Modificación por ultrasonidos de lechadas de gránulos de almidón
El almidón es fácilmente extraíble de fuentes nativas, como la patata, el maíz o el maíz. La modificación del almidón es necesaria para mejorar sus propiedades físicas y químicas. Los reactores ultrasónicos de Hielscher promueven la modificación física, química y enzimática del almidón que conduce a mejores propiedades funcionales para su uso en industrias alimentarias y no alimentarias.
Para la mayoría de las aplicaciones comerciales, los almidones deben modificarse química o físicamente para mejorar sus atributos positivos o minimizar sus defectos. La ultrasonicación es un medio muy eficaz para la modificación física, química y enzimática de los almidones. Los dispositivos ultrasónicos de Hielscher transfieren ondas ultrasónicas de alta intensidad a los lodos de almidón. La cavitación ultrasónica resultante favorece:
- desaglomeración y dispersión
- degradación y alteración mecánicas
- penetración e hinchamiento de gránulos
- Transferencia de masa
- formación de radicales
- reactividad química
- Calentamiento
modificación química del almidón
La disrupción cavitacional ultrasónica del gránulo asociada a una mayor facilidad de entrada de líquido en el gránulo de almidón conduce a mejoras en la cinética de reacción para la esterificación, eterificación, hidroxipropilación u oxidación y modificación ácida de polímeros de almidón. Los reactores ultrasónicos de Hielscher están diseñados para un procesamiento continuo en línea. Las mayores velocidades de reacción permiten aumentar la capacidad de la caldera de reacción.
Modificación alcalina del almidón
Para la producción de muchos derivados comerciales del almidón, se añaden reactivos orgánicos a los lodos acuosos de almidón, controlando al mismo tiempo la alcalinidad y la temperatura. La esterificación de los almidones se realiza generalmente a un pH de 7 a 9. Se suele utilizar un pH de 11 a 12 para la esterificación de los almidones. Para la esterificación de almidones se suele utilizar un pH de 11 a 12. Las temperaturas típicas del proceso son de aproximadamente 60°C. Sin sonicación, el grado de sustitución de los almidones comerciales suele ser inferior a 0,2. La ultrasonicación ayuda a la sustitución. La ultrasonicación ayuda a la sustitución, lo que da como resultado un almidón más soluble en agua fría.
Modificación ácida del almidón
La reacción de una lechada de almidón granular con ácido clorhídrico o sulfúrico diluido a 40-60°C da lugar a almidones fluidos o almidones diluidos. Estos almidones parcialmente despolimerizados dan lugar a productos que generan menos viscosidad. Los octenilsuccinatos de almidón se despolimerizan parcialmente para permitir un mayor contenido de sólidos durante el secado por pulverización de productos encapsulados. La ultrasonicación durante la hidrólisis ácida suave puede disociar los agregados de nanopartículas que se forman durante la hidrólisis. Esto aumenta el rendimiento de las nanopartículas de almidón.
Molécula de amilopectina
Neutralización de lodos
Tras el proceso, la pasta de reacción se neutraliza, por ejemplo, añadiendo ácido clorhídrico o sulfúrico después del tratamiento alcalino.
Lavado de almidón
El lavado con agua, como el lavado a contracorriente en hidrociclones, sigue a la neutralización de las lechadas de almidón modificado. En esta fase, la ultrasonicación ayuda al lavado y aclarado de las partículas individuales de almidón. La cavitación ultrasónica dispersa los aglomerados de gránulos de almidón y aumenta la transferencia de masa en la capa límite entre los gránulos de almidón y la fase acuosa.
Filtración y secado del almidón
Los dispositivos ultrasónicos de Hielscher se utilizan en procesos de ultrafiltración o nanofiltración, así como en el posterior secado por pulverización.
Modificación física del almidón (mecánica)
La modificación física de los almidones no implica el uso de productos químicos. Sin embargo, la ultrasonicación provoca cambios en la estructura molecular del almidón, seguidos de variaciones en las propiedades fisicoquímicas y la funcionalidad. Las violentas fuerzas de cizallamiento cavitacional distorsionan la región cristalina de los gránulos de almidón. Las cadenas poliméricas cercanas a las microburbujas en colapso quedan atrapadas en un campo de cizalladura de alto gradiente que provoca la ruptura de los enlaces C-C macromoleculares y la formación de radicales de cadena larga. Las imágenes SEM de los gránulos de almidón sonicados muestran daños mecánicos, como fisuras, depresiones y picaduras. El resultado es una mayor capacidad de absorción de agua, un mayor poder de hinchamiento y una mayor solubilidad. Este efecto es mayor con amplitudes de sonicación más altas. Por lo tanto, la sonicación con sonda es mucho más eficaz para la modificación del almidón que la sonicación tipo baño. El procesamiento ultrasónico intenso muestra gránulos más desorganizados en comparación con el almidón nativo o tratado térmicamente.
Almidones esterificados por ultrasonidos OSA
Los almidones esterificados con OSA por ultrasonidos demostraron un mayor grado de sustitución (DS) y eficiencia de reacción (RE), junto con cambios morfológicos menores pero beneficiosos que pueden ampliar su funcionalidad en sistemas alimentarios. La sonicación mejora la velocidad y la eficiencia de la reacción sin alterar la estructura molecular del almidón, preservando así sus propiedades deseables para aplicaciones alimentarias.
Estos resultados sugieren que la esterificación asistida por ultrasonidos podría representar una tecnología verde, ofreciendo un enfoque eficiente energéticamente y que ahorra tiempo para la modificación del almidón. El potencial de ampliación de la esterificación asistida por ultrasonidos podría revolucionar el proceso de modificación de los almidones en la ciencia alimentaria, alineándose con los objetivos de producción sostenible y ampliando las aplicaciones de los almidones esterificados en la industria.
Más información sobre el almidón OSA esterificado por ultrasonidos.
Micrografías SEM de: (a) sin sonicar, (b) 20min sonicado, (c) 40min sonicado, (d) 60min sonicado gránulos de almidón de trigo.
Estudio e imágenes: ©Majzoobi et al., 2015.
La ultrasonicación puede reducir significativamente el inicio de la temperatura de gelatinización. Los geles de almidón preparados a partir de gránulos de almidón sonicados presentan una mayor dureza y valores más altos de adhesividad y cohesividad en comparación con el almidón nativo. La adhesividad, la cohesividad, la elasticidad y la gomosidad aumentan significativamente con la modificación ultrasónica del almidón.
La ultrasonicación utiliza mucho menos aporte energético y condiciones de procesamiento estresantes que los procedimientos convencionales de modificación del almidón. Hielscher ultrasonics suministra reactores ultrasónicos de alta potencia para el procesamiento comercial.
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Si es usted un científico que investiga la modificación del almidón, un ingeniero de procesos que intenta mejorar los procesos existentes del almidón, un ingeniero de productos que formula productos mejores o nuevos, o si tiene cualquier otro interés en la modificación del almidón: Póngase en contacto con nosotros. Estaremos encantados de hablar con usted sobre el potencial y las ventajas de la ultrasonicación para la modificación del almidón y la aplicación del almidón. Rellene el siguiente formulario.
Uso del almidón
El almidón modificado se utiliza en una amplia gama de aplicaciones alimentarias y no alimentarias. Los octenilsuccinatos de almidón son un importante estabilizador de emulsiones de aceite en agua. En la fabricación de papel, los almidones catiónicos mejoran la resistencia en húmedo y en seco, estabilizan las emulsiones y actúan como agentes de encolado superficial. Muchos sistemas de aditivos en húmedo incorporan micropartículas inorgánicas (sílice coloidal, bentonita) y polímeros sintéticos con almidón modificado. Otros usos son las dispersiones de látex de almidón o el almidón granulado como relleno de polímeros.
Artículos científicos sobre la modificación del almidón asistida por ultrasonidos
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- S. Manchun, J. Nunthanid, S. Limmatvapirat y P.Sriamornsak (2012): Effect of Ultrasonic Treatment on Physical Properties of Tapioca Starch, en: 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): Ultrasound effect on physical properties of corn starch, en: 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): Texture and pasting properties of ultrasonically treated corn starch, en: Czech J. Food Sci., 28: 83-93. [PDF]
- D. Knorr, B. I. O. Ade-Omowaye y V. Heinz (2002): Nutritional improvement of plant foods by non-thermal processing, en: Proceedings of the Nutrition Society (2002), 61, 311-318. [PDF]
preguntas más frecuentes
¿Cuáles son las fuentes de almidón nativo?
El almidón procede de diversas fuentes autóctonas, como: maíz, maíz ceroso, maíz rico en amilosa, tapioca, patata, trigo, arroz, arroz ceroso, guisante (guisante liso, guisante arrugado) sagú, avena, cebada, centeno, amaranto, batata, avena, cereales, berberecho de vaca, quinoa, lenteja, judía blanca, sorgo, arrurruz o mandioca.
¿Qué es el almidón modificado?
El almidón modificado es un almidón que ha sido alterado física, enzimática o químicamente para mejorar su rendimiento en aplicaciones alimentarias e industriales. Estas modificaciones mejoran propiedades como la solubilidad, la viscosidad, la gelificación y la estabilidad en diversas condiciones, como el calor o los ambientes ácidos. Comúnmente derivados de fuentes naturales como el maíz, la patata y la tapioca, los almidones modificados se utilizan como espesantes, estabilizantes y emulsionantes para mejorar la textura y la vida útil en alimentos procesados, productos farmacéuticos y otros productos.
¿Cuál es la diferencia entre el almidón modificado y el almidón OSA?
El almidón modificado se refiere al almidón que ha sido alterado de diversas maneras -física, enzimática o químicamente- para mejorar sus propiedades funcionales, como espesamiento, gelificación o estabilización en diferentes condiciones. Estas modificaciones lo hacen adecuado para diversas aplicaciones en alimentos, productos farmacéuticos y productos industriales.
El almidón OSA, o almidón de anhídrido octenil succínico, es un tipo específico de almidón modificado químicamente que se crea añadiendo grupos de anhídrido octenil succínico a la molécula de almidón. Esta modificación le confiere propiedades emulsionantes únicas, por lo que el almidón OSA es especialmente eficaz para estabilizar emulsiones de aceite en agua. Mientras que el almidón modificado suele mejorar propiedades básicas como la viscosidad o la estabilidad, el almidón OSA está especialmente diseñado para proporcionar capacidades de emulsificación, lo que lo hace popular en productos como aliños para ensaladas, salsas y bebidas, donde las emulsiones estables son esenciales. Más información sobre el almidón OSA esterificado por ultrasonidos.