Modifikasi Ultrasonik pada Sluri Granula Pati
Pati mudah diekstraksi dari sumber alami, seperti kentang atau jagung. Modifikasi pati diperlukan untuk meningkatkan sifat fisik dan kimianya. Reaktor ultrasonik Hielscher mendorong modifikasi pati secara fisik, kimia, dan enzimatis yang menghasilkan sifat fungsional yang lebih baik untuk digunakan dalam industri pangan dan nonpangan.
Untuk sebagian besar aplikasi komersial, pati harus dimodifikasi secara kimia atau fisik untuk meningkatkan sifat positifnya atau meminimalkan kekurangannya. Ultrasonikasi merupakan cara yang sangat efektif untuk memodifikasi pati secara fisik, kimia, dan enzimatis. Perangkat ultrasonik Hielscher mentransfer gelombang ultrasonik berintensitas sangat tinggi ke dalam sluri pati. Kavitasi ultrasonik yang dihasilkan mendorong:
- deaglomerasi dan dispersi
- degradasi dan disrupsi mekanis
- penetrasi dan pembengkakan granula
- perpindahan massa
- pembentukan radikal
- reaktivitas kimia
- pemanasan
Modifikasi Kimia Pati
Disrupsi granula akibat kavitasi ultrasonik, yang disertai dengan semakin mudahnya cairan masuk ke dalam granula pati, meningkatkan kinetika reaksi esterifikasi, eterifikasi, hidroksipropilasi, atau oksidasi dan modifikasi asam pada polimer pati. Reaktor ultrasonik Hielscher dirancang untuk pemrosesan kontinu dalam jalur proses. Laju reaksi yang lebih tinggi meningkatkan kapasitas bejana reaksi.
Modifikasi Pati dalam Kondisi Basa
Untuk memproduksi berbagai turunan pati komersial, reagen organik yang reaktif ditambahkan ke dalam sluri pati berbasis air sambil mengendalikan alkalinitas dan suhu. Esterifikasi pati umumnya dilakukan pada pH 7 hingga 9. pH 11 hingga 12 lazim digunakan untuk eterifikasi pati. Suhu proses yang umum adalah sekitar 60°C. Tanpa sonikasi, derajat substitusi pati komersial sering kali kurang dari 0,2. Ultrasonikasi membantu substitusi sehingga menghasilkan pati yang lebih mudah larut dalam air dingin.
Modifikasi Pati dalam Kondisi Asam
Reaksi sluri granula pati dengan asam klorida atau asam sulfat encer pada suhu 40 hingga 60°C menghasilkan pati berfluiditas tinggi atau pati yang diencerkan viskositasnya. Pati yang terdepolimerisasi sebagian ini menghasilkan produk dengan viskositas lebih rendah. Oktenilsuksinat pati didepolimerisasi sebagian agar kandungan padatan yang lebih tinggi dapat digunakan selama pengeringan semprot produk terenkapsulasi. Ultrasonikasi selama hidrolisis asam ringan dapat memisahkan agregat nanopartikel yang terbentuk selama hidrolisis. Hal ini meningkatkan rendemen nanopartikel pati.
Molekul Amilopektin
Netralisasi Sluri
Setelah proses, sluri reaksi dinetralkan, misalnya dengan menambahkan asam klorida atau asam sulfat setelah pemrosesan dalam kondisi basa.
Pencucian Pati
Pencucian dengan air, seperti pencucian arus berlawanan dalam hidrosiklon, dilakukan setelah netralisasi sluri pati termodifikasi. Pada tahap ini, ultrasonikasi membantu pencucian dan pembilasan masing-masing partikel pati. Kavitasi ultrasonik mendispersikan aglomerat granula pati dan meningkatkan perpindahan massa pada lapisan batas antara granula pati dan fase air.
Filtrasi dan Pengeringan Pati
Perangkat ultrasonik Hielscher digunakan dalam proses ultrafiltrasi atau nanofiltrasi serta pengeringan semprot setelahnya.
Modifikasi Fisik Pati (Mekanis)
Modifikasi fisik pati tidak melibatkan penggunaan bahan kimia. Namun, ultrasonikasi menghasilkan perubahan struktur molekul pati yang diikuti oleh perubahan sifat fisikokimia dan fungsionalitasnya. Gaya geser kavitasi yang kuat mendistorsi daerah kristalin dalam granula pati. Rantai polimer di dekat gelembung mikro yang runtuh terperangkap dalam medan geser bergradien tinggi yang menyebabkan putusnya ikatan C-C makromolekul dan pembentukan radikal rantai panjang. Citra SEM granula pati yang disonikasi menunjukkan kerusakan mekanis, seperti retakan, cekungan, dan lubang-lubang kecil. Hal ini menghasilkan kapasitas penyerapan air yang lebih tinggi, daya pembengkakan yang lebih tinggi, dan peningkatan kelarutan. Efek ini lebih baik pada amplitudo sonikasi yang lebih tinggi. Oleh karena itu, sonikasi dengan probe jauh lebih efektif untuk modifikasi pati dibandingkan sonikasi tipe bak. Pemrosesan ultrasonik intensif menunjukkan lebih banyak granula yang mengalami disrupsi dibandingkan dengan pati alami atau pati yang diberi perlakuan panas.
Pati yang Diesterifikasi dengan OSA secara Ultrasonik
Pati yang diesterifikasi dengan OSA secara ultrasonik menunjukkan derajat substitusi (DS) dan efisiensi reaksi (RE) yang lebih tinggi, disertai perubahan morfologi kecil tetapi bermanfaat yang dapat memperluas fungsionalitasnya dalam sistem pangan. Sonikasi meningkatkan laju dan efisiensi reaksi tanpa mengubah struktur molekul pati, sehingga mempertahankan sifat-sifatnya yang diinginkan untuk aplikasi pangan.
Hasil ini menunjukkan bahwa esterifikasi berbantuan ultrasonik dapat menjadi teknologi ramah lingkungan yang menawarkan pendekatan hemat energi dan hemat waktu untuk modifikasi pati. Potensi peningkatan skala esterifikasi berbantuan sonikasi dapat merevolusi proses modifikasi pati dalam ilmu pangan, selaras dengan tujuan produksi berkelanjutan dan memperluas aplikasi pati teresterifikasi dalam industri.
Baca selengkapnya tentang pati OSA yang diesterifikasi secara ultrasonik!
Mikrograf SEM granula pati gandum: (a) tanpa sonikasi, (b) disonikasi selama 20min, (c) disonikasi selama 40min., (d) disonikasi selama 60min.
Penelitian dan gambar: ©Majzoobi et al., 2015
Ultrasonikasi dapat menurunkan suhu awal gelatinisasi secara signifikan. Gel pati yang dibuat dari granula pati yang disonikasi memiliki kekerasan yang lebih tinggi serta nilai adhesivitas dan kohesivitas yang lebih tinggi dibandingkan dengan pati alami. Adhesivitas, kohesivitas, elastisitas, dan kegumian meningkat secara signifikan dengan modifikasi ultrasonik pati.
Ultrasonikasi menggunakan masukan energi yang jauh lebih rendah dan kondisi pemrosesan yang jauh lebih ringan dibandingkan prosedur modifikasi pati konvensional. Hielscher Ultrasonics menyediakan reaktor ultrasonik berdaya tinggi untuk pemrosesan komersial.
Minta Informasi Lebih Lanjut!
Jika Anda seorang ilmuwan yang meneliti modifikasi pati, insinyur proses yang berupaya meningkatkan proses pati yang ada, insinyur produk yang merumuskan produk yang lebih baik atau baru, atau memiliki minat lain dalam modifikasi pati: Hubungi kami! Kami akan dengan senang hati berdiskusi dengan Anda mengenai potensi dan manfaat ultrasonikasi untuk modifikasi dan aplikasi pati. Silakan isi formulir di bawah ini!
Penggunaan Pati
Pati termodifikasi digunakan dalam berbagai aplikasi pangan dan nonpangan. Oktenilsuksinat pati merupakan penstabil penting untuk emulsi minyak dalam air. Dalam pembuatan kertas, pati kationik meningkatkan kekuatan basah dan kering, menstabilkan emulsi, serta bertindak sebagai bahan pendarihan permukaan. Banyak sistem aditif pada bagian basah proses pembuatan kertas menggabungkan mikropartikel anorganik (silika koloid, bentonit) dan polimer sintetis dengan pati termodifikasi. Penggunaan lainnya mencakup dispersi lateks pati atau pati granular sebagai bahan pengisi untuk polimer.
Artikel Ilmiah tentang Modifikasi Pati Berbantuan Ultrasonik
-
- S. Manchun, J. Nunthanid, S. Limmatvapirat and 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 and V. Heinz (2002): Nutritional improvement of plant foods by non-thermal processing, in: Proceedings of the Nutrition Society (2002), 61, 311–318. [PDF]
Pertanyaan yang Sering Diajukan
Apa Saja Sumber Pati Alami?
Pati berasal dari berbagai sumber alami, seperti: jagung, jagung ketan, jagung beramilosa tinggi, tapioka, kentang, gandum, beras, beras ketan, kacang ercis (ercis berbiji halus, ercis berbiji keriput), sagu, oat, jelai, gandum hitam, amaran, ubi jalar, oat, serealia, cow cockle, quinoa, lentil, kacang navy, sorgum, garut, atau singkong.
Apa Itu Pati Termodifikasi?
Pati termodifikasi adalah pati yang telah diubah secara fisik, enzimatis, atau kimia untuk meningkatkan kinerjanya dalam aplikasi pangan dan industri. Modifikasi ini meningkatkan sifat-sifat seperti kelarutan, viskositas, pembentukan gel, dan stabilitas dalam berbagai kondisi, seperti panas atau lingkungan asam. Umumnya berasal dari sumber alami seperti jagung, kentang, dan tapioka, pati termodifikasi digunakan sebagai pengental, penstabil, dan pengemulsi untuk meningkatkan tekstur dan masa simpan pangan olahan, produk farmasi, serta produk lainnya.
Apa Perbedaan antara Pati Termodifikasi dan Pati OSA?
Pati termodifikasi mengacu pada pati yang telah diubah dengan berbagai cara – secara fisik, enzimatis, atau kimia – untuk meningkatkan sifat fungsionalnya, seperti pengentalan, pembentukan gel, atau stabilisasi dalam berbagai kondisi. Modifikasi ini membuatnya sesuai untuk beragam aplikasi dalam pangan, produk farmasi, dan produk industri.
Pati OSA, atau pati anhidrida oktenil suksinat, adalah jenis khusus pati termodifikasi secara kimia yang dibuat dengan melekatkan gugus anhidrida oktenil suksinat pada molekul pati. Modifikasi ini memberikan sifat pengemulsi yang unik, sehingga pati OSA sangat efektif dalam menstabilkan emulsi minyak dalam air. Sementara pati termodifikasi umumnya meningkatkan sifat dasar seperti viskositas atau stabilitas, pati OSA dirancang khusus untuk memberikan kemampuan emulsifikasi, sehingga populer dalam produk seperti saus salad, saus, dan minuman yang memerlukan emulsi stabil. Baca selengkapnya tentang pati OSA yang diesterifikasi secara ultrasonik!