Ультразвуковая модификация суспензий из крахмальных гранул
Крахмал легко извлекается из местных источников, таких как картофель, кукуруза или кукуруза. Модификация крахмала необходима для улучшения его физико-химических свойств. Ультразвуковые реакторы Хильшера способствуют физической, химической и ферментативной модификации крахмала, что приводит к улучшению функциональных свойств для использования в пищевой и непищевой промышленности.
Для большинства коммерческих применений крахмалы должны быть модифицированы химически или физически для усиления их положительных свойств или минимизации дефектов. Ультразвук является высокоэффективным средством физической, химической и ферментативной модификации крахмалов. Ультразвуковые устройства Hielscher передают высокоинтенсивные ультразвуковые волны в крахмальные суспензии. Полученная ультразвуковая кавитация способствует:
- деагломерация и диспергирование
- механическая деградация и разрушение
- проникновение и набухание гранул
- массообмен
- образование корнеплодов
- химическая реакционная способность
- отопление
Химическая модификация крахмала
Ультразвуковое кавитационное разрушение гранулы, связанное с более высокой способностью к вхождению жидкости в гранулу крахмала, приводит к улучшению кинетики реакции на этерификацию, этерификацию, гидроксипропилирование или окисление и кислотную модификацию крахмальных полимеров. Ультразвуковые реакторы Hielscher предназначены для непрерывной поточной обработки. Более высокая скорость реакции приводит к увеличению емкости реакционного котла.
Модификация щелочного крахмала
Для производства многих коммерческих производных крахмала в водные крахмальные суспензии добавляются реактивные органические реагенты, контролирующие щелочность и температуру. Этерификация крахмалов обычно проводится при рН от 7 до 9. pH от 11 до 12 обычно используется для этерификации крахмалов. Типичная температура процесса составляет около 60 °C. Без ультразвуковой обработки степень замещения товарных крахмалов часто составляет менее 0,2. Ультразвук способствует замене, в результате чего получается более холодный водорастворимый крахмал.
Модификация кислотного крахмала
Реакция гранулированной крахмальной суспензии с разбавленной соляной или серной кислотой при температуре от 40 до 60°С приводит к текучести крахмалов или разбавленных крахмалов. Из этих частично деполимеризованных крахмалов получаются продукты, которые имеют меньшую вязкость. Октенилсукцинаты крахмала частично деполимеризуются, что позволяет использовать более высокое содержание твердых веществ при распылительной сушке инкапсулированных продуктов. Ультразвук во время мягкого кислотного гидролиза может диссоциировать агрегаты наночастиц, которые образуются во время гидролиза. Это увеличивает выход наночастиц крахмала.
Молекула амилопектина
Нейтрализация пульпы
После процесса реакционная суспензия нейтрализуется, например, путем добавления соляной или серной кислоты после щелочной обработки.
Промывка крахмала
Промывка водой, такая как противоточная промывка в гидроциклонах, следует за нейтрализацией модифицированных крахмальных суспензий. На этом этапе ультразвуковое исследование способствует промывке и промывке отдельных частиц крахмала. Ультразвуковая кавитация диспергирует агломераты гранул крахмала и увеличивает массоперенос в пограничном слое между гранулами крахмала и водной фазой.
Фильтрация и сушка крахмала
В ультразвуковых аппаратах Hielscher используются процессы ультрафильтрации или нанофильтрации, а также последующей распылительной сушки.
Физическая модификация крахмала (механическая)
Физическая модификация крахмалов не предполагает использования химических веществ. Тем не менее, ультразвуковая обработка приводит к изменениям в молекулярной структуре крахмала, за которыми следуют вариации физико-химических свойств и функциональности. Сильные кавитационные сдвиговые силы искажают кристаллическую область в гранулах крахмала. Полимерные цепи вблизи схлопывающихся микропузырьков попадают в поле сдвига с высоким градиентом, что приводит к разрыву высокомолекулярных связей C-C и образованию длинноцепочечных радикалов. На снимках СЭМ гранул крахмала, обработанных ультразвуком, видны механические повреждения, такие как трещины, углубления и точечная коррозия. Это приводит к более высокой водопоглощающей способности, более высокой способности к набуханию и повышению растворимости. Этот эффект лучше подходит для более высоких амплитуд ультразвука. Таким образом, зондовая ультразвуковая обработка гораздо эффективнее для модификации крахмала, чем ультразвуковая обработка банного типа. Интенсивная ультразвуковая обработка показывает больше разрушенных гранул по сравнению с нативным или термически обработанным крахмалом.
Ультразвуковые этерифицированные крахмалы OSA
Ультразвуковые этерифицированные ОСА крахмалы продемонстрировали более высокую степень замещения (DS) и эффективность реакции (RE) в сочетании с незначительными, но полезными морфологическими изменениями, которые могут расширить их функциональность в пищевых системах. Ультразвуковая обработка повышает скорость и эффективность реакции без изменения молекулярной структуры крахмала, тем самым сохраняя его желаемые свойства для применения в пищевых продуктах.
Эти результаты свидетельствуют о том, что этерификация с помощью ультразвука может представлять собой экологически чистую технологию, предлагающую энергоэффективный и экономящий время подход к модификации крахмала. Потенциал масштабирования этерификации с помощью сонциации может революционизировать процесс модификации крахмалов в пищевой науке, согласуясь с целями устойчивого производства и расширяя применение этерифицированных крахмалов в промышленности.
Узнайте больше об ультразвуковом этерифицированном OSA-крахмале!
Микрофотографии SEM для: (a) необработанных ультразвуком, (b) 20 мин обработанных ультразвуком, (c) 40 мин. обработанных ультразвуком, (d) 60 мин обработанных ультразвуком гранул пшеничного крахмала.
Исследование и изображения: ©Majzoobi et al., 2015
Ультразвуковое исследование может значительно снизить температуру начала желатинизации. Крахмальные гели, приготовленные из гранул крахмала, обработанного ультразвуком, обладают более высокой твердостью и более высокими значениями адгезии и когезивности по сравнению с нативным крахмалом. Адгезия, когезивность, пружинистость и липкость значительно увеличиваются при ультразвуковой модификации крахмала.
Ультразвук требует гораздо меньше затрат энергии и стрессовых условий обработки, чем обычные процедуры модификации крахмала. Hielscher Ultrasonics поставляет ультразвуковые реакторы высокой мощности для промышленной обработки.
Запросите дополнительную информацию!
Если вы ученый, занимающийся исследованиями модификации крахмала, инженер-технолог, пытающийся улучшить существующие процессы производства крахмала, инженер по продукту, разрабатывающий лучшие или новые продукты, или если у вас есть какой-либо другой интерес к модификации крахмала: свяжитесь с нами! Мы будем рады обсудить с Вами потенциал и преимущества ультразвуковой обработки для модификации крахмала и применения крахмала. Пожалуйста, заполните форму ниже!
Использование крахмала
Модифицированный крахмал используется в широком спектре пищевых и непищевых продуктов. Октенилсукцинаты крахмала являются важным стабилизатором эмульсий типа «масло в воде». В производстве бумаги катионные крахмалы улучшают прочность во влажном и сухом состоянии, стабилизируют эмульсии и действуют как поверхностные проклеивающие агенты. Многие системы присадок мокрого конца включают в себя неорганические микрочастицы (коллоидный диоксид кремния, бентонит) и синтетические полимеры с модифицированным крахмалом. Другие области применения включают крахмальные латексные дисперсии или гранулированный крахмал в качестве наполнителя для полимеров.
Научные статьи о ультразвуковой модификации крахмала
-
- С. Манчун, Д. Нунтанид, С. Лимматвапират и. Шриаморнсак (2012): Влияние ультразвуковой обработки на физические свойства крахмала тапиоки, в: Advanced Materials Research Vol. 506 (2012) стр. 294-297. [PDF]
- Анет Резек Ямбрак, Зоран Херцег, Драго Шубарич, Юрислав Бабич, Младен Брнчич, Сюзана Римац Брнчич, Томислав Босильков, Домагой Цвек, Бранко Трипало, Юрица Гело (2010): Влияние ультразвука на физические свойства кукурузного крахмала, в: Углеводные полимеры 79 (2010) 91–100.
- Херцег И.Л., Ямбрак А.Р., Шубарич Д., Брнчич М., Брнчич С.Р., Баданьяк М., Трипало Б., Ежек Д., Новотни Д., Херцег З. (2010): Текстура и пастирующие свойства кукурузного крахмала, обработанного ультразвуком, в: Чешский J. Food Sci., 28: 83–93. [PDF]
- Д. Норр, Б. И. О. Аде-Омовае и В. Хайнц (2002): Улучшение питательных веществ растительной пищи путем нетермической обработки, в: Труды Общества питания (2002), 61, 311–318. [PDF]
Часто задаваемые вопросы
Что такое источники нативного крахмала?
Крахмал получают из различных местных источников, таких как: кукуруза, восковая кукуруза, кукуруза с высоким содержанием амилозы, тапиока, картофель, пшеница, рис, восковой рис, горох (гладкий горох, морщинистый горох), саго, овес, ячмень, рожь, амарант, сладкий картофель, овес, злаки, коровий моллюск, киноа, чечевица, морская фасоль, сорго, маранта или маниока.
Что такое модифицированный крахмал?
Модифицированный крахмал — это крахмал, который был физически, ферментативно или химически изменен для улучшения его характеристик в пищевой и промышленной промышленности. Эти модификации улучшают такие свойства, как растворимость, вязкость, гелеобразование и стабильность в различных условиях, таких как тепло или кислая среда. Обычно получаемые из природных источников, таких как кукуруза, картофель и тапиока, модифицированные крахмалы используются в качестве загустителей, стабилизаторов и эмульгаторов для улучшения текстуры и срока годности в обработанных пищевых продуктах, фармацевтических препаратах и других продуктах.
В чем разница между модифицированным крахмалом и OSA-крахмалом?
Модифицированный крахмал относится к крахмалу, который был изменен различными способами — физически, ферментативно или химически — для улучшения его функциональных свойств, таких как загущение, гелеобразование или стабилизация в различных условиях. Эти модификации делают его пригодным для различных применений в пищевой, фармацевтической и промышленной продукции.
OSA-крахмал, или октенилянтарный ангидридный крахмал, представляет собой особый тип химически модифицированного крахмала, создаваемый путем присоединения октенилянтарных ангидридных групп к молекуле крахмала. Эта модификация придает уникальные эмульгирующие свойства, что делает СОАС-крахмал особенно эффективным для стабилизации эмульсий типа «масло в воде». В то время как модифицированный крахмал обычно улучшает основные свойства, такие как вязкость или стабильность, OSA-крахмал специально разработан для обеспечения эмульгирующих способностей, что делает его популярным в таких продуктах, как заправки для салатов, соусы и напитки, где необходимы стабильные эмульсии. Узнайте больше об ультразвуковом этерифицированном крахмале OSA!