Sửa đổi siêu âm hạt tinh bột Slurries
Tinh bột có thể dễ dàng chiết xuất từ các nguồn bản địa, chẳng hạn như khoai tây, ngô hoặc ngô. Sửa đổi tinh bột là cần thiết để cải thiện các tính chất vật lý và hóa học. Lò phản ứng siêu âm Hielscher thúc đẩy biến đổi vật lý, hóa học và enzyme của tinh bột dẫn đến tính chất chức năng tốt hơn để sử dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm và phi thực phẩm.
Đối với hầu hết các ứng dụng thương mại, tinh bột phải được biến đổi về mặt hóa học hoặc vật lý để tăng cường các thuộc tính tích cực của chúng hoặc để giảm thiểu khuyết tật của chúng. Ultrasonication là một phương tiện hiệu quả cao cho việc sửa đổi vật lý, hóa học và enzyme của tinh bột. Thiết bị siêu âm Hielscher chuyển sóng siêu âm cường độ cao vào bùn tinh bột. Kết quả siêu âm cavitation thúc đẩy:
- deagglomeration và phân tán
- suy thoái cơ học và gián đoạn
- thâm nhập hạt và sưng
- Chuyển giao hàng loạt
- hình thành triệt để
- Phản ứng hóa học
- Sưởi ấm
biến đổi hóa học của tinh bột
Sự gián đoạn cavitational siêu âm của hạt liên quan đến cơ sở cao hơn cho sự xâm nhập chất lỏng trong hạt tinh bột dẫn đến những cải tiến trong động học phản ứng cho este hóa, etherification, hydroxypropylation hoặc oxy hóa và sửa đổi axit của polyme tinh bột. Lò phản ứng siêu âm Hielscher được thiết kế để xử lý nội tuyến liên tục. Tốc độ phản ứng cao hơn dẫn đến tăng công suất ấm phản ứng.
Sửa đổi tinh bột kiềm
Để sản xuất nhiều dẫn xuất tinh bột thương mại, thuốc thử hữu cơ, phản ứng được thêm vào bùn tinh bột nước trong khi kiểm soát độ kiềm và nhiệt độ. Quá trình este hóa tinh bột thường được thực hiện ở pH 7 đến 9. Độ pH từ 11 đến 12 thường được sử dụng để ether hóa tinh bột. Nhiệt độ quá trình điển hình là khoảng 60 ° C. Nếu không có sonication, mức độ thay thế tinh bột thương mại thường nhỏ hơn 0, 2. Ultrasonication hỗ trợ sự thay thế dẫn đến một tinh bột hòa tan trong nước lạnh hơn.
Sửa đổi tinh bột axit
Phản ứng của bùn tinh bột dạng hạt với axit clohydric hoặc axit sulfuric loãng ở 40 đến 60 ° C dẫn đến tinh bột lưu động hoặc tinh bột loãng. Những tinh bột khử trùng hợp một phần này tạo ra các sản phẩm tạo ra ít độ nhớt hơn. Tinh bột octenylsuccinates được khử trùng một phần để cho phép sử dụng hàm lượng chất rắn cao hơn trong khi sấy phun các sản phẩm đóng gói. Ultrasonication trong quá trình thủy phân axit nhẹ có thể phân ly các tập hợp hạt nano hình thành trong quá trình thủy phân. Điều này làm tăng năng suất của các hạt nano tinh bột.
Phân tử Amylopectin
Trung hòa bùn
Sau quá trình, bùn phản ứng được trung hòa, ví dụ bằng cách thêm axit clohydric hoặc axit sulfuric sau khi xử lý kiềm.
Rửa tinh bột
Rửa nước, chẳng hạn như rửa ngược dòng trong hydrocyclones, theo sau sự trung hòa của bùn tinh bột biến tính. Ở giai đoạn này, ultrasonication hỗ trợ rửa và rửa các hạt tinh bột riêng lẻ. Các cavitation siêu âm phân tán kết tụ hạt tinh bột và tăng chuyển khối lượng ở lớp ranh giới giữa các hạt tinh bột và pha nước.
