Cietes granulu suspensiju modificēšana ar ultraskaņu
Cieti var viegli iegūt no dabiskām izejvielām, piemēram, kartupeļiem, maīsa vai kukurūzas. Cietes modificēšana ir nepieciešama, lai uzlabotu tās fizikālās un ķīmiskās īpašības. Hielscher ultraskaņas reaktori veicina cietes fizikālo, ķīmisko un fermentatīvo modificēšanu, kas uzlabo tās funkcionālās īpašības izmantošanai pārtikas un nepārtikas rūpniecībā.
Lielākajai daļai komerciālo lietojumu ciete ir jāmodificē ķīmiski vai fizikāli, lai uzlabotu tās pozitīvās īpašības vai mazinātu trūkumus. Apstrāde ar ultraskaņu ir ļoti efektīvs līdzeklis cietes fizikālajai, ķīmiskajai un fermentatīvajai modificēšanai. Hielscher ultraskaņas ierīces ievada cietes suspensijās augstas intensitātes ultraskaņas viļņus. To radītā ultraskaņas kavitācija veicina:
- deaglomerāciju un dispersiju
- mehānisko noārdīšanos un sagraušanu
- iekļūšanu granulās un to uzbriešanu
- masas pārnesi
- radikāļu veidošanos
- ķīmisko reaģētspēju
- sasilšanu
Cietes ķīmiskā modificēšana
Ultraskaņas kavitācijas izraisītā granulu sagraušana kopā ar atvieglotu šķidruma iekļūšanu cietes granulās uzlabo cietes polimēru esterificēšanas, ēterificēšanas, hidroksipropilēšanas vai oksidēšanas un modificēšanas ar skābi reakciju kinētiku. Hielscher ultraskaņas reaktori ir paredzēti nepārtrauktai apstrādei plūsmā. Lielāks reakciju ātrums palielina reakcijas katla ražīgumu.
Cietes modificēšana sārmainā vidē
Daudzu komerciālu cietes atvasinājumu ražošanā cietes ūdens suspensijām pievieno reaģētspējīgus organiskos reaģentus, vienlaikus kontrolējot sārmainību un temperatūru. Cietes esterificēšanu parasti veic pie pH no 7 līdz 9. Cietes ēterificēšanai parasti izmanto pH no 11 līdz 12. Tipiskā procesa temperatūra ir aptuveni 60°C. Bez apstrādes ar ultraskaņu komerciālās cietes aizvietošanas pakāpe bieži ir mazāka par 0,2. Apstrāde ar ultraskaņu veicina aizvietošanu, iegūstot cieti, kas labāk šķīst aukstā ūdenī.
Cietes modificēšana skābā vidē
Granulāras cietes suspensijas reakcijā ar atšķaidītu sālsskābi vai sērskābi 40–60°C temperatūrā iegūst plūstošas cietes vai cietes ar pazeminātu viskozitāti. No šīm daļēji depolimerizētajām cietēm iegūst produktus, kas rada zemāku viskozitāti. Cietes oktenilsukcinātus daļēji depolimerizē, lai iekapsulētu produktu izsmidzināšanas žāvēšanā varētu izmantot lielāku sausnas saturu. Apstrāde ar ultraskaņu saudzīgas skābās hidrolīzes laikā var sašķelt nanodaļiņu agregātus, kas veidojas hidrolīzes gaitā. Tas palielina cietes nanodaļiņu iznākumu.
Amilopektīna molekula
Suspensijas neitralizēšana
Pēc procesa reakcijas suspensiju neitralizē, piemēram, pēc apstrādes sārmainā vidē pievienojot sālsskābi vai sērskābi.
Cietes mazgāšana
Pēc modificētās cietes suspensiju neitralizēšanas veic mazgāšanu ar ūdeni, piemēram, pretplūsmas mazgāšanu hidrociklonos. Šajā posmā apstrāde ar ultraskaņu veicina atsevišķo cietes daļiņu mazgāšanu un skalošanu. Ultraskaņas kavitācija disperģē cietes granulu aglomerātus un palielina masas pārnesi robežslānī starp cietes granulām un ūdens fāzi.
Cietes filtrēšana un žāvēšana
Hielscher ultraskaņas ierīces izmanto ultrafiltrācijas vai nanofiltrācijas procesos, kā arī turpmākajā izsmidzināšanas žāvēšanā.
