A keményítő granulátumok szuszpenzióinak ultrahangos módosítása
A keményítő könnyen kivonható natív forrásokból, például burgonyából, kukoricából vagy kukoricából. A keményítő módosítása szükséges a fizikai és kémiai tulajdonságok javításához. A Hielscher ultrahangos reaktorok elősegítik a keményítő fizikai, kémiai és enzimatikus módosítását, ami jobb funkcionális tulajdonságokat eredményez az élelmiszer- és nem élelmiszeripari iparágakban való felhasználáshoz.
A legtöbb kereskedelmi alkalmazásban a keményítőket kémiailag vagy fizikailag módosítani kell, hogy javítsák pozitív tulajdonságaikat vagy minimalizálják hibáikat. Az ultrahangos kezelés rendkívül hatékony eszköz a keményítők fizikai, kémiai és enzimatikus módosítására. A Hielscher ultrahangos készülékek rendkívül intenzív ultrahangos hullámokat adnak át keményítőszuszpenziókba. A kapott ultrahangos kavitáció elősegíti:
- deagglomeráció és diszperzió
- mechanikai lebomlás és zavar
- granulátum behatolás és duzzanat
- tömeges transzfer
- radikális képződés
- kémiai reakciókészség
- fűtés
A keményítő kémiai módosítása
A granulátum ultrahangos kavitációs zavara, amely a keményítő granulátumba való bejutás magasabb lehetőségével jár, javítja a keményítőpolimerek észterezésének, éterezésének, hidroxipropilálásának vagy oxidációjának és savas módosításának reakciókinetikáját. A Hielscher ultrahangos reaktorokat folyamatos inline feldolgozásra tervezték. A nagyobb reakciósebesség növeli a vízforraló kapacitását.
Lúgos keményítő módosítása
Számos kereskedelmi keményítőszármazék előállításához reaktív, szerves reagenseket adnak a vizes keményítőszuszpenziókhoz, miközben szabályozzák a lúgosságot és a hőmérsékletet. A keményítők észterezését általában pH 7 és 9 között végezzük. A keményítők éterezéséhez általában 11 és 12 közötti pH-értéket használnak. A tipikus folyamathőmérséklet körülbelül 60 °C. Szonikálás nélkül a kereskedelmi keményítők helyettesítésének mértéke gyakran kevesebb, mint 0,2. Az ultrahangos kezelés segíti a helyettesítést, ami hideg-vízben oldódó keményítőt eredményez.
Savas keményítő módosítása
A szemcsés keményítőszuszpenzió hígított sósavval vagy kénsavval 40–60 °C-on történő reakciója folyékonysági keményítőt vagy hígított keményítőt eredményez. Ezek a részlegesen depolimerizált keményítők olyan termékeket állítanak elő, amelyek kevesebb viszkozitást eredményeznek. A keményítő-oktenil-szukcinátokat részben depolimerizálják, hogy a kapszulázott termékek porlasztva szárítása során magasabb szilárdanyag-tartalmat lehessen használni. Az enyhe savas hidrolízis során végzett ultrahangos kezelés disszociálhatja a hidrolízis során keletkező nanorészecske aggregátumokat. Ez növeli a keményítő nanorészecskék hozamát.
Amilopektin molekula
Hígtrágya semlegesítés
Az eljárás után a reakciós szuszpenziót semlegesítik, pl. lúgos feldolgozás után sósav vagy kénsav hozzáadásával.
Keményítő mosás
A vizes mosás, mint például a hidrociklonok ellenáramú mosása, a módosított keményítő-szuszpenziók semlegesítését követi. Ebben a szakaszban az ultrahangos kezelés segíti az egyes keményítőrészecskék mosását és öblítését. Az ultrahangos kavitáció diszpergálja a keményítő granulátum agglomerátumokat és növeli a tömegátadást a keményítő granulátumok és a vizes fázis közötti határrétegben.
Keményítőszűrés és szárítás
A Hielscher ultrahangos készülékeket ultraszűrési vagy nanoszűrési eljárások, valamint az azt követő permetezéses szárítás során alkalmazzák.
A keményítő fizikai módosítása (mechanikai)
A keményítők fizikai módosítása nem jár vegyi anyagok használatával. Mégis, ultrahangos kezelés eredménye változások a keményítő molekuláris szerkezete, majd változások fizikai-kémiai tulajdonságok és funkcionalitás. Az erőszakos kavitációs nyíróerők torzítják a kristályos régiót a keményítőszemcsékben. Az összeomló mikrobuborékok közelében lévő polimer láncok nagy gradiens nyírómezőbe kerülnek, ami a makromolekuláris C-C kötések töréséhez és hosszú láncgyökök kialakulásához vezet. Az ultrahangos keményítőszemcsék SEM képei mechanikai sérüléseket mutatnak, például repedéseket, mélyedéseket és gödröket. Ez nagyobb vízfelvevő kapacitást, nagyobb duzzadási erőt és jobb oldhatóságot eredményez. Ez a hatás jobb a magasabb szonikációs amplitúdók esetén. Ezért a szonda szonda szonikálása sokkal hatékonyabb a keményítő módosításához, mint a fürdő típusú szonikálás. Az intenzív ultrahangos feldolgozás több megzavart granulátumot mutat a natív vagy hőkezelt keményítőhöz képest.
Ultrahanggal OSA-észterezett keményítők
Az ultrahanggal OSA-észterezett keményítők magasabb fokú szubsztitúciót (DS) és reakcióhatékonyságot (RE) mutattak, párosulva kisebb, de előnyös morfológiai változásokkal, amelyek bővíthetik funkcionalitásukat az élelmiszerrendszerekben. A szonikálás növeli a reakciósebességet és a hatékonyságot anélkül, hogy megváltoztatná a keményítő molekuláris szerkezetét, ezáltal megőrizve kívánatos tulajdonságait az élelmiszeripari alkalmazásokhoz.
Ezek az eredmények azt sugallják, hogy az ultrahanggal segített észterezés zöld technológiát képviselhet, amely energiahatékony, időtakarékos megközelítést kínál a keményítő módosításához. A szonciációval segített észterezés skálázásának lehetősége forradalmasíthatja a keményítők módosítási folyamatát az élelmiszertudományban, összehangolva a fenntartható termelési célokkal és kiszélesítve az észterezett keményítők alkalmazását az iparban.
További információ ultrahanggal észterezett OSA-keményítő!
SEM mikrográfok: (a) szonikálatlan, (b) 20 perc szonikált, (c) 40 perc. szonikált, (d) 60 perces ultrahangos búzakeményítő granulátumok.
Tanulmány és képek: ©Majzoobi et al., 2015
Az ultrahangos kezelés jelentősen csökkentheti a zselatinizációs hőmérséklet kezdetét. Az ultrahangos keményítőszemcsékből előállított keményítőgélek nagyobb keménységet és magasabb tapadási és kohéziós értékeket mutatnak a natív keményítőhöz képest. A ragasztóképesség, a kohézió, a rugósság és a nyúlósság jelentősen megnő a keményítő ultrahangos módosításával.
Az ultrahangos kezelés sokkal kevesebb energiabevitelt és stresszes feldolgozási körülményeket használ, mint a hagyományos keményítőmódosítási eljárások. A Hielscher ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos reaktorokat szállít kereskedelmi feldolgozásra.
Kérjen további információt!
Ha Ön keményítőmódosítási kutatással foglalkozó tudós, meglévő keményítőfolyamatokat javítani próbáló folyamatmérnök, jobb vagy új termékeket készítő termékmérnök, vagy bármilyen más érdeklődése van a keményítő módosítása iránt: Vegye fel velünk a kapcsolatot! Örömmel megvitatjuk Önnel az ultrahangos kezelés lehetőségeit és előnyeit a keményítő módosításához és alkalmazásához. Kérjük, töltse ki az alábbi űrlapot!
Keményítő használata
A módosított keményítőt széles körben használják élelmiszeripari és nem élelmiszeripari alkalmazásokban. A keményítő-oktenil-szukcinátok az olaj-vízben emulziók fontos stabilizátorai. A papírgyártásban a kationos keményítők javítják a nedves és száraz szilárdságot, stabilizálják az emulziókat és felületi méretezőszerként működnek. Számos nedves végű adalékanyag-rendszer szervetlen mikrorészecskéket (kolloid szilícium-dioxidot, bentonitot) és módosított keményítővel rendelkező szintetikus polimereket tartalmaz. Egyéb felhasználások közé tartozik a keményítő, a latex diszperziók vagy a szemcsés keményítő polimerek töltőanyagaként.
Tudományos cikkek az ultrahanggal segített keményítő módosításáról
-
- S. Manchun, J. Nunthanid, S. Limmatvapirat és P.Sriamornsak (2012): Az ultrahangos kezelés hatása a tápióka keményítő fizikai tulajdonságaira, 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): Ultrahanghatás a kukoricakeményítő fizikai tulajdonságaira, in: Szénhidrát polimerek 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): Az ultrahanggal kezelt kukoricakeményítő textúrája és beillesztési tulajdonságai, in: Czech J. Food Sci., 28: 83–93. [PDF]
- D. Knorr, B. I. O. Ade-Omowaye és V. Heinz (2002): A növényi élelmiszerek táplálkozási javítása nem termikus feldolgozással, in: Proceedings of the Nutrition Society (2002), 61, 311–318. [PDF]
Gyakran Ismételt Kérdések
Mik azok a natív keményítőforrások?
A keményítő különböző natív forrásokból származik, mint például: kukorica, viaszos kukorica, magas amilóztartalmú kukorica, tápióka, burgonya, búza, rizs, viaszos rizs, borsó (sima borsó, ráncos borsó) szágó, zab, árpa, rozs, amaránt, édesburgonya, zab, gabonafélék, tehénkagyló, quinoa, lencse, tengerészbab, cirok, nyílgyökér vagy manióka.
Mi az a módosított keményítő?
A módosított keményítő olyan keményítő, amelyet fizikailag, enzimatikusan vagy kémiailag módosítottak, hogy javítsák teljesítményét az élelmiszer- és ipari alkalmazásokban. Ezek a módosítások javítják az olyan tulajdonságokat, mint az oldhatóság, viszkozitás, gélesedés és stabilitás különböző körülmények között, például hő vagy savas környezetben. Általában természetes forrásokból, például kukoricából, burgonyából és tápiókából származó módosított keményítőket használnak sűrítőszerként, stabilizátorként és emulgeálószerként a feldolgozott élelmiszerek, gyógyszerek és egyéb termékek textúrájának és eltarthatóságának javítására.
Mi a különbség a módosított keményítő és az OSA-keményítő között?
A módosított keményítő olyan keményítőre utal, amelyet különböző módon - fizikailag, enzimatikusan vagy kémiailag - megváltoztattak funkcionális tulajdonságainak javítása érdekében, például sűrítés, zselésedés vagy stabilizálás különböző körülmények között. Ezek a módosítások alkalmassá teszik az élelmiszerek, gyógyszerek és ipari termékek változatos alkalmazásaira.
Az OSA-keményítő vagy az oktenil-borostyánkősav-anhidrid keményítő a kémiailag módosított keményítő egy speciális típusa, amelyet úgy hoznak létre, hogy oktenil-borostyánkősav-anhidrid csoportokat kötnek a keményítőmolekulához. Ez a módosítás egyedülálló emulgeáló tulajdonságokat biztosít, így az OSA-keményítő különösen hatékony az olaj-víz emulziók stabilizálásában. Míg a módosított keményítő általában javítja az alapvető tulajdonságokat, például a viszkozitást vagy a stabilitást, az OSA-keményítőt kifejezetten úgy alakították ki, hogy emulgeálási képességeket biztosítson, így népszerű olyan termékekben, mint a salátaöntetek, szószok és italok, ahol a stabil emulziók elengedhetetlenek. További információ ultrahanggal észterezett OSA keményítő!