Lọc và sấy khô tinh bột
Thiết bị siêu âm Hielscher được sử dụng quá trình siêu lọc hoặc lọc nano, cũng như sấy phun tiếp theo.
Biến đổi vật lý của tinh bột (cơ học)
Sửa đổi vật lý của tinh bột không liên quan đến việc sử dụng hóa chất. Tuy nhiên, ultrasonication kết quả trong những thay đổi trong cấu trúc phân tử tinh bột theo sau là sự thay đổi trong tính chất hóa lý và chức năng. Các lực cắt xâm thực dữ dội làm biến dạng vùng tinh thể trong các hạt tinh bột. Các chuỗi polymer gần các vi bong bóng sụp đổ bị mắc kẹt trong một trường cắt gradient cao dẫn đến sự phá vỡ các liên kết C-C đại phân tử và sự hình thành các gốc chuỗi dài. Hình ảnh SEM của các hạt tinh bột sonicated cho thấy các thiệt hại cơ học, chẳng hạn như vết nứt, áp thấp và rỗ. Điều này dẫn đến khả năng hấp thụ nước cao hơn, khả năng sưng cao hơn và tăng độ hòa tan. Hiệu ứng này là tốt hơn cho biên độ sonication cao hơn. Do đó, sonication thăm dò có hiệu quả hơn nhiều đối với việc sửa đổi tinh bột so với sonication kiểu tắm. Xử lý siêu âm cường độ cao cho thấy các hạt bị gián đoạn nhiều hơn khi so sánh với tinh bột tự nhiên hoặc được xử lý nhiệt.
Tinh bột siêu âm OSA-Esterified
Tinh bột este hóa OSA siêu âm đã chứng minh mức độ thay thế (DS) và hiệu quả phản ứng (RE) cao hơn, cùng với những thay đổi hình thái nhỏ nhưng có lợi có thể mở rộng chức năng của chúng trong hệ thống thực phẩm. Sonication tăng cường tốc độ phản ứng và hiệu quả mà không làm thay đổi cấu trúc phân tử của tinh bột, do đó bảo tồn các đặc tính mong muốn của nó cho các ứng dụng thực phẩm.
Những kết quả này cho thấy rằng este hóa hỗ trợ siêu âm có thể đại diện cho một công nghệ xanh, cung cấp một cách tiếp cận tiết kiệm năng lượng, tiết kiệm thời gian để sửa đổi tinh bột. Tiềm năng mở rộng quy mô este hóa hỗ trợ sonciation có thể cách mạng hóa quá trình biến đổi tinh bột trong khoa học thực phẩm, phù hợp với các mục tiêu sản xuất bền vững và mở rộng các ứng dụng của tinh bột ester hóa trong ngành.
Đọc thêm về siêu âm ester hóa tinh bột OSA!
Kính hiển vi SEM cho: (a) không sonicated, (b) 20 phút sonicated, (c) 40min. sonicated, (d) 60min sonicated wheat starch hạt.
Nghiên cứu và hình ảnh: ©Majzoobi et al., 2015
Ultrasonication có thể làm giảm sự khởi đầu của nhiệt độ hồ hóa đáng kể. Gel tinh bột được điều chế từ hạt tinh bột sonicated có độ cứng cao hơn và giá trị kết dính và độ kết dính cao hơn khi so sánh với tinh bột tự nhiên. Độ kết dính, độ kết dính, độ đàn hồi và độ dẻo tăng đáng kể với sự sửa đổi siêu âm của tinh bột.
Ultrasonication sử dụng ít năng lượng đầu vào và điều kiện chế biến căng thẳng hơn so với các thủ tục sửa đổi tinh bột thông thường. Hielscher ultrasonics cung cấp lò phản ứng siêu âm công suất cao để xử lý thương mại.
Yêu cầu thêm thông tin!
