OSA-nişastanın istehsalı – ultrasəs emalı ilə təkmilləşdirilmiş esterləşmə
Nişastaların oktenilsuksin anhidridi (OSA) ilə esterləşdirilməsi geniş tətbiq olunan modifikasiya üsuludur və xüsusilə qida sənayesində xassələri yaxşılaşdırılmış funksional nişastaların yaradılması üçün əhəmiyyətlidir. Bununla belə, nişastanın qələvi şəraitdə ənənəvi OSA modifikasiyası çox vaxt tələb edir və prosesin səmərəliliyini və həyata keçirilmə imkanını məhdudlaşdıra bilər. Ultrasəsin köməyi ilə esterləşdirmə nişastaların OSA ilə esterləşməsini sürətləndirmək üçün effektiv alternativ yanaşmadır. Ultrasəs emalının tətbiqi adi qələvi OSA esterləşdirməsi ilə müqayisədə daha yüksək əvəzlənmə dərəcəsi (DS) və reaksiya səmərəliliyi (RE) təmin edir. Bu, ultrasəs emalının esterləşdirilmiş nişastaların qida sənayesində tətbiq sahəsini genişləndirməyə imkan verdiyini göstərir. Elmi tədqiqatların nəticələri ultrasəsin köməyi ilə esterləşdirmənin nişasta modifikasiyasında səmərəli və ekoloji cəhətdən əlverişli bir irəliləyiş olduğunu vurğulayır.
UIP16000hdT sənaye sonikatoru nişastaların yüksək emal məhsuldarlığı ilə işlənməsi üçün nəzərdə tutulmuşdur.
Oktenilsuksin anhidridi ilə modifikasiya olunan nişastanın ultrasəslə esterləşdirilməsi
Nişastalar qida sənayesində mühüm polisaxaridlərdir və özünəməxsus xassələri sayəsində qatılaşdırıcı, stabilizator və emulqator kimi geniş istifadə olunur. Lakin təbii nişastaların funksional məhdudiyyətləri çox vaxt onların tətbiq xüsusiyyətlərini yaxşılaşdırmaq üçün modifikasiya tələb edir. Oktenilsuksin anhidridi (OSA) ilə esterləşdirmə hidrofob qrupların daxil edildiyi, nişastanın emulsiya yaratmaq və sabitləşdirmək qabiliyyətlərini artıran kimyəvi modifikasiya prosesidir. Effektivliyinə baxmayaraq, qələvi şəraitdə adi OSA esterləşdirməsi uzunmüddətli prosesdir. Ultrasəsin köməyi ilə esterləşdirmə OSA-nişastaların əvəzlənmə dərəcəsini (DS) və reaksiya səmərəliliyini (RE) potensial olaraq artıra, vaxtdan və resurslardan istifadəni yaxşılaşdıra bilən ekoloji texnologiyadır.
Ultrasəs emalı OSA-nişastanın esterləşməsini yaxşılaşdırır. Ultrasəs intensivliyinin OSA ilə esterləşdirilmiş annatto toxumu nişastasının mikrostrukturuna təsiri.
Tədqiqat və şəkillər: ©Keven Silva və b. 2022
Tədqiqat nümunəsi: OSA-kartof nişastasının ultrasəslə esterləşdirilməsi
Martínez və b. (2024) tərəfindən aparılmış tədqiqatda And bölgəsinə məxsus təbii kartof nişastaları həm adi qələvi OSA esterləşdirməsinə, həm də ultrasəsin köməyi ilə (US-OSA) esterləşdirməyə məruz qoyulmuşdur. Ultrasəsin köməyi ilə esterləşdirmənin potensial üstünlüklərini müəyyən etmək üçün əldə olunan nişastaların dənəcik morfologiyası, molekulyar xüsusiyyətləri, termik xassələri və reoloji davranışı təhlil edilmişdir.
Nişasta nümunələri və esterləşdirmə proseduru
And bölgəsinə məxsus təbii kartof nişastaları iki üsulla esterləşdirilmişdir:
- Adi OSA esterləşdirməsi (OSA) – oktenilsuksin anhidridi ilə qələvi şəraitdə aparılmışdır.
- Ultrasəsin köməyi ilə OSA esterləşdirməsi (US-OSA) – reaksiya sürətini və effektivliyini artırmaq üçün esterləşdirmə zamanı ultrasəs dalğaları tətbiq edilmişdir.
Əvəzlənmə dərəcəsi (DS) və reaksiya səmərəliliyi (RE)
Ultrasəsin köməyi ilə esterləşdirmə prosesi adi üsullarla müqayisədə əhəmiyyətli dərəcədə daha yüksək əvəzlənmə dərəcəsinə (DS) və reaksiya səmərəliliyinə (RE) malik nişastalar vermişdir. Bu artım çox vacibdir, çünki DS nişasta molekulunda hidrofob qruplarla əvəzlənmənin dərəcəsini əks etdirir və onun emulsiya yaratma xassələrinə birbaşa təsir göstərir.
Ultrasəslə modifikasiya olunmuş OSA-nişastalarda yüksək reaksiya səmərəliliyi ultrasəs dalğalarının molekulyar toqquşmaları və OSA molekullarının nişasta dənəciklərinə nüfuzunu artırdığını göstərir. Bu, potensial olaraq kütlə ötürülməsini yaxşılaşdıran və daha səmərəli esterləşməni təşviq edən kavitasiya təsirləri ilə bağlıdır.
Morfoloji xüsusiyyətlər
Dənəcik morfologiyasının mikroskopik müayinəsi OSA-nişastalar ilə ultrasəslə modifikasiya olunmuş OSA-nişastalar arasında nəzərəçarpan fərqlər aşkar etmişdir. Hər iki modifikasiya olunmuş nişasta dənəciklərin bütövlüyünü qorusa da, ultrasəslə modifikasiya olunmuş OSA dənəciklərində bəzi məsamələri olan, səthi soyulmuş sahələr müşahidə edilmişdir. Bu, ultrasəs emalının səth strukturuna zəif təsir göstərdiyini bildirir. Cüzi olsa da, bu struktur modifikasiyası dənəciklərin bütövlüyünü pozmadan nişasta dənəciklərinin esterləşmə üçün əlçatanlığının yaxşılaşdığını göstərir.
Bundan əlavə, ultrasəslə modifikasiya olunmuş OSA-nişastalarda ölçü paylanmasının nisbi genişliyini ifadə edən span göstəricisinin daha aşağı qiymətləri müşahidə edilmişdir ki, bu da daha dar ölçü paylanmasını və dənəciklərin daha bircins toplusunu göstərir. Bu bircinslik dəqiq tekstura və sabitliyin vacib olduğu müəyyən qida tətbiqləri üçün faydalı ola bilər.
Molekulyar xüsusiyyətlər
IR spektroskopiyası və XRD təhlili OSA-nişastalar ilə ultrasəslə modifikasiya olunmuş OSA-nişastalar arasında minimal struktur fərqləri göstərmişdir. Hər iki nişasta növü nişastaya xas strukturu qorumuş və kristallıq mənzərəsində aşkar edilə bilən dəyişikliklər müşahidə olunmamışdır. Bu, ultrasəsin köməyi ilə emalın nişastanın təbii strukturunu əhəmiyyətli dərəcədə pozmadığını təsdiqləyir.
Bu molekulyar sabitlik üstünlükdür, çünki ultrasəsin köməyi ilə esterləşdirmənin nişastanın əsas molekulyar quruluşunu dəyişdirmədən funksionallığını artırmasını təmin edir. Həmin quruluş qida tətbiqlərində arzuolunan tekstura xassələrinin qorunması üçün çox vacibdir.
Termik xassələr
Termik davranış, xüsusilə kleysterləşmə entalpiyası, adi OSA-nişastalar ilə ultrasəslə modifikasiya olunmuş OSA-nişastalar arasında fərqlənmişdir. Ultrasəslə modifikasiya olunmuş OSA-nişastalar adi OSA-nişastalarla müqayisədə daha aşağı kleysterləşmə entalpiyası nümayiş etdirmişdir ki, bu da kleysterləşmə üçün enerji tələbatının azaldığını göstərir. Bu nəticə ultrasəs emalının hidratlaşmanı və kleysterləşməni asanlaşdıra biləcəyini, bununla da termik emalı əhatə edən qida tətbiqlərində modifikasiya olunmuş nişastanın emal oluna bilməsini potensial olaraq yaxşılaşdıra biləcəyini göstərir.
Ultrasəs emalı nişastaların OSA ilə esterləşməsini yaxşılaşdırır. Ultrasəs emalı nişastanın molekulyar strukturunu dəyişdirmədən reaksiya sürətini və səmərəliliyini artırır, bununla da qida tətbiqləri üçün arzuolunan xassələrini qoruyur.
Reoloji xassələr
Ultrasəslə esterləşdirilmiş OSA-nişastalar adi OSA-nişastalarla müqayisədə oxşar və ya bir qədər yaxşılaşdırılmış özlülük profilləri ilə əlverişli reoloji xassələr nümayiş etdirmişdir. Bu cür xassələr dəyişən emal şəraitində sabit emulsiyalar və ya dəyişməz özlülük tələb edən tətbiqlərdə onların fəaliyyətini yaxşılaşdıra bilər.
Tədqiqat nümunəsi: annatto toxumlarından alınan, ultrasəslə esterləşdirilmiş OSA-nişasta
Silva və b. (2013) tərəfindən aparılmış tədqiqatda kolloid sistemlər üçün yeni emulqator yaratmaq məqsədilə ultrasəs emalının intensivliyinin annatto toxumu nişastasının oktenilsuksin anhidridi (OSA) ilə esterləşməsinə təsiri araşdırılmışdır. Ultrasəs qısa emal müddəti (5 dəqiqə) ərzində müxtəlif intensivliklərdə (0, 5, 10 və 20 W/cm²) tətbiq edilmişdir. Əsas nəticələrə ultrasəs emalının intensivliyi artdıqca əvəzlənmə dərəcəsinin (DS) yüksəlməsi daxil olmuş, 20 W/cm² intensivlikdə maksimum əvəzlənmə dərəcəsi 0,139 ± 0,031 qiymətinə çatmışdır. Ultrasəs emalı həmçinin ultrasəslə emal edilməmiş nümunələrlə müqayisədə amiloza miqdarını 1,24–1,36 dəfə artırmışdır.
Dənəcik morfologiyasının tədqiqi daha yüksək ultrasəs emalı intensivliklərində hamar səthlər və aydın konturlu elliptik hissəciklər aşkar etmişdir; bunlar dənəciklərin aqreqasiyasını azaltmışdır. Rentgen şüalarının difraksiya mənzərələri əhəmiyyətli keyfiyyət fərqləri göstərməmişdir ki, bu da ultrasəsin nişastanın kristal strukturunu dəyişdirmədiyini bildirir. Modifikasiya olunmuş nişastalar annatto toxumu yağının suda emulsiyalarını effektiv şəkildə sabitləşdirmiş, daha böyük Sauter orta diametrləri (14 ± 2 μm) təmin etmiş, lakin kommersiya üsulu ilə modifikasiya olunmuş nişastalarla müqayisədə zaman keçdikcə daha yüksək kinetik sabitlik göstərmişdir. Ümumilikdə, ultrasəsin köməyi ilə OSA modifikasiyası annatto toxumu nişastasının emulqator kimi funksional xassələrini yaxşılaşdırmaq üçün sürətli və effektiv yanaşma olduğunu sübut etmişdir.
OSA-nişastanın esterləşdirilməsi üçün sonikatorlar
Hielscher sənaye sonikatorları nişastaların OSA ilə esterləşməsini yaxşılaşdırmaq üçün istifadə olunan yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs cihazlarıdır. Bu proses nişasta molekullarına hidrofob oktenilsuksin anhidridi (OSA) qrupları daxil edir. Bu sonikatorlar ultrasəs kavitasiyası vasitəsilə nişasta suspenziyasında mikroşırnaqlar və güclü kəsilmə qüvvələri yaradır, OSA-nın nişasta dənəciklərinə diffuziyasını və reaksiya səmərəliliyini yaxşılaşdırır. Bu, daha yüksək əvəzlənmə dərəcəsi (DS) və yaxşılaşdırılmış reaksiya səmərəliliyi ilə nəticələnir və çox vaxt adi üsullarla müqayisədə əhəmiyyətli dərəcədə daha qısa müddətdə əldə olunur. Hielscher sonikatorları sənaye miqyaslı tətbiqlər üçün idealdır; esterləşdirmə prosesini optimallaşdırmaq üçün intensivlik, tezlik və müddət kimi parametrlərin dəqiq idarə edilməsini təmin edir, emulsiya yaratma və sabitləşdirmə xassələrinin yaxşılaşdırılması üçün modifikasiya olunmuş nişasta məhsullarında sabit keyfiyyəti təmin edir.
- yüksək səmərəlilik
- ən müasir texnologiya
- etibarlılıq və möhkəmlik
- tənzimlənən, dəqiq proses idarəetməsi
- dövri və axın xəttində emal
- istənilən həcm üçün
- intellektual proqram təminatı
- ağıllı funksiyalar (məsələn, proqramlaşdırılma imkanı, məlumatların qeydə alınması, məsafədən idarəetmə)
- asan və təhlükəsiz istismar
- az texniki xidmət tələbi
- CIP (yerində təmizləmə)
Layihələndirmə, istehsal və məsləhət xidmətləri – Almaniyada istehsal olunan keyfiyyət
Hielscher ultrasəs cihazları ən yüksək keyfiyyət və dizayn standartları ilə tanınır. Möhkəmlik və asan istismar ultrasəs cihazlarımızın sənaye müəssisələrinə problemsiz inteqrasiyasına imkan verir. Hielscher ultrasəs cihazları ağır şəraitin və yüksək tələblər qoyan mühitlərin öhdəsindən asanlıqla gəlir.
Hielscher Ultrasonics ISO sertifikatlı şirkətdir və ən müasir texnologiya və istifadə rahatlığı ilə seçilən yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs cihazlarına xüsusi əhəmiyyət verir. Əlbəttə, Hielscher ultrasəs cihazları CE tələblərinə uyğundur və UL, CSA və RoHs tələblərinə cavab verir.
Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal gücü barədə təsəvvür yaradır:
| Bir partiyanın həcmi | Axın sərfi | Tövsiyə olunan cihazlar |
|---|---|---|
| 0,5–1,5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| 15–150L | 3–15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | daha yüksək | cihazlar qrupu: UIP16000 |
Hielscher Ultrasonics laboratoriya, pilot və sənaye miqyasında qarışdırma, dispersiyalaşdırma, emulsiyalaşdırma və ekstraksiya tətbiqləri üçün yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs homogenizatorları istehsal edir.
Ədəbiyyat / İstinadlar
- Martínez, Patrcia; Peña, Fiorela; Bello-Pérez, Luis; Yee-Madeira, H.; Ibarz, Albert; Velezmoro, Carmen (2024): Ultrasound-Assisted Esterification of Andean Native Potato Starches Increases the Degree of Substitution and Reaction Efficiency. Potato Research 67, 2014. 711–732.
- Eric Keven Silva, Ana Gabriela da S. Anthero, Lucas B. Emerick, Giovani L. Zabot, Miriam D. Hubinger, Maria Angela A. Meireles (2022): Low-frequency ultrasound-assisted esterification of Bixa orellana L. seed starch with octenyl succinic anhydride. International Journal of Biological Macromolecules, Volume 207, 2022. 1-8.
- Manchun, S.; Nunthanid, Jurairat; Limmatvapirat, Sontaya; Sriamornsak, Pornsak (2012): Effect of Ultrasonic Treatment on Physical Properties of Tapioca Starch. Advanced Materials Research 506, 2012. 294-297.
- Herceg, Ivana; Režek Jambrak, Anet; Šubarić, Drago; Tripalo, Ježek, Damir; Novotni, Dubravka; Herceg, Zoran; Herceg, Novotni (2010): Texture and Pasting Properties of Ultrasonically Treated Corn Starch. Czech Journal of Food Sciences 28, 2010.
Tez-tez verilən suallar
OSA-nişasta nədir?
OSA-nişasta oktenilsuksin anhidridi (OSA) ilə kimyəvi modifikasiya olunmuş nişastadır; bu modifikasiya nişasta molekuluna hidrofob oktenilsuksinil qrupları birləşdirir. Bu modifikasiya nişastaya amfifil xassələr verir, onun emulqator kimi fəaliyyət göstərmək və yağın suda emulsiyalarını sabitləşdirmək qabiliyyətini artırır. OSA-nişasta qida sənayesində geniş istifadə olunur, çünki nişastanın qatılaşdırıcı xassələrini yaxşılaşdırılmış emulsiya yaratma funksionallığı ilə birləşdirir və buna görə sabit kolloid sistemlər tələb edən tətbiqlərə uyğundur.
OSA-nişasta necə istehsal olunur?
OSA-nişasta təbii nişastanın (çox vaxt qarğıdalı, kartof və ya tapioka kimi mənbələrdən alınan) qələvi şəraitdə oktenilsuksin anhidridi (OSA) ilə reaksiyaya girdiyi esterləşdirmə prosesi vasitəsilə istehsal olunur. Prosesin sadələşdirilmiş təsviri belədir:
- Hazırlıq: Suspenziya yaratmaq üçün təbii nişasta suda dispersiyalaşdırılır, sonra reaksiyanı asanlaşdırmaq üçün suspenziyanın pH-ı qələvi səviyyəyə gətirilir (adətən natrium hidroksiddən istifadə etməklə).
- OSA-nın əlavə edilməsi: Oktenilsuksin anhidridi nişasta suspenziyasına yavaş-yavaş əlavə edilir və burada nişasta molekullarındakı hidroksil qrupları ilə reaksiyaya girərək ester rabitələri yaradır və oktenilsuksinil qruplarını nişasta zəncirlərinə birləşdirir.
- Reaksiyanın idarə edilməsi: Reaksiya adətən optimal temperatur, pH və qarışdırma şəraitinin saxlanması ilə idarə olunur. Bu, arzuolunan əvəzlənmə dərəcəsinə (DS) – OSA-nın nişasta molekullarına birləşmə səviyyəsinə çatmağa kömək edir.
- Neytrallaşdırma və yuma: Reaksiya arzuolunan DS səviyyəsinə çatdıqdan sonra qarışıq adətən xlorid turşusu kimi bir turşu ilə neytrallaşdırılır və reaksiyaya girməmiş OSA-nı və digər əlavə məhsulları uzaqlaşdırmaq üçün modifikasiya olunmuş nişasta yuyulur.
- Qurutma: Sonra modifikasiya olunmuş OSA-nişasta emulqator kimi istifadəyə hazır toz forması almaq üçün qurudulur.
OSA-nın nişasta dənəciklərinə diffuziyasını artırmaqla bu prosesin səmərəliliyini yüksəltmək və reaksiya müddətini azaltmaq üçün ultrasəsin köməyi ilə esterləşdirmə kimi yeni üsullar da araşdırılır.
Hielscher Ultrasonics yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs homogenizatorlarını laboratoriya miqyasından sənaye ölçüsünədək istehsal edir.