Tärkkelysrakeiden lietteiden ultraäänimodifikaatio

Lietteen neutralointi

Prosessin jälkeen reaktioliete neutraloidaan esimerkiksi lisäämällä suola- tai rikkihappoa emäksisen käsittelyn jälkeen.

Tärkkelyksen pesu

Vesipesu, kuten vastavirtapesu hydrosykloneissa, seuraa modifioitujen tärkkelyslietteiden neutralointia. Tässä vaiheessa ultrasonication auttaa yksittäisten tärkkelyshiukkasten pesua ja huuhtelua. Ultraäänikavitaatio hajottaa tärkkelysrakeiden agglomeraatteja ja lisää massansiirtoa tärkkelysrakeiden ja vesifaasin välisessä rajakerroksessa.

Tärkkelyksen suodatus ja kuivaus

Hielscherin ultraäänilaitteita käytetään ultrasuodatus- tai nanosuodatusprosesseissa sekä myöhemmässä ruiskukuivauksessa.

Tärkkelyksen fysikaalinen muuntaminen (mekaaninen)

Tärkkelysten fyysinen muuntaminen ei sisällä kemikaalien käyttöä. Kuitenkin ultrasonication johtaa muutoksiin tärkkelysmolekyylirakenteessa, jota seuraa fysikaalis-kemiallisten ominaisuuksien ja toiminnallisuuden vaihtelut. Väkivaltaiset kavitaatioleikkausvoimat vääristävät tärkkelysrakeiden kiteistä aluetta. Polymeeriketjut romahtavien mikrokuplien lähellä ovat kiinni korkean gradientin leikkauskentässä, mikä johtaa makromolekyylisten C-C-sidosten rikkoutumiseen ja pitkäketjuisten radikaalien muodostumiseen. SEM-kuvat sonikoiduista tärkkelysrakeista osoittavat mekaanisia vaurioita, kuten halkeamia, syvennyksiä ja kuoppia. Tämä johtaa suurempaan veden imeytymiskykyyn, suurempaan turvotusvoimaan ja parempaan liukoisuuteen. Tämä vaikutus on parempi korkeammille sonikaatioamplitudille. Siksi koettimen sonikaatio on paljon tehokkaampi tärkkelyksen modifikaatiossa kuin kylpytyyppinen sonikaatio. Intensiivinen ultraäänikäsittely osoittaa enemmän häiriintyneitä rakeita verrattuna natiiviin tai lämpökäsiteltyyn tärkkelykseen.

Ultraäänellä OSA-esteröityneet tärkkelykset

Ultraäänellä OSA-esteröidyt tärkkelykset osoittivat korkeampaa korvausastetta (DS) ja reaktiotehokkuutta (RE) yhdistettynä pieniin mutta hyödyllisiin morfologisiin muutoksiin, jotka voivat laajentaa niiden toimivuutta elintarvikejärjestelmissä. Sonikaatio parantaa reaktionopeutta ja tehokkuutta muuttamatta tärkkelyksen molekyylirakennetta, mikä säilyttää sen toivotut ominaisuudet elintarvikesovelluksissa.
Nämä tulokset viittaavat siihen, että ultraäänellä avustettu esteröinti voisi edustaa vihreää tekniikkaa, joka tarjoaa energiatehokkaan ja aikaa säästävän lähestymistavan tärkkelyksen muokkaamiseen. Sonciaatioavusteisen esteröinnin skaalauspotentiaali voisi mullistaa tärkkelyksen modifiointiprosessin elintarviketieteessä, yhdenmukaistaa kestävän tuotannon tavoitteet ja laajentaa esteröityjen tärkkelysten sovelluksia teollisuudessa.

Lue lisää ultraäänellä esteröidystä OSA-tärkkelyksestä!

SEM-mikrografioita: (a) unsonicated, (b) 20min sonikoitu, (c) 40min. sonikoitu, (d) 60min sonikoitu vehnätärkkelysrakeet.
Tutkimus ja kuvat: ©Majzoobi et ai., 2015

Ultrasonication voi alentaa hyytelöitymislämpötilan alkua merkittävästi. Sonikoiduista tärkkelysrakeista valmistetuilla tärkkelysgeeleillä on suurempi kovuus ja korkeammat tarttuvuuden ja yhteenkuuluvuuden arvot verrattuna natiiviin tärkkelykseen. Tarttuvuus, yhtenäisyys, joustavuus ja kumimaisuus lisääntyvät merkittävästi tärkkelyksen ultraäänimodifikaatiolla.

Ultrasonication käyttää paljon vähemmän energian syöttöä ja stressaavia käsittelyolosuhteita kuin tavanomaiset tärkkelyksen muokkausmenetelmät. Hielscher Ultrasonics toimittaa suuritehoisia ultraäänireaktoreita kaupalliseen käsittelyyn.

Pyydä lisätietoja!

Jos olet tiedemies, joka tekee tärkkelyksen muokkaustutkimusta, prosessi-insinööri, joka yrittää parantaa olemassa olevia tärkkelysprosesseja, tuoteinsinööri, joka muotoilee parempia tai uusia tuotteita, tai jos sinulla on muita kiinnostuksen kohteita tärkkelyksen muokkaamiseen: Ota yhteyttä! Olemme iloisia voidessamme keskustella kanssasi ultrasonicationin mahdollisuuksista ja eduista tärkkelyksen modifioinnissa ja tärkkelyksen sovelluksessa. Täytä alla oleva lomake!

Tärkkelyksen käyttö

Modifioitua tärkkelystä käytetään monenlaisissa elintarvike- ja muissa sovelluksissa. Tärkkelysoktenyylisukkinaatit ovat tärkeä öljy-vedessä-emulsioiden stabilointiaine. Paperinvalmistuksessa kationiset tärkkelykset parantavat märkä- ja kuivalujuutta, stabiloivat emulsioita ja toimivat pintamitoitusaineina. Monet märkäpään lisäainejärjestelmät sisältävät epäorgaanisia mikrohiukkasia (kolloidinen piidioksidi, bentoniitti) ja synteettisiä polymeerejä, joissa on modifioitua tärkkelystä. Muita käyttötarkoituksia ovat tärkkelyslateksidispersiot tai rakeinen tärkkelys polymeerien täyteaineena.

Tieteelliset artikkelit ultraäänellä avustetusta tärkkelyksen modifikaatiosta

• • S. Manchun, J. Nunthanid, S. Limmatvapirat ja P.Sriamornsak (2012): Ultraäänikäsittelyn vaikutus tapiokatärkkelyksen fysikaalisiin ominaisuuksiin, julkaisussa: Advanced Materials Research Vol. 506 (2012) s. 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): Ultraäänivaikutus maissitärkkelyksen fysikaalisiin ominaisuuksiin, julkaisussa: 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): Ultraäänellä käsitellyn maissitärkkelyksen rakenne ja liittämisominaisuudet, julkaisussa: Czech J. Food Sci., 28: 83–93. [PDF]
  • D. Knorr, B. I. O. Ade-Omowaye ja V. Heinz (2002): Kasviperäisten elintarvikkeiden ravitsemuksellinen parantaminen ei-lämpökäsittelyllä, julkaisussa: Ravitsemusyhdistyksen julkaisut (2002), 61, 311–318. [PDF]

Usein Kysytyt Kysymykset

Mitä ovat alkuperäiset tärkkelyslähteet?

Tärkkelys on peräisin useista kotoperäisistä lähteistä, kuten: maissi, vahamainen maissi, runsaasti amyloosia sisältävä maissi, tapioka, peruna, vehnä, riisi, vahamainen riisi, herne (sileä herne, ryppyinen herne) saago, kaura, ohra, ruis, amarantti, bataatti, kaura, vilja, lehmän sydän, quinoa, linssi, laivastonpapu, durra, nuolenjuuri tai maniokki.

Mikä on modifioitu tärkkelys?

Modifioitu tärkkelys on tärkkelys, jota on muutettu fyysisesti, entsymaattisesti tai kemiallisesti sen suorituskyvyn parantamiseksi elintarvike- ja teollisuussovelluksissa. Nämä modifikaatiot parantavat ominaisuuksia, kuten liukoisuutta, viskositeettia, geeliytymistä ja stabiilisuutta erilaisissa olosuhteissa, kuten kuumuudessa tai happamissa ympäristöissä. Modifioituja tärkkelyksiä, jotka ovat yleisesti peräisin luonnollisista lähteistä, kuten maissista, perunasta ja tapiokasta, käytetään sakeutusaineina, stabilointiaineina ja emulgointiaineina parantamaan jalostettujen elintarvikkeiden, lääkkeiden ja muiden tuotteiden rakennetta ja säilyvyyttä.

Mitä eroa on modifioidulla tärkkelyksellä ja OSA-tärkkelyksellä?

Modifioitu tärkkelys viittaa tärkkelykseen, jota on muutettu eri tavoin - fysikaalisesti, entsymaattisesti tai kemiallisesti - sen toiminnallisten ominaisuuksien parantamiseksi, kuten sakeuttaminen, geeliytyminen tai stabilointi eri olosuhteissa. Nämä muutokset tekevät siitä sopivan erilaisiin sovelluksiin elintarvikkeissa, lääkkeissä ja teollisuustuotteissa.
OSA-tärkkelys tai oktenyylimeripihkahappoanhydriditärkkelys on erityinen kemiallisesti muunnetun tärkkelyksen tyyppi, joka syntyy liittämällä oktenyylimeripihkahappoanhydridiryhmiä tärkkelysmolekyyliin. Tämä modifikaatio antaa ainutlaatuisia emulgointiominaisuuksia, mikä tekee OSA-tärkkelyksestä erityisen tehokkaan öljy-vesi-emulsioiden stabiloinnissa. Vaikka modifioitu tärkkelys yleensä parantaa perusominaisuuksia, kuten viskositeettia tai stabiilisuutta, OSA-tärkkelys on erityisesti räätälöity tarjoamaan emulgointiominaisuuksia, mikä tekee siitä suositun tuotteissa, kuten salaattikastikkeissa, kastikkeissa ja juomissa, joissa stabiilit emulsiot ovat välttämättömiä. Lue lisää ultraäänellä esteröidyn obstruktiivisen obstruktiivisen uniapnean tärkkelyksestä!