ОСА-Виробництво Крохмалю – Покращена етерифікація за допомогою ультразвукового апарату

Етерифікація крохмалів октенілянтиновим ангідридом (ОСА) є широко застосовуваною методикою модифікації, особливо актуальною в харчовій промисловості для створення функціональних крохмалів з поліпшеними властивостями. Однак традиційна модифікація крохмалю OSA в лужних умовах займає багато часу і може обмежити ефективність і доцільність процесу. Етерифікація за допомогою ультразвуку є ефективним альтернативним підходом для прискорення етерифікації крохмалів при ОСА. Застосовуючи ультразвук, досягається більш високий ступінь заміщення (DS) і ефективності реакції (RE) в порівнянні зі звичайною лужною етерифікацією OSA. Це означає, що ультразвукове випромінювання дозволяє розширити та застосувати етерифіковані крохмалі в харчовій промисловості. Результати наукових досліджень підкреслюють етерифікацію за допомогою ультразвуку як ефективний, екологічно чистий прогрес у модифікації крохмалю.

Ультразвукова етерифікація крохмалю октеніл янтаринового ангідриду

Крохмалі є необхідними полісахаридами в харчовій промисловості, широко використовуються як загусники, стабілізатори та емульгатори завдяки своїм унікальним властивостям. Однак функціональні обмеження нативних крохмалів часто вимагають модифікацій для підвищення їх продуктивності. Етерифікація октенілбурштиновим ангідридом (ОСА) - це процес хімічної модифікації, який вводить гідрофобні групи, посилюючи емульгуючі та стабілізуючі можливості крохмалю. Незважаючи на свою ефективність, звичайна етерифікація ОСА в лужних умовах є тривалим процесом. Етерифікація за допомогою ультразвуку – це зелена технологія, яка потенційно може збільшити ступінь заміщення (DS) та ефективність реакції (RE) крохмалю OSA, зменшуючи час та ресурси.

Ультразвукове дослідження покращує етерифікацію крохмалю ОСА. Вплив інтенсивності ультразвуку на мікроструктуру етерифікованого крохмалю насіння аннато.
Дослідження та зображення: ©Keven Silva et al. 2022

Приклад з практики: Ультразвукова етерифікація картопляного крохмалю OSA

У дослідженні Martínez et al. (2024) андські нативні картопляні крохмалі піддавалися як звичайній лужній етерифікації OSA, так і етерифікації за допомогою ультразвуку (US-OSA). Вони проаналізували морфологію гранул, молекулярні характеристики, термічні властивості та реологічну поведінку отриманих крохмалів, щоб визначити потенційні переваги етерифікації за допомогою ультразвуку.

Зразки крохмалю та процедура етерифікації

Андські самородні картопляні крохмалі були етерифіковані двома методами:

• Звичайна етерифікація ОСА (ОСА) – проводиться в лужних умовах з октеніл бурштиновим ангідридом.
• Етерифікація ОСА за допомогою ультразвуку (US-OSA) – де під час етерифікації застосовувалися ультразвукові хвилі для підвищення швидкості реакції та ефективності.

Ступінь заміщення (DS) та ефективність реакції (RE)

Процес етерифікації за допомогою ультразвуку дозволив отримати крохмаль зі значно вищим ступенем заміщення (DS) та ефективністю реакції (RE) порівняно з традиційними методами. Це посилення має вирішальне значення, оскільки DS відображає ступінь заміщення гідрофобної групи на молекулі крохмалю, безпосередньо впливаючи на її емульгуючі властивості.
Висока ефективність реакції в ультразвуково модифікованих крохмалях OSA свідчить про те, що ультразвукові хвилі посилюють молекулярні зіткнення та проникнення молекул OSA в гранули крохмалю, потенційно через кавітаційні ефекти, які покращують масообмін і сприяють більш ефективній етерифікації.

Морфологічна характеристика

Мікроскопічне дослідження морфології гранул виявило помітні відмінності між ОСА та ультразвуково модифікованими крохмалями ОДА. У той час як обидва модифіковані крохмалі зберегли цілісність гранул, ультразвуково модифіковані гранули OSA показали відшаровані поверхні з деякими порами, що вказує на те, що ультразвукова обробка мала помірний вплив на структуру поверхні. Ця структурна модифікація, хоч і незначна, передбачає покращену доступність гранул крохмалю для етерифікації без порушення цілісності гранул.
Крім того, ультразвуково модифіковані крохмалі OSA показали нижчі значення прольоту, що вказує на вужчий розподіл розмірів і більш однорідну популяцію гранул. Ця консистенція може принести користь конкретним харчовим застосуванням, де важлива точна текстура та стабільність.

Молекулярні особливості

ІЧ-спектроскопія та рентгенографічний аналіз показали мінімальні структурні відмінності між OSA та ультразвуково модифікованими крохмалями OSA. Обидва типи крохмалю зберегли характерну структуру крохмалю без помітних змін у кристалічних візерунках, що підтверджує, що лікування за допомогою ультразвуку суттєво не порушило нативну структуру крохмалю.
Ця молекулярна стабільність є перевагою, оскільки вона гарантує, що етерифікація за допомогою ультразвуку покращує функціональність без зміни фундаментальної молекулярної основи крохмалю, що має вирішальне значення для збереження бажаних текстурних властивостей у харчових продуктах.

Теплові властивості

Термічна поведінка, зокрема ентальпія желатинізації, відрізнялася між звичайними крохмалями OSA та ультразвуково модифікованими OSA. Ультразвуково модифіковані крохмалі OSA продемонстрували нижчу ентальпію желатинізації порівняно зі звичайними крохмалями OSA, що свідчить про знижену потребу в енергії для желатинізації. Цей висновок передбачає, що ультразвукова обробка може сприяти легшій гідратації та желатинізації, потенційно покращуючи технологічність модифікованого крохмалю в харчових цілях, які включають термічну обробку.

Реологічні властивості

Ультразвуково етерифіковані крохмалі OSA продемонстрували сприятливі реологічні властивості, з профілями в'язкості, подібними або дещо покращеними порівняно зі звичайними крохмалями OSA. Такі властивості можуть покращити їх продуктивність у застосуваннях, що вимагають стабільних емульсій або стабільної в'язкості за різних умов обробки.

Приклад з практики: ультразвуково етерифікований ОСА-крохмаль з насіння аннато

У дослідженні Silva et al. (2013) досліджувався вплив інтенсивності ультразвуку на етерифікацію крохмалю насіння аннато октенілянтиновим ангідридом (OSA), маючи на меті створити новий емульгатор для колоїдних систем. Ультразвук застосовувався з різною інтенсивністю (0, 5, 10 і 20 Вт/см²) протягом короткого часу обробки (5 хвилин). Ключові результати включали збільшення ступеня заміщення (DS) з більш високою інтенсивністю ультразвукового випромінювання, досягаючи максимального ступеня заміщення 0,139 ± 0,031 при 20 Вт/см². Лікування ультразвуком також підвищило вміст амілози в 1,24–1,36 раза порівняно зі зразками без ультразвукового дослідження.
Морфологія гранул виявила гладкі поверхні та добре окреслені еліптичні частинки при вищій інтенсивності ультразвуку, що зменшило агрегацію гранул. Рентгенівські дифракційні картини не показали значних якісних відмінностей, що вказує на те, що ультразвук не змінював кристалічну структуру крохмалю. Модифіковані крохмалі були ефективними для стабілізації емульсій олії насіння аннато у воді, досягаючи більших середніх діаметрів Sauter (14 ± 2 мкм), але демонструючи більшу кінетичну стабільність з часом порівняно з комерційно модифікованими крохмалями. В цілому, ультразвукова модифікація ОСА зарекомендувала себе як швидкий і ефективний підхід до посилення функціональних властивостей крохмалю насіння аннато як емульгатора.

Ультразвукові апарати для етерифікації ОСА-крохмалю

Промислові ультразвукові апарати Hielscher — це високопродуктивні ультразвукові пристрої, які використовуються для посилення OSA-етерифікації крохмалю, процесу, який вводить до молекул крохмалю гідрофобні групи октеніл-бурштинових ангідридів (OSA). За допомогою ультразвукової кавітації ці звукоізолятори створюють мікрострумені та інтенсивні сили зсуву в крохмальній суспензії, покращуючи дифузію та ефективність реакції OSA на гранули крохмалю. Це призводить до більш високого ступеня заміщення (DS) і підвищення ефективності реакції, що часто досягається за значно коротший час у порівнянні з традиційними методами. Ультразвукові апарати Hielscher ідеально підходять для застосування в промислових масштабах, пропонуючи точний контроль таких параметрів, як інтенсивність, частота та тривалість, для оптимізації процесу етерифікації, забезпечуючи стабільну якість модифікованих крохмальних продуктів для покращення емульгуючих та стабілізуючих властивостей.

Проектування, виробництво та консалтинг – Якість зроблено в Німеччині

Ультразвукові апарати Hielscher добре відомі своїми найвищими стандартами якості та дизайну. Надійність і простота експлуатації дозволяють плавно інтегрувати наші ультразвукові апарати в промислові об'єкти. З важкими умовами та вимогливими умовами легко справляються ультразвукові апарати Hielscher.

Hielscher Ultrasonics є сертифікованою компанією ISO і приділяє особливу увагу високопродуктивним ультразвуковим апаратам, які відрізняються найсучаснішими технологіями та зручністю для використання. Звичайно, ультразвукові апарати Hielscher відповідають вимогам CE та відповідають вимогам UL, CSA та RoHs.

Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну потужність обробки наших ультразвукових апаратів: