Modification par ultrasons des bouillies de granulés d'amidon
L'amidon est facilement extractible à partir de sources natives, telles que la pomme de terre, le maïs ou le maïs. La modification de l'amidon est nécessaire pour améliorer ses propriétés physiques et chimiques. Les réacteurs ultrasoniques Hielscher favorisent la modification physique, chimique et enzymatique de l'amidon, ce qui permet d'obtenir de meilleures propriétés fonctionnelles pour l'utilisation dans les industries alimentaires et non alimentaires.
Pour la plupart des applications commerciales, les amidons doivent être modifiés chimiquement ou physiquement afin d'améliorer leurs caractéristiques positives ou de minimiser leurs défauts. L'ultrasonication est un moyen très efficace pour la modification physique, chimique et enzymatique des amidons. Les appareils à ultrasons Hielscher transfèrent des ondes ultrasoniques très intenses dans les boues d'amidon. La cavitation ultrasonique qui en résulte favorise :
- désagglomération et dispersion
- la dégradation mécanique et les perturbations
- pénétration et gonflement des granulés
- transfert de masse
- formation de radicaux
- réactivité chimique
- chauffage
Modification chimique de l'amidon
La rupture par cavitation ultrasonique du granule associée à une plus grande facilité d'entrée des liquides dans le granule d'amidon permet d'améliorer la cinétique des réactions d'estérification, d'éthérification, d'hydroxypropylation ou d'oxydation et de modification par l'acide des polymères d'amidon. Les réacteurs à ultrasons Hielscher sont conçus pour un traitement continu en ligne. Des vitesses de réaction plus élevées permettent d'augmenter la capacité des cuves de réaction.
Modification alcaline de l'amidon
Pour la production de nombreux dérivés commerciaux de l'amidon, des réactifs organiques sont ajoutés aux boues aqueuses d'amidon tout en contrôlant l'alcalinité et la température. L'estérification des amidons est généralement réalisée à un pH compris entre 7 et 9. Un pH de 11 à 12 est couramment utilisé pour l'éthérification des amidons. Les températures typiques du processus sont d'environ 60°C. Sans sonication, le degré de substitution des amidons commerciaux est souvent inférieur à 0,2. Les ultrasons facilitent la substitution, ce qui permet d'obtenir un amidon plus soluble dans l'eau froide.
Modification acide de l'amidon
La réaction d'une suspension d'amidon granulaire avec de l'acide chlorhydrique ou sulfurique dilué à 40-60°C conduit à des amidons de fluidité ou à des amidons amincis. Ces amidons partiellement dépolymérisés donnent des produits qui génèrent moins de viscosité. Les octenylsuccinates d'amidon sont partiellement dépolymérisés pour permettre l'utilisation d'une teneur en solides plus élevée lors du séchage par atomisation de produits encapsulés. L'ultrasonication pendant l'hydrolyse acide douce peut dissocier les agrégats de nanoparticules qui se forment pendant l'hydrolyse. Cela augmente le rendement des nanoparticules d'amidon.
Molécule d'amylopectine
Neutralisation des boues
Après le processus, la boue de réaction est neutralisée, par exemple en ajoutant de l'acide chlorhydrique ou sulfurique après un traitement alcalin.
Lavage à l'amidon
Le lavage à l'eau, tel que le lavage à contre-courant dans des hydrocyclones, suit la neutralisation des boues d'amidon modifié. À ce stade, les ultrasons facilitent le lavage et le rinçage des particules d'amidon individuelles. La cavitation ultrasonique disperse les agglomérats de granules d'amidon et augmente le transfert de masse à la couche limite entre les granules d'amidon et la phase aqueuse.
Filtration et séchage de l'amidon
Les appareils à ultrasons Hielscher sont utilisés dans les processus d'ultrafiltration ou de nano-filtration ainsi que dans le séchage par pulvérisation qui s'ensuit.
Modification physique de l'amidon (mécanique)
La modification physique des amidons n'implique pas l'utilisation de produits chimiques. Cependant, l'ultrasonisation entraîne des changements dans la structure moléculaire de l'amidon, suivis de variations des propriétés physicochimiques et de la fonctionnalité. Les violentes forces de cisaillement cavitationnelles déforment la région cristalline des granules d'amidon. Les chaînes de polymères proches des microbulles qui s'effondrent sont prises dans un champ de cisaillement à gradient élevé qui conduit à la rupture des liaisons C-C macromoléculaires et à la formation de radicaux à longue chaîne. Les images MEB des granules d'amidon soniquées montrent des dommages mécaniques, tels que des fissures, des dépressions et des piqûres. Il en résulte une capacité d'absorption de l'eau, un pouvoir de gonflement et une solubilité accrus. Cet effet est d'autant plus important que l'amplitude de sonication est élevée. Par conséquent, la sonication par sonde est beaucoup plus efficace pour la modification de l'amidon que la sonication par bain. Le traitement ultrasonique intense montre des granules plus perturbés par rapport à l'amidon natif ou traité thermiquement.
Amidons estérifiés par ultrasons (OSA)
Les amidons estérifiés par ultrasons à l'aide d'OSA ont montré un degré de substitution (DS) et une efficacité de réaction (RE) plus élevés, associés à des changements morphologiques mineurs mais bénéfiques qui peuvent élargir leur fonctionnalité dans les systèmes alimentaires. La sonication améliore la vitesse et l'efficacité de la réaction sans altérer la structure moléculaire de l'amidon, préservant ainsi ses propriétés souhaitables pour les applications alimentaires.
Ces résultats suggèrent que l'estérification assistée par ultrasons pourrait représenter une technologie verte, offrant une approche efficace sur le plan énergétique et permettant de gagner du temps pour la modification de l'amidon. Le potentiel d'extension de l'estérification assistée par ultrasons pourrait révolutionner le processus de modification des amidons dans la science alimentaire, en s'alignant sur les objectifs de production durable et en élargissant les applications des amidons estérifiés dans l'industrie.
En savoir plus sur l'amidon OSA estérifié par ultrasons !
Micrographies MEB pour : (a) non sonifié, (b) sonifié pendant 20 minutes, (c) sonifié pendant 40 minutes, (d) granulés d'amidon de blé sonifiés pendant 60 minutes.
Étude et images : ©Majzoobi et al., 2015
L'ultrasonication peut réduire de manière significative le début de la température de gélatinisation. Les gels d'amidon préparés à partir de granules d'amidon soniquées présentent une dureté plus élevée et des valeurs d'adhésivité et de cohésivité plus élevées par rapport à l'amidon natif. L'adhésivité, la cohésivité, l'élasticité et la gomme augmentent de manière significative avec la modification ultrasonique de l'amidon.
L'ultrasonication utilise beaucoup moins d'énergie et de conditions de traitement stressantes que les procédures conventionnelles de modification de l'amidon. Hielscher ultrasonics fournit des réacteurs à ultrasons de grande puissance pour le traitement commercial.
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Si vous êtes un scientifique effectuant des recherches sur la modification de l'amidon, un ingénieur de procédé essayant d'améliorer les procédés existants, un ingénieur de produit formulant de meilleurs ou de nouveaux produits, ou si vous avez tout autre intérêt pour la modification de l'amidon, n'hésitez pas à nous contacter : Contactez-nous ! Nous serons heureux de discuter avec vous du potentiel et des avantages des ultrasons pour la modification de l'amidon et l'application de l'amidon. Veuillez remplir le formulaire ci-dessous !
Utilisation de l'amidon
L'amidon modifié est utilisé dans une large gamme d'applications alimentaires et non alimentaires. Les octenylsuccinates d'amidon sont un stabilisateur important des émulsions huile dans eau. Dans la fabrication du papier, les amidons cationiques améliorent la résistance à l'état sec et humide, stabilisent les émulsions et agissent comme agents d'encollage de surface. De nombreux systèmes d'additifs humides incorporent des microparticules inorganiques (silice colloïdale, bentonite) et des polymères synthétiques avec de l'amidon modifié. D'autres utilisations incluent les dispersions de latex d'amidon ou l'amidon granulaire comme charge pour les polymères.
Articles scientifiques sur la modification de l'amidon assistée par ultrasons
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- S. Manchun, J. Nunthanid, S. Limmatvapirat et P.Sriamornsak (2012) : Effect of Ultrasonic Treatment on Physical Properties of Tapioca Starch, 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) : Ultrasound effect on physical properties of corn starch, in : 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, in : Czech J. Food Sci., 28 : 83-93. [PDF]
- D. Knorr, B. I. O. Ade-Omowaye et V. Heinz (2002) : Nutritional improvement of plant foods by non-thermal processing (Amélioration nutritionnelle des aliments végétaux par traitement non thermique), in : Proceedings of the Nutrition Society (2002), 61, 311-318. [PDF]
questions fréquemment posées
Quelles sont les sources d'amidon natif ?
L'amidon provient de diverses sources indigènes, telles que : le maïs, le maïs cireux, le maïs à haute teneur en amylose, le tapioca, la pomme de terre, le blé, le riz, le riz cireux, le pois (pois lisse, pois ridé), le sagou, l'avoine, l'orge, le seigle, l'amarante, la patate douce, l'avoine, les céréales, la saponaire, le quinoa, les lentilles, les haricots blancs, le sorgho, l'arrow-root ou le manioc.
Qu'est-ce que l'amidon modifié ?
L'amidon modifié est un amidon qui a été modifié physiquement, enzymatiquement ou chimiquement pour améliorer ses performances dans les applications alimentaires et industrielles. Ces modifications améliorent les propriétés telles que la solubilité, la viscosité, la gélification et la stabilité dans diverses conditions, comme la chaleur ou les environnements acides. Généralement dérivés de sources naturelles comme le maïs, la pomme de terre et le tapioca, les amidons modifiés sont utilisés comme épaississants, stabilisants et émulsifiants pour améliorer la texture et la durée de conservation des aliments transformés, des produits pharmaceutiques et d'autres produits.
Quelle est la différence entre l'amidon modifié et l'amidon OSA ?
L'amidon modifié désigne l'amidon qui a été modifié de diverses manières - physiquement, enzymatiquement ou chimiquement - afin d'améliorer ses propriétés fonctionnelles, telles que l'épaississement, la gélification ou la stabilisation dans différentes conditions. Ces modifications le rendent apte à diverses applications dans l'alimentation, les produits pharmaceutiques et les produits industriels.
L'amidon OSA, ou amidon anhydride octényl succinique, est un type spécifique d'amidon chimiquement modifié créé en attachant des groupes anhydride octényl succinique à la molécule d'amidon. Cette modification confère des propriétés émulsifiantes uniques, ce qui rend l'amidon OSA particulièrement efficace pour stabiliser les émulsions huile dans l'eau. Alors que l'amidon modifié améliore généralement les propriétés de base telles que la viscosité ou la stabilité, l'amidon OSA est spécialement conçu pour offrir des capacités d'émulsification, ce qui le rend populaire dans des produits tels que les assaisonnements pour salades, les sauces et les boissons où des émulsions stables sont essentielles. En savoir plus sur l'amidon OSA estérifié par ultrasons !