OSA-Produção de amido – Esterificação melhorada por Sonicação

A esterificação de amidos com anidrido octenil succínico (OSA) é uma técnica de modificação amplamente aplicada, especialmente relevante na indústria alimentar para a criação de amidos funcionais com propriedades melhoradas. No entanto, a modificação tradicional do amido OSA em condições alcalinas é demorada e pode limitar a eficiência e a viabilidade do processo. A esterificação assistida por ultra-sons é uma abordagem alternativa eficaz para acelerar a esterificação de amidos com OSA. Ao aplicar a sonicação, um maior grau de substituição (DS) e eficiência de reação (RE) é alcançado quando comparado com a esterificação convencional alcalina OSA. Isto significa que a sonicação permite uma expansão e a aplicabilidade de amidos esterificados na indústria alimentar. Os resultados de estudos científicos sublinham a esterificação assistida por sonicação como um avanço eficiente e ecológico na modificação do amido.

Esterificação ultra-sónica de amido de anidrido succínico de octenilo

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

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

Estudo de caso: Esterificação ultra-sónica de amido de batata OSA

No estudo de Martínez et al. (2024), os amidos de batata nativos dos Andes foram submetidos tanto à esterificação alcalina convencional OSA como à esterificação assistida por ultra-sons (US-OSA). Analisaram a morfologia dos grânulos, as caraterísticas moleculares, as propriedades térmicas e os comportamentos reológicos dos amidos resultantes para determinar as vantagens potenciais da esterificação assistida por ultra-sons.

Amostras de amido e processo de esterificação

As féculas de batata autóctones andinas foram esterificadas por dois métodos:

• Esterificação convencional por OSA (OSA) – conduzida em condições alcalinas com anidrido octenil succínico.
• Esterificação de OSA assistida por ultra-sons (US-OSA) – em que foram aplicadas ondas ultra-sónicas 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 ultra-sons produziu amidos com um grau significativamente mais elevado de substituição (DS) e eficiência de reação (RE) em comparação com os métodos convencionais. Esta melhoria é crucial, uma vez que o DS reflecte a extensão da substituição do grupo hidrofóbico na molécula de amido, influenciando diretamente as suas propriedades emulsionantes.
A elevada eficiência da reação em amidos OSA modificados por ultra-sons sugere que as ondas ultra-sónicas aumentam as colisões moleculares e a penetração de moléculas OSA em grânulos de amido, potencialmente devido a efeitos de cavitação, que melhoram a transferência de massa e promovem uma esterificação mais eficiente.

Caraterísticas morfológicas

O exame microscópico da morfologia dos grânulos revelou diferenças notáveis entre os amidos OSA e OSA modificados por ultra-sons. Enquanto ambos os amidos modificados mantiveram a integridade dos grânulos, os grânulos de OSA modificados por ultra-sons apresentaram superfícies descascadas com alguns poros, indicando que o tratamento ultrassónico teve um ligeiro impacto na estrutura da superfície. Esta modificação estrutural, embora ligeira, sugere uma melhor acessibilidade dos grânulos de amido para esterificação sem comprometer a integridade dos grânulos.
Além disso, os amidos OSA modificados por ultra-sons apresentaram valores de span mais baixos, indicando uma distribuição de tamanho mais estreita e uma população de grânulos mais uniforme. Esta consistência poderia beneficiar aplicações alimentares específicas onde a textura precisa e a estabilidade são essenciais.

Caraterísticas moleculares

A espetroscopia de IR e a análise XRD mostraram diferenças estruturais mínimas entre os amidos OSA e OSA modificados por ultra-sons. Ambos os tipos de amido mantiveram a estrutura caraterística do amido, sem alterações detectáveis nos padrões de cristalinidade, confirmando que o tratamento assistido por ultra-sons não perturbou significativamente a estrutura nativa do amido.
Esta estabilidade molecular é vantajosa, uma vez que assegura que a esterificação assistida por ultra-sons melhora a funcionalidade sem alterar a estrutura molecular fundamental do amido, o que é fundamental para manter as propriedades texturais desejáveis em aplicações alimentares.

Propriedades térmicas

O comportamento térmico, especificamente a entalpia de gelatinização, diferiu entre amidos OSA convencionais e amidos OSA ultrassonicamente modificados. Os amidos OSA ultrassonicamente modificados exibiram uma entalpia de gelatinização mais baixa em comparação com os amidos OSA convencionais, sugerindo uma necessidade de energia reduzida para a gelatinização. Esta descoberta implica que o tratamento de ultrassom pode facilitar a hidratação e gelatinização mais fácil, potencialmente melhorando a processabilidade do amido modificado em aplicações alimentares que envolvem processamento térmico.

Propriedades reológicas

Os amidos OSA esterificados por ultra-sons 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 requerem emulsões estáveis ou viscosidade consistente em condições de processamento variáveis.

Estudo de caso: Ultrassonicamente Esterificado OSA-Amido de Sementes de Urucum

O estudo de Silva et al. (2013) investigou o efeito da intensidade de sonicação na esterificação do amido de sementes de urucum com anidrido octenil succínico (OSA), com o objetivo de criar um novo emulsificante para sistemas coloidais. O ultrassom foi aplicado em intensidades variáveis (0, 5, 10 e 20 W/cm²) por um breve tempo de processamento (5 minutos). Os principais resultados incluíram um aumento no grau de substituição (DS) com maior intensidade de sonicação, atingindo um grau máximo de substituição de 0,139 ± 0,031 a 20 W / cm². O tratamento de sonicação também aumentou o teor de amilose por 1,24-1,36 vezes em comparação com amostras sem sonicação.
A morfologia dos grânulos revelou superfícies lisas e partículas elípticas bem definidas em 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 o ultrassom não alterou a estrutura cristalina do amido. Os amidos modificados foram eficazes na estabilização de emulsões de óleo de semente de urucum em água, alcançando maiores diâmetros médios de Sauter (14 ± 2 μm), mas exibindo maior estabilidade cinética ao longo do tempo em comparação com amidos comercialmente modificados. No geral, a modificação OSA assistida por ultrassom provou ser uma abordagem rápida e eficaz para melhorar as propriedades funcionais do amido de sementes de urucum como um emulsionante.

Sonicadores para a esterificação de amido OSA

Os sonicadores industriais Hielscher são dispositivos ultra-sónicos de alto desempenho utilizados para melhorar a esterificação de amidos por OSA, um processo que introduz grupos hidrofóbicos de anidrido succínico de octenilo (OSA) nas moléculas de amido. Através da cavitação ultra-sónica, estes sonicadores criam microjactos e forças de cisalhamento intensas na suspensão de amido, melhorando a difusão e a eficiência da reação do OSA nos grânulos de amido. Isto resulta num maior grau de substituição (DS) e numa melhor eficiência de reação, muitas vezes alcançada 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 sobre parâmetros como intensidade, frequência e duração para otimizar o processo de esterificação, garantindo uma qualidade consistente em produtos de amido modificado para propriedades emulsionantes e estabilizadoras melhoradas.

Conceção, fabrico e consultoria – Qualidade fabricada na Alemanha

Os ultrassons Hielscher são conhecidos pelos seus elevados padrões de qualidade e design. A robustez e a facilidade de operação permitem a integração harmoniosa dos nossos ultrassons nas instalações industriais. As condições difíceis e os ambientes exigentes são facilmente controlados pelos ultrassons Hielscher.

A Hielscher Ultrasonics é uma empresa certificada pela ISO e dá especial ênfase aos ultrassons de alto desempenho com tecnologia de ponta e facilidade de utilização. Naturalmente, os ultrassons da Hielscher estão em conformidade com a CE e cumprem os requisitos da UL, CSA e RoHs.

O quadro seguinte dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos ultra-sons: