Ultrazvučna modifikacija kaše škrobnih granula
Škrob se lako može izdvojiti iz domaćih izvora, kao što su krompir, kukuruz ili kukuruz. Modifikacija škroba je neophodna za poboljšanje fizičkih i hemijskih svojstava. Hielscher ultrazvučni reaktori promoviraju fizičku, kemijsku i enzimsku modifikaciju škroba što dovodi do boljih funkcionalnih svojstava za upotrebu u prehrambenoj i neprehrambenoj industriji.
Za većinu komercijalnih primjena škrobovi se moraju kemijski ili fizički modificirati kako bi se poboljšala njihova pozitivna svojstva ili minimizirali njihovi nedostaci. Ultrazvuk je visoko efikasno sredstvo za fizičku, hemijsku i enzimsku modifikaciju skroba. Hielscher ultrazvučni uređaji prenose visoko intenzivne ultrazvučne talase u škrobne kaše. Nastala ultrazvučna kavitacija potiče:
- deaglomeracija i disperzija
- mehanička degradacija i poremećaji
- prodiranje granula i oticanje
- transfer mase
- radikalna formacija
- hemijska reaktivnost
- grijanje
hemijska modifikacija skroba
Ultrazvučni kavitacioni poremećaj granule povezan sa većom mogućnošću ulaska tečnosti u škrobnu granulu dovodi do poboljšanja kinetike reakcije za esterifikaciju, eterifikaciju, hidroksipropilaciju ili oksidaciju i kiselinsku modifikaciju skrobnih polimera. Hielscher ultrazvučni reaktori su dizajnirani za kontinuiranu inline obradu. Veće brzine reakcije dovode do povećanog kapaciteta reakcionog kotla.
Alkalna modifikacija škroba
Za proizvodnju mnogih komercijalnih derivata škroba, reaktivni, organski reagensi se dodaju u vodenu škrobnu kašu uz kontrolu alkalnosti i temperature. Esterifikacija skrobova se generalno izvodi pri pH 7 do 9. pH od 11 do 12 se obično koristi za eterifikaciju skroba. Tipične temperature procesa su približno 60°C. Bez ultrazvuka, stepen supstitucije komercijalnih skrobova često je manji od 0,2. Ultrasonication pomaže zamjenu što rezultira škrobom topljivijim u hladnoj vodi.
Modifikacija kiselog škroba
Reakcija granulirane škrobne kaše sa razrijeđenom hlorovodoničnom ili sumpornom kiselinom na 40 do 60°C dovodi do tečnosti škrobova ili razrijeđenih škroba. Ovi djelomično depolimerizirani škrobovi proizvode proizvode koji stvaraju manji viskozitet. Oktenilsukcinati škroba su djelimično depolimerizovani kako bi se omogućio veći sadržaj čvrstih supstanci tokom sušenja raspršivanjem inkapsuliranih proizvoda. Ultrazvučna obrada tokom blage kiselinske hidrolize može disociirati agregate nanočestica koji se formiraju tokom hidrolize. Ovo povećava prinos nanočestica skroba.
Amylopectin Molecule
Neutralizacija gnojnice
Nakon procesa, reakcijska suspenzija se neutralizira, npr. dodavanjem hlorovodonične ili sumporne kiseline nakon alkalne obrade.
Pranje skroba
Pranje vodom, kao što je protustrujno pranje u hidrociklonima, prati neutralizaciju modificirane škrobne kaše. U ovoj fazi, ultrazvuk pomaže u pranju i ispiranju pojedinačnih čestica škroba. Ultrazvučna kavitacija raspršuje aglomerate škrobnih granula i povećava prijenos mase na graničnom sloju između škrobnih granula i vodene faze.
Filtracija i sušenje škroba
Hielscher ultrazvučni uređaji koriste se ultra-filtracijskim ili nano-filtracijskim procesima, kao i naknadnim sušenjem raspršivanjem.
Fizička modifikacija škroba (mehanička)
Fizička modifikacija skroba ne uključuje upotrebu hemikalija. Ipak, ultrazvučna obrada rezultira promjenama u molekularnoj strukturi škroba praćene varijacijama u fizičko-hemijskim svojstvima i funkcionalnosti. Nasilne kavitacijske sile smicanja izobličuju kristalnu regiju u škrobnim granulama. Polimerni lanci u blizini kolabirajućih mikromjehurića su uhvaćeni u polje smicanja visokog gradijenta što dovodi do kidanja makromolekularnih CC veza i stvaranja dugolančanih radikala. SEM slike sonikiranih granula škroba pokazuju mehanička oštećenja, kao što su pukotine, udubljenja i udubljenja. Ovo rezultira većom sposobnošću upijanja vode, većom snagom bubrenja i povećanom rastvorljivošću. Ovaj efekat je bolji za veće amplitude sonikacije. Stoga je sonikacija sondom mnogo efikasnija za modifikaciju škroba od sonikacije u kupatilu. Intenzivna ultrazvučna obrada pokazuje više poremećenih granula u poređenju sa prirodnim ili termički obrađenim škrobom.
Ultrazvučno OSA-esterifikovani skrobovi
Ultrazvučno OSA-esterifikovani skrobovi su pokazali viši stepen supstitucije (DS) i efikasnosti reakcije (RE), zajedno sa manjim, ali korisnim morfološkim promenama koje mogu proširiti njihovu funkcionalnost u sistemima ishrane. Sonication poboljšava brzinu reakcije i efikasnost bez mijenjanja molekularne strukture škroba, čime se čuvaju njegova poželjna svojstva za primjenu u hrani.
Ovi rezultati sugeriraju da bi esterifikacija uz pomoć ultrazvuka mogla predstavljati zelenu tehnologiju, koja nudi energetski učinkovit pristup modifikacije škroba koji štedi vrijeme. Potencijal za povećanje esterifikacije uz pomoć sonciranja mogao bi revolucionirati proces modifikacije škroba u nauci o hrani, usklađujući se s ciljevima održive proizvodnje i proširujući primjenu esterificiranih škroba u industriji.
Pročitajte više o ultrazvučno esterifikovanom OSA škrobu!
SEM mikrofotografije za: (a) nesonificirano, (b) 20 min ultrazvučno, (c) 40 min. sonicirano, (d) 60min sonicirane granule pšeničnog škroba.
Studija i slike: ©Majzoobi et al., 2015
Ultrazvučna obrada može značajno smanjiti početnu temperaturu želatinizacije. Skrobni gelovi pripremljeni od ultrazvučnih škrobnih granula imaju veću tvrdoću i veće vrijednosti adhezivnosti i kohezivnosti u poređenju sa prirodnim škrobom. Adhezivnost, kohezivnost, elastičnost i gumastost se značajno povećavaju ultrazvučnom modifikacijom škroba.
Ultrasonication koristi mnogo manje unosa energije i stresnih uslova obrade od konvencionalnih postupaka modifikacije skroba. Hielscher ultrasonics isporučuje ultrazvučne reaktore velike snage za komercijalnu obradu.
Zatražite više informacija!
Ako ste naučnik koji se bavi istraživanjem modifikacije škroba, procesni inženjer koji pokušava poboljšati postojeće procese škroba, inženjer proizvoda koji formuliše bolje ili nove proizvode, ili ako imate bilo koji drugi interes za modifikaciju škroba: kontaktirajte nas! Bit će nam drago razgovarati s vama o potencijalima i prednostima ultrazvučne obrade za modifikaciju škroba i primjenu škroba. Molimo popunite formular ispod!
Upotreba škroba
Modificirani škrob se koristi u širokom spektru prehrambenih i neprehrambenih aplikacija. Oktenilsukcinati škroba su važan stabilizator emulzija ulje u vodi. U proizvodnji papira kationski škrobovi poboljšavaju čvrstoću na mokroj i suhoj površini, stabiliziraju emulzije i djeluju kao sredstvo za ljepljenje površine. Mnogi sistemi aditiva za vlažne krajeve uključuju neorganske mikročestice (koloidni silicijum dioksid, bentonit) i sintetičke polimere sa modifikovanim skrobom. Ostale upotrebe uključuju škrobne lateks disperzije ili granulirani škrob kao punilo za polimere.
