OSA-การผลิตแป้ง – ปรับปรุง Esterification โดย Sonication

เอสเทอริฟิเคชันของแป้งด้วยออคเทนิลซัคซินิกแอนไฮไดรด์ (OSA) เป็นเทคนิคการดัดแปลงที่ใช้กันอย่างแพร่หลายโดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมอาหารสําหรับการสร้างแป้งที่ใช้งานได้พร้อมคุณสมบัติที่ดีขึ้น อย่างไรก็ตาม การดัดแปลงแป้ง OSA แบบดั้งเดิมภายใต้สภาวะที่เป็นด่างนั้นใช้เวลานานและสามารถจํากัดประสิทธิภาพและความเป็นไปได้ของกระบวนการได้ การเอสเทอริฟิเคชันด้วยอัลตราโซนิกเป็นทางเลือกที่มีประสิทธิภาพในการเร่งเอสเทอริฟิเคชันของแป้งด้วย OSA ด้วยการใช้ sonication จะได้ระดับการทดแทน (DS) และประสิทธิภาพปฏิกิริยา (RE) ที่สูงขึ้นเมื่อเทียบกับการเอสเทอริฟิเคชันอัลคาไลน์ OSA ทั่วไป ซึ่งหมายความว่า sonication ช่วยให้สามารถขยายตัวและการประยุกต์ใช้แป้งเอสเทอร์เรกในอุตสาหกรรมอาหาร ผลการศึกษาทางวิทยาศาสตร์เน้นย้ําถึงการช่วย sonication-assisted esterification ว่าเป็นความก้าวหน้าที่มีประสิทธิภาพและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมในการดัดแปลงแป้ง

อัลตราโซนิกเอสเทอริฟิเคชันของแป้งออคเทนิลซัคซินิกแอนไฮไดรด์

แป้งเป็นโพลีแซ็กคาไรด์ที่จําเป็นในอุตสาหกรรมอาหาร ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นสารเพิ่มความข้น สารทําให้คงตัว และอิมัลซิไฟเออร์ เนื่องจากมีคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ อย่างไรก็ตาม ข้อจํากัดด้านการทํางานของแป้งพื้นเมืองมักจําเป็นต้องมีการปรับเปลี่ยนเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ เอสเทอริฟิเคชันด้วยออคเทนิลซัคซินิกแอนไฮไดรด์ (OSA) เป็นกระบวนการดัดแปลงทางเคมีที่แนะนํากลุ่มที่ไม่ชอบน้ํา ช่วยเพิ่มความสามารถในการทําให้เป็นอิมัลชันและเสถียรภาพของแป้ง แม้จะมีประสิทธิภาพ แต่เอสเทอริฟิเคชัน OSA แบบเดิมภายใต้สภาวะด่างเป็นกระบวนการที่ยาวนาน เอสเทอริฟิเคชันด้วยอัลตราโซนิกเป็นเทคโนโลยีสีเขียวที่สามารถเพิ่มระดับการทดแทน (DS) และประสิทธิภาพปฏิกิริยา (RE) ของแป้ง OSA ซึ่งช่วยปรับปรุงเวลาและทรัพยากร

Sonication ช่วยเพิ่มเอสเทอริฟิเคชันของแป้ง OSA ผลของความเข้มของอัลตราซาวนด์ต่อโครงสร้างจุลภาคของแป้งเมล็ดแอนแนตโตเอสเทอริเอฟ OSA
การศึกษาและรูปภาพ: ©Keven Silva et al. 2022

กรณีศึกษา: อัลตราโซนิกเอสเทอริฟิเคชันของแป้งมันฝรั่ง OSA

ในการศึกษาโดย Martínez et al. (2024) แป้งมันฝรั่งพื้นเมืองแอนเดียนต้องผ่านทั้งเอสเทอริฟิเคชันอัลคาไลน์ OSA แบบธรรมดาและการเอสเทอริฟิเคชันด้วยอัลตราซาวนด์ช่วย (US-OSA) พวกเขาวิเคราะห์สัณฐานวิทยาของแกรนูลลักษณะโมเลกุลคุณสมบัติทางความร้อนและพฤติกรรมการไหลของแป้งที่ได้เพื่อกําหนดข้อดีที่เป็นไปได้ของเอสเทอริฟิเคชันด้วยอัลตราซาวนด์

