Ultradźwiękowa modyfikacja zawiesin ziaren skrobi

Neutralizacja zawiesiny

Po zakończeniu procesu zawiesina reakcyjna jest neutralizowana, np. przez dodanie kwasu solnego lub siarkowego po obróbce w środowisku zasadowym.

Przemywanie skrobi

Po neutralizacji zawiesin skrobi modyfikowanej następuje przemywanie wodą, np. przemywanie przeciwprądowe w hydrocyklonach. Na tym etapie sonikacja wspomaga przemywanie i płukanie poszczególnych cząstek skrobi. Kawitacja ultradźwiękowa dysperguje aglomeraty ziaren skrobi i zwiększa przenoszenie masy w warstwie granicznej między ziarnami skrobi a fazą wodną.

Filtracja i suszenie skrobi

Urządzenia ultradźwiękowe Hielscher są stosowane w procesach ultrafiltracji lub nanofiltracji, a także podczas późniejszego suszenia rozpyłowego.

Fizyczna modyfikacja skrobi (mechaniczna)

Fizyczna modyfikacja skrobi nie wiąże się ze stosowaniem substancji chemicznych. Sonikacja powoduje jednak zmiany w strukturze molekularnej skrobi, po których następują zmiany właściwości fizykochemicznych i funkcjonalności. Gwałtowne siły ścinające wywołane kawitacją zniekształcają obszar krystaliczny w ziarnach skrobi. Łańcuchy polimerowe w pobliżu zapadających się mikropęcherzyków trafiają do pola ścinania o wysokim gradiencie, co prowadzi do zrywania wiązań C-C w makrocząsteczkach i powstawania rodników o długich łańcuchach. Obrazy SEM ziaren skrobi poddanych sonikacji ukazują uszkodzenia mechaniczne, takie jak pęknięcia, zagłębienia i wżery. Skutkuje to większą zdolnością pochłaniania wody, większą zdolnością pęcznienia i zwiększoną rozpuszczalnością. Efekt ten jest silniejszy przy wyższych amplitudach sonikacji. Dlatego sonikacja za pomocą sondy jest znacznie skuteczniejsza w modyfikacji skrobi niż sonikacja w łaźni ultradźwiękowej. Intensywna obróbka ultradźwiękowa powoduje większe rozbicie ziaren w porównaniu ze skrobią natywną lub poddaną obróbce cieplnej.

Skrobie estryfikowane OSA przy użyciu ultradźwięków

Skrobie estryfikowane OSA przy użyciu ultradźwięków wykazały wyższy stopień podstawienia (DS) i wyższą wydajność reakcji (RE), a także niewielkie, lecz korzystne zmiany morfologiczne, które mogą rozszerzyć ich funkcjonalność w układach żywnościowych. Sonikacja zwiększa szybkość i wydajność reakcji bez zmiany struktury molekularnej skrobi, zachowując tym samym jej pożądane właściwości w zastosowaniach spożywczych.
Wyniki te sugerują, że estryfikacja wspomagana ultradźwiękami mogłaby stanowić ekologiczną technologię, oferując energooszczędną i pozwalającą oszczędzać czas metodę modyfikacji skrobi. Możliwość zwiększania skali estryfikacji wspomaganej sonikacją mogłaby zrewolucjonizować proces modyfikacji skrobi w nauce o żywności, wpisując się w cele zrównoważonej produkcji i rozszerzając zastosowania skrobi estryfikowanych w przemyśle.

Dowiedz się więcej o skrobi OSA estryfikowanej przy użyciu ultradźwięków!

Mikrofotografie SEM ziaren skrobi pszennej: (a) niepoddanych sonikacji, (b) sonikowanych przez 20min, (c) sonikowanych przez 40min., (d) sonikowanych przez 60min.
Badanie i zdjęcia: ©Majzoobi et al., 2015

Sonikacja może znacznie obniżyć temperaturę początku kleikowania. Żele skrobiowe przygotowane z ziaren skrobi poddanych sonikacji wykazują większą twardość oraz wyższe wartości adhezyjności i spójności w porównaniu ze skrobią natywną. Adhezyjność, spójność, sprężystość i gumowatość znacznie wzrastają w wyniku ultradźwiękowej modyfikacji skrobi.

Sonikacja wymaga znacznie mniejszych nakładów energii i mniej obciążających warunków przetwarzania niż konwencjonalne metody modyfikacji skrobi. Hielscher Ultrasonics dostarcza reaktory ultradźwiękowe o dużej mocy do przetwarzania na skalę komercyjną.

Poproś o więcej informacji!

Jeśli jesteś naukowcem prowadzącym badania nad modyfikacją skrobi, inżynierem procesu starającym się udoskonalić istniejące procesy przetwarzania skrobi, inżynierem produktu opracowującym lepsze lub nowe produkty albo interesujesz się modyfikacją skrobi z innych powodów: skontaktuj się z nami! Chętnie omówimy z Tobą potencjał i korzyści sonikacji w modyfikacji skrobi oraz w jej zastosowaniach. Wypełnij poniższy formularz!