Naučni članci o modifikaciji skroba uz pomoć ultrazvuka
-
- S. Manchun, J. Nunthanid, S. Limmatvapirat i P.Sriamornsak (2012): Efekat ultrazvučnog tretmana na fizička svojstva škroba tapioke, u: Advanced Materials Research Vol. 506 (2012) str. 294-297. [PDF]
- Anet Rezek Jambrak, Zoran Herceg, Drago Šubarić, Jurislav Babić, Mladen Brnčić, Suzana Rimac Brnčić, Tomislav Bosiljkov, Domagoj Cvek, Branko Tripalo, Jurica Gelo (2010): Ultrazvučni efekat na fizička svojstva kukuruznog škroba, u: Polimeri ugljikohidrata 79 ( 2010) 91–100.
- Herceg IL, Jambrak AR, Šubarić D., Brnčić M., Brnčić SR, Badanjak M., Tripalo B., Ježek D., Novotni D., Herceg Z. (2010): Tekstura i svojstva paste ultrazvučno tretiranog kukuruznog škroba, u: Czech J. Food Sci., 28: 83–93. [PDF]
- D. Knorr, BIO Ade-Omowaye i V. Heinz (2002): Nutritivno poboljšanje biljne hrane netermalnom obradom, u: Proceedings of the Nutrition Society (2002), 61, 311–318. [PDF]
Često Postavljena Pitanja
Šta su prirodni izvori škroba?
Škrob dolazi iz različitih prirodnih izvora, kao što su: kukuruz, voštani kukuruz, visokoamilozni kukuruz, tapioka, krompir, pšenica, pirinač, voštani pirinač, grašak (glatki grašak, naborani grašak), sago, ovas, ječam, raž, amarant, slatki krompir, zob, žitarice, kravlji kokoš, kvinoja, leća, pasulj, sirak, strela ili manioka.
Šta je modificirani škrob?
Modificirani škrob je skrob koji je fizički, enzimski ili kemijski izmijenjen kako bi se poboljšao njegov učinak u prehrambenoj i industrijskoj primjeni. Ove modifikacije poboljšavaju svojstva kao što su rastvorljivost, viskozitet, geliranje i stabilnost u različitim uslovima, poput toplote ili kiselog okruženja. Uobičajeno dobiveni iz prirodnih izvora poput kukuruza, krumpira i tapioke, modificirani škrobovi se koriste kao zgušnjivači, stabilizatori i emulgatori za poboljšanje teksture i vijeka trajanja u prerađenoj hrani, farmaceutskim proizvodima i drugim proizvodima.
Koja je razlika između modificiranog škroba i OSA škroba?
Modifikovani skrob se odnosi na skrob koji je izmenjen na različite načine – fizički, enzimski ili hemijski – kako bi se poboljšala njegova funkcionalna svojstva, kao što su zgušnjavanje, želiranje ili stabilizacija u različitim uslovima. Ove modifikacije ga čine pogodnim za različite primjene u hrani, farmaciji i industrijskim proizvodima.
OSA-škrob, ili oktenil sukcinski anhidridni skrob, je specifična vrsta hemijski modifikovanog skroba nastalog vezivanjem oktenil jantarne anhidridne grupe na molekul skroba. Ova modifikacija daje jedinstvena svojstva emulgiranja, čineći OSA skrob posebno djelotvornim u stabilizaciji emulzija ulje u vodi. Dok modificirani škrob općenito poboljšava osnovna svojstva poput viskoznosti ili stabilnosti, OSA-škrob je posebno skrojen za pružanje mogućnosti emulgiranja, što ga čini popularnim u proizvodima kao što su preljevi za salatu, umaci i pića gdje su stabilne emulzije bitne. Pročitajte više o ultrazvučno esterifikovanom OSA škrobu!