Ultrazvučna modifikacija kaše škrobnih granula
Škrob se lako izdvaja iz prirodnih izvora, poput krumpira, kukuruza ili kukuruza. Modifikacija škroba je neophodna za poboljšanje fizikalnih i kemijskih svojstava. Hielscher ultrazvučni reaktori promiču fizičke, kemijske i enzimske izmjene škroba što dovodi do boljih funkcionalnih svojstava za upotrebu u prehrambenoj i neprehrambenoj industriji.
Za većinu komercijalnih primjena škrobovi se moraju kemijski ili fizički modificirati kako bi se poboljšala njihova pozitivna svojstva ili kako bi se smanjili njihovi nedostaci. Ultrasonication je vrlo učinkovito sredstvo za fizičku, kemijsku i enzimsku modifikaciju škrobova. Hielscher ultrazvučni uređaji prenose visoko intenzivne ultrazvučne valove u kaše škroba. Rezultirajuća ultrazvučna kavitacija potiče:
- deaglomeracija i disperzija
- mehanička degradacija i poremećaj
- prodiranje i bubrenje granula
- prijenos mase
- radikalna formacija
- kemijska reaktivnost
- grijanje
kemijska modifikacija škroba
Ultrazvučni kavitacijski poremećaj granule povezan s većim kapacitetom za ulaz tekućine u škrobnu granulu dovodi do poboljšanja kinetike reakcije za esterificiranje, eterifikaciju, hidroksipropilaciju ili oksidaciju i kiselinsku modifikaciju škrobnih polimera. Hielscher ultrazvučni reaktori dizajnirani su za kontinuiranu inline obradu. Veće brzine reakcije dovode do povećanog kapaciteta reakcijskog kotla.
Alkalna modifikacija škroba
Za proizvodnju mnogih komercijalnih derivata škroba, reaktivni, organski reagensi se dodaju u vodene škrobne kaše dok se kontrolira alkalnost i temperatura. Esterifikacija škrobova općenito se izvodi pri pH 7 do 9. pH od 11 do 12 obično se koristi za eterifikaciju škrobova. Uobičajene procesne temperature su približno 60°C. Bez sonikacije, stupanj supstitucije komercijalnih škrobova često je manji od 0,2. Ultrasonication pomaže zamjenu što rezultira škrobom topljivijim u hladnoj vodi.
Kisela modifikacija škroba
Reakcija kaše granuliranog škroba s razrijeđenom klorovodičnom ili sumpornom kiselinom na 40 do 60°C dovodi do fluidnih škrobova ili razrijeđenih škrobova. Ovi djelomično depolimerizirani škrobovi proizvode proizvode koji stvaraju manju viskoznost. Oktenilsukcinati škroba su djelomično depolimerizirani kako bi se omogućilo korištenje većeg sadržaja krutine tijekom sušenja raspršivanjem kapsuliranih proizvoda. Ultrasonication tijekom blage kisele hidrolize može odvojiti nanočestične agregate koji nastaju tijekom hidrolize. Time se povećava prinos nanočestica škroba.
Molekula amilopektina
Neutralizacija gnojnice
Nakon procesa, reakcijska smjesa se neutralizira, npr. dodavanjem klorovodične ili sumporne kiseline nakon alkalne obrade.
Pranje škroba
Ispiranje vodom, kao što je protustrujno ispiranje u hidrociklonima, slijedi nakon neutralizacije kaše modificiranog škroba. U ovoj fazi, ultrazvuk pomaže u pranju i ispiranju pojedinačnih čestica škroba. Ultrazvučna kavitacija raspršuje aglomerate škrobnih granula i povećava prijenos mase na graničnom sloju između škrobnih granula i vodene faze.
Filtracija škroba i sušenje
Hielscher ultrazvučni uređaji koriste se procesima ultra-filtracije ili nano-filtracije, kao i naknadnog sušenja raspršivanjem.
Fizička modifikacija škroba (mehanička)
Fizička modifikacija škrobova ne uključuje upotrebu kemikalija. Ipak, ultrazvučna obrada rezultira promjenama u molekularnoj strukturi škroba praćene varijacijama u fizikalno-kemijskim svojstvima i funkcionalnosti. Snažne kavitacijske sile smicanja iskrivljuju kristalno područje u granulama škroba. Polimerni lanci u blizini kolapsirajućih mikromjehurića bivaju uhvaćeni u polje smicanja visokog gradijenta koje dovodi do kidanja makromolekularnih CC veza i stvaranja dugolančanih radikala. SEM slike soniciranih granula škroba pokazuju mehanička oštećenja, kao što su pukotine, udubljenja i udubljenja. To rezultira većom sposobnošću upijanja vode, većom moći bubrenja i povećanom topljivošću. Ovaj učinak je bolji za veće amplitude sonikacije. Stoga je sonikacija puno učinkovitija za modifikaciju škroba od sonikacije tipa kupke. Intenzivna ultrazvučna obrada pokazuje više poremećenih granula u usporedbi s prirodnim ili toplinski obrađenim škrobom.
Ultrazvučno OSA-esterificirani škrobovi
Ultrasonically OSA-esterified starches demonstrated higher degree of substitution (DS) and reaction efficiency (RE), coupled with minor yet beneficial morphological changes that may expand their functionality in food systems. Sonication enhances the reaction rate and efficiency without altering the starch’s molecular structure, thus preserving its desirable properties for food applications.
Ovi rezultati sugeriraju da bi ultrazvučno potpomognuta esterifikacija mogla predstavljati zelenu tehnologiju, nudeći energetski učinkovit pristup modificiranju škroba koji štedi vrijeme. Potencijal za povećanje esterifikacije potpomognute sonciacijom mogao bi revolucionirati proces modifikacije škrobova u prehrambenoj znanosti, usklađivanjem s ciljevima održive proizvodnje i širenjem primjene esterificiranih škrobova u industriji.
Pročitajte više o ultrazvučno esterificiranom OSA-škrobu!
SEM mikrofotografije za: (a) nesonificirano, (b) 20 min sonicirano, (c) 40 min. sonicirano, (d) 60 min ultrazvukom obrađene granule pšeničnog škroba.
Studija i slike: ©Majzoobi et al., 2015
Ultrasonication može značajno smanjiti početak želatinizacije temperature. Škrobni gelovi pripremljeni od ultrazvukom obrađenih škrobnih granula imaju veću tvrdoću i veće vrijednosti adhezivnosti i kohezivnosti u usporedbi s prirodnim škrobom. Adhezivnost, kohezivnost, elastičnost i gumastost značajno se povećavaju ultrazvučnom modifikacijom škroba.
Ultrasonication koristi mnogo manje unosa energije i stresnih uvjeta obrade od konvencionalnih postupaka modifikacije škroba. Hielscher ultrasonics isporučuje ultrazvučne reaktore velike snage za komercijalnu obradu.
Zatražite više informacija!
Ako ste znanstvenik koji radi na istraživanju modifikacije škroba, procesni inženjer koji pokušava poboljšati postojeće procese škroba, proizvodni inženjer koji formulira bolje ili nove proizvode, ili ako imate bilo kakav drugi interes za modifikaciju škroba: Kontaktirajte nas! Bit će nam drago razgovarati s vama o potencijalu i prednostima ultrazvučne obrade za modifikaciju škroba i primjenu škroba. Molimo ispunite donji obrazac!
Upotreba škroba
Modificirani škrob koristi se u širokom rasponu prehrambenih i neprehrambenih aplikacija. Oktenilsukcinati škroba su važan stabilizator emulzija ulje u vodi. U proizvodnji papira kationski škrobovi poboljšavaju čvrstoću u mokrom i suhom stanju, stabiliziraju emulzije i djeluju kao sredstva za povećanje veličine površine. Mnogi wet-end sustavi aditiva uključuju anorganske mikročestice (koloidni silicij, bentonit) i sintetičke polimere s modificiranim škrobom. Ostale upotrebe uključuju disperzije škrobnog lateksa ili granulirani škrob kao punilo za polimere.