Zastosowanie skrobi

Skrobia modyfikowana jest wykorzystywana w szerokim zakresie zastosowań spożywczych i niespożywczych. Oktenylobursztyniany skrobi są ważnym stabilizatorem emulsji typu olej w wodzie. W produkcji papieru skrobie kationowe poprawiają wytrzymałość na mokro i na sucho, stabilizują emulsje i pełnią funkcję środków do zaklejania powierzchniowego. Wiele systemów dodatków stosowanych w części mokrej maszyny papierniczej zawiera nieorganiczne mikrocząstki (krzemionkę koloidalną, bentonit) i polimery syntetyczne wraz ze skrobią modyfikowaną. Inne zastosowania obejmują skrobiowe dyspersje lateksowe lub skrobię ziarnistą jako wypełniacz do polimerów.

Artykuły naukowe dotyczące modyfikacji skrobi wspomaganej ultradźwiękami

• • S. Manchun, J. Nunthanid, S. Limmatvapirat i P.Sriamornsak (2012): Wpływ obróbki ultradźwiękowej na właściwości fizyczne skrobi tapiokowej, w: Advanced Materials Research, tom 506 (2012), s. 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): Wpływ ultradźwięków na właściwości fizyczne skrobi kukurydzianej, w: 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): Tekstura i właściwości kleikowania skrobi kukurydzianej poddanej obróbce ultradźwiękowej, w: Czech J. Food Sci., 28: 83–93. [PDF]
  • D. Knorr, B. I. O. Ade-Omowaye i V. Heinz (2002): Poprawa wartości odżywczej żywności pochodzenia roślinnego poprzez przetwarzanie nietermiczne, w: Proceedings of the Nutrition Society (2002), 61, 311–318. [PDF]

Najczęściej zadawane pytania

Jakie są naturalne źródła skrobi?

Skrobia pochodzi z różnych źródeł naturalnych, takich jak: kukurydza, kukurydza woskowa, kukurydza wysokoamylozowa, tapioka, ziemniaki, pszenica, ryż, ryż woskowy, groch (groch o nasionach gładkich, groch o nasionach pomarszczonych), sago, owies, jęczmień, żyto, amarantus, bataty, owies, zboża, krowiziół zbożowy, komosa ryżowa, soczewica, drobna biała fasola, sorgo, maranta lub maniok.

Czym jest skrobia modyfikowana?

Skrobia modyfikowana to skrobia, którą zmieniono fizycznie, enzymatycznie lub chemicznie, aby poprawić jej działanie w zastosowaniach spożywczych i przemysłowych. Modyfikacje te poprawiają właściwości takie jak rozpuszczalność, lepkość, żelowanie i stabilność w różnych warunkach, np. pod wpływem wysokiej temperatury lub w środowisku kwasowym. Skrobie modyfikowane, powszechnie pozyskiwane ze źródeł naturalnych, takich jak kukurydza, ziemniaki i tapioka, są stosowane jako substancje zagęszczające, stabilizatory i emulgatory w celu poprawy tekstury i trwałości żywności przetworzonej, produktów farmaceutycznych i innych produktów.

Jaka jest różnica między skrobią modyfikowaną a skrobią OSA?

Skrobia modyfikowana to skrobia, którą zmieniono na różne sposoby – fizycznie, enzymatycznie lub chemicznie – aby poprawić jej właściwości funkcjonalne, takie jak zagęszczanie, żelowanie lub stabilizowanie w różnych warunkach. Modyfikacje te sprawiają, że nadaje się do różnorodnych zastosowań w żywności, produktach farmaceutycznych i produktach przemysłowych.
Skrobia OSA, czyli skrobia modyfikowana bezwodnikiem kwasu oktenylobursztynowego, jest szczególnym rodzajem skrobi modyfikowanej chemicznie, otrzymywanej przez przyłączenie grup bezwodnika kwasu oktenylobursztynowego do cząsteczki skrobi. Modyfikacja ta nadaje jej wyjątkowe właściwości emulgujące, dzięki czemu skrobia OSA jest szczególnie skuteczna w stabilizowaniu emulsji typu olej w wodzie. Podczas gdy skrobia modyfikowana zasadniczo poprawia podstawowe właściwości, takie jak lepkość lub stabilność, skrobia OSA jest specjalnie dostosowana do zapewniania zdolności emulgowania, co sprawia, że jest popularna w produktach takich jak sosy sałatkowe, sosy i napoje, w których stabilne emulsje są niezbędne. Dowiedz się więcej o skrobi OSA estryfikowanej przy użyciu ultradźwięków!