Ultrasone modificatie van zetmeelkorrelslurries
Zetmeel is gemakkelijk te extraheren uit inheemse bronnen, zoals aardappel, maïs of maïs. Modificatie van zetmeel is nodig om de fysische en chemische eigenschappen te verbeteren. Hielscher ultrasone reactoren bevorderen de fysische, chemische en enzymatische modificatie van zetmeel, wat leidt tot betere functionele eigenschappen voor gebruik in de voedingsmiddelen- en non-foodindustrie.
Voor de meeste commerciële toepassingen moet zetmeel chemisch of fysisch gemodificeerd worden om zijn positieve eigenschappen te verbeteren of zijn gebreken te minimaliseren. Ultrasoon is een zeer effectief middel voor de fysische, chemische en enzymatische modificatie van zetmeel. Hielscher ultrasone apparaten brengen zeer intense ultrasone golven over in zetmeelslurries. De resulterende ultrasone cavitatie bevordert:
- deagglomeratie en dispersie
- mechanische degradatie en verstoring
- penetratie en zwelling van korrels
- massaoverdracht
- radicaalvorming
- chemische reactiviteit
- verwarming
Chemische modificatie van zetmeel
Ultrasone verstoring van de korrel door cavitatie, in combinatie met een grotere toegankelijkheid voor vloeistoffen in de zetmeelkorrel, leidt tot verbeteringen in de reactiekinetiek voor verestering, ethervorming, hydroxypropylering of oxidatie en zure modificatie van zetmeelpolymeren. Hielscher ultrasoonreactoren zijn ontworpen voor een continue inline verwerking. Hogere reactiesnelheden leiden tot een grotere capaciteit van de reactieketel.
Alkalische zetmeelmodificatie
Voor de productie van veel commerciële zetmeelderivaten worden reactieve, organische reagentia toegevoegd aan waterige zetmeelslurries terwijl de alkaliteit en temperatuur worden gecontroleerd. De verestering van zetmeel wordt over het algemeen uitgevoerd bij een pH van 7 tot 9. Een pH van 11 tot 12 wordt gewoonlijk gebruikt voor de verestering van zetmeel. Typische procestemperaturen zijn ongeveer 60°C. Zonder sonificatie is de substitutiegraad van commercieel zetmeel vaak minder dan 0,2. Ultrasoon bereiding bevordert de substitutie, wat resulteert in een beter in koud water oplosbaar zetmeel.
Zure zetmeelmodificatie
De reactie van een korrelige zetmeelslurry met verdund zoutzuur of zwavelzuur bij 40 tot 60°C leidt tot vloeibaar zetmeel of verdund zetmeel. Deze gedeeltelijk gedepolymeriseerde zetmelen produceren producten die minder viscositeit genereren. Zetmeeloctenylsuccinaten worden gedeeltelijk gedepolymeriseerd om een hoger vaste stofgehalte te kunnen gebruiken tijdens het sproeidrogen van ingekapselde producten. Ultrasoonbehandeling tijdens mildzure hydrolyse kan de nanodeeltjesaggregaten die zich tijdens de hydrolyse vormen, scheiden. Dit verhoogt de opbrengst van zetmeelnanodeeltjes.
Amylopectine molecuul
Neutralisatie van drijfmest
Na het proces wordt de reactieslurry geneutraliseerd, bijvoorbeeld door zoutzuur of zwavelzuur toe te voegen na alkalische verwerking.
Zetmeelwassen
Waterwassen, zoals tegenstroomwassen in hydrocyclonen, volgt op het neutraliseren van de gemodificeerde zetmeelslurries. In dit stadium helpt ultrasone trillingen bij het wassen en spoelen van de afzonderlijke zetmeeldeeltjes. De ultrasone cavitatie verspreidt de zetmeelkorrelagglomeraten en verhoogt de massaoverdracht op de grenslaag tussen zetmeelkorrels en de waterfase.
Zetmeel filteren en drogen
Hielscher ultrasone apparaten worden gebruikt voor ultrafiltratie- of nanofiltratieprocessen en voor aansluitende sproeidroging.
Fysieke modificatie van zetmeel (mechanisch)
Bij fysische modificatie van zetmeel worden geen chemicaliën gebruikt. Toch resulteert ultrasoonbehandeling in veranderingen in de moleculaire structuur van zetmeel, gevolgd door variaties in fysisch-chemische eigenschappen en functionaliteit. De hevige cavitatieschuifkrachten vervormen het kristallijne gebied in zetmeelkorrels. Polymeerketens in de buurt van de instortende microbellen worden gevangen in een schuifveld met hoge gradiënt dat leidt tot de breuk van macromoleculaire C-C bindingen en de vorming van langeketenradicalen. SEM-foto's van gesoniseerde zetmeelkorrels laten mechanische beschadigingen zien, zoals scheuren, depressies en putjes. Dit resulteert in een hogere waterabsorptiecapaciteit, een hoger zwelvermogen en een verhoogde oplosbaarheid. Dit effect is beter bij hogere sonicatieamplitudes. Daarom is sonicatie met een sonde veel effectiever voor zetmeelmodificatie dan sonicatie in een bad. Intense ultrasone bewerking laat meer verstoorde korrels zien in vergelijking met natief of hittebehandeld zetmeel.
Ultrasoon OSA-veresterd zetmeel
Ultrasoon OSA-veresterd zetmeel liet een hogere substitutiegraad (DS) en reactie-efficiëntie (RE) zien, in combinatie met kleine maar gunstige morfologische veranderingen die hun functionaliteit in voedselsystemen kunnen uitbreiden. Sonificatie verhoogt de reactiesnelheid en efficiëntie zonder de moleculaire structuur van het zetmeel te veranderen, waardoor de gewenste eigenschappen voor voedseltoepassingen behouden blijven.
Deze resultaten suggereren dat ultrasoon-ondersteunde verestering een groene technologie zou kunnen zijn, die een energie-efficiënte, tijdbesparende aanpak biedt voor zetmeelmodificatie. Het potentieel voor het opschalen van sonaratie-ondersteunde verestering zou een revolutie teweeg kunnen brengen in het modificatieproces voor zetmeel in de voedingswetenschap, wat in lijn is met duurzame productiedoelen en de toepassingen van veresterd zetmeel in de industrie verbreedt.
Lees meer over ultrasoon veresterd OSA-zetmeel!
SEM microfoto's voor: (a) niet gesonede, (b) 20min. gesonede, (c) 40min. gesonede, (d) 60min. gesonede tarwezetmeelkorrels.
Studie en afbeeldingen: ©Majzoobi et al., 2015
Ultrasoon maken kan het begin van de gelatinisatietemperatuur aanzienlijk verlagen. Zetmeelgels bereid uit gesoniseerde zetmeelkorrels hebben een hogere hardheid en hogere waarden voor kleefkracht en cohesie in vergelijking met natief zetmeel. Hechting, cohesie, veerkracht en gomheid nemen significant toe bij ultrasone modificatie van zetmeel.
Ultrasoonbehandeling vereist veel minder energie en belastende verwerkingsomstandigheden dan conventionele procedures voor zetmeelmodificatie. Hielscher ultrasoontechniek levert krachtige ultrasone reactoren voor commerciële verwerking.
Vraag meer informatie aan!
Als u een wetenschapper bent die onderzoek doet naar zetmeelmodificatie, een procesingenieur die bestaande zetmeelprocessen probeert te verbeteren, een productingenieur die betere of nieuwe producten formuleert, of als u een andere interesse hebt in zetmeelmodificatie: Neem contact met ons op! We bespreken graag met u de mogelijkheden en voordelen van ultrasoonbehandeling voor zetmeelmodificatie en zetmeeltoepassingen. Vul het onderstaande formulier in!
Zetmeel Gebruik
Gemodificeerd zetmeel wordt gebruikt in een breed scala aan voedingsmiddelen en niet-voedingstoepassingen. Zetmeeloctenylsuccinaten zijn een belangrijke stabilisator van olie-in-wateremulsies. In de papierindustrie verbeteren kationische zetmelen de natte en droge sterkte, stabiliseren ze emulsies en fungeren ze als oppervlaktevormers. Veel systemen met additieven voor natte toepassingen bevatten anorganische microdeeltjes (colloïdaal silica, bentoniet) en synthetische polymeren met gemodificeerd zetmeel. Andere toepassingen zijn zetmeellatexdispersies of zetmeelkorrels als vulstof voor polymeren.
Wetenschappelijke artikelen over ultrasone zetmeelmodificatie
-
- S. Manchun, J. Nunthanid, S. Limmatvapirat en 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: Koolhydraatpolymeren 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 en V. Heinz (2002): Nutritional improvement of plant foods by non-thermal processing, in: Proceedings of the Nutrition Society (2002), 61, 311-318. [PDF]
veelgestelde vragen
Wat zijn inheemse zetmeelbronnen?
Zetmeel komt van verschillende inheemse bronnen, zoals: maïs, wasachtige maïs, maïs met een hoge amylosewaarde, tapioca, aardappel, tarwe, rijst, wasachtige rijst, erwt (gladde erwt, gerimpelde erwt) sago, haver, gerst, rogge, amarant, zoete aardappel, haver, graan, kokkels, quinoa, linzen, marinebonen, sorghum, arrowroot (pijlwortel) of cassave.
Wat is gemodificeerd zetmeel?
Gemodificeerd zetmeel is zetmeel dat fysisch, enzymatisch of chemisch is gemodificeerd om de prestaties in voedingsmiddelen en industriële toepassingen te verbeteren. Deze modificaties verbeteren eigenschappen zoals oplosbaarheid, viscositeit, gelering en stabiliteit onder verschillende omstandigheden, zoals hitte of een zure omgeving. Gemodificeerd zetmeel, vaak afgeleid van natuurlijke bronnen zoals maïs, aardappel en tapioca, wordt gebruikt als verdikkingsmiddel, stabilisator en emulgator om de textuur en houdbaarheid in bewerkte voedingsmiddelen, farmaceutische producten en andere producten te verbeteren.
Wat is het verschil tussen gemodificeerd zetmeel en OSA-zetmeel?
Gemodificeerd zetmeel verwijst naar zetmeel dat op verschillende manieren is veranderd - fysisch, enzymatisch of chemisch - om de functionele eigenschappen te verbeteren, zoals indikken, geleren of stabiliseren onder verschillende omstandigheden. Deze modificaties maken het geschikt voor diverse toepassingen in voeding, farmaceutica en industriële producten.
OSA-zetmeel, of octenyl succinic anhydride zetmeel, is een specifiek type chemisch gemodificeerd zetmeel dat gecreëerd wordt door octenyl succinic anhydride groepen aan de zetmeelmolecule te hechten. Deze modificatie zorgt voor unieke emulgerende eigenschappen, waardoor OSA-zetmeel bijzonder effectief is in het stabiliseren van olie-in-water-emulsies. Terwijl gemodificeerd zetmeel over het algemeen basiseigenschappen als viscositeit of stabiliteit verbetert, is OSA-zetmeel speciaal ontwikkeld om emulgerende eigenschappen te bieden, waardoor het populair is in producten als saladedressings, sauzen en dranken waar stabiele emulsies essentieel zijn. Lees meer over ultrasoon veresterd OSA-zetmeel!