюлозно-бумажной, текстильной, нефтяной, металлургической промышленности, а также в производстве упаковочных материалов и биоразлагаемых полимерных изделий. Спрос на модифицированные крахмалы на внутреннем рынке постоянно растет. В широком ассортименте представлены на потребительском рынке модифицированные крахмалы из разных стран мира, произведенные из разных видов зернового и клубневого крахмала. За последнее десятилетие запросы российских потребителей в модифицированных крахмалах от 70 до 40 % покрываются поставками из-за рубежа [2, 3, 4]. Высокий уровень импорта модифицированных крахмалов обусловлен повышенным спросом отечественных потребителей пищевой, целлюлозно-бумажной и нефтяной промышленности, а также небольшим ассортиментом и объемом производства их на предприятиях крахмалопаточной отрасли. На российский рынок поставляют натив-ные и модифицированные крахмалы такие крупные мировые производители крах-малопродуктов, как Emsland-Starke GMBH (Германия), Amylum Nederland, AVEBE и OY BANMARK AB (Нидерланды), KMC (Дания), Roquette (Франция) и многие другие.
Модифицированные крахмалы, поступающие на внутренний рынок, разделяются по способу их применения на две группы:
- холодного набухания, которые набухают и частично растворяются в холодной воде (набухающие крахмалы);
- горячего набухания, требующие варки для применения в технологическом процессе.
Производство модифицированных крахмалов холодного набухания для
пищевых целей осуществляется на непрерывной линии с использованием вальцовых сушилок или экструдеров различных конструкций. Каждый вид модифицированного крахмала в зависимости от технологии его производства и спроса потребителей может быть получен как со свойствами холодного, так и горячего набухания.
Большим спросом в нашей стране пользуются эфиры крахмала холодного и горячего набухания, доля которых в общем объеме импорта модифицированных крахмалов составляет в среднем до 70 % [4]. Способы их получения основаны на способности реакционных групп молекул полисахаридов крахмала вступать в химические реакции с органическими и неорганическими соединениями [1].
Повышение объемов производства и расширение ассортимента модифицированных крахмалов пищевого и технического назначения - актуальная задача для предприятий крахмалопаточной отрасли.
Цель исследований - анализ динамики производства нативных, модифицированных крахмалов в отрасли и определение механизмов для устойчивого развития предприятий.
Результаты исследований и их анализ. К основным видам крахмалсодержащего сырья в России для переработки на нативные и модифицированные крахмалы относятся кукуруза, пшеница и картофель. Доля пшеницы в общем сборе зерновых в России составляет 60-70 %, и в перспективе она может стать основным сырьем для производства крахмала и крахмалопродуктов [5]. Пшеничный крахмал является альтернативным сырьем для производства и расширения ассортимента модифицированных крахмалов, в том числе резистентных крахмалов низкой усвояемости с использованием термических и ферментативных модификаций, циклодекстринов и биоразлагаемых полимерных материалов [6, 7, 8].
Ведущие предприятия по выпуску кукурузного крахмала сосредоточены в Тульской, Ростовской, Рязанской, Липецкой,
Владимирской, Воронежской областях, Краснодарском и ставропольском краях. Пшеничный крахмал производят предприятия Тульской и Орловской областей, а картофельный крахмал - предприятия Республики Чувашия, Брянской и Орловской областей.
основные предприятия по производству модифицированного крахмала находятся в Ростовской, Орловской, Липецкой, Рязанской областях и ставропольском крае. К высокотехнологичным предприятиям по производству крахмалопаточной продукции относятся ООО «Каргил», ООО «Амилко» (Миллеровский глюкозно-мальтозный комбинат), ООО «НД-Техник» (Светлоградский крахмальный завод), ООО Крахмальный завод «Гулькевич-ский», ООО «Звягинский крахмальный завод», крахмалопаточный завод ООО «СП-Дон», ОАО «Астон-Крахмало-Продукты». Эти предприятия перерабатывают до 80% отечественного крахмалсодержащего сырья с применением современного оборудования и прогрессивных технологий, обеспечивающих высокое качество и конкурентоспособность производимой продукции.
Производство нативных и модифицированных крахмалов в крахмалопаточной отрасли за последнее десятилетие представлено в табл. 1.
За период 2010-2020 гг. в РФ объем производства пшеничного и картофельного крахмалов повысился соответственно в 18,2 и 2,1 раза, а модифицированных крахмалов - в 2,3 раза. Динамичное развитие отечественного крахмального производства способствует расширению ассортимента нативных и модифицированных крахмалов, а их применение - повышению качества и конкурентоспособности выпускаемой продукции для пищевого и технического назначения.
Динамика производства, импорта и экспорта модифицированных крахмалов в РФ за период 2010-2020 гг. представлена в табл. 2. За последние 10 лет объемы импорта модифицированных крахмалов сократились почти в 2 раза (с 72,1 до 36,9 тыс. т.). В 2020 г. уровень самообеспечения модифицированными крахмалами в РФ составил 59,6 %, а доля их
Таблица 1
Динамика производства нативных и модифицированных крахмалов в РФ в период 2010-2020 гг., тыс. т*
Годы
Продукция 2010 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2020 к 2010, %
Кукурузный крахмал 137,4 169,8 167,8 95,9 169,3 174,1 131,8 96
Пшеничный крахмал 2,9 1,5 2,9 55,7 23,7 50,3 52,7 в 18,2 раза
Картофельный крахмал 5,4 10,5 9,4 7,2 8,0 10,2 11,1 206
Модифицированные крахмалы 25,2 15,8 8,7 42,8 45,9 58,8 58,5 232
* Данные Росстата за соответствующие годы
Таблица 2
Динамика баланса модифицированных крахмалов на рынке РФ в период
2010-2020 гг., тыс. т
Объем ресурсов и доля импорта продукции на рынке Годы
2010 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2020 г. к 2010 г., %
Объем ресурсов продукции на рынке 97,2 102,1 93,7 127,4 127,1 106,1 91,4 94,0
Объем производства1 25,2 15,8 8,7 42,8 45,9 58,8 58,5 232,1
Объем импорта, всего2 72,1 88,0 86,8 88,4 89,8 55,9 36,9 51,2
Объем экспорта2 0,1 1,7 1,8 3,8 5,8 8,6 4,0 в 40 раз
Доля импорта на рынке, % 74,2 86,2 92,6 69,4 70,7 52,7 40,4 54,4
Уровень самообеспечения, % 23,8 13,8 9,2 30,6 29,3 47,3 59,6 в 2,5 раза
Примечание 1 - Данные Росстата за соответствующие годы Примечание 2 - Расчеты авторов по данным ФТС за соответствующие годы
импорта на внутреннем рынке - 40,4 % от общего объема их потребления. Для полнообъемного обеспечения внутреннего рынка модифицированными крахмалами и снижения импортной зависимости целесообразно расширить ассортимент и увеличить объемы их выпуска, включая эфиры крахмала.
За последние годы в связи с организацией производства амилопектинового крахмала в нашей стране ассортимент модифицированных крахмалов, полученных на его основе, значительно расширился, и многочисленные модификации амилопектинового крахмала нашли широкое применение в пищевой промышленности и технических отраслях.
Изменение свойств нативного крахмала может осуществляться разными методами обработки, в результате которых происходит гидролитическое расщепление полисахаридных молекул полисахаридов крахмала, замена функциональных групп крахмала различными радикалами, образование поперечных связей в полисахаридах крахмала и изменение структуры крахмальных зерен.
К современным методам производства модифицированных крахмалов для пищевых целей, используемым на предприятиях крахмалопаточной отрасли, следует отнести следующие:
- влаготермический метод для производства набухающих крахмалов (с использованием вальцовой сушилки);
- влаготермомеханический (метод экструзии) для производства набухающих (экструзионных) крахмалов;
- метод окисления перекисью водорода для производства окисленных крахмалов;
- метод гидролиза для производства гидролизованных крахмалов с использованием ферментов, сильных кислот или оснований, солей сильных кислот и слабых оснований;
- метод этерификации крахмала солями неорганических кислот (метафосфорной или ортофосфорной) для производства фосфатных эфиров крахмала;
- метод этерификации крахмала органическими кислотами (уксусной, адипи-
новой или ангидридами этих кислот) для производства ацетилированных, адипат-ных эфиров крахмала или ацетилирован-ных дикрахмаладипатов;
- метод этерификации крахмала окисью пропилена для получения ок-сипропилированного крахмала или двумя реагентами (окисью пропилена и триметафосфата натрия) для получения оксипропилированного дикрахмалфос-фата.
Среди разнообразных модификаций крахмала, производимых как за рубежом, так и у нас в стране, значительное место принадлежит набухающим крахмалам. Такие крахмалы получают двумя методами: влаготермическим и методом экструзии с использованием экструдеров различной конструкции. использование метода экструзии для обработки крахмала позволяет получить недорогие, но высококачественные модифицированные крахмалы с определенной структурой и физико-химическими свойствами. Набухающие крахмалы хорошо набухают в холодной и горячей воде, связывают свободную влагу, изменяют консистенцию и вязкость продукта. Применяются в пищевой промышленности в качестве стабилизаторов, загустителей и связующих компонентов в производстве блюд быстрого приготовления, конфетных масс, макаронных изделий, начинок для мучных изделий. Они широко используются также для приготовления супов, пудинго-вых смесей, киселей, сухих порошков для производства мороженого.
окисленные крахмалы, получаемые в нашей стране, обладают хорошей желиру-ющей способностью и образуют прочные сахарокрахмальные студни. Картофельный окисленный (желирующий) крахмал применяется в пищевой промышленности для производства желейных кондитерских изделий, мороженого, а кукурузный - для восточных сладостей.
Гидролизованные крахмалы имеют более низкую молекулярную массу по сравнению с нативными крахмалами, что обеспечивает получение водных растворов
с пониженной вязкостью. Водные растворы этих продуктов стабилизируют, загущают различные пищевые системы, образуют пленки и препятствуют кристаллизации сахара.
Фосфатные эфиры крахмала (моно-крахмалфосфаты и дикрахмалфосфаты) образуют стабильные клейстеры с повышенной вязкостью и устойчивостью к механическому воздействию (перемешиванию), низкой кислотности (рН) дисперсий, замораживанию и оттаиванию. Применяются в производстве кисломолочных продуктов, рыбных и мясных полуфабрикатов.
Ацетилированные крахмалы, ацетили-рованные дикрахмаладипаты, ацетили-рованные дикрахмалфосфаты образуют стабильные прозрачные низковязкие клейстеры, при высыхании в тонком слое появляются прозрачные пленки. Они используются в основном в пищевой промышленности для загущения, структурирования и стабилизации молочных продуктов, кетчупов, соусов и мясных изделий.
Оксипропилированные крахмалы и оксипропилированные дикрахмалфос-фаты, полученные на основе амилопек-тинового или картофельного крахмала, образуют высоковязкие клейстеры, устойчивые при интенсивном перемешивании, повышенных температурах и длительном хранении. Они используются в качестве загустителей в пищевой промышленности.
Нативные и модифицированные крахмалы, выпускаемые предприятиями крах-малопаточной отрасли для внутреннего и внешнего рынков, по потребительским свойствам и технико-экономическим показателям отвечают современным требованиям и находятся на уровне лучших зарубежных образцов.
в условиях рыночной системы каждое крахмалопаточное предприятие должно выработать свой путь развития в соответствии с запросами внутреннего и внешнего рынка. Устойчивое развитие предприятий в рыночной экономике зависит от уровня их конкурентоспособности, а также от умения адаптироваться к сложившимся социально-экономическим условиям.
К важнейшим механизмам устойчивого функционирования предприятий по производству нативных и модифицированных крахмалов следует отнести:
- обеспечение отрасли отечественным высококрахмалистым сырьем;
- глубокую и комплексную переработку сырья;
- рациональное использование вторичных ресурсов производства, включая производство сухих кормов для животных;
- внедрение прогрессивных технологий и современного оборудования для произ-
водства нативных и модифицированных крахмалов;
- инвестиционную и государственную поддержку;
- внедрение системы управления качеством готовой продукции для повышения и обеспечения конкурентоспособности крахмала и крахмалопродуктов.
Все это позволит отрасли увеличить объем производства, расширить ассортимент, снизить издержки производства, укрепить внутренний рынок крахмало-продуктов и производить качественную продукцию.
Выводы. Анализ работы крахмало-паточной отрасли по производству на-тивных и модифицированных крахмалов за период 2010-2020 гг. выявил положительные тенденции, характеризующиеся умеренными темпами роста выпуска продукции. Динамичное развитие отрасли способствует развитию экономики России, импортозамещению, расширению ассортимента и повышению качества как пищевых продуктов, так и товаров технического назначения. Приведены современные методы получения и применения модифицированных крахмалов в пищевой промышленности. Показано, что за период 2010-2020 гг. уровень самообеспечения отечественными модифицированными крахмалами повысился от 23,8 % до 59,6 % от общего объема их потребления в РФ. Приведены примеры высокотехнологичных предприятий по выпуску нативных и модифицированных крахмалов. Предложены механизмы устойчивого развития крахмалопаточных предприятий в современных условиях. Поиск новых методов обработки крахмала, обеспечивающих расширение ассортимента модифицированных крахмалов, повышение их качества и импортозамещение, - важнейшее направление развития предприятий крахмалопаточной отрасли. Глубокая и комплексная переработка отечественного традиционного и нетрадиционного высококрахмалистого сырья для производства разных видов нативного и модифицированного крахмалов обеспечит снижение
себестоимости, расширение ассортимента продукции и формирование условий для дальнейшего развития отрасли.
Список источников
1. Жушман А. И. Модифицированные крахмалы. М.: Пищепромиздат, 2007. 236 с.
2. Соломин Д. А. Целесообразность и эффективность производства модифицированных крахмалов в крахмалопаточной отрасли // Пищевая промышленность. 2013. № 7. С. 54-56.
3. Соломина Л. С., Соломин Д. А., Ва-рицев П. Ю. Расширение ассортимента эфиров крахмала холодного набухания // Хранение и переработка сельхозсырья. 2016. № 8. С. 20-23.
4. Соломина л. С., Соломин Д. А. исследование процесса получения амилопекти-нового фосфатного крахмала // Хранение и переработка сельхозсырья. 2018. № 3. С. 27-35.
5. Лукин Д. Н., Андреев Н. Р. К вопросу импортозамещения продуктов глубокой переработки зерна и картофеля // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2014. № 4. С. 291-294. Doi: 10.20914/2310-12022014-4-291-294.
6. Arp C. G., Correa M. J., Ferrero C., et al. Production and Characterization of Type III Resistant Starch from Native Wheat Starch Using Thermal and Enzymatic Modifications // Food and Bioprocess Technology. 2020. Vol. 3. No. 7. P. 11811192. Doi: 10.1007/s11947-020-02470-5.
7. Kringel D. H., Baranzelli J., Schoffer J. D., et al. Germinated Wheat Starch as a Substrate to Produce Cyclodextrins: Application in Inclusion Complex to Improve the Thermal Stability of Orange Essential Oil // Starch-Starke. 2020. Vol. 72. No. 1-2. Article number: 1900083. Doi: 10.1002/star.201900083.
8. Bruni G. P., de Oliveira J. P., El Halal S. L. M., et al. Phosphorylated and Cross-Linked Wheat Starches in the Presence of Polyethylene Oxide and Their Application in Biocomposite Films // Starch-Starke. 2020. Vol. 72. No. 3-4. Article number: 1900051. Doi: 10.1002/star.201900051.
References
1. Zhushman A. I. Modified starches. Moscow: Pischepromizdat, 2007. 236 p. (In Russ.)
2. Solomin D. A. Feasibility and efficiency of the production of modified starches in the starch industry. Pishevaja promyshlennost' = Food processing industry. 2013;(7):54-56 (In Russ.).
3. Solomina L. S., Solomin D. A., Varitsev P. Yu. Widening the range of ether of cold swelling starch. Khranenie i pererabotka sel'khozsyr'ya = Storage and processing of agricultural raw materials. 2016;(8):20-23 (In Russ).
4. Solomina L. S., Solomin D. A. Research of process of receiving amylopectin phosphatic starch. Hranenie i pererabotka sel'hozsyr'ja = Storage and processing of agricultural raw materials. 2018;(3):27-35 (In Russ.).
5. Lukin D. N., Andreev N. R. On the issue of import substitution of products of deep processing of grain and potatoes. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta inzhenernyh tehnologij = Bulletin of the Voronezh State University of Engineering Technologies. 2014;(4):291-294 (In Russ.). Doi: 10.20914/2310-1202-2014-4291-294.
6. Arp C. G., Correa J. M., Ferrero C., et al. Production and Characterization of Type III Resistant Starch from Native Wheat Starch Using Thermal and Enzymatic Modifications. Food and Bioprocess Technology. 2020;3(7):1181-1192. Doi: 10.1007/s11947-020-02470-5.
7. Kringel D. H., Baranzelli J., Schoffer J. D., et al. Germinated Wheat Starch as a Substrate to Produce Cyclodextrins: Application in Inclusion Complex to Improve the Thermal Stability of Orange Essential Oil. Starch-Starke. 2020;72(1-2). Article number: 1900083. Doi: 10.1002/star.201900083.
8. Bruni G. P., de Oliveira J. P., El Halal S. L. M., et al. Phosphorylated and Cross-Linked Wheat Starches in the Presence of Polyethylene Oxide and Their Application in Biocomposite Films. Starch-Starke. 2020;72(3-4). Article number: 1900051. Doi: 10.1002/ star.201900051.
Информация об авторах
Соломина Лидия Степановна, канд. техн. наук, Лукин Николай Дмитриевич, д-р техн. наук, Соломин Дмитрий Анатольевич
ВНИИ крахмалопродуктов - филиал ФНЦ пищевых систем
им. В.М. Горбатова РАН, 140051, Московская обл., Люберецкий район,
пос. Красково, ул. Некрасова, д. 11,
soLominaLidiya@yandex.ru, so1ominmitya@yandex.ru
Information about the authors
Lidiya S. Solomina, Candidate of Technical Sciences, Nikolai D. Lukin, Doctor of Technical Sciences, Dmitriy A. Solomin
All-Russian Scientific Research Institute of Starch Products - Branch of the V. M. Gorbatov Federal Science Center of Food Systems of RAS, 11, Nekrasov str., Kraskovo village, Lyuberetskiy district, Moscow region, 140051, solominalidiya@yandex.ru, solominmitya@yandex.ru
Статья поступила в редакцию 04.10.2021; принята к публикации 18.11.2021. The article was submitted 04.10.2021; accepted for publication 18.11.2021.