Znanstveni članci o ultrazvučno potpomognutoj modifikaciji škroba
-
- S. Manchun, J. Nunthanid, S. Limmatvapirat i P. Sriamornsak (2012.): Učinak ultrazvučnog tretmana na fizička svojstva škroba tapioke, u: Advanced Materials Research Vol. 506 (2012) str. 294-297. [PDF]
- Anet Rezek Jambrak, Zoran Herceg, Drago Šubarić, Jurislav Babić, Mladen Brnčić, Suzana Rimac Brnčić, Tomislav Bosiljkov, Domagoj Cvek, Branko Tripalo, Jurica Gelo (2010): Učinak ultrazvuka na fizikalna svojstva kukuruznog škroba, u: Carbohydrate Polymers 79 ( 2010) 91–100.
- Herceg IL, Jambrak AR, Šubarić D., Brnčić M., Brnčić SR, Badanjak M., Tripalo B., Ježek D., Novotni D., Herceg Z. (2010): Texture and pasting properties of ultrasonically treated corn starch, u: Czech J. Food Sci., 28: 83–93. [PDF]
- D. Knorr, BIO Ade-Omowaye i V. Heinz (2002.): Nutritivno poboljšanje biljne hrane netermalnom obradom, u: Proceedings of the Nutrition Society (2002.), 61, 311–318. [PDF]
Često postavljana pitanja
Što su prirodni izvori škroba?
Škrob dolazi iz različitih prirodnih izvora, kao što su: kukuruz, voštani kukuruz, visokoamilozni kukuruz, tapioka, krumpir, pšenica, riža, voštana riža, grašak (glatki grašak, naborani grašak), sago, zob, ječam, raž, amarant, slatki krumpir, zob, žitarice, kravlji plodovi, kvinoja, leća, morski grah, sirak, arrowroot ili kasava.
Što je modificirani škrob?
Modificirani škrob je škrob koji je fizički, enzimatski ili kemijski promijenjen kako bi se poboljšala njegova učinkovitost u prehrambenoj i industrijskoj primjeni. Ove modifikacije poboljšavaju svojstva kao što su topljivost, viskoznost, geliranje i stabilnost u različitim uvjetima, poput topline ili kiselog okruženja. Obično dobiveni iz prirodnih izvora poput kukuruza, krumpira i tapioke, modificirani škrobovi se koriste kao zgušnjivači, stabilizatori i emulgatori za poboljšanje teksture i roka trajanja u prerađenoj hrani, lijekovima i drugim proizvodima.
Koja je razlika između modificiranog škroba i OSA-škroba?
Modificirani škrob odnosi se na škrob koji je promijenjen na različite načine – fizički, enzimski ili kemijski – kako bi se poboljšala njegova funkcionalna svojstva, poput zgušnjavanja, želiranja ili stabilizacije u različitim uvjetima. Ove izmjene ga čine prikladnim za različite primjene u hrani, farmaceutskim i industrijskim proizvodima.
OSA-škrob ili oktenil sukcinitni anhidrid škrob je specifična vrsta kemijski modificiranog škroba koji nastaje spajanjem oktenil sukcininskih anhidridnih skupina na molekulu škroba. Ova modifikacija daje jedinstvena svojstva emulgiranja, čineći OSA-škrob posebno učinkovitim u stabilizaciji emulzija ulja u vodi. Dok modificirani škrob općenito poboljšava osnovna svojstva poput viskoznosti ili stabilnosti, OSA-škrob je posebno prilagođen za pružanje sposobnosti emulgiranja, što ga čini popularnim u proizvodima kao što su preljevi za salate, umaci i pića gdje su stabilne emulzije bitne. Pročitajte više o ultrazvučno esterificiranom OSA škrobu!