تعديل معلقات حبيبات النشا بالموجات فوق الصوتية

معادلة المعلق

بعد العملية، يُعادَل معلق التفاعل، على سبيل المثال بإضافة حمض الهيدروكلوريك أو حمض الكبريتيك بعد المعالجة القلوية.

غسل النشا

يتبع معادلة معلقات النشا المعدل غسلٌ بالماء، مثل الغسل بالتيار المعاكس في الفواصل الإعصارية المائية. وفي هذه المرحلة، تساعد المعالجة بالموجات فوق الصوتية على غسل جسيمات النشا المنفردة وشطفها. ويشتت التجويف الناتج عن الموجات فوق الصوتية تكتلات حبيبات النشا ويزيد انتقال الكتلة عند الطبقة الحدية بين حبيبات النشا والطور المائي.

ترشيح النشا وتجفيفه

تُستخدم أجهزة Hielscher بالموجات فوق الصوتية في عمليات الترشيح الفائق أو الترشيح النانوي، وكذلك في التجفيف اللاحق بالرش.

التعديل الفيزيائي للنشا (الميكانيكي)

لا ينطوي التعديل الفيزيائي لأنواع النشا على استخدام مواد كيميائية. ومع ذلك، تؤدي المعالجة بالموجات فوق الصوتية إلى تغيرات في البنية الجزيئية للنشا، تتبعها تغيرات في الخصائص الفيزيائية والكيميائية والأداء الوظيفي. وتشوه قوى القص الشديدة الناتجة عن التجويف المنطقة البلورية في حبيبات النشا. وتقع سلاسل البوليمر القريبة من الفقاعات الدقيقة المنهارة في مجال قص ذي تدرج مرتفع، مما يؤدي إلى كسر روابط C-C في الجزيئات الكبيرة وتكوين جذور حرة طويلة السلسلة. وتُظهر صور المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) لحبيبات النشا المعالجة بالموجات فوق الصوتية أضرارًا ميكانيكية، مثل الشقوق والانخفاضات والتنقر. وينتج عن ذلك قدرة أعلى على امتصاص الماء، وقابلية أكبر للانتفاخ، وزيادة في الذوبانية. ويكون هذا التأثير أقوى عند سعات أعلى للمعالجة بالموجات فوق الصوتية. ولذلك، تكون المعالجة بالموجات فوق الصوتية باستخدام مسبار أكثر فعالية بكثير في تعديل النشا من المعالجة باستخدام حمام بالموجات فوق الصوتية. وتُظهر المعالجة المكثفة بالموجات فوق الصوتية حبيبات أكثر تفككًا مقارنةً بالنشا الطبيعي أو المعالج حراريًا.

أنواع النشا المؤسترة باستخدام OSA بالموجات فوق الصوتية

أظهرت أنواع النشا المؤسترة باستخدام OSA بالموجات فوق الصوتية درجة استبدال (DS) وكفاءة تفاعل (RE) أعلى، إلى جانب تغيرات شكلية طفيفة لكنها مفيدة قد توسع وظائفها في النظم الغذائية. تعزز المعالجة بالموجات فوق الصوتية معدل التفاعل وكفاءته دون تغيير البنية الجزيئية للنشا، مما يحافظ على خصائصه المرغوبة للتطبيقات الغذائية.
تشير هذه النتائج إلى أن الأسترة بمساعدة الموجات فوق الصوتية قد تمثل تقنية خضراء، توفر نهجًا موفرًا للطاقة والوقت لتعديل النشا. ويمكن لإمكانية توسيع نطاق الأسترة بمساعدة المعالجة بالموجات فوق الصوتية أن تُحدث تحولًا جذريًا في عملية تعديل أنواع النشا في علوم الأغذية، بما يتوافق مع أهداف الإنتاج المستدام ويوسع تطبيقات أنواع النشا المؤسترة في الصناعة.

اقرأ المزيد عن نشا OSA المؤستر بالموجات فوق الصوتية!

صور مجهرية بالمجهر الإلكتروني الماسح (SEM) لحبيبات نشا القمح: (a) غير المعالجة بالموجات فوق الصوتية، (b) المعالجة بالموجات فوق الصوتية لمدة 20min، (c) المعالجة بالموجات فوق الصوتية لمدة 40min.، (d) المعالجة بالموجات فوق الصوتية لمدة 60min.
الدراسة والصور: ©Majzoobi et al., 2015

يمكن للمعالجة بالموجات فوق الصوتية أن تخفض درجة حرارة بدء الجلتنة بدرجة كبيرة. وتُظهر هلامات النشا المحضرة من حبيبات النشا المعالجة بالموجات فوق الصوتية صلابة أعلى وقيمًا أعلى للالتصاق والتماسك مقارنةً بالنشا الطبيعي. ويزداد الالتصاق والتماسك والمرونة والصفة الصمغية بدرجة كبيرة مع تعديل النشا بالموجات فوق الصوتية.

تستهلك المعالجة بالموجات فوق الصوتية طاقة أقل بكثير وتستخدم ظروف معالجة أقل إجهادًا مقارنةً بإجراءات تعديل النشا التقليدية. توفر Hielscher Ultrasonics مفاعلات بالموجات فوق الصوتية عالية القدرة للمعالجة التجارية.

اطلب المزيد من المعلومات!