Nếu bạn là một nhà khoa học làm nghiên cứu biến đổi tinh bột, một kỹ sư quy trình đang cố gắng cải thiện các quy trình tinh bột hiện có, một kỹ sư sản phẩm xây dựng các sản phẩm tốt hơn hoặc mới hoặc nếu bạn có bất kỳ mối quan tâm nào khác về biến đổi tinh bột: Liên hệ với chúng tôi! Chúng tôi sẽ vui mừng thảo luận với bạn về tiềm năng và lợi ích của ultrasonication để sửa đổi tinh bột và ứng dụng tinh bột. Vui lòng điền vào mẫu dưới đây!
Sử dụng tinh bột
Tinh bột biến tính được sử dụng trong nhiều ứng dụng thực phẩm và phi thực phẩm. Tinh bột octenylsuccinates là một chất ổn định quan trọng của nhũ tương dầu trong nước. Trong sản xuất giấy, tinh bột cation cải thiện độ bền ướt và khô, ổn định nhũ tương và hoạt động như một tác nhân định cỡ bề mặt. Nhiều hệ thống phụ gia ướt kết hợp các vi hạt vô cơ (silica keo, bentonite) và polyme tổng hợp với tinh bột biến tính. Các ứng dụng khác bao gồm phân tán mủ tinh bột hoặc tinh bột dạng hạt làm chất độn cho polyme.
Các bài báo khoa học về sửa đổi tinh bột hỗ trợ siêu âm
-
- S. Manchun, J. Nunthanid, S. Limmatvapirat và P.Sriamornsak (2012): Ảnh hưởng của điều trị siêu âm đối với tính chất vật lý của tinh bột sắn, trong: Nghiên cứu vật liệu tiên tiến Vol. 506 (2012) pp 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): Hiệu ứng siêu âm về tính chất vật lý của tinh bột ngô, trong: Polyme carbohydrate 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): Kết cấu và tính chất dán của tinh bột ngô được xử lý siêu âm, trong: Czech J. Food Sci., 28: 83–93. [PDF]
- D. Knorr, B. I. O. Ade-Omowaye và V. Heinz (2002): Cải thiện dinh dưỡng thực phẩm thực vật bằng cách chế biến không nhiệt, trong: Kỷ yếu của Hiệp hội Dinh dưỡng (2002), 61, 311–318. [PDF]
Các câu hỏi thường gặp
Nguồn tinh bột bản địa là gì?
Tinh bột đến từ nhiều nguồn bản địa khác nhau, chẳng hạn như: ngô, ngô sáp, ngô amyloza cao, bột sắn, khoai tây, lúa mì, gạo, gạo sáp, đậu (đậu mịn, đậu nhăn) cao lương, yến mạch, lúa mạch, lúa mạch đen, rau dền, khoai lang, yến mạch, ngũ cốc, sò bò, quinoa, đậu lăng, đậu hải quân, lúa miến, mũi tên hoặc sắn.
Tinh bột biến tính là gì?
Tinh bột biến tính là một loại tinh bột đã bị thay đổi về mặt vật lý, enzyme hoặc hóa học để nâng cao hiệu suất của nó trong các ứng dụng thực phẩm và công nghiệp. Những sửa đổi này cải thiện các đặc tính như độ hòa tan, độ nhớt, tạo gel và độ ổn định trong các điều kiện khác nhau, như môi trường nhiệt hoặc axit. Thường có nguồn gốc từ các nguồn tự nhiên như ngô, khoai tây và bột sắn, 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 trong thực phẩm chế biến, dược phẩm và các sản phẩm khác.
Sự khác biệt giữa Tinh bột biến tính và OSA-Starch là gì?
Tinh bột biến tính đề cập đến tinh bột đã được thay đổi theo nhiều cách khác nhau - về mặt vật lý, enzyme hoặc hóa học - để cải thiện các đặc tính chức năng của nó, chẳng hạn như làm đặc, keo hoặc ổn định trong các điều kiện khác nhau. