Производство OSA-крахмала – Улучшенная этерификация с помощью ультразвуковой обработки
Этерификация крахмалов октенилянтарным ангидридом (СОАС) является широко применяемым методом модификации, особенно актуальным в пищевой промышленности для создания функциональных крахмалов с улучшенными свойствами. Тем не менее, традиционная модификация крахмала СОАС в щелочных условиях занимает много времени и может ограничить эффективность и осуществимость процесса. Ультразвуковая этерификация является эффективным альтернативным подходом к ускорению этерификации крахмалов с помощью СОАС. Применение ультразвуковой обработки позволяет достичь более высокой степени замещения (DS) и эффективности реакции (RE) по сравнению с традиционной щелочной этерификацией OSA. Это означает, что ультразвуковая обработка позволяет расширить и применимость этерифицированных крахмалов в пищевой промышленности. Результаты научных исследований подчеркивают, что этерификация с помощью ультразвуковой обработки является эффективным и экологически чистым шагом вперед в модификации крахмала.

Промышленный ультразвуковой аппарат UIP16000hdT для высокопроизводительной переработки крахмалов.
Ультразвуковая этерификация октенилянтарного ангидридного крахмала
Крахмалы являются незаменимыми полисахаридами в пищевой промышленности, широко используются в качестве загустителей, стабилизаторов и эмульгаторов благодаря своим уникальным свойствам. Тем не менее, функциональные ограничения нативных крахмалов часто требуют модификации для повышения их эффективности. Этерификация октенилянтарным ангидридом (СОАС) представляет собой процесс химической модификации, в результате которого вводятся гидрофобные группы, усиливающие эмульгирующие и стабилизирующие свойства крахмала. Несмотря на свою эффективность, традиционная этерификация СОАС в щелочных условиях является длительным процессом. Ультразвуковая этерификация — это экологичная технология, которая потенциально может повысить степень замещения (DS) и эффективность реакции (RE) крахмалов OSA, сокращая время и ресурсы.
Тематическое исследование: ультразвуковая этерификация картофельного крахмала СОАС
В исследовании Martínez et al. (2024) андские нативные картофельные крахмалы подвергались как обычной щелочной этерификации OSA, так и этерификации с помощью ультразвука (US-OSA). Они проанализировали морфологию гранул, молекулярные характеристики, термические свойства и реологические свойства полученных крахмалов, чтобы определить потенциальные преимущества этерификации с помощью ультразвука.
Образцы крахмала и процедура этерификации
Андские нативные картофельные крахмалы этерифицировали двумя методами:
- Традиционная этерификация СОАС (СОАС) – Проводится в щелочных условиях с октенилянтарным ангидридом.
- Этерификация СОАС с помощью ультразвука (УЗИ-СОАС) – где ультразвуковые волны применялись во время этерификации для повышения скорости и эффективности реакции.
Степень замещения (DS) и эффективность реакции (RE)
В процессе этерификации с ультразвуковой помощью получались крахмалы со значительно более высокой степенью замещения (DS) и эффективностью реакции (RE) по сравнению с традиционными методами. Это улучшение имеет решающее значение, так как DS отражает степень замещения гидрофобной группы на молекуле крахмала, напрямую влияя на ее эмульгирующие свойства.
Высокая эффективность реакции в ультразвуково модифицированных крахмалах OSA позволяет предположить, что ультразвуковые волны усиливают молекулярные столкновения и проникновение молекул OSA в гранулы крахмала, потенциально за счет эффектов кавитации, которые улучшают массоперенос и способствуют более эффективной этерификации.
Морфологические характеристики
Микроскопическое исследование морфологии гранул выявило заметные различия между СОАС и ультразвуково модифицированными крахмалами СОАС. В то время как оба модифицированных крахмала сохранили целостность гранул, модифицированные ультразвуком гранулы OSA показали отслаивающиеся поверхности с некоторыми порами, что указывает на то, что ультразвуковая обработка оказала мягкое воздействие на структуру поверхности. Это структурное изменение, хотя и незначительное, предполагает улучшенную доступность крахмальных гранул для этерификации без ущерба для целостности гранул.
Кроме того, ультразвуково модифицированные крахмалы OSA показали более низкие значения диапазона, что указывает на более узкое распределение по размерам и более однородную популяцию гранул. Такая консистенция может быть полезна для конкретных областей применения в пищевой промышленности, где важна точная текстура и стабильность.
Молекулярные особенности
ИК-спектроскопия и рентгеноструктурный анализ показали минимальные структурные различия между СОАС и ультразвуково модифицированными крахмалами ОСА. Оба типа крахмала сохранили характерную структуру крахмала без заметных изменений в кристалличности, что подтверждает, что ультразвуковая обработка не нарушила нативную структуру крахмала значительно.
Эта молекулярная стабильность является преимуществом, поскольку она гарантирует, что этерификация с помощью ультразвука повышает функциональность без изменения фундаментальной молекулярной структуры крахмала, что имеет решающее значение для поддержания желаемых текстурных свойств в пищевых продуктах.
Термические свойства
Термические свойства, в частности, энтальпия желатинизации, различались между обычными и ультразвуково модифицированными крахмалами OSA. Ультразвуково модифицированные крахмалы OSA продемонстрировали меньшую энтальпию желатинизации по сравнению с обычными крахмалами OSA, что свидетельствует о снижении потребности в энергии для желатинизации. Этот вывод подразумевает, что ультразвуковая обработка может способствовать более легкой гидратации и желатинизации, потенциально повышая технологичность модифицированного крахмала в пищевых продуктах, которые включают термическую обработку.
Реологические свойства
Ультразвуково этерифицированные крахмалы OSA продемонстрировали благоприятные реологические свойства, с профилями вязкости, аналогичными или немного улучшенными по сравнению с обычными крахмалами OSA. Такие свойства могут улучшить их характеристики в приложениях, требующих стабильных эмульсий или постоянной вязкости при различных условиях обработки.
Тематическое исследование: Ультразвуковой этерифицированный OSA-крахмал из семян Annatto Seeds
В исследовании Silva et al. (2013) изучалось влияние интенсивности ультразвука на этерификацию крахмала семян аннато октенилянтарным ангидридом (OSA) с целью создания нового эмульгатора для коллоидных систем. Ультразвук применялся с различной интенсивностью (0, 5, 10 и 20 Вт/см²) в течение короткого времени обработки (5 минут). Основные выводы включали увеличение степени замещения (DS) с более высокой интенсивностью ультразвука, достигая максимальной степени замещения 0,139 ± 0,031 при 20 Вт/см². Лечение ультразвуком также увеличило содержание амилозы в 1,24–1,36 раза по сравнению с образцами без ультразвука.
Морфология гранул выявила гладкие поверхности и четко очерченные эллиптические частицы при более высоких интенсивностях ультразвука, что снижало агрегацию гранул. Рентгеновская дифракция не показала существенных качественных различий, что указывает на то, что ультразвук не изменяет кристаллическую структуру крахмала. Модифицированные крахмалы были эффективны для стабилизации эмульсий аннато на основе масла в воде, достигая больших средних диаметров по Саутеру (14 ± 2 мкм), но демонстрируя большую кинетическую стабильность с течением времени по сравнению с коммерчески модифицированными крахмалами. В целом, ультразвуковая модификация СОАС оказалась быстрым и эффективным подходом к улучшению функциональных свойств крахмала семян аннато в качестве эмульгатора.
Ультразвуковые аппараты для этерификации OSA-крахмала
Промышленные ультразвуковые аппараты Hielscher представляют собой высокопроизводительные ультразвуковые устройства, используемые для усиления этерификации крахмалов OSA, процесса, который вводит гидрофобные октенилянтарные ангидридные группы (OSA) в молекулы крахмала. Благодаря ультразвуковой кавитации эти ультразвуковики создают микроструи и интенсивные силы сдвига в крахмальной суспензии, улучшая диффузию и эффективность реакции СОАС в крахмальные гранулы. Это приводит к более высокой степени замещения (DS) и повышению эффективности реакции, что часто достигается за значительно более короткое время по сравнению с традиционными методами. Ультразвуковые аппараты Hielscher идеально подходят для промышленного применения, обеспечивая точный контроль таких параметров, как интенсивность, частота и продолжительность, для оптимизации процесса этерификации, обеспечивая стабильное качество продуктов из модифицированного крахмала для улучшения эмульгирующих и стабилизирующих свойств.
- Высокая эффективность
- Современные технологии
- надёжность & робастность
- Регулируемое, точное управление процессом
- партия & встроенный
- для любого объема
- Интеллектуальное программное обеспечение
- интеллектуальные функции (например, программируемые, протоколирование передачи данных, дистанционное управление)
- Простота и безопасность в эксплуатации
- Низкие эксплуатационные расходы
- CIP (безразборная мойка)
Проектирование, производство и консалтинг – Качество «Сделано в Германии»
Ультразвуковые аппараты Hielscher хорошо известны своими высочайшими стандартами качества и дизайна. Надежность и простота в эксплуатации позволяют без проблем интегрировать наши ультразвуковые аппараты в промышленные объекты. Ультразвуковые аппараты Hielscher легко справляются с суровыми условиями и требовательными условиями окружающей среды.
Hielscher Ultrasonics является компанией, сертифицированной по стандарту ISO, и уделяет особое внимание высокопроизводительным ультразвуковым аппаратам, отличающимся самыми современными технологиями и удобством в использовании. Конечно, ультразвуковые аппараты Hielscher соответствуют требованиям CE и соответствуют требованиям UL, CSA и RoHs.
В таблице ниже приведена примерная производительность обработки наших ультразвуковых аппаратов:
Объем партии | Расход | Рекомендуемые устройства |
---|---|---|
0от 0,5 до 1,5 мл | н.а. | VialTweeter |
от 1 до 500 мл | От 10 до 200 мл/мин | УП100Ч |
от 10 до 2000 мл | от 20 до 400 мл/мин | УП200Хт, УП400Ст |
0.1 до 20 л | 0от 0,2 до 4 л/мин | УИП2000HDT |
От 10 до 100 л | От 2 до 10 л/мин | УИП4000HDT |
От 15 до 150 л | От 3 до 15 л/мин | УИП6000HDT |
н.а. | От 10 до 100 л/мин | UIP16000 |
н.а. | больше | Кластер UIP16000 |
Литература / Литература
- Martínez, Patrcia; Peña, Fiorela; Bello-Pérez, Luis; Yee-Madeira, H.; Ibarz, Albert; Velezmoro, Carmen (2024): Ultrasound-Assisted Esterification of Andean Native Potato Starches Increases the Degree of Substitution and Reaction Efficiency. Potato Research 67, 2014. 711–732.
- Eric Keven Silva, Ana Gabriela da S. Anthero, Lucas B. Emerick, Giovani L. Zabot, Miriam D. Hubinger, Maria Angela A. Meireles (2022): Low-frequency ultrasound-assisted esterification of Bixa orellana L. seed starch with octenyl succinic anhydride. International Journal of Biological Macromolecules, Volume 207, 2022. 1-8.
- Manchun, S.; Nunthanid, Jurairat; Limmatvapirat, Sontaya; Sriamornsak, Pornsak (2012): Effect of Ultrasonic Treatment on Physical Properties of Tapioca Starch. Advanced Materials Research 506, 2012. 294-297.
- Herceg, Ivana; Režek Jambrak, Anet; Šubarić, Drago; Tripalo, Ježek, Damir; Novotni, Dubravka; Herceg, Zoran; Herceg, Novotni (2010): Texture and Pasting Properties of Ultrasonically Treated Corn Starch. Czech Journal of Food Sciences 28, 2010.
Часто задаваемые вопросы
Что такое крахмал СОАС?
СОАС-крахмал представляет собой крахмал, химически модифицированный октенилянтарным ангидридом (СОАС), который присоединяет гидрофобные октенильсукцинильные группы к молекуле крахмала. Эта модификация придает крахмалу амфифильные свойства, повышая его способность действовать как эмульгатор и стабилизировать эмульсии типа «масло в воде». СОАС-крахмал широко используется в пищевой промышленности, поскольку он сочетает в себе загущающие свойства крахмала с улучшенной эмульгирующей функциональностью, что делает его пригодным для применений, требующих стабильных коллоидных систем.
Как производится крахмал СОАС?
Крахмал СОАС производится в процессе этерификации, в котором нативный крахмал (часто из таких источников, как кукуруза, картофель или тапиока) вступает в реакцию с октенилянтарным ангидридом (СОАС) в щелочных условиях. Вот упрощенная схема процесса:
- Подготовка: Нативный крахмал диспергируют в воде для создания суспензии, которую затем доводят до щелочного pH (обычно с использованием гидроксида натрия) для облегчения реакции.
- Добавление OSA: Октенилсукцинарный ангидрид медленно добавляют в крахмальную суспензию, где он вступает в реакцию с гидроксильными группами на молекулах крахмала с образованием сложных эфирных связей, присоединяя октенилсукцинильные группы к крахмальным цепям.
- Управление реакцией: Реакция обычно контролируется путем поддержания оптимальной температуры, pH и условий перемешивания, что помогает достичь желаемой степени замещения (DS) – уровня присоединения OSA к молекулам крахмала.
- Нейтрализация и промывка: Как только реакция достигает желаемого DS, смесь нейтрализуют, обычно с помощью кислоты, такой как соляная кислота, и модифицированный крахмал промывают для удаления любых непрореагировавших OSA и других побочных продуктов.
- Сушка: Затем модифицированный OSA-крахмал высушивают с получением порошкообразной формы, готовой к использованию в качестве эмульгирующего агента.
Новые методы, такие как этерификация с помощью ультразвука, также изучаются для повышения эффективности и сокращения времени реакции этого процесса за счет усиления диффузии СОАС в гранулы крахмала.

Hielscher Ultrasonics производит высокопроизводительные ультразвуковые гомогенизаторы от лаборатория Кому промышленного размера.