Ультразвукова модифікація суспензій гранул крохмалю
Крохмаль легко витягується з нативних джерел, таких як картопля, кукурудза або кукурудза. Модифікація крохмалю необхідна для поліпшення фізичних і хімічних властивостей. Ультразвукові реактори Hielscher сприяють фізичній, хімічній та ферментативній модифікації крохмалю, що призводить до кращих функціональних властивостей для використання в харчовій та нехарчовій промисловості.
Для більшості комерційних застосувань крохмалі повинні бути модифіковані хімічно або фізично, щоб посилити їх позитивні властивості або мінімізувати їх дефекти. Ультразвук є високоефективним засобом для фізичної, хімічної та ферментативної модифікації крохмалів. Ультразвукові прилади Hielscher переносять високоінтенсивні ультразвукові хвилі в крохмальні суспензії. Отримана ультразвукова кавітація сприяє:
- Деагломерація і дисперсія
- механічна деградація та руйнування
- проникнення гранул і набухання
- Перенесення маси
- Радикальне формування
- хімічна реакційна здатність
- Опалення
Хімічна модифікація крохмалю
Ультразвукове кавітаційне руйнування гранули, пов'язане з більш високою здатністю для входу рідини в гранулу крохмалю, призводить до поліпшення кінетики реакції на етерифікацію, ефірифікацію, гідроксипропіляцію або окислення і кислотну модифікацію полімерів крохмалю. Ультразвукові реактори компанії Hielscher призначені для безперервної потокової обробки. Більш висока швидкість реакції призводить до збільшення реакційної ємності чайника.
Модифікація лужного крохмалю
Для виробництва багатьох комерційних похідних крохмалю до водних крохмальних суспензій додають реактивні, органічні реагенти, контролюючи лужність і температуру. Етерифікація крохмалів, як правило, проводиться при рН від 7 до 9. Для ефіризації крохмалів зазвичай використовується рН від 11 до 12. Типові температури процесу становлять приблизно 60 °C. Без ультразвукового апарату ступінь заміщення товарних крохмалів часто становить менше 0,2. Ультразвук сприяє заміні, в результаті чого крохмаль стає більш розчинним у холодній воді.
Модифікація кислотного крохмалю
Реакція гранульованої крохмальної суспензії з розведеною соляною або сірчаною кислотою при температурі від 40 до 60 ° С призводить до плинності крохмалю або розрідженого крохмалю. З цих частково деполімеризованих крохмалів утворюються продукти, які утворюють меншу в'язкість. Октенілсукцинати крохмалю частково деполімеризуються, що дозволяє використовувати більш високий вміст сухих речовин під час розпилювального сушіння інкапсульованих продуктів. Ультразвук під час м'якого кислотного гідролізу може дисоціювати агрегати наночастинок, які утворюються під час гідролізу. Це збільшує вихід наночастинок крохмалю.
Молекула амілопектину
Нейтралізація шламу
Після процесу реакційну суспензію нейтралізують, наприклад, шляхом додавання соляної або сірчаної кислоти після лужної обробки.
Промивання крохмалем
Промивання водою, таке як протиточна промивка в гідроциклонах, слідує за нейтралізацією модифікованих крохмальних суспензій. На цьому етапі ультразвук сприяє вимиванню та полосканню окремих частинок крохмалю. Ультразвукова кавітація диспергує гранульовані агломерати крохмалю і збільшує масообмін в прикордонному шарі між гранулами крохмалю і водною фазою.
Фільтрація і сушка крохмалю
В ультразвукових апаратах Hielscher використовуються процеси ультрафільтрації або нанофільтрації, а також подальша сушка розпиленням.
Фізична модифікація крохмалю (механічна)
Фізична модифікація крохмалю не передбачає використання хімічних речовин. Проте ультразвук призводить до змін у молекулярній структурі крохмалю з подальшими змінами у фізико-хімічних властивостях та функціональності. Сильні кавітаційні сили зсуву спотворюють кристалічну область в гранулах крохмалю. Полімерні ланцюги поблизу мікропухирців, що руйнуються, вловлюються в полі зсуву з високим градієнтом, що призводить до розриву макромолекулярних С-С-зв'язків і утворення довголанцюгових радикалів. На знімках ультразвукових гранул крохмалю видно механічні пошкодження, такі як тріщини, западини та ямки. Це призводить до вищої водопоглинаючої здатності, більшої сили набухання та підвищеної розчинності. Цей ефект кращий для більш високих амплітуд ультразвуку. Тому зондова ультразвукова діагностика набагато ефективніша при модифікації крохмалю, ніж ультразвукова діагностика банного типу. Інтенсивна ультразвукова обробка показує більше порушених гранул у порівнянні з нативним або термічно обробленим крохмалем.
Ультразвуково етерифіковані крохмалі ОСА
Ультразвуково етерифіковані крохмалі ОСА продемонстрували вищий ступінь заміщення (DS) та ефективність реакції (RE) у поєднанні з незначними, але корисними морфологічними змінами, які можуть розширити їх функціональність у харчових системах. Ультразвук підвищує швидкість реакції та ефективність, не змінюючи молекулярну структуру крохмалю, таким чином зберігаючи його бажані властивості для харчових застосувань.
Ці результати свідчать про те, що етерифікація за допомогою ультразвуку може являти собою зелену технологію, пропонуючи енергоефективний підхід для модифікації крохмалю, що економить час. Потенціал масштабування етерифікації за допомогою сонціації може революціонізувати процес модифікації крохмалю в харчовій науці, відповідаючи цілям сталого виробництва та розширюючи застосування етерифікованих крохмалів у промисловості.
Детальніше про ультразвуково етерифікований ОСА-крохмаль!
Мікрофотографії СЕМ для: (а) неультразвукових, (б) 20хвальних ультразвукових, (в) 40хв. ультразвукових, (г) 60хв ультразвукових гранул пшеничного крохмалю.
Дослідження та зображення: ©Majzoobi та ін., 2015
Ультразвук може значно знизити температуру початку желатинізації. Крохмальні гелі, приготовані з гранул ультразвукового крохмалю, мають вищу твердість і вищі значення адгезивності та когезивності порівняно з нативним крохмалем. Адгезивність, когезентність, пружність і липкість значно підвищуються при ультразвуковій модифікації крохмалю.
Ультразвук використовує набагато менше витрат енергії та стресових умов обробки, ніж звичайні процедури модифікації крохмалю. Hielscher Ultrasonics поставляє ультразвукові реактори високої потужності для комерційної переробки.
Запросіть більше інформації!
Якщо ви вчений, який займається дослідженнями модифікації крохмалю, інженер-технолог, який намагається вдосконалити існуючі процеси крохмалю, інженер-продуктовик, який розробляє кращі або нові продукти, або якщо у вас є будь-який інший інтерес до модифікації крохмалю: Зв'яжіться з нами! Ми будемо раді обговорити з Вами потенціал та переваги ультразвуку для модифікації крохмалю та внесення крохмалю. Будь ласка, заповніть форму нижче!
Використання крохмалю
Модифікований крохмаль використовується в широкому спектрі харчових і нехарчових застосувань. Октенілсукцинати крохмалю є важливим стабілізатором емульсій «олія у воді». У виробництві паперу катіонні крохмалі покращують вологу і суху міцність, стабілізують емульсії і виступають в якості поверхневих проклейовщиків. Багато мокрих систем присадок включають неорганічні мікрочастинки (колоїдний кремнезем, бентоніт) і синтетичні полімери з модифікованим крохмалем. Інші способи використання включають крохмаль, латексні дисперсії або гранульований крохмаль як наповнювач для полімерів.
Наукові статті про модифікацію крохмалю за допомогою ультразвуку
-
- С. Манчун, Д. Нунтханід, С. Лімматвапірат і П.Сріаморнсак (2012): Вплив ультразвукової обробки на фізичні властивості крохмалю тапіоки, в: Дослідження передових матеріалів Том 506 (2012) с. 294-297. [Електронний ресурс]
- Анет Резек Ямбрак, Зоран Герцег, Драго Шубарич, Юріслав Бабич, Младен Брнчич, Сюзана Рімак Брнчич, Томіслав Босілков, Домагой Цвек, Бранко Тріпало, Юріка Гело (2010): Вплив ультразвуку на фізичні властивості кукурудзяного крохмалю, в: Вуглеводні полімери 79 (2010) 91–100.
- Герцег І.Л., Джамбрак А.Р., Шубарич Д., Брнчич М., Брнчич С.Р., Баданяк М., Тріпало Б., Єжек Д., Новотні Д., Герцег З. (2010): Текстура та пастуючі властивості ультразвуково обробленого кукурудзяного крохмалю, в: Czech J. Food Sci., 28: 83–93. [Електронний ресурс]
- Д. Норр, Б. І. О. Аде-Омовай та В. Хайнц (2002): Покращення харчування рослинної їжі шляхом нетермічної обробки, в: Праці Товариства харчування (2002), 61, 311–318. [Електронний ресурс]
Поширені запитання
Що таке нативні джерела крохмалю?
Крохмаль походить з різних місцевих джерел, таких як: кукурудза, воскова кукурудза, кукурудза з високим вмістом амілози, тапіока, картопля, пшениця, рис, восковий рис, горох (гладкий горох, зморшкуватий горох), саго, овес, ячмінь, жито, амарант, солодка картопля, овес, злак, коров'ячий кукіль, кіноа, сочевиця, темно-синя квасоля, сорго, маранта або маніок.
Що таке модифікований крохмаль?
Модифікований крохмаль — це крохмаль, який був фізично, ферментативно або хімічно змінений для покращення його продуктивності в харчових і промислових цілях. Ці модифікації покращують такі властивості, як розчинність, в'язкість, гелеутворення та стабільність у різних умовах, таких як тепло або кислотне середовище. Модифіковані крохмалі, які зазвичай отримують із природних джерел, таких як кукурудза, картопля та тапіока, використовуються як загусники, стабілізатори та емульгатори для покращення текстури та терміну зберігання в оброблених харчових продуктах, фармацевтичних препаратах та інших продуктах.
У чому різниця між модифікованим крохмалем і ОСА-крохмалем?
Модифікований крохмаль відноситься до крохмалю, який був змінений різними способами — фізичним, ферментативним або хімічним — для покращення його функціональних властивостей, таких як згущення, гелеутворення або стабілізація в різних умовах. Ці модифікації роблять його придатним для різноманітних застосувань у харчовій, фармацевтичній та промисловій продукції.
ОСА-крохмаль, або крохмаль октенілянтинових ангідридів, є специфічним типом хімічно модифікованого крохмалю, що утворюється шляхом приєднання до молекули крохмалю октенілянтинових ангідридних груп. Ця модифікація надає унікальні емульгуючі властивості, що робить ОСА-крохмаль особливо ефективним у стабілізації емульсій «олія у воді». У той час як модифікований крохмаль зазвичай покращує основні властивості, такі як в'язкість або стабільність, крохмаль OSA спеціально розроблений для забезпечення можливостей емульгування, що робить його популярним у таких продуктах, як заправки для салатів, соуси та напої, де необхідні стабільні емульсії. Дізнайтеся більше про ультразвуково етерифікований крохмаль ОСА!