Tärklise graanulite ultraheli modifitseerimine
Tärklis on kergesti ekstraheeritav kohalikest allikatest, nagu kartul, mais või mais. Tärklise muutmine on vajalik füüsikaliste ja keemiliste omaduste parandamiseks. Hielscheri ultraheli reaktorid soodustavad tärklise füüsikalist, keemilist ja ensümaatilist modifitseerimist, mis toob kaasa paremad funktsionaalsed omadused kasutamiseks toidu- ja muudes tööstusharudes.
Enamiku kaubanduslike rakenduste puhul tuleb tärklisi keemiliselt või füüsikaliselt modifitseerida, et parandada nende positiivseid omadusi või minimeerida nende defekte. Ultraheli on väga tõhus vahend tärkliste füüsikaliseks, keemiliseks ja ensümaatiliseks modifitseerimiseks. Hielscheri ultraheli seadmed edastavad väga intensiivsed ultraheli lained tärklise läga. Saadud ultraheli kavitatsioon soodustab:
- deagglomeratsioon ja dispersioon
- mehaaniline lagunemine ja häired
- graanulite tungimine ja turse
- massi ülekanne
- radikaalne moodustumine
- keemiline reaktsioonivõime
- Küte
tärklise keemiline modifitseerimine
Graanulite ultraheli kavitatsioonihäired, mis on seotud kõrgema võimalusega vedeliku sisenemiseks tärklise graanulisse, parandavad tärklisepolümeeride esterdamise, eeterdamise, hüdroksüpropüülimise või oksüdatsiooni ja happe modifitseerimise reaktsioonikineetikat. Hielscheri ultraheli reaktorid on mõeldud pidevaks inline töötlemiseks. Kõrgemad reaktsioonikiirused suurendavad reaktsioonikannu võimsust.
Leeliselise tärklise modifikatsioon
Paljude kaubanduslike tärklise derivaatide tootmiseks lisatakse tärklise vesilahusele reaktiivseid orgaanilisi reaktiive, kontrollides samal ajal leelisust ja temperatuuri. Tärkliste esterdamine toimub tavaliselt pH 7 kuni 9 juures. Tärkliste eeterdamiseks kasutatakse tavaliselt pH-d 11 kuni 12. Tüüpilised protsessitemperatuurid on ligikaudu 60 °C. Ilma ultrahelitöötluseta on kaubanduslike tärkliste asendamise aste sageli väiksem kui 0, 2. Ultraheli aitab asendada, mille tulemuseks on külma veega lahustuv tärklis.
Happelise tärklise modifitseerimine
Granuleeritud tärklise suspensiooni reaktsioon lahjendatud vesinikkloriid- või väävelhappega temperatuuril 40–60 °C põhjustab voolavust, tärklisi või lahjendatud tärklisi. Need osaliselt depolümeriseeritud tärklised toodavad tooteid, mis tekitavad vähem viskoossust. Tärklise oktenüülsuktsinaadid on osaliselt depolümeriseeritud, et võimaldada kapseldatud toodete pihustuskuivatamisel kasutada suuremat kuivainesisaldust. Ultraheli kerge happe hüdrolüüsi ajal võib dissotsieerida hüdrolüüsi käigus moodustuvad nanoosakeste agregaadid. See suurendab tärklise nanoosakeste saagist.
Amülopektiini molekul
Läga neutraliseerimine
Pärast protsessi neutraliseeritakse reaktsiooni suspensioon, nt lisades pärast leeliselist töötlemist sool- või väävelhapet.
Tärklise pesemine
Vee pesemine, näiteks vastuvoolu pesemine hüdrotsüklonites, järgneb modifitseeritud tärklise läga neutraliseerimisele. Selles etapis aitab ultraheliuuring üksikute tärkliseosakeste pesemist ja loputamist. Ultraheli kavitatsioon hajutab tärklisegraanulite aglomeraate ja suurendab massiülekannet piirikihis tärklise graanulite ja vesifaasi vahel.
Tärklise filtreerimine ja kuivatamine
Hielscheri ultraheli seadmeid kasutatakse ultra-filtreerimise või nano-filtreerimise protsesse, samuti järgnevat pihustuskuivatamist.
Tärklise füüsikaline modifitseerimine (mehaaniline)
Tärkliste füüsiline modifitseerimine ei hõlma kemikaalide kasutamist. Kuid ultraheli tulemuseks on tärklise molekulaarstruktuuri muutused, millele järgnevad füüsikalis-keemiliste omaduste ja funktsionaalsuse variatsioonid. Vägivaldsed kavitatsioonilised nihkejõud moonutavad tärklise graanulite kristalset piirkonda. Polümeerahelad kokkuvarisevate mikromullide lähedal on püütud suure gradiendi nihkeväljale, mis viib makromolekulaarsete C-C sidemete purunemiseni ja pika ahelaga radikaalide moodustumiseni. SEM-pildid ultraheliga töödeldud tärklisegraanulitest näitavad mehaanilisi kahjustusi, nagu lõhed, süvendid ja pitting. Selle tulemuseks on suurem veeimavusvõime, suurem paisumisvõime ja suurem lahustuvus. See efekt on parem ultrahelitöötluse amplituudide puhul. Seetõttu on sondi ultrahelitöötlus tärklise modifitseerimiseks palju tõhusam kui vanni tüüpi ultrahelitöötlus. Intensiivne ultraheli töötlemine näitab rohkem häiritud graanuleid võrreldes natiivse või kuumtöödeldud tärklisega.
Ultraheli OSA-esterdatud tärklised
Ultraheli OSA-esterdatud tärklised näitasid kõrgemat asendusastet (DS) ja reaktsiooni efektiivsust (RE) koos väikeste, kuid kasulike morfoloogiliste muutustega, mis võivad laiendada nende funktsionaalsust toidusüsteemides. Sonikatsioon suurendab reaktsioonikiirust ja efektiivsust ilma tärklise molekulaarstruktuuri muutmata, säilitades seega selle soovitavad omadused toidurakenduste jaoks.
Need tulemused viitavad sellele, et ultraheli abil esterdamine võib kujutada endast rohelist tehnoloogiat, pakkudes energiatõhusat ja ajasäästlikku lähenemist tärklise modifitseerimisele. Sonciation-toetatud esterdamise skaleerimise potentsiaal võib muuta tärkliste modifitseerimisprotsessi toiduteaduses, joondades seda jätkusuutlike tootmiseesmärkidega ja laiendades esterdatud tärkliste rakendusi tööstuses.
Loe lähemalt ultraheli esterdatud OSA-tärklise kohta!
SEM-i mikrograafid: (a) ultraheliga töötlemata, (b) 20min ultraheliga töödeldud, (c) 40min. ultraheliga töödeldud, (d) 60min ultraheliga töödeldud nisutärklise graanulid.
Uuring ja pildid: ©Majzoobi et al., 2015
Ultraheli võib želatiinimistemperatuuri algust oluliselt alandada. Ultraheliga töödeldud tärklisegraanulitest valmistatud tärklisegeelidel on natiivse tärklisega võrreldes suurem kõvadus ja kõrgemad kleepuvuse ja sidususe väärtused. Liim, sidusus, vedrukus ja kummimiinid suurenevad tärklise ultraheli muutmisega märkimisväärselt.
Ultraheli kasutab palju vähem energiat ja stressirohkeid töötlemistingimusi kui tavalised tärklise muutmise protseduurid. Hielscher ultrasonics tarnib suure võimsusega ultraheli reaktoreid kaubanduslikuks töötlemiseks.
Küsi lisainfot!
Kui olete teadlane, kes teeb tärklise muutmise uuringuid, protsessiinsener, kes püüab parandada olemasolevaid tärkliseprotsesse, tooteinsener, kes koostab paremaid või uusi tooteid, või kui teil on mõni muu huvi tärklise muutmise vastu: Võtke meiega ühendust! Meil on hea meel arutada teiega ultraheliuuringu potentsiaali ja eeliseid tärklise muutmiseks ja kasutamiseks. Palun täitke allolev vorm!
Tärklise kasutamine
Modifitseeritud tärklist kasutatakse mitmesugustes toiduainetes ja toiduks mittekasutatavates rakendustes. Tärklise oktenüülsuktsinaadid on õli-vees emulsioonide oluline stabilisaator. Paberi valmistamisel parandavad katioonsed tärklised märg- ja kuivtugevust, stabiliseerivad emulsioone ja toimivad pinna suuruse määrajatena. Paljud märgade lisandite süsteemid sisaldavad anorgaanilisi mikroosakesi (kolloidne ränidioksiid, bentoniit) ja modifitseeritud tärklisega sünteetilisi polümeere. Muud kasutusalad hõlmavad tärklise lateksdispersioone või granuleeritud tärklist polümeeride täiteainena.
Teaduslikud artiklid ultraheli abil tärklise muutmise kohta
-
- S. Manchun, J. Nunthanid, S. Limmatvapirat ja P.Sriamornsak (2012): Ultraheliravi mõju tapiokitärklise füüsikalistele omadustele, in: Advanced Materials Research Vol. 506 (2012) lk 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): Ultraheli mõju maisitärklise füüsikalistele omadustele: Süsivesikute polümeerid 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): Ultraheliga töödeldud maisitärklise tekstuur ja kleepimisomadused: Tšehhi J. Food Sci., 28: 83–93. [PDF]
- D. Knorr, B. I. O. Ade-Omowaye ja V. Heinz (2002): Taimse toidu toiteväärtuse parandamine mittetermilise töötlemise teel, ajakirjas: Toitumisühingu toimetised (2002), 61, 311–318. [PDF]
Korduma kippuvad küsimused
Mis on kohalikud tärkliseallikad?
Tärklis pärineb erinevatest kohalikest allikatest, näiteks: mais, vahajas mais, kõrge amüloosisisaldusega mais, tapiokk, kartul, nisu, riis, vahajas riis, hernes (sile hernes, kortsus hernes) saago, kaer, oder, rukis, amarant, maguskartul, kaer, teravili, lehmakook, kinoa, lääts, mereväe uba, sorgo, noolejuur või maniokk.
Mis on modifitseeritud tärklis?
Modifitseeritud tärklis on tärklis, mida on füüsiliselt, ensümaatiliselt või keemiliselt muudetud, et parandada selle jõudlust toidus ja tööstuses. Need modifikatsioonid parandavad selliseid omadusi nagu lahustuvus, viskoossus, geelistumine ja stabiilsus erinevates tingimustes, nagu kuumus või happeline keskkond. Tavaliselt looduslikest allikatest, nagu mais, kartul ja tapiokk, saadud modifitseeritud tärklisi kasutatakse paksendajate, stabilisaatorite ja emulgaatoritena, et parandada töödeldud toiduainete, ravimite ja muude toodete tekstuuri ja säilivusaega.
Mis on modifitseeritud tärklisel ja OSA-tärklisel?
Modifitseeritud tärklis viitab tärklisele, mida on mitmel viisil - füüsiliselt, ensümaatiliselt või keemiliselt - muudetud, et parandada selle funktsionaalseid omadusi, nagu paksenemine, geelistumine või stabiliseerumine erinevates tingimustes. Need muudatused muudavad selle sobivaks mitmesugusteks rakendusteks toiduainetes, farmaatsiatoodetes ja tööstustoodetes.
OSA-tärklis või oktenüülmerevaikhappeanhüdriidtärklis on spetsiifiline keemiliselt modifitseeritud tärklise tüüp, mis on loodud oktenüülsuktsiinanhüdriidrühmade kinnitamisel tärklisemolekulile. See modifikatsioon annab ainulaadsed emulgeerivad omadused, muutes OSA-tärklise eriti tõhusaks õli-vees emulsioonide stabiliseerimisel. Kuigi modifitseeritud tärklis suurendab üldiselt põhiomadusi, nagu viskoossus või stabiilsus, on OSA-tärklis spetsiaalselt kohandatud emulgeerimisvõimaluste tagamiseks, muutes selle populaarseks sellistes toodetes nagu salatikastmed, kastmed ja joogid, kus stabiilsed emulsioonid on hädavajalikud. Loe lähemalt ultraheli esterdatud OSA tärklise kohta!