Biến tính huyền phù hạt tinh bột bằng siêu âm
Tinh bột có thể dễ dàng được chiết xuất từ các nguồn tự nhiên như khoai tây, ngô hoặc bắp. Biến tính tinh bột là cần thiết để cải thiện các tính chất vật lý và hóa học. Các thiết bị phản ứng siêu âm Hielscher thúc đẩy quá trình biến tính tinh bột bằng phương pháp vật lý, hóa học và enzyme, giúp cải thiện các tính chất chức năng để sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm và các ngành công nghiệp ngoài thực phẩm.
Đối với hầu hết các ứng dụng thương mại, tinh bột phải được biến tính bằng phương pháp hóa học hoặc vật lý để tăng cường các đặc tính có lợi hoặc giảm thiểu các nhược điểm. Xử lý siêu âm là một phương pháp có hiệu quả cao để biến tính tinh bột bằng phương pháp vật lý, hóa học và enzyme. Các thiết bị siêu âm Hielscher truyền sóng siêu âm có cường độ rất cao vào huyền phù tinh bột. Hiện tượng xâm thực siêu âm tạo ra thúc đẩy:
- phá kết tụ và phân tán
- phân hủy và phá vỡ bằng tác động cơ học
- sự thâm nhập vào hạt và trương nở của hạt
- truyền khối
- hình thành gốc tự do
- khả năng phản ứng hóa học
- gia nhiệt
Biến tính tinh bột bằng phương pháp hóa học
Sự phá vỡ hạt do xâm thực siêu âm, kết hợp với việc chất lỏng dễ dàng thâm nhập vào hạt tinh bột hơn, giúp cải thiện động học phản ứng este hóa, ete hóa, hydroxypropyl hóa hoặc oxy hóa và biến tính bằng axit đối với các polyme tinh bột. Các thiết bị phản ứng siêu âm Hielscher được thiết kế để xử lý liên tục trên đường ống. Tốc độ phản ứng cao hơn giúp tăng năng suất của bồn phản ứng.
Biến tính tinh bột bằng kiềm
Để sản xuất nhiều dẫn xuất tinh bột thương mại, các thuốc thử hữu cơ có khả năng phản ứng được bổ sung vào huyền phù tinh bột trong nước, đồng thời kiểm soát độ kiềm và nhiệt độ. Quá trình este hóa tinh bột thường được thực hiện ở pH 7 đến 9. pH 11 đến 12 thường được sử dụng để ete hóa tinh bột. Nhiệt độ xử lý điển hình là khoảng 60°C. Khi không xử lý siêu âm, mức độ thế của tinh bột thương mại thường nhỏ hơn 0,2. Xử lý siêu âm hỗ trợ phản ứng thế, tạo ra tinh bột có khả năng hòa tan trong nước lạnh cao hơn.
Biến tính tinh bột bằng axit
Phản ứng của huyền phù hạt tinh bột với axit clohydric hoặc axit sulfuric loãng ở 40 đến 60°C tạo ra tinh bột có độ chảy cao hoặc tinh bột giảm độ nhớt. Những loại tinh bột được khử trùng hợp một phần này tạo ra các sản phẩm có độ nhớt thấp hơn. Các octenylsuccinat tinh bột được khử trùng hợp một phần để cho phép sử dụng hàm lượng chất rắn cao hơn khi sấy phun các sản phẩm được bao gói. Xử lý siêu âm trong quá trình thủy phân bằng axit nhẹ có thể phá tách các tập hợp hạt nano hình thành trong quá trình thủy phân. Điều này làm tăng hiệu suất thu hồi hạt nano tinh bột.
Phân tử amylopectin
Trung hòa huyền phù
Sau quá trình xử lý, huyền phù phản ứng được trung hòa, ví dụ bằng cách bổ sung axit clohydric hoặc axit sulfuric sau khi xử lý bằng kiềm.
Rửa tinh bột
Sau khi trung hòa huyền phù tinh bột biến tính là bước rửa bằng nước, chẳng hạn như rửa ngược dòng trong các thiết bị hydrocyclone. Ở giai đoạn này, xử lý siêu âm hỗ trợ việc rửa và tráng từng hạt tinh bột riêng lẻ. Hiện tượng xâm thực siêu âm phân tán các khối kết tụ hạt tinh bột và tăng cường truyền khối tại lớp biên giữa các hạt tinh bột và pha nước.
Lọc và sấy tinh bột
Các thiết bị siêu âm Hielscher được sử dụng trong các quá trình siêu lọc hoặc lọc nano cũng như quá trình sấy phun tiếp theo.
