Ultraljudsmodifiering av suspensioner av stärkelsegranuler

Neutralisering av suspensionen

Efter processen neutraliseras reaktionssuspensionen, till exempel genom tillsats av saltsyra eller svavelsyra efter alkalisk bearbetning.

Tvättning av stärkelse

Efter neutraliseringen av de modifierade stärkelsesuspensionerna följer tvättning med vatten, såsom motströmstvättning i hydrocykloner. I detta skede underlättar ultraljudsbehandling tvättning och sköljning av de enskilda stärkelsepartiklarna. Ultraljudskavitationen dispergerar agglomerat av stärkelsegranuler och ökar massöverföringen i gränsskiktet mellan stärkelsegranulerna och vattenfasen.

Filtrering och torkning av stärkelse

Hielschers ultraljudsapparater används i ultrafiltrerings- eller nanofiltreringsprocesser samt vid efterföljande spraytorkning.

Fysikalisk modifiering av stärkelse (mekanisk)

Fysikalisk modifiering av stärkelse innebär inte att kemikalier används. Ultraljudsbehandling ger dock förändringar i stärkelsens molekylstruktur som följs av förändringar i fysikalisk-kemiska egenskaper och funktionalitet. De kraftiga skjuvkrafterna från kavitationen deformerar den kristallina regionen i stärkelsegranulerna. Polymerkedjor nära de kollapsande mikrobubblorna fångas i ett skjuvfält med hög gradient, vilket leder till att makromolekylära C-C-bindningar bryts och långkedjiga radikaler bildas. SEM-bilder av ultraljudsbehandlade stärkelsegranuler visar mekaniska skador, såsom sprickor, fördjupningar och gropar. Detta ger högre vattenabsorptionsförmåga, högre svällningsförmåga och ökad löslighet. Denna effekt är större vid högre ultraljudsamplituder. Därför är ultraljudsbehandling med sond mycket effektivare för stärkelsemodifiering än behandling i ultraljudsbad. Intensiv ultraljudsbehandling ger mer sönderdelade granuler jämfört med nativ eller värmebehandlad stärkelse.

Stärkelse OSA-förestrad med ultraljud

Stärkelse som OSA-förestrats med ultraljud uppvisade högre substitutionsgrad (DS) och reaktionseffektivitet (RE), i kombination med små men gynnsamma morfologiska förändringar som kan utöka dess funktionalitet i livsmedelssystem. Ultraljudsbehandling ökar reaktionshastigheten och reaktionseffektiviteten utan att förändra stärkelsens molekylstruktur och bevarar därmed dess önskvärda egenskaper för livsmedelstillämpningar.
Dessa resultat tyder på att ultraljudsassisterad förestring skulle kunna utgöra en grön teknik som erbjuder ett energieffektivt och tidsbesparande tillvägagångssätt för stärkelsemodifiering. Möjligheten att skala upp ultraljudsassisterad förestring skulle kunna revolutionera modifieringsprocessen för stärkelse inom livsmedelsvetenskapen, i linje med mål för hållbar produktion, och bredda användningen av förestrad stärkelse inom industrin.

Läs mer om OSA-stärkelse förestrad med ultraljud!

SEM-mikrografier av vetestärkelsegranuler: (a) obehandlade med ultraljud, (b) ultraljudsbehandlade i 20min, (c) ultraljudsbehandlade i 40min., (d) ultraljudsbehandlade i 60min.
Studie och bilder: ©Majzoobi et al., 2015

Ultraljudsbehandling kan sänka temperaturen vid vilken gelatiniseringen börjar avsevärt. Stärkelsegeler framställda av ultraljudsbehandlade stärkelsegranuler uppvisar högre hårdhet och högre värden för adhesivitet och kohesivitet jämfört med nativ stärkelse. Adhesivitet, kohesivitet, elasticitet och gummiaktighet ökar avsevärt vid ultraljudsmodifiering av stärkelse.

Ultraljudsbehandling kräver mycket mindre energitillförsel och mindre påfrestande processförhållanden än konventionella metoder för stärkelsemodifiering. Hielscher Ultrasonics levererar ultraljudsreaktorer med hög effekt för kommersiell bearbetning.

Begär mer information!

Om du är forskare som undersöker stärkelsemodifiering, processingenjör som försöker förbättra befintliga stärkelseprocesser, produktingenjör som formulerar bättre eller nya produkter, eller om du har något annat intresse för stärkelsemodifiering: Kontakta oss! Vi diskuterar gärna möjligheterna och fördelarna med ultraljudsbehandling för stärkelsemodifiering och stärkelseanvändning med dig. Fyll i formuläret nedan!

Användning av stärkelse

Modifierad stärkelse används i ett brett spektrum av tillämpningar inom och utanför livsmedelsområdet. Stärkelseoktenylsuccinater är viktiga stabiliseringsmedel för olja-i-vatten-emulsioner. Vid papperstillverkning förbättrar katjonisk stärkelse våt- och torrstyrkan, stabiliserar emulsioner och fungerar som ytlimningsmedel. Många tillsatssystem för våtpartiet kombinerar oorganiska mikropartiklar (kolloidal kiseldioxid, bentonit) och syntetiska polymerer med modifierad stärkelse. Andra användningsområden omfattar stärkelse-latexdispersioner eller granulär stärkelse som fyllmedel i polymerer.

Vetenskapliga artiklar om ultraljudsassisterad stärkelsemodifiering

• • S. Manchun, J. Nunthanid, S. Limmatvapirat och P.Sriamornsak (2012): Effekten av ultraljudsbehandling på tapiokastärkelsens fysikaliska egenskaper, i: Advanced Materials Research Vol. 506 (2012) s. 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): Ultraljudets effekt på majsstärkelsens fysikaliska egenskaper, i: 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): Textur och förklistringsegenskaper hos ultraljudsbehandlad majsstärkelse, i: Czech J. Food Sci., 28: 83–93. [PDF]
  • D. Knorr, B. I. O. Ade-Omowaye och V. Heinz (2002): Förbättring av vegetabiliska livsmedels näringsvärde genom icke-termisk bearbetning, i: Proceedings of the Nutrition Society (2002), 61, 311–318. [PDF]

Vanliga frågor

Vilka är de naturliga källorna till stärkelse?

Stärkelse kommer från olika naturliga källor, såsom: majs, vaxmajs, majs med hög amyloshalt, tapioka, potatis, vete, ris, vaxris, ärtor (släta ärtor, skrynkliga ärtor), sago, havre, korn, råg, amarant, sötpotatis, havre, spannmål, åkernejlika, quinoa, linser, små vita bönor, durra, arrowrot eller kassava.

Vad är modifierad stärkelse?

Modifierad stärkelse är stärkelse som har förändrats fysikaliskt, enzymatiskt eller kemiskt för att förbättra dess funktion i livsmedel och industriella tillämpningar. Dessa modifieringar förbättrar egenskaper såsom löslighet, viskositet, gelbildning och stabilitet under olika förhållanden, exempelvis vid värme eller i sura miljöer. Modifierad stärkelse framställs vanligen från naturliga källor som majs, potatis och tapioka och används som förtjockningsmedel, stabiliseringsmedel och emulgeringsmedel för att förbättra textur och hållbarhet i bearbetade livsmedel, läkemedel och andra produkter.

Vad är skillnaden mellan modifierad stärkelse och OSA-stärkelse?

Modifierad stärkelse avser stärkelse som har förändrats på olika sätt – fysikaliskt, enzymatiskt eller kemiskt – för att förbättra dess funktionella egenskaper, såsom förtjockning, gelbildning eller stabilisering under olika förhållanden. Dessa modifieringar gör den lämplig för olika tillämpningar inom livsmedel, läkemedel och industriprodukter.
OSA-stärkelse, eller oktenylbärnstenssyraanhydridstärkelse, är en specifik typ av kemiskt modifierad stärkelse som framställs genom att oktenylbärnstenssyraanhydridgrupper binds till stärkelsemolekylen. Denna modifiering ger unika emulgerande egenskaper, vilket gör OSA-stärkelse särskilt effektiv för att stabilisera olja-i-vatten-emulsioner. Medan modifierad stärkelse i allmänhet förbättrar grundläggande egenskaper som viskositet eller stabilitet, är OSA-stärkelse särskilt anpassad för att ge emulgerande förmåga, vilket gör den populär i produkter som salladsdressingar, såser och drycker där stabila emulsioner är avgörande. Läs mer om ultraljudsförestrad OSA-stärkelse!