Modificarea cu ultrasunete a suspensiilor de granule de amidon
Amidonul poate fi extras cu ușurință din surse native, cum ar fi cartoful, porumbul sau cucuruzul. Modificarea amidonului este necesară pentru îmbunătățirea proprietăților fizice și chimice. Reactoarele cu ultrasunete Hielscher favorizează modificarea fizică, chimică și enzimatică a amidonului, ceea ce conduce la proprietăți funcționale mai bune pentru utilizarea în industria alimentară și în industriile nealimentare.
Pentru majoritatea aplicațiilor comerciale, amidonurile trebuie modificate chimic sau fizic pentru a le spori atributele pozitive sau pentru a le minimiza defectele. Ultrasonicarea este un mijloc extrem de eficient pentru modificarea fizică, chimică și enzimatică a amidonurilor. Dispozitivele cu ultrasunete Hielscher transferă unde ultrasonice de intensitate foarte mare în suspensiile de amidon. Cavitația ultrasonică rezultată favorizează:
- dezaglomerarea și dispersarea
- degradarea și dezintegrarea mecanică
- pătrunderea în granule și umflarea acestora
- transferul de masă
- formarea de radicali
- reactivitatea chimică
- încălzirea
Modificarea chimică a amidonului
Dezintegrarea cavitațională ultrasonică a granulei, asociată cu o facilitate mai mare de pătrundere a lichidului în granula de amidon, conduce la îmbunătățiri ale cineticii de reacție pentru esterificarea, eterificarea, hidroxipropilarea sau oxidarea și modificarea acidă a polimerilor de amidon. Reactoarele cu ultrasunete Hielscher sunt concepute pentru o procesare continuă în linie. Vitezele de reacție mai mari conduc la o capacitate crescută a vaselor de reacție.
Modificarea alcalină a amidonului
Pentru producerea multor derivați comerciali de amidon, în suspensiile apoase de amidon se adaugă reactivi organici reactivi, controlând în același timp alcalinitatea și temperatura. Esterificarea amidonurilor se realizează în general la pH 7 până la 9. Pentru eterificarea amidonurilor se utilizează de obicei un pH de 11 până la 12. Temperaturile tipice de proces sunt de aproximativ 60°C. Fără sonicare, gradul de substituție al amidonurilor comerciale este adesea mai mic de 0,2. Ultrasonicarea favorizează substituția, rezultând un amidon mai solubil în apă rece.
Modificarea acidă a amidonului
Reacția unei suspensii de amidon granular cu acid clorhidric sau sulfuric diluat la 40 până la 60°C conduce la amidonuri fluidizate sau amidonuri subțiate. Aceste amidonuri parțial depolimerizate dau produse care generează o vâscozitate mai mică. Octenilsuccinații de amidon sunt parțial depolimerizați pentru a permite utilizarea unui conținut mai ridicat de substanță uscată în timpul uscării prin pulverizare a produselor încapsulate. Ultrasonicarea în timpul hidrolizei acide blânde poate disocia agregatele de nanoparticule care se formează în timpul hidrolizei. Acest lucru crește randamentul de nanoparticule de amidon.
Molecula de amilopectină
Neutralizarea suspensiei
După proces, suspensia de reacție este neutralizată, de ex. prin adăugarea de acid clorhidric sau sulfuric după procesarea alcalină.
Spălarea amidonului
Spălarea cu apă, cum ar fi spălarea în contracurent în hidrocicloane, urmează neutralizării suspensiilor de amidon modificat. În această etapă, ultrasonicarea favorizează spălarea și clătirea particulelor individuale de amidon. Cavitația ultrasonică dispersează aglomeratele de granule de amidon și crește transferul de masă la nivelul stratului limită dintre granulele de amidon și faza apoasă.
Filtrarea și uscarea amidonului
Dispozitivele cu ultrasunete Hielscher sunt utilizate în procesele de ultrafiltrare sau nanofiltrare, precum și în uscarea ulterioară prin pulverizare.
Modificarea fizică a amidonului (mecanică)
Modificarea fizică a amidonurilor nu implică utilizarea de substanțe chimice. Totuși, ultrasonicarea produce modificări ale structurii moleculare a amidonului, urmate de variații ale proprietăților fizico-chimice și ale funcționalității. Forțele violente de forfecare cavitațională deformează regiunea cristalină din granulele de amidon. Lanțurile polimerice din apropierea microbulelor care implodează sunt prinse într-un câmp de forfecare cu gradient ridicat, care duce la ruperea legăturilor macromoleculare C-C și la formarea de radicali cu lanț lung. Imaginile SEM ale granulelor de amidon sonicate prezintă deteriorări mecanice, cum ar fi fisuri, adâncituri și ciupituri. Acest lucru are ca rezultat o capacitate mai mare de absorbție a apei, o putere de umflare mai mare și o solubilitate crescută. Acest efect este mai bun la amplitudini de sonicare mai mari. Prin urmare, sonicarea cu sondă este mult mai eficientă pentru modificarea amidonului decât sonicarea în baie. Procesarea ultrasonică intensă evidențiază mai multe granule dezintegrate în comparație cu amidonul nativ sau tratat termic.
Amidonuri esterificate cu OSA prin ultrasunete
Amidonurile esterificate cu OSA prin ultrasunete au demonstrat un grad de substituție (DS) și o eficiență a reacției (RE) mai ridicate, însoțite de modificări morfologice minore, dar benefice, care le pot extinde funcționalitatea în sistemele alimentare. Sonicarea crește viteza și eficiența reacției fără a modifica structura moleculară a amidonului, păstrând astfel proprietățile sale dezirabile pentru aplicațiile alimentare.
Aceste rezultate sugerează că esterificarea asistată de ultrasunete ar putea reprezenta o tehnologie verde, oferind o abordare eficientă energetic și care economisește timp pentru modificarea amidonului. Potențialul de scalare a esterificării asistate de sonicare ar putea revoluționa procesul de modificare a amidonurilor în știința alimentelor, aliniindu-se obiectivelor de producție sustenabilă și extinzând aplicațiile amidonurilor esterificate în industrie.
Citiți mai multe despre amidonul OSA esterificat prin ultrasunete!
Micrografii SEM pentru granule de amidon de grâu: (a) nesonicate, (b) sonicate 20min, (c) sonicate 40min., (d) sonicate 60min.
Studiu și imagini: ©Majzoobi et al., 2015
Ultrasonicarea poate reduce semnificativ temperatura de debut a gelatinizării. Gelurile de amidon preparate din granule de amidon sonicate prezintă o duritate mai mare și valori mai ridicate ale adezivității și coezivității în comparație cu amidonul nativ. Adezivitatea, coezivitatea, elasticitatea și gumozitatea cresc semnificativ prin modificarea ultrasonică a amidonului.
Ultrasonicarea necesită un aport de energie mult mai mic și condiții de procesare mult mai puțin solicitante decât procedurile convenționale de modificare a amidonului. Hielscher Ultrasonics furnizează reactoare cu ultrasunete de mare putere pentru procesarea comercială.
Solicitați mai multe informații!
Dacă sunteți un cercetător care studiază modificarea amidonului, un inginer de proces care încearcă să îmbunătățească procesele existente pentru amidon, un inginer de produs care formulează produse mai bune sau noi ori dacă aveți orice alt interes pentru modificarea amidonului: Contactați-ne! Vom fi bucuroși să discutăm cu dumneavoastră despre potențialul și beneficiile ultrasonicării pentru modificarea amidonului și aplicațiile amidonului. Vă rugăm să completați formularul de mai jos!
Utilizările amidonului
Amidonul modificat este utilizat într-o gamă largă de aplicații alimentare și nealimentare. Octenilsuccinații de amidon sunt un stabilizator important al emulsiilor de tip ulei-în-apă. În fabricarea hârtiei, amidonurile cationice îmbunătățesc rezistența în stare umedă și uscată, stabilizează emulsiile și acționează ca agenți de încleiere a suprafeței. Multe sisteme de aditivi pentru partea umedă încorporează microparticule anorganice (silice coloidală, bentonită) și polimeri sintetici împreună cu amidon modificat. Alte utilizări includ dispersiile de latex de amidon sau amidonul granular ca material de umplutură pentru polimeri.
Articole științifice despre modificarea amidonului asistată de ultrasunete
-
- S. Manchun, J. Nunthanid, S. Limmatvapirat și P.Sriamornsak (2012): Effect of Ultrasonic Treatment on Physical Properties of Tapioca Starch, în: 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, în: 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): Texture and pasting properties of ultrasonically treated corn starch, în: Czech J. Food Sci., 28: 83–93. [PDF]
- D. Knorr, B. I. O. Ade-Omowaye și V. Heinz (2002): Nutritional improvement of plant foods by non-thermal processing, în: Proceedings of the Nutrition Society (2002), 61, 311–318. [PDF]
Întrebări frecvente
Care sunt sursele native de amidon?
Amidonul provine din diverse surse native, cum ar fi: porumb, porumb ceros, porumb cu conținut ridicat de amiloză, tapioca, cartof, grâu, orez, orez ceros, mazăre (mazăre netedă, mazăre zbârcită) sago, ovăz, orz, secară, amarant, cartof dulce, ovăz, cereale, Vaccaria hispanica, quinoa, linte, fasole albă, sorg, arorut sau manioc.
Ce este amidonul modificat?
Amidonul modificat este un amidon care a fost modificat fizic, enzimatic sau chimic pentru a-i îmbunătăți performanța în aplicațiile alimentare și industriale. Aceste modificări îmbunătățesc proprietăți precum solubilitatea, vâscozitatea, gelifierea și stabilitatea în diverse condiții, cum ar fi căldura sau mediile acide. Obținute de obicei din surse naturale precum porumbul, cartoful și tapioca, amidonurile modificate sunt utilizate ca agenți de îngroșare, stabilizatori și emulgatori pentru a îmbunătăți textura și termenul de valabilitate în alimentele procesate, produsele farmaceutice și alte produse.
Care este diferența dintre amidonul modificat și amidonul OSA?
Amidonul modificat se referă la amidonul care a fost modificat în diverse moduri – fizic, enzimatic sau chimic – pentru a-i îmbunătăți proprietățile funcționale, cum ar fi îngroșarea, gelifierea sau stabilizarea în diferite condiții. Aceste modificări îl fac potrivit pentru aplicații diverse în alimente, produse farmaceutice și produse industriale.
Amidonul OSA, sau amidonul cu anhidridă octenilsuccinică, este un tip specific de amidon modificat chimic, obținut prin atașarea de grupări de anhidridă octenilsuccinică la molecula de amidon. Această modificare îi conferă proprietăți emulgatoare unice, ceea ce face ca amidonul OSA să fie deosebit de eficient în stabilizarea emulsiilor de tip ulei-în-apă. În timp ce amidonul modificat îmbunătățește în general proprietăți de bază precum vâscozitatea sau stabilitatea, amidonul OSA este special conceput pentru a oferi capacități de emulsionare, ceea ce îl face popular în produse precum dressingurile pentru salate, sosurile și băuturile, unde emulsiile stabile sunt esențiale. Citiți mai multe despre amidonul OSA esterificat prin ultrasunete!