Modificação ultrassónica de suspensões de grânulos de amido
O amido é facilmente extraível de fontes naturais, como a batata ou o milho. A modificação do amido é necessária para melhorar as propriedades físicas e químicas. Os reatores ultrassónicos Hielscher promovem a modificação física, química e enzimática do amido, proporcionando melhores propriedades funcionais para utilização nas indústrias alimentares e não alimentares.
Na maioria das aplicações comerciais, os amidos têm de ser modificados química ou fisicamente para potenciar os seus atributos positivos ou minimizar os seus defeitos. A aplicação de ultrassons é um meio altamente eficaz para a modificação física, química e enzimática dos amidos. Os dispositivos ultrassónicos Hielscher transferem ondas ultrassónicas de elevada intensidade para as suspensões de amido. A cavitação ultrassónica resultante promove:
- desaglomeração e dispersão
- degradação mecânica e rutura
- penetração e inchamento dos grânulos
- transferência de massa
- formação de radicais
- reatividade química
- aquecimento
Modificação química do amido
A rutura do grânulo por cavitação ultrassónica, associada a uma maior facilidade de entrada de líquido no grânulo de amido, melhora a cinética das reações de esterificação, eterificação, hidroxipropilação ou oxidação e de modificação ácida dos polímeros de amido. Os reatores ultrassónicos Hielscher são concebidos para processamento contínuo em linha. Velocidades de reação mais elevadas aumentam a capacidade do reator de reação.
Modificação alcalina do amido
Para a produção de muitos derivados comerciais do amido, adicionam-se reagentes orgânicos reativos a suspensões aquosas de amido, controlando simultaneamente a alcalinidade e a temperatura. A esterificação dos amidos é geralmente realizada a um pH de 7 a 9. Um pH de 11 a 12 é habitualmente utilizado para a eterificação dos amidos. As temperaturas típicas do processo são de aproximadamente 60°C. Sem sonicação, o grau de substituição dos amidos comerciais é frequentemente inferior a 0,2. A aplicação de ultrassons facilita a substituição, resultando num amido mais solúvel em água fria.
Modificação ácida do amido
A reação de uma suspensão de amido granular com ácido clorídrico ou sulfúrico diluído, a 40 a 60°C, origina amidos fluidos ou amidos de viscosidade reduzida. Estes amidos parcialmente despolimerizados dão origem a produtos que geram menor viscosidade. Os octenilsuccinatos de amido são parcialmente despolimerizados para permitir a utilização de um teor de sólidos mais elevado durante a secagem por atomização de produtos encapsulados. A aplicação de ultrassons durante a hidrólise ácida suave pode dissociar os agregados de nanopartículas que se formam durante a hidrólise. Isto aumenta o rendimento de nanopartículas de amido.
Molécula de amilopectina
Neutralização da suspensão
Após o processo, a suspensão reacional é neutralizada, por exemplo, pela adição de ácido clorídrico ou sulfúrico após o processamento alcalino.
Lavagem do amido
A lavagem com água, como a lavagem em contracorrente em hidrociclones, segue-se à neutralização das suspensões de amido modificado. Nesta fase, a aplicação de ultrassons facilita a lavagem e o enxaguamento das partículas individuais de amido. A cavitação ultrassónica dispersa os aglomerados de grânulos de amido e aumenta a transferência de massa na camada limite entre os grânulos de amido e a fase aquosa.
Filtração e secagem do amido
Os dispositivos ultrassónicos Hielscher são utilizados em processos de ultrafiltração ou nanofiltração, bem como na subsequente secagem por atomização.
Modificação física do amido (mecânica)
A modificação física dos amidos não envolve a utilização de produtos químicos. No entanto, a aplicação de ultrassons provoca alterações na estrutura molecular do amido, seguidas de variações nas propriedades físico-químicas e na funcionalidade. As intensas forças de cisalhamento geradas pela cavitação deformam a região cristalina dos grânulos de amido. As cadeias poliméricas próximas das microbolhas em colapso ficam sujeitas a um campo de cisalhamento de elevado gradiente, que provoca a quebra de ligações macromoleculares C-C e a formação de radicais de cadeia longa. As imagens de microscopia eletrónica de varrimento (SEM) de grânulos de amido sonicados mostram danos mecânicos, como fissuras, depressões e pequenas cavidades. Isto resulta numa maior capacidade de absorção de água, num maior poder de inchamento e numa maior solubilidade. Este efeito é mais acentuado com amplitudes de sonicação mais elevadas. Por conseguinte, a sonicação por sonda é muito mais eficaz na modificação do amido do que a sonicação em banho. O processamento ultrassónico intenso apresenta grânulos com maior rutura em comparação com o amido nativo ou tratado termicamente.
Amidos esterificados com OSA por ultrassons
Os amidos esterificados com OSA por ultrassons demonstraram um maior grau de substituição (DS) e uma maior eficiência de reação (RE), associados a alterações morfológicas ligeiras, mas benéficas, que podem ampliar a sua funcionalidade em sistemas alimentares. A sonicação aumenta a velocidade e a eficiência da reação sem alterar a estrutura molecular do amido, preservando assim as suas propriedades desejáveis para aplicações alimentares.
Estes resultados sugerem que a esterificação assistida por ultrassons poderá constituir uma tecnologia ecológica, oferecendo uma abordagem energeticamente eficiente e que poupa tempo para a modificação do amido. O potencial de aumento de escala da esterificação assistida por sonicação poderá revolucionar o processo de modificação dos amidos na ciência alimentar, alinhando-se com os objetivos de produção sustentável e alargando as aplicações dos amidos esterificados na indústria.
Leia mais sobre o amido OSA esterificado por ultrassons!
Micrografias SEM de grânulos de amido de trigo: (a) não sonicados, (b) sonicados durante 20min, (c) sonicados durante 40min., (d) sonicados durante 60min.
Estudo e imagens: ©Majzoobi et al., 2015
A aplicação de ultrassons pode reduzir significativamente a temperatura de início da gelatinização. Os géis de amido preparados a partir de grânulos de amido sonicados apresentam maior dureza e valores mais elevados de adesividade e coesividade em comparação com o amido nativo. A adesividade, a coesividade, a elasticidade e a gomosidade aumentam significativamente com a modificação ultrassónica do amido.
A aplicação de ultrassons utiliza muito menos energia e condições de processamento muito menos exigentes do que os procedimentos convencionais de modificação do amido. A Hielscher Ultrasonics fornece reatores ultrassónicos de elevada potência para processamento comercial.
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Utilização do amido
O amido modificado é utilizado numa vasta gama de aplicações alimentares e não alimentares. Os octenilsuccinatos de amido são um importante estabilizante de emulsões de óleo em água. No fabrico de papel, os amidos catiónicos melhoram a resistência em húmido e em seco, estabilizam emulsões e atuam como agentes de colagem superficial. Muitos sistemas de aditivos para a parte húmida incorporam micropartículas inorgânicas (sílica coloidal, bentonite) e polímeros sintéticos com amido modificado. Outras utilizações incluem dispersões de látex de amido ou amido granular como carga para polímeros.
Artigos científicos sobre a modificação do amido assistida por ultrassons
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- S. Manchun, J. Nunthanid, S. Limmatvapirat e P.Sriamornsak (2012): Efeito do tratamento ultrassónico nas propriedades físicas do amido de tapioca, em: 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): Efeito dos ultrassons nas propriedades físicas do amido de milho, em: 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): Propriedades de textura e de formação de pasta do amido de milho tratado por ultrassons, em: Czech J. Food Sci., 28: 83–93. [PDF]
- D. Knorr, B. I. O. Ade-Omowaye e V. Heinz (2002): Melhoria nutricional de alimentos de origem vegetal por processamento não térmico, em: Proceedings of the Nutrition Society (2002), 61, 311–318. [PDF]
Perguntas frequentes
Quais são as fontes de amido nativo?
O amido provém de várias fontes naturais, como: milho, milho ceroso, milho com elevado teor de amilose, tapioca, batata, trigo, arroz, arroz ceroso, ervilha (ervilha lisa, ervilha rugosa), sagu, aveia, cevada, centeio, amaranto, batata-doce, aveia, cereais, vacária, quinoa, lentilha, feijão-branco, sorgo, araruta ou mandioca.
O que é o amido modificado?
O amido modificado é um amido que foi alterado física, enzimática ou quimicamente para melhorar o seu desempenho em aplicações alimentares e industriais. Estas modificações melhoram propriedades como a solubilidade, a viscosidade, a gelificação e a estabilidade em várias condições, como o calor ou ambientes ácidos. Habitualmente obtidos de fontes naturais como o milho, a batata e a tapioca, os amidos modificados são utilizados como espessantes, estabilizantes e emulsionantes para melhorar a textura e o prazo de conservação de alimentos processados, produtos farmacêuticos e outros produtos.
Qual é a diferença entre o amido modificado e o amido OSA?
O amido modificado designa o amido que foi alterado de várias formas – física, enzimática ou quimicamente – para melhorar as suas propriedades funcionais, como o espessamento, a gelificação ou a estabilização em diferentes condições. Estas modificações tornam-no adequado para diversas aplicações em alimentos, produtos farmacêuticos e produtos industriais.
O amido OSA, ou amido de anidrido octenilsuccínico, é um tipo específico de amido quimicamente modificado, criado pela ligação de grupos de anidrido octenilsuccínico à molécula de amido. Esta modificação confere propriedades emulsionantes únicas, tornando o amido OSA particularmente eficaz na estabilização de emulsões de óleo em água. Embora o amido modificado melhore geralmente propriedades básicas como a viscosidade ou a estabilidade, o amido OSA é especialmente concebido para proporcionar capacidade de emulsificação, tornando-o popular em produtos como molhos para saladas, molhos e bebidas, nos quais as emulsões estáveis são essenciais. Leia mais sobre o amido OSA esterificado por ultrassons!