تولید نشاسته OSA – بهبود استریفیکاسیون توسط فراصوت
استریفیکاسیون نشاسته ها با انیدرید اکتنیل سوکسینیک (OSA) یک روش اصلاح است که به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد ، به ویژه در صنایع غذایی برای ایجاد نشاسته های فراسودمند با خواص بهبود یافته مناسب است. با این حال، اصلاح سنتی نشاسته OSA در شرایط قلیایی زمان بر است و می تواند کارایی و امکان سنجی فرآیند را محدود کند. استریفیکاسیون به کمک التراسونیک یک روش جایگزین موثر برای تسریع استریفیکاسیون نشاسته با OSA است. با استفاده از فراصوت ، درجه بالاتری از جایگزینی (DS) و راندمان واکنش (RE) در مقایسه با استریفیکاسیون قلیایی OSA معمولی به دست می آید. این به این معنی فراصوت اجازه می دهد تا برای گسترش و کاربرد نشاسته استری در صنایع غذایی. نتایج حاصل از مطالعات علمی تاکید بر استریفیکاسیون به کمک فراصوت به عنوان یک کارآمد, پیشرفت سازگار با محیط زیست در اصلاح نشاسته.
سونیکاتور صنعتی UIP16000hdT برای پردازش نشاسته با توان بالا.
استریفیکاسیون التراسونیک از نشاسته انیدرید اکتنیل سوکسینیک
نشاسته ها پلی ساکاریدهای ضروری در صنایع غذایی هستند که به دلیل خواص منحصر به فردشان به عنوان غلیظ کننده، تثبیت کننده و امولسیون کننده به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. با این حال، محدودیت های عملکردی نشاسته های بومی اغلب نیاز به تغییراتی برای افزایش عملکرد آنها دارد. استریفیکاسیون با انیدرید اکتنیل سوکسینیک (OSA) یک فرآیند اصلاح شیمیایی است که گروه های آبگریز را معرفی می کند و قابلیت امولسیون سازی و تثبیت نشاسته را افزایش می دهد. با وجود اثربخشی آن، استریفیکاسیون OSA معمولی در شرایط قلیایی یک فرآیند طولانی است. استریفیکاسیون به کمک التراسونیک یک فناوری سبز است که به طور بالقوه می تواند درجه جایگزینی (DS) و بهره وری واکنش (RE) نشاسته OSA را افزایش دهد، زمان و منابع را بهبود بخشد.
فراصوت استریفیکاسیون نشاسته OSA را بهبود می بخشد. (1401). اثر شدت امواج فراصوت بر ریزساختار نشاسته دانه آناتو استری شده با OSA.
مطالعه و تصاویر: ©کوین سیلوا و همکاران 2022
مطالعه موردی: استریفیکاسیون اولتراسونیک نشاسته سیب زمینی OSA
در مطالعه مارتینز و همکاران (2024)، نشاسته های سیب زمینی بومی آند تحت استریفیکاسیون قلیایی OSA معمولی و استریفیکاسیون به کمک اولتراسوند (US-OSA) قرار گرفتند. آنها مورفولوژی گرانول، ویژگی های مولکولی، خواص حرارتی و رفتارهای رئولوژیکی نشاسته های حاصل را برای تعیین مزایای بالقوه استریفیکاسیون به کمک سونوگرافی تجزیه و تحلیل کردند.
نمونه های نشاسته و روش استریفیکاسیون
نشاسته سیب زمینی بومی آند با استفاده از دو روش استری شد:
- استریفیکاسیون معمولی OSA (OSA) – در شرایط قلیایی با انیدرید اکتنیل سوکسینیک انجام شد.
- استریفیکاسیون OSA با کمک التراسونیک (US-OSA) – که در آن امواج اولتراسونیک در طول استریفیکاسیون برای افزایش سرعت واکنش و اثربخشی استفاده شد.
درجه جایگزینی (DS) و بازده واکنش (RE)
فرایند استریفیکاسیون با کمک التراسونیک تولید نشاسته با درجه به طور قابل توجهی بالاتر از جایگزینی (DS) و بهره وری واکنش (RE) در مقایسه با روش های معمولی. این پیشرفت بسیار مهم است، زیرا DS میزان جایگزینی گروه آبگریز بر روی مولکول نشاسته را منعکس می کند و به طور مستقیم بر خواص امولسیون کننده آن تأثیر می گذارد.
راندمان واکنش بالا در نشاسته OSA اصلاح شده با التراسونیک نشان می دهد که امواج مافوق صوت افزایش برخوردهای مولکولی و نفوذ مولکول های OSA به گرانول نشاسته، به طور بالقوه به دلیل اثرات حفره ای، که انتقال جرم را بهبود می بخشد و ترویج استریفیکاسیون کارآمد تر.
ویژگی های مورفولوژیکی
بررسی میکروسکوپی مورفولوژی گرانول نشان داد تفاوت های قابل توجهی بین OSA و نشاسته های OSA اصلاح شده با التراسون. در حالی که هر دو نشاسته اصلاح شده یکپارچگی گرانول حفظ, گرانول OSA اصلاح شده التراسونیک نشان داد سطوح پوست کنده با برخی از منافذ, نشان می دهد درمان مافوق صوت تاثیر خفیف بر ساختار سطح. این اصلاح ساختاری، هرچند جزئی، نشان دهنده بهبود دسترسی گرانول های نشاسته ای برای استریفیکاسیون بدون به خطر انداختن یکپارچگی گرانول است.
علاوه بر این, نشاسته OSA التراسونیک اصلاح شده نمایش مقادیر دهانه پایین تر, نشان دهنده توزیع اندازه باریک تر و جمعیت گرانول یکنواخت تر. این قوام می تواند برای کاربردهای غذایی خاص که در آن بافت دقیق و ثبات ضروری است، مفید باشد.
ویژگی های مولکولی
طیف سنجی IR و آنالیز XRD نشان داد که تفاوت های ساختاری کمی بین OSA و نشاسته های OSA اصلاح شده به صورت فراصوت وجود دارد. هر دو نوع نشاسته ساختار نشاسته مشخصه را حفظ کردند، بدون تغییر قابل تشخیص در الگوهای تبلور، تأیید می کند که تیمار به کمک سونوگرافی ساختار بومی نشاسته را به طور قابل توجهی مختل نمی کند.
این ثبات مولکولی سودمند است، زیرا تضمین می کند که استریفیکاسیون به کمک سونوگرافی عملکرد را بدون تغییر چارچوب مولکولی اساسی نشاسته افزایش می دهد، که برای حفظ خواص بافتی مطلوب در کاربردهای غذایی بسیار مهم است.
خواص حرارتی
رفتار حرارتی، به طور خاص آنتالپی ژلاتینیزاسیون، بین OSA معمولی و نشاسته های OSA اصلاح شده با التراسونیک متفاوت بود. نشاسته OSA اصلاح شده با التراسونیک آنتالپی ژلاتینیزاسیون پایین تر در مقایسه با نشاسته های OSA معمولی را نشان می دهد که نشان دهنده کاهش نیاز به انرژی برای ژلاتینیزه شدن است. این یافته نشان می دهد که درمان اولتراسوند ممکن است هیدراتاسیون و ژلاتینه شدن آسان تر را تسهیل کند و به طور بالقوه قابلیت پردازش نشاسته اصلاح شده را در کاربردهای غذایی که شامل پردازش حرارتی است افزایش دهد.
فراصوت باعث بهبود استریفیکاسیون نشاسته می شود، فراصوت سرعت واکنش و کارایی را بدون تغییر ساختار مولکولی نشاسته افزایش می دهد، بنابراین خواص مطلوب آن را برای کاربردهای غذایی حفظ می کند.
خواص رئولوژیکی
نشاسته های OSA استری شده با التراسونیک خواص رئولوژیکی مطلوبی را نشان دادند، با پروفیل ویسکوزیته مشابه یا کمی افزایش یافته در مقایسه با نشاسته های معمولی OSA. چنین خواصی می تواند عملکرد آنها را در کاربردهایی که نیاز به امولسیون های پایدار یا ویسکوزیته ثابت در شرایط پردازش مختلف دارند، بهبود بخشد.
مطالعه موردی: استری شده اولتراسونیک OSA نشاسته از دانه های آناتو
مطالعه توسط سیلوا و همکاران (2013) بررسی اثر شدت فراصوت در استریفیکاسیون نشاسته دانه آناتو با اکتنیل سوکسینیک انیدرید (OSA), با هدف ایجاد یک امولسیفایر جدید برای سیستم های کلوئیدی. اولتراسوند با شدت های مختلف (0، 5، 10 و 20 وات بر سانتی متر مربع) برای مدت زمان پردازش کوتاه (5 دقیقه) اعمال شد. یافته های کلیدی شامل افزایش درجه جایگزینی (DS) با شدت فراصوت بالاتر، رسیدن به حداکثر درجه جایگزینی 0.139 ± 0.031 در 20 W / cm² بود. درمان فراصوت همچنین محتوای آمیلوز را با 1.24-1.36 برابر در مقایسه با نمونه های بدون فراصوت افزایش داد.
مورفولوژی گرانول سطوح صاف و ذرات بیضوی به خوبی تعریف شده را در شدت های فراصوت بالاتر نشان داد که تجمع گرانول را کاهش می دهد. الگوهای پراش اشعه ایکس تفاوت کیفی معنی داری را نشان ندادند که نشان می دهد امواج فراصوت ساختار کریستالی نشاسته را تغییر نمی دهد. نشاسته های اصلاح شده در تثبیت امولسیون های روغن در آب دانه آناتو موثر بودند و به میانگین قطر ساتر (14 ± 2 میکرومتر) دست یافتند اما در طول زمان پایداری جنبشی بیشتری را در مقایسه با نشاسته های اصلاح شده تجاری نشان دادند. به طور کلی، اصلاح OSA به کمک اولتراسونیک ثابت کرد که یک رویکرد سریع و موثر برای افزایش خواص عملکردی نشاسته دانه آناتو به عنوان امولسیفایر است.
Sonicators برای استریفیکاسیون OSA-نشاسته
ماسونیک های صنعتی Hielscher دستگاه های مافوق صوت با کارایی بالا مورد استفاده برای افزایش OSA استریفیکاسیون نشاسته هستند، یک فرایند که معرفی هیدروگریز اکتنیل سوکسینیک انیدرید (OSA) گروه به مولکول های نشاسته. از طریق حفره اولتراسونیک، این فراصوت ایجاد microjets و نیروهای برشی شدید در سیستم تعلیق نشاسته، بهبود انتشار و بهره وری واکنش OSA به گرانول نشاسته. این منجر به درجه بالاتری از جایگزینی (DS) و بهبود راندمان واکنش می شود که اغلب در زمان های بسیار کوتاه تری در مقایسه با روش های معمولی به دست می آید. فراصوت Hielscher ایده آل برای برنامه های کاربردی در مقیاس صنعتی، ارائه کنترل دقیق بر پارامترهایی مانند شدت، فرکانس، و مدت زمان برای بهینه سازی فرایند استریفیکاسیون ، اطمینان از کیفیت سازگار در محصولات نشاسته اصلاح شده برای افزایش خواص امولسیون و تثبیت کننده.
- راندمان بالا
- تکنولوژی روز
- قابلیت اطمینان & نیرومندی
- کنترل فرآیند قابل تنظیم و دقیق
- دسته & درون خطی
- برای هر حجمی
- نرم افزار هوشمند
- ویژگی های هوشمند (به عنوان مثال، قابل برنامه ریزی، پروتکل داده ها، کنترل از راه دور)
- آسان و ایمن برای کار
- تعمیر و نگهداری کم
- CIP (تمیز کردن در محل)
طراحی، ساخت و مشاوره – کیفیت ساخت آلمان
مافوق صوت Hielscher به خوبی برای بالاترین کیفیت و استانداردهای طراحی خود را شناخته شده. استحکام و بهره برداری آسان اجازه می دهد تا ادغام صاف از ultrasonicators ما به امکانات صنعتی. شرایط خشن و محیط های خواستار به راحتی توسط مافوق صوت Hielscher رسیده.
Hielscher اولتراسونیک یک شرکت دارای گواهینامه ISO است و تاکید ویژه ای بر مافوق صوت با کارایی بالا با ویژگی های دولت از هنر فن آوری و کاربر پسند قرار داده است. البته، مافوق صوت Hielscher مطابق با CE و دیدار با الزامات UL، CSA و RoHs.
جدول زیر به شما نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی مافوق صوت ما می دهد:
| حجم دسته ای | نرخ جریان | دستگاه های توصیه شده |
|---|---|---|
| 0.5 تا 1.5 میلی لیتر | ن.ا. | VialTweeter(ویال گروهی) |
| 1 تا 500 میلی لیتر | 10 تا 200 میلی لیتر در دقیقه | UP100H |
| 10 تا 2000 میلی لیتر | 20 تا 400 میلی لیتر در دقیقه | تا 200 هرتز، UP400St |
| 0.1 تا 20 لیتر | 0.2 تا 4 لیتر در دقیقه | UIP2000hdT |
| 10 تا 100 لیتر | 2 تا 10 لیتر در دقیقه | UIP4000hdT |
| 15 تا 150 لیتر | 3 تا 15 لیتر در دقیقه | UIP6000hdT |
| ن.ا. | 10 تا 100 لیتر در دقیقه | UIP16000 |
| ن.ا. | بزرگتر | خوشه ای از UIP16000 |
Hielscher مافوق صوت تولید کننده هموژنایزرهای مافوق صوت با کارایی بالا برای مخلوط کردن برنامه های کاربردی، پراکندگی، امولسیون و استخراج در آزمایشگاه، خلبان و مقیاس صنعتی.
ادبیات / منابع
- Martínez, Patrcia; Peña, Fiorela; Bello-Pérez, Luis; Yee-Madeira, H.; Ibarz, Albert; Velezmoro, Carmen (2024): Ultrasound-Assisted Esterification of Andean Native Potato Starches Increases the Degree of Substitution and Reaction Efficiency. Potato Research 67, 2014. 711–732.
- Eric Keven Silva, Ana Gabriela da S. Anthero, Lucas B. Emerick, Giovani L. Zabot, Miriam D. Hubinger, Maria Angela A. Meireles (2022): Low-frequency ultrasound-assisted esterification of Bixa orellana L. seed starch with octenyl succinic anhydride. International Journal of Biological Macromolecules, Volume 207, 2022. 1-8.
- Manchun, S.; Nunthanid, Jurairat; Limmatvapirat, Sontaya; Sriamornsak, Pornsak (2012): Effect of Ultrasonic Treatment on Physical Properties of Tapioca Starch. Advanced Materials Research 506, 2012. 294-297.
- Herceg, Ivana; Režek Jambrak, Anet; Šubarić, Drago; Tripalo, Ježek, Damir; Novotni, Dubravka; Herceg, Zoran; Herceg, Novotni (2010): Texture and Pasting Properties of Ultrasonically Treated Corn Starch. Czech Journal of Food Sciences 28, 2010.
پرسش و پاسخهای متداول
نشاسته OSA چیست؟
نشاسته OSA نشاسته ای است که از نظر شیمیایی با انیدرید اکتنیل سوکسینیک (OSA) اصلاح شده است که گروه های اکتنیل سوکسینیل آبگریز را به مولکول نشاسته متصل می کند. این اصلاح به نشاسته خواص آمفیفیلیک می دهد و توانایی آن را برای عمل به عنوان امولسیفایر و تثبیت امولسیون های روغن در آب افزایش می دهد. نشاسته OSA به طور گسترده در صنایع غذایی مورد استفاده قرار می گیرد زیرا خواص غلیظ کننده نشاسته را با عملکرد امولسیون کننده بهبود یافته ترکیب می کند و آن را برای کاربردهایی که نیاز به سیستم های کلوئیدی پایدار دارند مناسب می کند.
OSA-Starch چگونه تولید می شود؟
نشاسته OSA از طریق یک فرآیند استریفیکاسیون تولید می شود که در آن نشاسته بومی (اغلب از منابعی مانند ذرت، سیب زمینی یا تاپیوکا) با انیدرید اکتنیل سوکسینیک (OSA) در شرایط قلیایی واکنش می دهد. در اینجا یک طرح کلی ساده از فرآیند آورده شده است:
- آماده سازی: نشاسته بومی در آب پراکنده می شود تا یک سوسپانسیون ایجاد شود، که سپس به pH قلیایی (معمولا با استفاده از هیدروکسید سدیم) تنظیم می شود تا واکنش را تسهیل کند.
- علاوه بر این OSA: انیدرید اکتنیل سوکسینیک به آرامی به سوسپانسیون نشاسته اضافه می شود ، جایی که با گروه های هیدروکسیل روی مولکول های نشاسته واکنش داده و پیوندهای استر تشکیل می دهد و گروه های اکتنیل سوکسینیل را به زنجیره های نشاسته متصل می کند.
- کنترل واکنش: واکنش معمولا با حفظ دمای مطلوب، pH و شرایط همزن کنترل می شود که به دستیابی به درجه مطلوب جایگزینی (DS) - سطح اتصال OSA بر روی مولکول های نشاسته کمک می کند.
- خنثی سازی و شستشو: هنگامی که واکنش به DS مورد نظر رسید، مخلوط خنثی می شود، معمولا با اسیدی مانند اسید کلریدریک و نشاسته اصلاح شده شسته می شود تا OSA واکنش نیافته و سایر محصولات جانبی حذف شود.
- خشک: سپس نشاسته OSA اصلاح شده خشک می شود تا به شکل پودری به دست آید و آماده استفاده به عنوان یک عامل امولسیون کننده باشد.
روش های نوظهور مانند استریفیکاسیون به کمک سونوگرافی نیز برای بهبود کارایی و کاهش زمان واکنش این فرآیند با افزایش انتشار OSA در گرانول های نشاسته در حال بررسی هستند.
Hielscher مافوق صوت تولید کننده هموژنایزرهای مافوق صوت با کارایی بالا از ازمایشگاه ها تا اندازه صنعتی.