澱粉顆粒スラリーの超音波改質

スラリーの中和

処理後、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る。

でんぷん洗濯

ハイドロサイクロンでの向流洗浄などの水洗浄が、改質デンプンスラリーの中和に続く。この段階で、超音波洗浄が個々のデンプン粒子の洗浄とすすぎを補助する。超音波キャビテーションは澱粉顆粒凝集体を分散させ、澱粉顆粒と水相との境界層における物質移動を増加させる。

澱粉の濾過と乾燥

Hielscher社の超音波装置は、限外濾過またはナノ濾過プロセス、およびその後の噴霧乾燥に使用されます。

澱粉の物理的改質（機械的）

澱粉の物理的改質は化学薬品を使用しない。しかし、超音波処理によってデンプンの分子構造に変化が生じ、物理化学的特性や機能性が変化する。激しいキャビテーションせん断力により、デンプン顆粒の結晶領域が歪む。崩壊するマイクロバブル近傍のポリマー鎖は、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る高勾配せん断場に巻き込まれる。超音波処理したデンプン顆粒のSEM写真には、亀裂、窪み、孔食などの機械的損傷が見られる。その結果、より高い吸水能力、より高い膨潤力、より高い溶解度が得られる。この効果は超音波処理の振幅が大きいほど良くなる。したがって、プローブ超音波処理は、浴式超音波処理よりもデンプンの改質にはるかに効果的である。強い超音波処理は、生デンプンや熱処理デンプンと比較して、より破壊された顆粒を示す。

超音波OSAエステル化澱粉

超音波OSAエステル化デンプンは、より高い置換度（DS）と反応効率（RE）を示し、食品システムにおける機能性を拡大する可能性のある、わずかではあるが有益な形態学的変化も併せて示した。超音波処理により、でんぷんの分子構造を変化させることなく反応速度と反応効率が向上し、食品用途に望ましい特性が維持された。
これらの結果は、超音波アシストエステル化が、エネルギー効率に優れ、時間を節約できる澱粉改質のためのグリーンテクノロジーであることを示唆している。超音波アシストエステル化のスケールアップの可能性は、食品科学における澱粉の改質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、業界におけるエステル化澱粉の用途を広げる可能性がある。

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SEM顕微鏡写真：(a)未混和、(b)20分間超音波処理、(c)40分間超音波処理、(d)60分間超音波処理した小麦デンプン顆粒。
研究および画像：©Majzoobi et al, 2015

超音波処理により、ゲル化開始温度を著しく下げることができる。超音波処理された澱粉顆粒から調製された澱粉ゲルは、本来の澱粉と比較して高い硬度、高い粘着性と凝集性を示す。粘着性、凝集性、バネ性およびガム質は、澱粉の超音波改質により著しく増加する。

超音波処理では、従来の澱粉改質手順よりもはるかに少ないエネルギー投入とストレスのかかる処理条件を使用します。Hielscher Ultrasonics社は、商業加工用の高出力超音波リアクターを供給しています。

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澱粉の使用

変性でんぷんは、食品および非食品用途に幅広く使用されている。でんぷんオクテニルコハク酸エステルは、水中油型エマルションの重要な安定剤である。製紙分野では、カチオン化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化させ、表面サイズ剤として作用する。ウェットエンド添加剤の多くは、無機微粒子（コロイダルシリカ、ベントナイト）や合成ポリマーと変性デンプンを組み合わせたものです。その他の用途としては、澱粉ラテックス分散液やポリマーの充填剤としての粒状澱粉があります。

超音波による澱粉改質に関する科学論文

• • 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)：トウモロコシデンプンの物性に対する超音波効果, 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)：超音波処理したコーンスターチの食感と糊化特性, in：Czech J. Food Sci., 28: 83-93. [PDF］
  • D.クノール、B．O. Ade-Omowaye and V. Heinz (2002)：非加熱処理による植物食品の栄養改善, in：栄養学会予稿集 (2002), 61, 311-318. [PDF］

よくある質問

デンプンの原産地とは？

デンプンは、トウモロコシ、ワキシーメイズ、高アミロースメイズ、タピオカ、ジャガイモ、小麦、米、ワキシーライス、エンドウ豆（なめらかエンドウ豆、しわエンドウ豆）、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、雑穀、牛のとさか、キヌア、レンズ豆、ナタ豆、ソルガムきび、アロールート、キャッサバなど、さまざまな原産地に由来する。

改質デンプンとは何か？

改質デンプンとは、食品や工業用途における性能を向上させるために、物理的、酵素的、化学的に改質されたデンプンのことである。これらの改良は、溶解性、粘度、ゲル化、熱や酸性環境などの様々な条件下での安定性などの特性を向上させる。とうもろこし、じゃがいも、タピオカなどの天然由来の加工でんぷんは、増粘剤、安定剤、乳化剤として使用され、加工食品、医薬品、その他の製品の食感や保存性を向上させている。

化工澱粉とOSA澱粉の違いは？

改質デンプンとは、様々な条件下で増粘、ゲル化、安定化などの機能特性を向上させるために、物理的、酵素的、化学的に様々な方法で改質されたデンプンを指す。これらの改良により、食品、医薬品、工業製品など様々な用途に適している。
OSA-澱粉（オクテニルコハク酸無水物澱粉）は、澱粉分子にオクテニルコハク酸無水物基を付加することによって作られる、特定のタイプの化学修飾澱粉である。この改質により独特の乳化特性が付与され、OSA-澱粉は水中油型エマルションの安定化に特に効果的です。一般的に、変性デンプンは粘度や安定性といった基本的な特性を向上させますが、OSAデンプンは乳化能力を提供するよう特別に調整されているため、サラダドレッシング、ソース、飲料など、安定した乳化が不可欠な製品に人気があります。 超音波エステル化OSAデンプンについてもっと読む！