Ultrazvuková modifikace suspenzí škrobových zrn

Neutralizace suspenze

Po skončení procesu se reakční suspenze neutralizuje, např. přidáním kyseliny chlorovodíkové nebo sírové po alkalickém zpracování.

Praní škrobu

Po neutralizaci suspenzí modifikovaného škrobu následuje praní vodou, například protiproudé praní v hydrocyklonech. V této fázi ultrasonikace napomáhá praní a oplachování jednotlivých škrobových částic. Ultrazvuková kavitace disperguje aglomeráty škrobových zrn a zvyšuje přenos hmoty v mezní vrstvě mezi škrobovými zrny a vodnou fází.

Filtrace a sušení škrobu

Ultrazvuková zařízení Hielscher se používají v procesech ultrafiltrace nebo nanofiltrace i při následném sprejovém sušení.

Fyzikální modifikace škrobu (mechanická)

Fyzikální modifikace škrobů nezahrnuje použití chemikálií. Přesto ultrasonikace vede ke změnám molekulární struktury škrobu, po nichž následují změny fyzikálně-chemických vlastností a funkčnosti. Prudké kavitační smykové síly narušují krystalickou oblast ve škrobových zrnech. Polymerní řetězce v blízkosti kolabujících mikrobublin jsou zachyceny ve smykovém poli s vysokým gradientem, které vede k rozštěpení makromolekulárních vazeb C-C a ke vzniku radikálů s dlouhým řetězcem. Snímky SEM sonikovaných škrobových zrn ukazují mechanická poškození, jako jsou trhliny, prohlubně a důlky. To vede k vyšší kapacitě absorpce vody, vyšší bobtnavosti a zvýšené rozpustnosti. Tento účinek je lepší při vyšších amplitudách sonikace. Proto je sonikace sondou pro modifikaci škrobu mnohem účinnější než sonikace v lázni. Intenzivní ultrazvukové zpracování vykazuje více rozrušených zrn ve srovnání s nativním nebo tepelně ošetřeným škrobem.

Škroby esterifikované OSA pomocí ultrazvuku

Škroby esterifikované OSA pomocí ultrazvuku vykazovaly vyšší stupeň substituce (DS) a reakční účinnost (RE) spojené s drobnými, avšak příznivými morfologickými změnami, které mohou rozšířit jejich funkčnost v potravinářských systémech. Sonikace zvyšuje reakční rychlost a účinnost, aniž by měnila molekulární strukturu škrobu, a zachovává tak jeho žádoucí vlastnosti pro potravinářské aplikace.
Tyto výsledky naznačují, že esterifikace za asistence ultrazvuku by mohla představovat zelenou technologii, která nabízí energeticky účinný a časově úsporný přístup k modifikaci škrobu. Potenciál škálování esterifikace za asistence sonikace by mohl přinést revoluci v procesu modifikace škrobů v potravinářské vědě, v souladu s cíli udržitelné výroby a s rozšířením aplikací esterifikovaných škrobů v průmyslu.

Přečtěte si více o OSA škrobu esterifikovaném pomocí ultrazvuku!

Snímky SEM: (a) nesonikovaná, (b) 20min sonikovaná, (c) 40min. sonikovaná, (d) 60min sonikovaná pšeničná škrobová zrna.
Studie a snímky: ©Majzoobi et al., 2015

Ultrasonikace může výrazně snížit teplotu počátku želatinace. Škrobové gely připravené ze sonikovaných škrobových zrn vykazují ve srovnání s nativním škrobem vyšší tvrdost a vyšší hodnoty adhezivity a koheze. Adhezivita, koheze, pružnost a gumovitost se při ultrazvukové modifikaci škrobu výrazně zvyšují.

Ultrasonikace vyžaduje mnohem nižší energetický vstup a méně zatěžující procesní podmínky než konvenční postupy modifikace škrobu. Hielscher Ultrasonics dodává vysoce výkonné ultrazvukové reaktory pro komerční zpracování.

Vyžádejte si další informace!

Pokud jste vědec zabývající se výzkumem modifikace škrobu, procesní inženýr usilující o zlepšení stávajících škrobových procesů, produktový inženýr vyvíjející lepší nebo nové produkty, nebo pokud máte jakýkoli jiný zájem o modifikaci škrobu: Kontaktujte nás! Rádi s vámi probereme potenciál a přínosy ultrasonikace pro modifikaci škrobu a aplikace škrobu. Vyplňte prosím níže uvedený formulář!

Použití škrobu

Modifikovaný škrob se používá v široké škále potravinářských i nepotravinářských aplikací. Oktenylsukcináty škrobu jsou důležitým stabilizátorem emulzí typu olej ve vodě. Při výrobě papíru zlepšují kationtové škroby pevnost za mokra i za sucha, stabilizují emulze a působí jako činidla pro povrchové klížení. Mnoho systémů aditiv pro mokrou část papírenského stroje kombinuje anorganické mikročástice (koloidní oxid křemičitý, bentonit) a syntetické polymery s modifikovaným škrobem. Mezi další použití patří latexové disperze škrobu nebo granulární škrob jako plnivo pro polymery.

Vědecké články o modifikaci škrobu za asistence ultrazvuku

• • S. Manchun, J. Nunthanid, S. Limmatvapirat a P.Sriamornsak (2012): Vliv ultrazvukového ošetření na fyzikální vlastnosti tapiokového škrobu, in: Advanced Materials Research Vol. 506 (2012) pp 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): Ultrazvukový vliv na fyzikální vlastnosti kukuřičného škrobu, in: Sacharidové polymery 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): Textura a pastovací vlastnosti ultrazvukem upraveného kukuřičného škrobu, in: Czech J. Food Sci., 28: 83–93. [PDF]
  • D. Knorr, B. I. O. Ade-Omowaye a V. Heinz (2002): Nutriční zlepšení rostlinných potravin netepelným zpracováním, in: Proceedings of the Nutrition Society (2002), 61, 311–318. [PDF]

Často kladené otázky

Jaké jsou nativní zdroje škrobu?

Škrob pochází z různých nativních zdrojů, jako jsou: kukuřice, voskovitá kukuřice, kukuřice s vysokým obsahem amylózy, tapioka, brambory, pšenice, rýže, voskovitá rýže, hrách (hladký hrách, svraskalý hrách) ságo, oves, ječmen, žito, amarant, batáty, oves, obiloviny, kravinec španělský, quinoa, čočka, bílé fazole, čirok, maranta nebo maniok.

Co je modifikovaný škrob?

Modifikovaný škrob je škrob, který byl fyzikálně, enzymaticky nebo chemicky upraven za účelem zlepšení jeho vlastností v potravinářských a průmyslových aplikacích. Tyto modifikace zlepšují vlastnosti, jako je rozpustnost, viskozita, gelace a stabilita za různých podmínek, například při zahřívání nebo v kyselém prostředí. Modifikované škroby, běžně získávané z přírodních zdrojů, jako jsou kukuřice, brambory a tapioka, se používají jako zahušťovadla, stabilizátory a emulgátory ke zlepšení textury a trvanlivosti zpracovaných potravin, léčiv a dalších produktů.

Jaký je rozdíl mezi modifikovaným škrobem a OSA škrobem?

Modifikovaný škrob označuje škrob, který byl různými způsoby upraven – fyzikálně, enzymaticky nebo chemicky – za účelem zlepšení jeho funkčních vlastností, jako je zahušťování, gelovatění nebo stabilizace za různých podmínek. Díky těmto modifikacím je vhodný pro rozmanité aplikace v potravinářství, farmacii a průmyslových produktech.
OSA škrob neboli oktenylsukcinanhydridový škrob je specifický typ chemicky modifikovaného škrobu vytvořený navázáním skupin oktenylsukcinanhydridu na molekulu škrobu. Tato modifikace mu propůjčuje jedinečné emulgační vlastnosti, díky nimž je OSA škrob zvláště účinný při stabilizaci emulzí typu olej ve vodě. Zatímco modifikovaný škrob obecně zlepšuje základní vlastnosti, jako je viskozita nebo stabilita, OSA škrob je speciálně přizpůsoben k zajištění emulgačních schopností, což z něj činí oblíbenou složku produktů, jako jsou salátové dresinky, omáčky a nápoje, kde jsou stabilní emulze nezbytné. Přečtěte si více o OSA škrobu esterifikovaném pomocí ultrazvuku!