ตัวอย่างแป้งและขั้นตอนการเอสเทอริฟิเคชัน

แป้งมันฝรั่งพื้นเมืองแอนเดียนถูกเอสเทอริเอฟโดยใช้สองวิธี:

• OSA Esterification แบบธรรมดา (OSA) – ดําเนินการภายใต้สภาวะที่เป็นด่างด้วยแอนไฮไดรด์ออกเทนิลซัคซินิก
• การเอสเทอริฟิเคชัน OSA ด้วยอัลตราโซนิก (US-OSA) – โดยที่คลื่นอัลตราโซนิกถูกนําไปใช้ในระหว่างการเอสเทอริฟิเคชันเพื่อเพิ่มอัตราปฏิกิริยาและประสิทธิผล

ระดับการทดแทน (DS) และประสิทธิภาพปฏิกิริยา (RE)

กระบวนการเอสเทอริฟิเคชันด้วยอัลตราโซนิกช่วยผลิตแป้งที่มีระดับการทดแทน (DS) และประสิทธิภาพปฏิกิริยา (RE) ที่สูงกว่าอย่างมีนัยสําคัญเมื่อเทียบกับวิธีการทั่วไป การปรับปรุงนี้มีความสําคัญเนื่องจาก DS สะท้อนให้เห็นถึงขอบเขตของการทดแทนกลุ่มที่ไม่ชอบน้ําบนโมเลกุลของแป้งซึ่งมีอิทธิพลโดยตรงต่อคุณสมบัติอิมัลชัน
ประสิทธิภาพปฏิกิริยาสูงในแป้ง OSA ที่ดัดแปลงด้วยอัลตราโซนิกชี้ให้เห็นว่าคลื่นอัลตราโซนิกช่วยเพิ่มการชนกันของโมเลกุลและการแทรกซึมของโมเลกุล OSA เข้าไปในเม็ดแป้ง ซึ่งอาจเกิดจากผลกระทบของโพรงอากาศ ซึ่งช่วยปรับปรุงการถ่ายโอนมวลและส่งเสริมการเอสเทอริฟิเคชันที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น

ลักษณะทางสัณฐานวิทยา

การตรวจสอบสัณฐานวิทยาของเม็ดด้วยกล้องจุลทรรศน์เผยให้เห็นความแตกต่างที่โดดเด่นระหว่าง OSA และแป้ง OSA ที่ดัดแปลงด้วยอัลตราโซนิก ในขณะที่แป้งดัดแปลงทั้งสองยังคงรักษาความสมบูรณ์ของแกรนูล แต่เม็ด OSA ที่ดัดแปลงด้วยอัลตราโซนิกแสดงพื้นผิวที่ลอกและมีรูขุมขนบางส่วน ซึ่งบ่งชี้ว่าการบําบัดด้วยอัลตราโซนิกมีผลกระทบเล็กน้อยต่อโครงสร้างพื้นผิว การปรับเปลี่ยนโครงสร้างนี้แม้ว่าจะเล็กน้อย แต่ก็ชี้ให้เห็นถึงการเข้าถึงที่ดีขึ้นของเม็ดแป้งสําหรับการเอสเทอริฟิเคชันโดยไม่กระทบต่อความสมบูรณ์ของแกรนูล
นอกจากนี้ แป้ง OSA ที่ดัดแปลงด้วยอัลตราโซนิกยังแสดงค่าช่วงที่ต่ํากว่า ซึ่งบ่งชี้ถึงการกระจายขนาดที่แคบลงและประชากรเม็ดที่สม่ําเสมอมากขึ้น ความสม่ําเสมอนี้อาจเป็นประโยชน์ต่อการใช้งานอาหารเฉพาะที่เนื้อสัมผัสและความเสถียรที่แม่นยําเป็นสิ่งจําเป็น