إذا كنت عالمًا يجري أبحاثًا حول تعديل النشا، أو مهندس عمليات يسعى إلى تحسين عمليات النشا الحالية، أو مهندس منتجات يطور تركيبات منتجات محسنة أو جديدة، أو كانت لديك أي اهتمامات أخرى بتعديل النشا: تواصل معنا! يسعدنا أن نناقش معك إمكانات المعالجة بالموجات فوق الصوتية وفوائدها لتعديل النشا وتطبيقاته. يُرجى ملء النموذج أدناه!

استخدام النشا

يُستخدم النشا المعدل في مجموعة واسعة من التطبيقات الغذائية وغير الغذائية. وتُعد أوكتينيل سكسينات النشا عاملًا مهمًا لتثبيت مستحلبات الزيت في الماء. وفي صناعة الورق، تحسن أنواع النشا الكاتيونية المتانة في الحالتين الرطبة والجافة، وتثبت المستحلبات، وتعمل عواملَ للتغرية السطحية. وتدمج العديد من أنظمة الإضافات في القسم الرطب من صناعة الورق جسيمات دقيقة غير عضوية (السيليكا الغروية والبنتونيت) وبوليمرات اصطناعية مع النشا المعدل. وتشمل الاستخدامات الأخرى مشتتات لاتكس النشا أو النشا الحبيبي بوصفه مادة مالئة للبوليمرات.

مقالات علمية حول تعديل النشا بمساعدة الموجات فوق الصوتية

• • S. Manchun, J. Nunthanid, S. Limmatvapirat وP.Sriamornsak (2012): تأثير المعالجة بالموجات فوق الصوتية في الخصائص الفيزيائية لنشا التابيوكا، في: Advanced Materials Research، المجلد 506 (2012)، الصفحات 294–297. [PDF]
  • Anet Rezek Jambrak, Zoran Herceg, Drago Šubaric, Jurislav Babic, Mladen Brncic, Suzana Rimac Brncic, Tomislav Bosiljkov, Domagoj Cvek, Branko Tripalo, Jurica Gelo (2010): تأثير الموجات فوق الصوتية في الخصائص الفيزيائية لنشا الذرة، في: Carbohydrate Polymers 79 (2010) 91–100.
  • Herceg I.L., Jambrak A.R., Šubarić D., Brnčić M., Brnčić S.R., Badanjak M., Tripalo B., Ježek D., Novotni D., Herceg Z. (2010): خصائص القوام وتكوّن العجينة لنشا الذرة المعالج بالموجات فوق الصوتية، في: Czech J. Food Sci., 28: 83–93. [PDF]
  • D. Knorr, B. I. O. Ade-Omowaye وV. Heinz (2002): تحسين القيمة الغذائية للأغذية النباتية بالمعالجة غير الحرارية، في: Proceedings of the Nutrition Society (2002), 61, 311–318. [PDF]

الأسئلة الشائعة

ما مصادر النشا الطبيعي؟

يأتي النشا من مصادر طبيعية متنوعة، مثل: الذرة، والذرة الشمعية، والذرة عالية الأميلوز، والتابيوكا، والبطاطس، والقمح، والأرز، والأرز الشمعي، والبازلاء (البازلاء الملساء والبازلاء المجعدة)، والساغو، والشوفان، والشعير، والجاودار، والقطيفة، والبطاطا الحلوة، والشوفان، والحبوب، وعشبة صابون البقر، والكينوا، والعدس، والفاصولياء البيضاء الصغيرة، والذرة الرفيعة، والأروروت أو الكسافا.

ما النشا المعدل؟

النشا المعدل هو نشا جرى تعديله فيزيائيًا أو إنزيميًا أو كيميائيًا لتعزيز أدائه في التطبيقات الغذائية والصناعية. وتحسن هذه التعديلات خصائص مثل الذوبانية واللزوجة وتكوّن الهلام والثبات تحت ظروف مختلفة، مثل الحرارة أو البيئات الحمضية. وتُشتق أنواع النشا المعدل عادةً من مصادر طبيعية مثل الذرة والبطاطس والتابيوكا، وتُستخدم عواملَ للتثخين والتثبيت والاستحلاب لتحسين القوام ومدة الصلاحية في الأغذية المصنعة والمستحضرات الصيدلانية وغيرها من المنتجات.

ما الفرق بين النشا المعدل ونشا OSA؟

يشير النشا المعدل إلى نشا عُدّل بطرق مختلفة – فيزيائيًا أو إنزيميًا أو كيميائيًا – لتحسين خصائصه الوظيفية، مثل التثخين أو تكوين الهلام أو التثبيت في ظروف مختلفة. وتجعله هذه التعديلات مناسبًا لتطبيقات متنوعة في الأغذية والمستحضرات الصيدلانية والمنتجات الصناعية.
نشا OSA، أو نشا أنهيدريد حمض الأوكتينيل سكسينيك، هو نوع محدد من النشا المعدل كيميائيًا، يُنتج عن طريق ربط مجموعات أنهيدريد حمض الأوكتينيل سكسينيك بجزيء النشا. ويمنح هذا التعديل خصائص استحلاب فريدة، مما يجعل نشا OSA فعالًا بشكل خاص في تثبيت مستحلبات الزيت في الماء. وبينما يحسن النشا المعدل عمومًا الخصائص الأساسية مثل اللزوجة أو الثبات، يُصمم نشا OSA خصيصًا لتوفير قدرات الاستحلاب، مما يجعله شائع الاستخدام في منتجات مثل تتبيلات السلطات والصلصات والمشروبات التي تتطلب مستحلبات ثابتة. اقرأ المزيد عن نشا OSA المؤستر بالموجات فوق الصوتية!