Biến tính tinh bột bằng phương pháp vật lý (cơ học)
Biến tính tinh bột bằng phương pháp vật lý không sử dụng hóa chất. Tuy nhiên, xử lý siêu âm làm thay đổi cấu trúc phân tử tinh bột, kéo theo những thay đổi về tính chất lý hóa và đặc tính chức năng. Các lực cắt mạnh do xâm thực làm biến dạng vùng kết tinh trong hạt tinh bột. Các chuỗi polyme gần những vi bọt đang sụp đổ bị cuốn vào trường cắt có gradient cao, dẫn đến sự đứt gãy các liên kết C-C trong đại phân tử và hình thành các gốc tự do chuỗi dài. Ảnh SEM của các hạt tinh bột đã xử lý siêu âm cho thấy những tổn thương cơ học như vết nứt, chỗ lõm và các hốc trên bề mặt. Điều này làm tăng khả năng hấp thụ nước, khả năng trương nở và độ hòa tan. Hiệu ứng này mạnh hơn ở biên độ siêu âm cao hơn. Vì vậy, xử lý siêu âm bằng đầu dò hiệu quả hơn nhiều trong việc biến tính tinh bột so với xử lý bằng bể siêu âm. Xử lý siêu âm cường độ cao cho thấy nhiều hạt bị phá vỡ hơn so với tinh bột tự nhiên hoặc tinh bột đã xử lý nhiệt.
Tinh bột được este hóa bằng OSA nhờ siêu âm
Tinh bột được este hóa bằng OSA nhờ siêu âm cho thấy mức độ thế (DS) và hiệu suất phản ứng (RE) cao hơn, cùng với những thay đổi nhỏ nhưng có lợi về hình thái, có thể mở rộng đặc tính chức năng của chúng trong các hệ thực phẩm. Xử lý siêu âm làm tăng tốc độ và hiệu suất phản ứng mà không làm thay đổi cấu trúc phân tử của tinh bột, qua đó bảo toàn các tính chất mong muốn cho ứng dụng thực phẩm.
Những kết quả này cho thấy quá trình este hóa có hỗ trợ siêu âm có thể là một công nghệ xanh, mang lại phương pháp biến tính tinh bột tiết kiệm năng lượng và thời gian. Tiềm năng mở rộng quy mô quá trình este hóa có hỗ trợ siêu âm có thể tạo ra cuộc cách mạng trong quy trình biến tính tinh bột trong khoa học thực phẩm, phù hợp với các mục tiêu sản xuất bền vững và mở rộng ứng dụng của tinh bột este hóa trong ngành.
Đọc thêm về tinh bột OSA được este hóa nhờ siêu âm!
Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) của các hạt tinh bột lúa mì: (a) chưa xử lý siêu âm, (b) đã xử lý siêu âm trong 20min, (c) đã xử lý siêu âm trong 40min., (d) đã xử lý siêu âm trong 60min.
Nghiên cứu và hình ảnh: ©Majzoobi et al., 2015
Xử lý siêu âm có thể làm giảm đáng kể nhiệt độ bắt đầu hồ hóa. Gel tinh bột được chế tạo từ các hạt tinh bột đã xử lý siêu âm có độ cứng cao hơn cùng các giá trị độ bám dính và độ cố kết cao hơn so với tinh bột tự nhiên. Độ bám dính, độ cố kết, độ đàn hồi và độ dai dính tăng đáng kể khi biến tính tinh bột bằng siêu âm.
Xử lý siêu âm sử dụng ít năng lượng đầu vào hơn nhiều và điều kiện xử lý ít khắc nghiệt hơn nhiều so với các quy trình biến tính tinh bột thông thường. Hielscher Ultrasonics cung cấp các thiết bị phản ứng siêu âm công suất cao cho hoạt động xử lý thương mại.
Yêu cầu thêm thông tin!
Nếu bạn là nhà khoa học nghiên cứu về biến tính tinh bột, kỹ sư quy trình đang tìm cách cải thiện các quy trình xử lý tinh bột hiện có, kỹ sư sản phẩm đang phát triển công thức cho sản phẩm tốt hơn hoặc sản phẩm mới, hoặc nếu bạn có bất kỳ mối quan tâm nào khác về biến tính tinh bột: Hãy liên hệ với chúng tôi! Chúng tôi rất sẵn lòng trao đổi với bạn về tiềm năng và lợi ích của xử lý siêu âm đối với việc biến tính và ứng dụng tinh bột. Vui lòng điền vào biểu mẫu bên dưới!
Ứng dụng của tinh bột
Tinh bột biến tính được sử dụng trong nhiều ứng dụng thực phẩm và phi thực phẩm. Octenylsuccinat tinh bột là chất ổn định quan trọng cho nhũ tương dầu trong nước. Trong sản xuất giấy, tinh bột cation cải thiện độ bền ướt và độ bền khô, ổn định nhũ tương và đóng vai trò là chất gia keo bề mặt. Nhiều hệ phụ gia ở phần ướt của quy trình sản xuất giấy kết hợp các vi hạt vô cơ (silica keo, bentonit) và polyme tổng hợp với tinh bột biến tính. Các ứng dụng khác bao gồm hệ phân tán latex tinh bột hoặc tinh bột dạng hạt làm chất độn cho polyme.
Các bài báo khoa học về biến tính tinh bột có hỗ trợ siêu âm
-
- S. Manchun, J. Nunthanid, S. Limmatvapirat và P.Sriamornsak (2012): Ảnh hưởng của xử lý siêu âm đến tính chất vật lý của tinh bột sắn, trong: Advanced Materials Research Tập 506 (2012) tr. 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): Ảnh hưởng của siêu âm đến tính chất vật lý của tinh bột ngô, trong: 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): Đặc tính kết cấu và tạo hồ của tinh bột ngô được xử lý bằng siêu âm, trong: Czech J. Food Sci., 28: 83–93. [PDF]
- D. Knorr, B. I. O. Ade-Omowaye và V. Heinz (2002): Cải thiện giá trị dinh dưỡng của thực phẩm có nguồn gốc thực vật bằng phương pháp xử lý phi nhiệt, trong: Proceedings of the Nutrition Society (2002), 61, 311–318. [PDF]
Các câu hỏi thường gặp
Các nguồn tinh bột tự nhiên là gì?
Tinh bột có nguồn gốc từ nhiều nguồn tự nhiên khác nhau, chẳng hạn như: ngô, ngô nếp, ngô có hàm lượng amylose cao, bột năng, khoai tây, lúa mì, gạo, gạo nếp, đậu Hà Lan (đậu Hà Lan hạt trơn, đậu Hà Lan hạt nhăn), cọ sago, yến mạch, đại mạch, lúa mạch đen, rau dền, khoai lang, yến mạch, ngũ cốc, cây vương bất lưu hành, diêm mạch, đậu lăng, đậu trắng hạt nhỏ, cao lương, dong hoặc sắn.
Tinh bột biến tính là gì?
Tinh bột biến tính là tinh bột đã được thay đổi bằng phương pháp vật lý, enzym hoặc hóa học để nâng cao hiệu quả sử dụng trong các ứng dụng thực phẩm và công nghiệp. Những biến đổi này cải thiện các tính chất như độ hòa tan, độ nhớt, khả năng tạo gel và độ ổn định trong nhiều điều kiện khác nhau, chẳng hạn như nhiệt độ cao hoặc môi trường axit. Thường được sản xuất từ các nguồn tự nhiên như ngô, khoai tây và bột năng, tinh bột biến tính được sử dụng làm chất làm đặc, chất ổn định và chất nhũ hóa để cải thiện kết cấu và thời hạn sử dụng của thực phẩm chế biến, dược phẩm và các sản phẩm khác.
Tinh bột biến tính và tinh bột OSA khác nhau như thế nào?
Tinh bột biến tính là tinh bột đã được thay đổi bằng nhiều phương pháp khác nhau – vật lý, enzym hoặc hóa học – để cải thiện các tính chất chức năng, chẳng hạn như khả năng làm đặc, tạo gel hoặc ổn định trong các điều kiện khác nhau. Những biến đổi này giúp tinh bột phù hợp với nhiều ứng dụng trong thực phẩm, dược phẩm và các sản phẩm công nghiệp.
Tinh bột OSA, hay tinh bột anhydrit octenyl succinic, là một loại tinh bột biến tính hóa học cụ thể được tạo ra bằng cách gắn các nhóm anhydrit octenyl succinic vào phân tử tinh bột. Biến đổi này mang lại các đặc tính nhũ hóa độc đáo, giúp tinh bột OSA đặc biệt hiệu quả trong việc ổn định nhũ tương dầu trong nước. Trong khi tinh bột biến tính nói chung cải thiện các tính chất cơ bản như độ nhớt hoặc độ ổn định, tinh bột OSA được biến tính chuyên biệt để cung cấp khả năng nhũ hóa, khiến loại tinh bột này được sử dụng phổ biến trong các sản phẩm như nước xốt salad, nước xốt và đồ uống, nơi nhũ tương ổn định là yếu tố thiết yếu. Đọc thêm về tinh bột OSA được este hóa bằng siêu âm!