คุณสมบัติระดับโมเลกุล

การวิเคราะห์ IR spectroscopy และ XRD แสดงให้เห็นความแตกต่างของโครงสร้างเพียงเล็กน้อยระหว่าง OSA และแป้ง OSA ที่ดัดแปลงด้วยอัลตราโซนิก แป้งทั้งสองประเภทยังคงรักษาโครงสร้างแป้งที่มีลักษณะเฉพาะ โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงที่ตรวจพบในรูปแบบการผลึก ซึ่งยืนยันว่าการรักษาด้วยอัลตราซาวนด์ช่วยไม่ได้ทําลายโครงสร้างดั้งเดิมของแป้งอย่างมีนัยสําคัญ
ความเสถียรของโมเลกุลนี้มีประโยชน์ เนื่องจากช่วยให้มั่นใจได้ว่าเอสเทอริฟิเคชันด้วยอัลตราซาวนด์ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทํางานโดยไม่เปลี่ยนแปลงกรอบโมเลกุลพื้นฐานของแป้ง ซึ่งมีความสําคัญต่อการรักษาคุณสมบัติพื้นผิวที่พึงประสงค์ในการใช้งานด้านอาหาร

คุณสมบัติทางความร้อน

พฤติกรรมทางความร้อนโดยเฉพาะเอนทาลปีเจลาตินไนซ์แตกต่างกันระหว่าง OSA ทั่วไปและแป้ง OSA ที่ดัดแปลงด้วยอัลตราโซนิก แป้ง OSA ที่ดัดแปลงด้วยอัลตราโซนิกแสดงเอนทาลปีเจลาติไนซ์ที่ต่ํากว่าเมื่อเทียบกับแป้ง OSA ทั่วไป ซึ่งบ่งชี้ถึงความต้องการพลังงานที่ลดลงสําหรับเจลาตินไนซ์ การค้นพบนี้หมายความว่าการรักษาด้วยอัลตราซาวนด์อาจช่วยให้การให้ความชุ่มชื้นและเจลาตินง่ายขึ้นซึ่งอาจช่วยเพิ่มความสามารถในการแปรรูปของแป้งดัดแปลงในการใช้งานอาหารที่เกี่ยวข้องกับการแปรรูปด้วยความร้อน

คุณสมบัติทางรีโอโลยี

แป้ง OSA เอสเทอริฟิกอัลตราโซนิกแสดงให้เห็นถึงคุณสมบัติทางรีโอโลยีที่ดี โดยมีโปรไฟล์ความหนืดที่คล้ายคลึงหรือเพิ่มขึ้นเล็กน้อยเมื่อเทียบกับแป้ง OSA ทั่วไป คุณสมบัติดังกล่าวสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพในการใช้งานที่ต้องการอิมัลชันที่เสถียรหรือความหนืดที่สม่ําเสมอภายใต้สภาวะการประมวลผลที่แตกต่างกัน

กรณีศึกษา: อัลตราโซนิกเอสเทอริฟิก OSA-Starch จากเมล็ดแอนนาโต

การศึกษาโดย Silva et al. (2013) ตรวจสอบผลของความเข้มของ sonication ต่อการเอสเทอริฟิเคชันของแป้งเมล็ดแอนแนตโตด้วยออคเทนิลซัคซินิกแอนไฮไดรด์ (OSA) โดยมีจุดมุ่งหมายเพื่อสร้างอิมัลซิไฟเออร์ใหม่สําหรับระบบคอลลอยด์ อัลตราซาวนด์ถูกนําไปใช้ที่ความเข้มที่แตกต่างกัน (0, 5, 10 และ 20 W/cm²) เป็นเวลาสั้น ๆ (5 นาที) การค้นพบที่สําคัญ ได้แก่ การเพิ่มขึ้นของระดับการทดแทน (DS) ที่มีความเข้มของ sonication ที่สูงขึ้น โดยถึงระดับการทดแทนสูงสุดที่ 0.139 ± 0.031 ที่ 20 W / cm² การรักษาด้วยซาโนไนซ์ยังเพิ่มปริมาณอะไมโลสได้ 1.24-1.36 เท่าเมื่อเทียบกับตัวอย่างที่ไม่มีการ sonication
สัณฐานวิทยาของแกรนูลเผยให้เห็นพื้นผิวเรียบและอนุภาครูปไข่ที่กําหนดไว้อย่างดีที่ความเข้มของโซนิเคชั่นที่สูงขึ้นซึ่งช่วยลดการรวมตัวของแกรนูล รูปแบบการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ไม่พบความแตกต่างเชิงคุณภาพอย่างมีนัยสําคัญ ซึ่งบ่งชี้ว่าอัลตราซาวนด์ไม่ได้เปลี่ยนแปลงโครงสร้างผลึกของแป้ง แป้งดัดแปลงมีประสิทธิภาพในการทําให้อิมัลชันน้ํามันเมล็ดแอนแนตโตในน้ํามีเสถียรภาพ โดยได้เส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ย Sauter ที่ใหญ่กว่า (14 ± 2 μm) แต่แสดงความเสถียรทางจลนศาสตร์ที่มากขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปเมื่อเทียบกับแป้งดัดแปลงในเชิงพาณิชย์ โดยรวมแล้ว การดัดแปลง OSA ด้วยอัลตราโซนิกได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นวิธีการที่รวดเร็วและมีประสิทธิภาพในการเพิ่มคุณสมบัติการทํางานของแป้งเมล็ดแอนแนตโตเป็นอิมัลซิไฟเออร์

เครื่องโซนิคเตอร์สําหรับ OSA-Starch Esterification

เครื่องสะท้อนเสียงอุตสาหกรรม Hielscher เป็นอุปกรณ์อัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงที่ใช้ในการเพิ่ม OSA-esterification ของแป้งซึ่งเป็นกระบวนการที่แนะนํากลุ่ม octenyl succinic anhydride (OSA) ที่ไม่ชอบน้ํา (OSA) ให้กับโมเลกุลของแป้ง ผ่านโพรงอากาศอัลตราโซนิกเครื่องโซนิกเหล่านี้สร้างไมโครเจ็ทและแรงเฉือนที่รุนแรงในสารแขวนลอยของแป้งปรับปรุงการแพร่กระจายและประสิทธิภาพปฏิกิริยาของ OSA เป็นเม็ดแป้ง ส่งผลให้มีการทดแทนในระดับที่สูงขึ้น (DS) และประสิทธิภาพปฏิกิริยาที่ดีขึ้นซึ่งมักจะทําได้ในเวลาที่สั้นลงอย่างมีนัยสําคัญเมื่อเทียบกับวิธีการทั่วไป เครื่องสะท้อนเสียง Hielscher เหมาะอย่างยิ่งสําหรับการใช้งานในระดับอุตสาหกรรมโดยให้การควบคุมพารามิเตอร์อย่างแม่นยําเช่นความเข้มความถี่และระยะเวลาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการเอสเทอริฟิเคชันทําให้มั่นใจได้ถึงคุณภาพที่สม่ําเสมอในผลิตภัณฑ์แป้งดัดแปลงเพื่อเพิ่มคุณสมบัติอิมัลชันและเสถียรภาพ

การออกแบบ การผลิต และการให้คําปรึกษา – คุณภาพ ผลิตในประเทศเยอรมนี

เครื่องอัลตราโซนิก Hielscher เป็นที่รู้จักกันดีในด้านคุณภาพและมาตรฐานการออกแบบสูงสุด ความทนทานและใช้งานง่ายช่วยให้สามารถรวมเครื่องอัลตราโซนิกของเราเข้ากับโรงงานอุตสาหกรรมได้อย่างราบรื่น สภาพที่ขรุขระและสภาพแวดล้อมที่ต้องการสามารถจัดการได้ง่ายโดยเครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher

Hielscher Ultrasonics เป็น บริษัท ที่ได้รับการรับรองมาตรฐาน ISO และให้ความสําคัญเป็นพิเศษกับเครื่องอัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงที่มีเทคโนโลยีล้ําสมัยและเป็นมิตรกับผู้ใช้ แน่นอนว่าเครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher เป็นไปตามมาตรฐาน CE และตรงตามข้อกําหนดของ UL, CSA และ RoHs

ตารางด้านล่างให้ข้อบ่งชี้ถึงความสามารถในการประมวลผลโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกของเรา: