Produção de amido OSA – Esterificação melhorada por sonicação

A esterificação de amidos com anidrido octenilsuccínico (OSA) é uma técnica de modificação amplamente utilizada, particularmente relevante na indústria alimentar para criar amidos funcionais com propriedades melhoradas. No entanto, a modificação tradicional do amido com OSA em condições alcalinas é demorada e pode limitar a eficiência e a viabilidade do processo. A esterificação assistida por ultrassons é uma abordagem alternativa eficaz para acelerar a esterificação de amidos com OSA. A aplicação de sonicação permite alcançar um grau de substituição (DS) e uma eficiência da reação (RE) superiores aos da esterificação convencional com OSA em meio alcalino. Isto significa que a sonicação permite alargar o âmbito de aplicação dos amidos esterificados na indústria alimentar. Os resultados de estudos científicos salientam a esterificação assistida por sonicação como um avanço eficiente e ecológico na modificação do amido.

Esterificação ultrassónica do amido com anidrido octenilsuccínico

Os amidos são polissacáridos essenciais na indústria alimentar, amplamente utilizados como espessantes, estabilizantes e emulsionantes devido às suas propriedades únicas. No entanto, as limitações funcionais dos amidos nativos exigem frequentemente modificações para melhorar o seu desempenho. A esterificação com anidrido octenilsuccínico (OSA) é um processo de modificação química que introduz grupos hidrofóbicos, melhorando as capacidades emulsionantes e estabilizantes do amido. Apesar da sua eficácia, a esterificação convencional com OSA em condições alcalinas é um processo demorado. A esterificação assistida por ultrassons é uma tecnologia verde que pode potencialmente aumentar o grau de substituição (DS) e a eficiência da reação (RE) dos amidos OSA, melhorando a utilização do tempo e dos recursos.

A sonicação melhora a esterificação do amido com OSA. Efeito da intensidade dos ultrassons na microestrutura do amido de sementes de urucum esterificado com OSA.
Estudo e imagens: ©Keven Silva et al. 2022

Estudo de caso: esterificação ultrassónica do amido de batata com OSA

No estudo de Martínez et al. (2024), amidos nativos de batatas andinas foram submetidos tanto à esterificação convencional com OSA em meio alcalino como à esterificação assistida por ultrassons (US-OSA). Os investigadores analisaram a morfologia dos grânulos, as características moleculares, as propriedades térmicas e os comportamentos reológicos dos amidos resultantes para determinar as potenciais vantagens da esterificação assistida por ultrassons.

Amostras de amido e procedimento de esterificação

Os amidos nativos de batatas andinas foram esterificados por dois métodos:

• Esterificação convencional com OSA (OSA) – realizada em condições alcalinas com anidrido octenilsuccínico.
• Esterificação com OSA assistida por ultrassons (US-OSA) – na qual foram aplicadas ondas ultrassónicas durante a esterificação para aumentar a velocidade e a eficácia da reação.

Grau de substituição (DS) e eficiência da reação (RE)

O processo de esterificação assistida por ultrassons produziu amidos com um grau de substituição (DS) e uma eficiência da reação (RE) significativamente superiores aos obtidos pelos métodos convencionais. Esta melhoria é crucial, uma vez que o DS reflete a extensão da substituição por grupos hidrofóbicos na molécula de amido, influenciando diretamente as suas propriedades emulsionantes.
A elevada eficiência da reação nos amidos OSA modificados por ultrassons sugere que as ondas ultrassónicas aumentam as colisões moleculares e a penetração das moléculas de OSA nos grânulos de amido, potencialmente devido a efeitos de cavitação, que melhoram a transferência de massa e promovem uma esterificação mais eficiente.

Características morfológicas

O exame microscópico da morfologia dos grânulos revelou diferenças assinaláveis entre os amidos OSA e os amidos OSA modificados por ultrassons. Embora ambos os amidos modificados tenham mantido a integridade dos grânulos, os grânulos OSA modificados por ultrassons apresentaram superfícies descamadas com alguns poros, indicando que o tratamento ultrassónico teve um impacto ligeiro na estrutura superficial. Esta modificação estrutural, embora ligeira, sugere uma melhor acessibilidade dos grânulos de amido à esterificação sem comprometer a sua integridade.
Além disso, os amidos OSA modificados por ultrassons apresentaram valores inferiores de amplitude relativa da distribuição de tamanhos, indicando uma distribuição de tamanhos mais estreita e uma população de grânulos mais uniforme. Esta uniformidade poderia beneficiar aplicações alimentares específicas em que uma textura precisa e a estabilidade são essenciais.

Características moleculares

A espectroscopia de infravermelho (IR) e a análise por difração de raios X (XRD) mostraram diferenças estruturais mínimas entre os amidos OSA e os amidos OSA modificados por ultrassons. Ambos os tipos de amido mantiveram a estrutura característica do amido, sem alterações detetáveis nos padrões de cristalinidade, confirmando que o tratamento assistido por ultrassons não perturbou significativamente a estrutura nativa do amido.
Esta estabilidade molecular é vantajosa, pois garante que a esterificação assistida por ultrassons melhora a funcionalidade sem alterar a estrutura molecular fundamental do amido, que é crucial para manter propriedades de textura desejáveis em aplicações alimentares.

Propriedades térmicas

O comportamento térmico, especificamente a entalpia de gelatinização, diferiu entre os amidos OSA convencionais e os amidos OSA modificados por ultrassons. Os amidos OSA modificados por ultrassons apresentaram uma entalpia de gelatinização inferior à dos amidos OSA convencionais, sugerindo uma menor necessidade de energia para a gelatinização. Este resultado implica que o tratamento por ultrassons pode facilitar a hidratação e a gelatinização, melhorando potencialmente a processabilidade do amido modificado em aplicações alimentares que envolvem processamento térmico.

Propriedades reológicas

Os amidos OSA esterificados por ultrassons demonstraram propriedades reológicas favoráveis, com perfis de viscosidade semelhantes ou ligeiramente melhorados em comparação com os amidos OSA convencionais. Estas propriedades podem melhorar o seu desempenho em aplicações que exigem emulsões estáveis ou uma viscosidade consistente em condições de processamento variáveis.

Estudo de caso: amido OSA de sementes de urucum esterificado por ultrassons

O estudo de Silva et al. (2013) investigou o efeito da intensidade da sonicação na esterificação do amido de sementes de urucum com anidrido octenilsuccínico (OSA), com o objetivo de criar um novo emulsionante para sistemas coloidais. Foram aplicados ultrassons a diferentes intensidades (0, 5, 10 e 20 W/cm²) durante um curto período de processamento (5 minutos). Os principais resultados incluíram um aumento do grau de substituição (DS) com o aumento da intensidade da sonicação, atingindo um grau de substituição máximo de 0,139 ± 0,031 a 20 W/cm². O tratamento por sonicação também aumentou o teor de amilose em 1,24–1,36 vezes em comparação com as amostras sem sonicação.
A morfologia dos grânulos revelou superfícies lisas e partículas elípticas bem definidas a intensidades de sonicação mais elevadas, o que reduziu a agregação dos grânulos. Os padrões de difração de raios X não mostraram diferenças qualitativas significativas, indicando que os ultrassons não alteraram a estrutura cristalina do amido. Os amidos modificados foram eficazes na estabilização de emulsões de óleo de sementes de urucum em água, alcançando diâmetros médios de Sauter superiores (14 ± 2 μm), mas apresentando maior estabilidade cinética ao longo do tempo em comparação com os amidos modificados comerciais. Globalmente, a modificação com OSA assistida por ultrassons revelou-se uma abordagem rápida e eficaz para melhorar as propriedades funcionais do amido de sementes de urucum como emulsionante.

Sonicadores para a esterificação do amido com OSA

Os sonicadores industriais Hielscher são dispositivos ultrassónicos de elevado desempenho utilizados para melhorar a esterificação dos amidos com OSA, um processo que introduz grupos hidrofóbicos de anidrido octenilsuccínico (OSA) nas moléculas de amido. Através da cavitação ultrassónica, estes sonicadores criam microjatos e forças de cisalhamento intensas na suspensão de amido, melhorando a difusão do OSA para o interior dos grânulos de amido e a eficiência da reação. Isto resulta num grau de substituição (DS) superior e numa maior eficiência da reação, frequentemente alcançados em tempos significativamente mais curtos em comparação com os métodos convencionais. Os sonicadores Hielscher são ideais para aplicações à escala industrial, oferecendo um controlo preciso de parâmetros como a intensidade, a frequência e a duração para otimizar o processo de esterificação, garantindo uma qualidade consistente dos produtos de amido modificado para obter melhores propriedades emulsionantes e estabilizantes.

Conceção, fabrico e consultoria – Qualidade fabricada na Alemanha

Os sonicadores Hielscher são reconhecidos pelos seus padrões de qualidade e de conceção do mais alto nível. A robustez e a facilidade de operação permitem a integração harmoniosa dos nossos sonicadores em instalações industriais. Os sonicadores Hielscher lidam facilmente com condições adversas e ambientes exigentes.

A Hielscher Ultrasonics é uma empresa com certificação ISO e dá especial ênfase a sonicadores de elevado desempenho que incorporam tecnologia de ponta e facilidade de utilização. Naturalmente, os sonicadores Hielscher estão em conformidade com os requisitos CE e cumprem os requisitos UL, CSA e RoHs.

A tabela abaixo dá uma indicação da capacidade aproximada de processamento dos nossos sonicadores: