Ултразвучна модификација суспензија скробних гранула
Скроб се лако екстрахује из природних извора, као што су кромпир или кукуруз. Модификација скроба неопходна је за побољшање физичких и хемијских својстава. Ултразвучни реактори Hielscher поспешују физичку, хемијску и ензимску модификацију скроба, чиме се постижу боља функционална својства за примену у прехрамбеној и непрехрамбеној индустрији.
За већину комерцијалних примена скробови се морају хемијски или физички модификовати како би се побољшала њихова позитивна својства или недостаци свели на минимум. Ултразвучна обрада је веома делотворно средство за физичку, хемијску и ензимску модификацију скробова. Ултразвучни уређаји Hielscher преносе ултразвучне таласе веома високог интензитета у скробне суспензије. Настала ултразвучна кавитација поспешује:
- деагломерацију и дисперговање
- механичку деградацију и разарање
- продирање у грануле и њихово бубрење
- пренос масе
- стварање радикала
- хемијску реактивност
- загревање
Хемијска модификација скроба
Ултразвучно кавитационо разарање гранула, повезано са лакшим продирањем течности у скробне грануле, побољшава кинетику реакција естерификације, етерификације, хидроксипропилације или оксидације и киселинске модификације скробних полимера. Ултразвучни реактори Hielscher пројектовани су за континуирану проточну обраду. Веће брзине реакција доводе до повећања капацитета реакционих судова.
Алкална модификација скроба
За производњу многих комерцијалних деривата скроба, реактивни органски реагенси додају се воденим скробним суспензијама уз контролу алкалности и температуре. Естерификација скробова углавном се спроводи при pH од 7 до 9. За етерификацију скробова обично се користи pH од 11 до 12. Типичне температуре процеса су приближно 60°C. Без ултразвучне обраде, степен супституције комерцијалних скробова често је мањи од 0,2. Ултразвучна обрада поспешује супституцију, чиме се добија скроб који је растворљивији у хладној води.
Киселинска модификација скроба
Реакција суспензије скробних гранула са разблаженом хлороводоничном или сумпорном киселином на температури од 40 до 60°C доводи до добијања скробова повећане течљивости или скробова снижене вискозности. Ови делимично деполимеризовани скробови дају производе који развијају мању вискозност. Скробни октенилсукцинати делимично се деполимеризују како би се омогућила употреба већег садржаја суве материје при сушењу инкапсулираних производа распршивањем. Ултразвучна обрада током благе киселинске хидролизе може да раздвоји агрегате наночестица који се формирају током хидролизе. Тиме се повећава принос скробних наночестица.
Молекул амилопектина
Неутрализација суспензије
Након процеса, реакциона суспензија се неутралише, нпр. додавањем хлороводоничне или сумпорне киселине након алкалне обраде.
Прање скроба
Прање водом, као што је противструјно прање у хидроциклонима, следи након неутрализације суспензија модификованог скроба. У овој фази ултразвучна обрада поспешује прање и испирање појединачних честица скроба. Ултразвучна кавитација диспергује агломерате скробних гранула и повећава пренос масе у граничном слоју између скробних гранула и водене фазе.
Филтрација и сушење скроба
Ултразвучни уређаји Hielscher користе се у процесима ултрафилтрације или нанофилтрације, као и при накнадном сушењу распршивањем.
Физичка модификација скроба (механичка)
Физичка модификација скроба не укључује употребу хемикалија. Ипак, ултразвучна обрада доводи до промена молекулске структуре скроба, праћених променама физичко-хемијских својстава и функционалности. Снажне кавитационе силе смицања деформишу кристалну област у гранулама скроба. Полимерни ланци у близини микромехурића који колабирају доспевају у поље смицања са високим градијентом, што доводи до кидања макромолекулских C-C веза и стварања радикала са дугим ланцима. SEM снимци гранула скроба обрађених ултразвуком показују механичка оштећења, као што су пукотине, удубљења и јамице. То доводи до већег капацитета апсорпције воде, веће способности бубрења и повећане растворљивости. Овај ефекат је израженији при већим амплитудама ултразвучне обраде. Зато је ултразвучна обрада сондом много ефикаснија за модификацију скроба од обраде у ултразвучном купатилу. Интензивна ултразвучна обрада доводи до израженијег нарушавања структуре гранула у поређењу са нативним или термички обрађеним скробом.
Скробови естерификовани помоћу OSA уз примену ултразвука
Скробови естерификовани помоћу OSA уз примену ултразвука показали су виши степен супституције (DS) и већу ефикасност реакције (RE), уз мале, али корисне морфолошке промене које могу проширити њихову функционалност у прехрамбеним системима. Ултразвучна обрада повећава брзину и ефикасност реакције без промене молекулске структуре скроба, чиме се очувају његова пожељна својства за примену у храни.
Ови резултати указују на то да би естерификација потпомогнута ултразвуком могла представљати зелену технологију, нудећи енергетски ефикасан приступ модификацији скроба који штеди време. Могућност повећања обима естерификације потпомогнуте ултразвуком могла би да револуционише поступак модификације скроба у науци о храни, усклађујући га са циљевима одрживе производње и проширујући примену естерификованих скробова у индустрији.
Прочитајте више о OSA-скробу естерификованом уз примену ултразвука!
SEM микрографије гранула пшеничног скроба: (a) необрађених ултразвуком, (b) обрађених ултразвуком 20min, (c) обрађених ултразвуком 40min., (d) обрађених ултразвуком 60min.
Студија и слике: ©Majzoobi et al., 2015
Ултразвучна обрада може значајно снизити температуру почетка желатинизације. Скробни гелови припремљени од гранула скроба обрађених ултразвуком имају већу тврдоћу и веће вредности адхезивности и кохезивности у поређењу са нативним скробом. Адхезивност, кохезивност, еластичност и гумозност значајно се повећавају ултразвучном модификацијом скроба.
Ултразвучна обрада захтева много мањи унос енергије и знатно блаже услове обраде од конвенционалних поступака модификације скроба. Hielscher Ultrasonics испоручује ултразвучне реакторе велике снаге за комерцијалну обраду.
Затражите више информација!
Ако сте научник који истражује модификацију скроба, процесни инжењер који настоји да унапреди постојеће поступке обраде скроба, инжењер за развој производа који формулише боље или нове производе, или ако сте на било који други начин заинтересовани за модификацију скроба: контактирајте нас! Биће нам драго да са вама разговарамо о могућностима и предностима ултразвучне обраде за модификацију и примену скроба. Молимо вас да попуните образац испод!
Употреба скроба
Модификовани скроб користи се у широком спектру прехрамбених и непрехрамбених примена. Октенилсукцинати скроба су важан стабилизатор емулзија уља у води. У производњи папира, катјонски скробови побољшавају чврстоћу у влажном и сувом стању, стабилизују емулзије и делују као средства за површинско клејење. Многи системи адитива за влажни део производње папира садрже неорганске микрочестице (колоидни силицијум-диоксид, бентонит) и синтетичке полимере са модификованим скробом. Друге примене обухватају скробне латекс дисперзије или грануларни скроб као пунило за полимере.
Научни чланци о модификацији скроба потпомогнутој ултразвуком
-
- S. Manchun, J. Nunthanid, S. Limmatvapirat и P.Sriamornsak (2012): Утицај ултразвучне обраде на физичка својства скроба тапиоке, у: Advanced Materials Research Vol. 506 (2012) стр. 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): Утицај ултразвука на физичка својства кукурузног скроба, у: 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): Текстура и својства образовања пасте ултразвучно третираног кукурузног скроба, у: Czech J. Food Sci., 28: 83–93. [PDF]
- D. Knorr, B. I. O. Ade-Omowaye и V. Heinz (2002): Побољшање нутритивне вредности биљних намирница нетермичком обрадом, у: Proceedings of the Nutrition Society (2002), 61, 311–318. [PDF]
Често постављана питања
Који су природни извори скроба?
Скроб потиче из различитих природних извора, као што су: кукуруз, воштани кукуруз, кукуруз са високим садржајем амилозе, тапиока, кромпир, пшеница, пиринач, воштани пиринач, грашак (глатки грашак, наборани грашак), саго, овас, јечам, раж, амарант, слатки кромпир, овас, житарице, крављи кукољ, киноа, сочиво, ситни бели пасуљ, сирак, маранта или маниока.
Шта је модификовани скроб?
Модификовани скроб је скроб који је физички, ензимски или хемијски измењен ради побољшања његових својстава при примени у прехрамбеној и другим индустријама. Ове модификације побољшавају својства као што су растворљивост, вискозност, гелирање и стабилност у различитим условима, попут повишене температуре или киселе средине. Модификовани скробови, који се обично добијају из природних извора као што су кукуруз, кромпир и тапиока, користе се као згушњивачи, стабилизатори и емулгатори за побољшање текстуре и продужење рока трајања прерађене хране, фармацеутских и других производа.
Која је разлика између модификованог скроба и OSA-скроба?
Модификовани скроб означава скроб који је измењен на различите начине – физички, ензимски или хемијски – ради побољшања његових функционалних својстава, као што су згушњавање, гелирање или стабилизација у различитим условима. Ове модификације чине га погодним за разноврсне примене у храни, фармацеутским и индустријским производима.
OSA-скроб, односно скроб модификован анхидридом октенилћилибарне киселине, специфична је врста хемијски модификованог скроба која настаје везивањем група анхидрида октенилћилибарне киселине за молекул скроба. Ова модификација даје јединствена емулгујућа својства, због чега је OSA-скроб посебно ефикасан у стабилизацији емулзија уља у води. Док модификовани скроб генерално побољшава основна својства попут вискозности или стабилности, OSA-скроб је посебно прилагођен да омогући емулговање, што га чини популарним у производима попут прелива за салате, сосова и напитака у којима су стабилне емулзије неопходне. Прочитајте више о ултразвучно естерификованом OSA-скробу!