Cietes fizikālā modificēšana (mehāniskā)
Cietes fizikālā modificēšana neietver ķīmisku vielu izmantošanu. Tomēr apstrāde ar ultraskaņu izraisa izmaiņas cietes molekulārajā struktūrā, kam seko fizikāli ķīmisko īpašību un funkcionalitātes izmaiņas. Spēcīgie kavitācijas radītie bīdes spēki deformē cietes granulu kristāliskos apgabalus. Polimēru ķēdes sabrūkošo mikropūslīšu tuvumā nonāk bīdes laukā ar lielu gradientu, kas izraisa makromolekulu C-C saišu pārraušanu un garu ķēžu radikāļu veidošanos. Ar ultraskaņu apstrādātu cietes granulu skenējošās elektronu mikroskopijas (SEM) attēlos redzami mehāniski bojājumi, piemēram, plaisas, ieplakas un bedrītes. Tā rezultātā palielinās ūdens absorbcijas spēja, uzbriešanas spēja un šķīdība. Šis efekts ir izteiktāks pie lielākām ultraskaņas apstrādes amplitūdām. Tāpēc apstrāde ar ultraskaņas zondi ir daudz efektīvāka cietes modificēšanai nekā apstrāde ultraskaņas vannā. Pēc intensīvas apstrādes ar ultraskaņu granulas ir vairāk sagrautas nekā natīvā vai termiski apstrādātā cietē.
Ar ultraskaņu OSA esterificēta ciete
Ar ultraskaņu OSA esterificētai cietei konstatēta augstāka aizvietošanas pakāpe (DS) un reakcijas efektivitāte (RE), kā arī nelielas, taču labvēlīgas morfoloģiskas izmaiņas, kas var paplašināt tās funkcionalitāti pārtikas sistēmās. Apstrāde ar ultraskaņu palielina reakcijas ātrumu un efektivitāti, nemainot cietes molekulāro struktūru un tādējādi saglabājot tās vēlamās īpašības izmantošanai pārtikā.
Šie rezultāti liecina, ka esterifikācija ar ultraskaņas palīdzību varētu būt videi draudzīga tehnoloģija, kas nodrošina energoefektīvu un laiku taupošu pieeju cietes modificēšanai. Iespēja palielināt esterifikācijas ar ultraskaņas palīdzību mērogu varētu radikāli mainīt cietes modificēšanas procesu pārtikas zinātnē, saskaņojot to ar ilgtspējīgas ražošanas mērķiem un paplašinot esterificētas cietes izmantošanu rūpniecībā.
Lasiet vairāk par ar ultraskaņu esterificētu OSA cieti!
Kviešu cietes granulu SEM mikroattēli: (a) neapstrādātas ar ultraskaņu, (b) 20min apstrādātas ar ultraskaņu, (c) 40min. apstrādātas ar ultraskaņu, (d) 60min apstrādātas ar ultraskaņu.
Pētījums un attēli: ©Majzoobi et al., 2015
Apstrāde ar ultraskaņu var ievērojami pazemināt klīsterizācijas sākuma temperatūru. No ar ultraskaņu apstrādātām cietes granulām pagatavotiem gēliem ir lielāka cietība un augstākas adhēzijas un kohēzijas vērtības nekā natīvās cietes gēliem. Modificējot cieti ar ultraskaņu, ievērojami palielinās adhēzija, kohēzija, atsperīgums un gumijainība.
Apstrādei ar ultraskaņu nepieciešams daudz mazāks enerģijas ieguldījums un saudzīgāki apstrādes apstākļi nekā tradicionālajām cietes modificēšanas metodēm. Hielscher Ultrasonics piegādā lielas jaudas ultraskaņas reaktorus komerciālai apstrādei.
Pieprasiet papildu informāciju!
Ja esat zinātnieks, kas pēta cietes modificēšanu, procesu inženieris, kas cenšas uzlabot esošos cietes apstrādes procesus, produktu izstrādes inženieris, kas izstrādā uzlabotus vai jaunus produktus, vai ja jums ir jebkāda cita interese par cietes modificēšanu, sazinieties ar mums! Mēs labprāt ar jums apspriedīsim ultraskaņas apstrādes iespējas un priekšrocības cietes modificēšanā un izmantošanā. Lūdzu, aizpildiet tālāk esošo veidlapu!
Cietes izmantošana
Modificētu cieti plaši izmanto pārtikas nozarē un ārpus tās. Cietes oktenilsukcināti ir nozīmīgi eļļa ūdenī emulsiju stabilizatori. Papīra ražošanā katjonu ciete uzlabo izturību mitrā un sausā stāvoklī, stabilizē emulsijas un darbojas kā virsmas līmēšanas līdzeklis. Daudzas papīra ražošanas mitrās daļas piedevu sistēmas satur neorganiskas mikrodaļiņas (koloidālo silīcija dioksīdu, bentonītu) un sintētiskus polimērus kopā ar modificētu cieti. Citi izmantošanas veidi ietver cietes lateksa dispersijas vai granulāru cieti kā polimēru pildvielu.
Zinātniskie raksti par cietes modificēšanu ar ultraskaņas palīdzību
-
- S. Manchun, J. Nunthanid, S. Limmatvapirat un P.Sriamornsak (2012): Ultraskaņas apstrādes ietekme uz tapiokas cietes fizikālajām īpašībām, žurnālā: Advanced Materials Research, 506. sēj. (2012), 294–297. lpp. [PDF]
- Anet Rezek Jambrak, Zoran Herceg, Drago Šubaric, Jurislav Babic, Mladen Brncic, Suzana Rimac Brncic, Tomislav Bosiljkov, Domagoj Cvek, Branko Tripalo, Jurica Gelo (2010): Ultraskaņas ietekme uz kukurūzas cietes fizikālajām īpašībām, žurnālā: 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): Ar ultraskaņu apstrādātas kukurūzas cietes tekstūras un klīsterizācijas īpašības, žurnālā: Czech J. Food Sci., 28: 83–93. [PDF]
- D. Knorr, B. I. O. Ade-Omowaye un V. Heinz (2002): Augu izcelsmes pārtikas produktu uzturvērtības uzlabošana ar netermisku apstrādi, žurnālā: Proceedings of the Nutrition Society (2002), 61, 311–318. [PDF]
Bieži uzdotie jautājumi
Kādi ir dabiskie cietes avoti?
Cieti iegūst no dažādiem dabiskiem avotiem, piemēram: kukurūzas, vaskveida kukurūzas, kukurūzas ar augstu amilozes saturu, tapiokas, kartupeļiem, kviešiem, rīsiem, vaskveida rīsiem, zirņiem (gludsēklu zirņiem, krokoto sēklu zirņiem), sāgo, auzām, miežiem, rudziem, amaranta, batātēm, auzām, graudaugiem, sējas vakārijas, kvinojas, lēcām, sīkajām baltajām pupiņām, sorgo, marantas vai maniokas.
Kas ir modificēta ciete?
Modificēta ciete ir ciete, kas fizikāli, enzimātiski vai ķīmiski pārveidota, lai uzlabotu tās īpašības izmantošanai pārtikā un rūpniecībā. Šīs modifikācijas uzlabo tādas īpašības kā šķīdība, viskozitāte, gēla veidošanās un stabilitāte dažādos apstākļos, piemēram, karstumā vai skābā vidē. Modificētās cietes parasti iegūst no dabiskiem avotiem, piemēram, kukurūzas, kartupeļiem un tapiokas, un tās izmanto kā biezinātājus, stabilizatorus un emulgatorus, lai uzlabotu pārstrādātu pārtikas produktu, farmaceitisko preparātu un citu produktu tekstūru un pagarinātu to glabāšanas laiku.
Kāda ir atšķirība starp modificētu cieti un OSA cieti?
Modificēta ciete ir ciete, kas dažādos veidos – fizikāli, enzimātiski vai ķīmiski – pārveidota, lai uzlabotu tās funkcionālās īpašības, piemēram, spēju biezināt, veidot gēlu vai stabilizēt dažādos apstākļos. Šīs modifikācijas padara to piemērotu dažādiem lietojumiem pārtikā, farmaceitiskajos preparātos un rūpnieciskajos produktos.
OSA ciete jeb oktenildzintarskābes anhidrīda ciete ir īpašs ķīmiski modificētas cietes veids, ko iegūst, cietes molekulai pievienojot oktenildzintarskābes anhidrīda grupas. Šī modifikācija piešķir unikālas emulģējošās īpašības, padarot OSA cieti īpaši efektīvu eļļa ūdenī tipa emulsiju stabilizēšanā. Modificēta ciete parasti uzlabo tādas pamatīpašības kā viskozitāte vai stabilitāte, savukārt OSA ciete ir īpaši pielāgota emulģēšanas spējas nodrošināšanai, tāpēc to plaši izmanto tādos produktos kā salātu mērces, mērces un dzērieni, kuros būtiskas ir stabilas emulsijas. Lasiet vairāk par ar ultraskaņu esterificētu OSA cieti!