デンプン顆粒スラリーの超音波改質
でんぷんは、ジャガイモ、トウモロコシ、トウモロコシなどの天然の供給源から簡単に抽出できます。デンプンの改質は、物理的および化学的特性を改善するために必要です。ヒールシャー超音波反応器は、食品および非食品産業での使用のためのより良い機能特性につながるデンプンの物理的、化学的、および酵素的修飾を促進します。
ほとんどの商用アプリケーションでは、でんぷんは、その肯定的な属性を強化するため、または欠陥を最小限に抑えるために、化学的または物理的に修飾する必要があります。超音波処理は、デンプンの物理的、化学的、および酵素的修飾のための非常に効果的な手段です。ヒールシャー超音波装置は、非常に強い超音波をデンプンスラリーに転写します。結果として生じる超音波キャビテーションは、以下を促進します。
- 解凝集と分散
- 機械の劣化と混乱
- 顆粒の浸透と膨潤
- 物質移動
- ラジカルフォーメーション
- 化学反応性
- 暖房
デンプンの化学修飾
デンプン顆粒中の液体入口のためのより高い施設に関連する顆粒の超音波キャビテーション破壊は、エステル化、エーテル化、ヒドロキシプロピル化または酸化およびデンプンポリマーの酸修飾のための反応速度論の改善をもたらす。ヒールシャー超音波反応器は、連続インライン処理用に設計されています。反応速度が高いほど、反応ケトルの容量が増加します。
アルカリ性デンプン変性
多くの市販のデンプン誘導体の製造では、反応性の有機試薬を水性デンプンスラリーに添加しながら、アルカリ度と温度を制御しながら添加します。デンプンのエステル化は、一般にpH 7〜9で行われます。11〜12のpHは、デンプンのエーテル化に一般的に使用されます。一般的なプロセス温度は約60°Cです。 超音波処理を行わないと、市販のデンプンの置換度はしばしば0.2未満です。超音波処理は置換を助け、その結果、より冷水溶性デンプンが得られます。
酸性デンプン変性
粒状デンプンスラリーと希塩酸または硫酸を40〜60°Cで反応させると、流動性デンプンまたは薄化デンプンが得られます。これらの部分的に解重合されたデンプンは、粘度の発生が少ない製品を生成します。デンプンオクテニルコハク酸エステルは、カプセル化された製品の噴霧乾燥中により高い固形分を使用できるように、部分的に解重合されています。マイルド酸加水分解中の超音波処理は、加水分解中に形成されるナノ粒子凝集体を解離させることができる。これにより、デンプンナノ粒子の収率が増加します。
アミロペクチン分子
スラリー中和
プロセス後、反応スラリーは、例えばアルカリ処理後に塩酸または硫酸を添加することによって中和されます。
でんぷん洗浄
ハイドロサイクロンでの向流洗浄などの水洗浄は、加工デンプンスラリーの中和に続きます。この段階では、超音波処理は個々のデンプン粒子の洗浄およびすすぎを助ける。超音波キャビテーションは、デンプン顆粒凝集物を分散させ、デンプン顆粒と水相との間の境界層での物質移動を増加させる。
でんぷんのろ過と乾燥
ヒールシャー超音波装置は、限外濾過またはナノ濾過プロセス、ならびにその後の噴霧乾燥に使用されます。
デンプンの物理的修飾(機械的)
デンプンの物理的修飾は、化学物質の使用を伴わない。それでも、超音波処理はデンプン分子構造の変化をもたらし、続いて物理化学的性質および機能性の変化をもたらす。激しいキャビテーションせん断力は、デンプン顆粒の結晶領域を歪めます。崩壊するマイクロバブルの近くのポリマー鎖は、高勾配のせん断場に捕らえられ、高分子のC-C結合の切断と長鎖ラジカルの形成につながります。超音波処理デンプン顆粒のSEM画像は、亀裂、くぼみ、孔食などの機械的損傷を示しています。これにより、吸水能力が高くなり、膨潤力が高くなり、溶解性が向上します。この効果は、より高い超音波処理振幅に適しています。したがって、プローブ超音波処理は、浴型超音波処理よりもデンプン改質にはるかに効果的です。激しい超音波処理は、天然または熱処理されたデンプンと比較した場合、より多くの破壊された顆粒を示します。
超音波OSAエステル化デンプン
超音波的にOSAエステル化デンプンは、食品システムにおけるそれらの機能を拡大する可能性のある軽微でありながら有益な形態学的変化と相まって、より高い置換度(DS)および反応効率(RE)を示した。超音波処理は、デンプンの分子構造を変えることなく反応速度と効率を高め、したがって、食品用途のための望ましい特性を維持します。
これらの結果は、超音波支援エステル化がグリーンテクノロジーを表し、デンプン改質のためのエネルギー効率が高く、時間を節約するアプローチを提供できることを示唆しています。ソニケーション支援エステル化のスケーリングの可能性は、食品科学におけるデンプンの修飾プロセスに革命をもたらし、持続可能な生産目標に合致し、業界でのエステル化デンプンの用途を拡大する可能性があります。
(a)超音波処理されていない、(b)20分間超音波処理、(c)40分間超音波処理、(d)60分間超音波処理された小麦デンプン顆粒のSEM顕微鏡写真。
研究と画像:©Majzoobi et al., 2015
超音波処理は、糊化温度の始まりを大幅に下げることができます。超音波処理されたデンプン顆粒から調製されたデンプンゲルは、天然デンプンと比較して、より高い硬度およびより高い接着性および凝集性を示す。接着性、凝集性、弾力性、およびグミ性は、デンプンの超音波改質により大幅に増加します。
超音波処理は、従来のデンプン改質手順よりもはるかに少ないエネルギー入力とストレスの多い処理条件を使用します。ヒールシャー超音波は、商業処理用の高出力超音波反応器を供給しています。
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でんぷんの使用
加工デンプンは、食品および非食品の幅広い用途で使用されています。デンプンオクテニルコハク酸エステルは、水中油型エマルジョンの重要な安定剤です。製紙では、カチオン性デンプンは湿潤強度と乾燥強度を向上させ、エマルジョンを安定させ、表面サイジング剤として機能します。多くのウェットエンド添加剤システムには、無機微粒子(コロイド状シリカ、ベントナイト)と加工デンプンを含む合成ポリマーが組み込まれています。他の用途には、ポリマーの充填剤としてのデンプンラテックス分散液または粒状デンプンが含まれます。
超音波支援デンプン改質に関する科学論文
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- S. Manchun、J. Nunthanid、S. LimmatvapiratおよびP.Sriamornsak(2012):タピオカデンプンの物理的特性に対する超音波処理の影響、Advanced Materials Research Vol. 506(2012)pp 294-297。 [PDFファイル]
- Anet Rezek Jambrak、Zoran Herceg、Drago Šubaric、Jurislav Babic、Mladen Brncic、Suzana Rimac Brncic、Tomislav Bosiljkov、Domagoj Cvek、Branko Tripalo、Jurica Gelo(2010):コーンスターチの物理的特性に対する超音波効果、炭水化物ポリマー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):超音波処理コーンスターチのテクスチャーと貼り付け特性、チェコJ.フードサイエンス、28:83-93。 [PDFファイル]
- D. Knorr、BIO Ade-OmowayeおよびV. Heinz(2002):非熱処理による植物性食品の栄養改善、in:Proceedings of the Nutrition Society(2002)、61、311-318。 [PDFファイル]
よくある質問
ネイティブデンプンソースとは何ですか?
でんぷんは、トウモロコシ、モキシートウモロコシ、高アミローストウモロコシ、タピオカ、ジャガイモ、小麦、米、ワチ米、エンドウ豆(スムースピー、しわのあるエンドウ豆)サゴ、オート麦、大麦、ライ麦、アマランサス、サツマイモ、オート麦、シリアル、コックル、キノア、レンズ豆、白インゲン、ソルガム、クズウコン、キャッサバなど、さまざまな天然の供給源から来ています。
加工デンプンとは?
加工デンプンは、食品および工業用途での性能を向上させるために、物理的、酵素的、または化学的に変化したデンプンです。これらの修飾により、熱環境や酸性環境などのさまざまな条件下での溶解度、粘度、ゲル化、安定性などの特性が向上します。一般的にトウモロコシ、ジャガイモ、タピオカなどの天然資源に由来する加工デンプンは、加工食品、医薬品、その他の製品の食感と貯蔵寿命を改善するための増粘剤、安定剤、乳化剤として使用されます。
加工澱粉とOSA-澱粉の違いは何ですか?
加工デンプンとは、物理的、酵素的、化学的にさまざまな方法で変更され、増粘、ゲル化、さまざまな条件下での安定化などの機能特性が改善されたデンプンを指します。これらの変更により、食品、医薬品、工業製品のさまざまな用途に適しています。
OSAデンプン、または無水オクテニルコハク酸デンプンは、デンプン分子に無水オクテニルコハク酸基を付着させることによって作成される化学修飾デンプンの特定のタイプです。この修飾は、OSAデンプンを水中油型エマルジョンの安定化に特に効果的にする、独自の乳化特性を付与する。加工デンプンは一般的に粘度や安定性などの基本的な特性を高めますが、OSA-デンプンは乳化能力を提供するように特別に調整されているため、安定したエマルジョンが不可欠なサラダドレッシング、ソース、飲料などの製品で人気があります。 についてもっと読む 超音波エステル化OSAデンプン!