Ултразвукова модификация на суспензии с нишестени гранули
Нишестето лесно се извлича от местни източници, като картофи, царевица или царевица. Модификацията на нишестето е необходима за подобряване на физичните и химичните свойства. Ултразвуковите реактори на Hielscher насърчават физичната, химическата и ензимната модификация на нишестето, което води до по-добри функционални свойства за използване в хранително-вкусовата и нехранителната промишленост.
За повечето търговски приложения нишестете трябва да бъдат модифицирани химически или физически, за да се подобрят положителните им свойства или да се сведат до минимум дефектите им. Ултразвукът е високоефективно средство за физична, химична и ензимна модификация на нишестета. Ултразвуковите устройства на Hielscher пренасят високоинтензивни ултразвукови вълни в нишестени суспензии. Получената ултразвукова кавитация насърчава:
- деагломерация и дисперсия
- механично разграждане и разрушаване
- проникване и подуване на гранули
- Трансфер на маса
- радикално образуване
- химическа реактивност
- отопление
химическа модификация на нишестето
Ултразвуковото кавитационно разрушаване на гранулата, свързано с по-висока възможност за навлизане на течност в нишестената гранула, води до подобрения в реакционната кинетика за естерификация, етерификация, хидроксипропилация или окисление и киселинна модификация на нишестени полимери. Ултразвуковите реактори на Hielscher са проектирани за непрекъсната поточна обработка. По-високите скорости на реакция водят до повишен капацитет на реакционния чайник.
Алкална модификация на нишесте
За производството на много търговски производни на нишесте, реактивни, органични реагенти се добавят към водни нишестени суспензии, като същевременно се контролират алкалността и температурата. Естерификацията на нишестето обикновено се извършва при рН 7 до 9. pH от 11 до 12 обикновено се използва за етерификация на нишестета. Типичните температури на процеса са приблизително 60°C. Без ултразвук степента на заместване на търговските нишестета често е по-малка от 0,2. Ултразвукът подпомага заместването, което води до по-студено водоразтворимо нишесте.
Модификация на киселинно нишесте
Реакцията на гранулирана нишестена каша с разредена солна или сярна киселина при 40 до 60°C води до течливост на нишестета или разредени нишестета. Тези частично деполимеризирани нишестета произвеждат продукти, които генерират по-малък вискозитет. Нишестените октенилсукцинати са частично деполимеризирани, за да се позволи използването на по-високо съдържание на твърди вещества при сушене чрез пулверизиране на капсулирани продукти. Ултразвукът по време на лека киселинна хидролиза може да дисоциира агрегатите от наночастици, които се образуват по време на хидролизата. Това увеличава добива на нишестени наночастици.
Молекула на амилопектин
Неутрализиране на суспензия
След процеса реакционната суспензия се неутрализира, например чрез добавяне на солна или сярна киселина след алкална обработка.
Измиване на нишесте
Измиването с вода, като измиване с противоток в хидроциклони, следва неутрализирането на модифицираните нишестени суспензии. На този етап ултразвукът подпомага измиването и изплакването на отделните частици нишесте. Ултразвуковата кавитация диспергира агломератите на нишестените гранули и увеличава преноса на маса в граничния слой между нишестените гранули и водната фаза.
Филтриране и сушене на нишесте
Ултразвуковите устройства на Hielscher се използват процеси на ултрафилтрация или нанофилтрация, както и последващо сушене със спрей.
Физическа модификация на нишесте (механична)
Физическата модификация на нишестето не включва използването на химикали. И все пак, ултразвукът води до промени в молекулярната структура на нишестето, последвани от вариации във физикохимичните свойства и функционалност. Силните кавитационни сили на срязване изкривяват кристалната област в нишестените гранули. Полимерните вериги в близост до колабиращите се микромехурчета са уловени в поле на срязване с висок градиент, което води до разрушаване на макромолекулни C-C връзки и образуване на радикали с дълга верига. SEM снимките на ултразвукови нишестени гранули показват механични повреди, като пукнатини, вдлъбнатини и ямки. Това води до по-висок капацитет за абсорбиране на вода, по-висока мощност на набъбване и повишена разтворимост. Този ефект е по-добър за по-високи амплитуди на ултразвука. Следователно ултразвукът на сондата е много по-ефективен за модификация на нишесте, отколкото ултразвукът тип баня. Интензивната ултразвукова обработка показва повече нарушени гранули в сравнение с нативното или термично обработеното нишесте.
Ултразвуково OSA-естерифицирани нишестета
Ултразвуково OSA-естерифицираните нишестета показват по-висока степен на заместване (DS) и ефективност на реакцията (RE), съчетани с незначителни, но полезни морфологични промени, които могат да разширят тяхната функционалност в хранителните системи. Сонирането подобрява скоростта и ефективността на реакцията, без да променя молекулярната структура на нишестето, като по този начин запазва желаните му свойства за хранителни приложения.
Тези резултати показват, че ултразвуковата естерификация може да представлява зелена технология, предлагаща енергийно ефективен, спестяващ време подход за модификация на нишестето. Потенциалът за мащабиране на естерификацията с помощта на сонциация може да революционизира процеса на модификация на нишестета в науката за храните, привеждайки се в съответствие с целите за устойчиво производство и разширявайки приложенията на естерифицирани нишестета в индустрията.
Прочетете повече за ултразвуково естерифицираното OSA-нишесте!
SEM микрофотографии за: (а) незвукови, (б) 20 минути ултразвук, (в) 40 минути ултразвук, (г) 60 минути ултразвук на гранули от пшенично нишесте.
Проучване и изображения: ©Majzoobi et al., 2015 г.
Ултразвукът може значително да понижи началото на температурата на желатинизация. Нишестените гелове, приготвени от ултразвукови нишестени гранули, имат по-висока твърдост и по-високи стойности на адхезивност и кохезия в сравнение с нативното нишесте. Адхезивността, сплотеността, еластичността и дъвчестостта се увеличават значително с ултразвукова модификация на нишестето.
Ултразвукът използва много по-малко вложена енергия и стресови условия на обработка от конвенционалните процедури за модификация на нишесте. Hielscher Ultrasonics доставя ултразвукови реактори с висока мощност за търговска обработка.
Поискайте повече информация!
Ако сте учен, който прави изследвания за модификация на нишесте, технологичен инженер, който се опитва да подобри съществуващите процеси на нишесте, продуктов инженер, формулиращ по-добри или нови продукти, или ако имате друг интерес към модификация на нишесте: Свържете се с нас! Ще се радваме да обсъдим с вас потенциала и ползите от ултразвука за модификация на нишесте и приложение на нишесте. Моля, попълнете формуляра по-долу!
Използване на нишесте
Модифицираното нишесте се използва в широк спектър от хранителни и нехранителни приложения. Нишестените октенилсукцинати са важен стабилизатор на емулсиите масло във вода. В производството на хартия катионните нишестета подобряват якостта на мокро и сухо, стабилизират емулсиите и действат като агенти за оразмеряване на повърхността. Много системи за добавки с мокър край включват неорганични микрочастици (колоиден силициев диоксид, бентонит) и синтетични полимери с модифицирано нишесте. Други приложения включват дисперсии на нишесте от латекс или гранулирано нишесте като пълнител за полимери.
Научни статии за ултразвукова модификация на нишесте
-
- S. Manchun, J. Nunthanid, S. Limmatvapirat и P.Sriamornsak (2012): Ефект на ултразвуковата обработка върху физичните свойства на нишестето от тапиока, в: Advanced Materials Research Vol. 506 (2012) pp 294-297. [PDF]
- Анет Резек Джамбрак, Зоран Херцег, Драго Шубарич, Юрислав Бабич, Младен Брнчич, Сузана Римац Брнчич, Томислав Босиљков, Домагой Цвек, Бранко Трипало, Юрица Гело (2010): Ултразвуков ефект върху физичните свойства на царевичното нишесте, в: Въглехидратни полимери 79 (2010) 91–100.
- Херцег И.Л., Джамбрак А.Р., Шубарич Д., Брнчич М., Брнчич С.Р., Баданяк М., Трипало Б., Йежек Д., Новотни Д., Херцег З. (2010): Текстура и свойства на поставяне на ултразвуково обработено царевично нишесте, в: Czech J. Food Sci., 28: 83–93. [PDF]
- D. Knorr, B. I. O. Ade-Omowaye и V. Heinz (2002): Хранително подобрение на растителните храни чрез нетермична обработка, в: Proceedings of the Nutrition Society (2002), 61, 311–318. [PDF]
Често задавани въпроси
Какви са местните източници на нишесте?
Нишестето идва от различни местни източници, като: царевица, восъчна царевица, царевица с високо съдържание на амилоза, тапиока, картофи, пшеница, ориз, восъчен ориз, грах (гладък грах, набръчкано грахово зърно) саго, овес, ечемик, ръж, амарант, сладък картоф, овес, зърнени храни, кравешка куклица, киноа, леща, тъмносини бобове, сорго, маранта или маниока.
Какво е модифицирано нишесте?
Модифицираното нишесте е нишесте, което е било физически, ензимно или химически променено, за да подобри ефективността си в храни и промишлени приложения. Тези модификации подобряват свойства като разтворимост, вискозитет, желиране и стабилност при различни условия, като топлина или кисела среда. Обикновено получени от естествени източници като царевица, картофи и тапиока, модифицираните нишестета се използват като сгъстители, стабилизатори и емулгатори за подобряване на текстурата и срока на годност в преработени храни, фармацевтични продукти и други продукти.
Каква е разликата между модифицирано нишесте и OSA-нишесте?
Модифицираното нишесте се отнася до нишесте, което е било променено по различни начини - физически, ензимно или химически - за подобряване на функционалните му свойства, като сгъстяване, желиране или стабилизиране при различни условия. Тези модификации го правят подходящ за различни приложения в храните, фармацевтиката и промишлените продукти.
OSA-нишесте, или октенил янтарно анхидридно нишесте, е специфичен вид химически модифицирано нишесте, създадено чрез прикрепване на октенил янтарни анхидридни групи към молекулата на нишестето. Тази модификация придава уникални емулгиращи свойства, което прави OSA-нишестето особено ефективно при стабилизиране на емулсии масло във вода. Докато модифицираното нишесте обикновено подобрява основни свойства като вискозитет или стабилност, OSA-нишестето е специално пригодено да осигури възможности за емулгиране, което го прави популярен в продукти като дресинги за салати, сосове и напитки, където стабилните емулсии са от съществено значение. Прочетете повече за ултразвуково естерифицираното OSA нишесте!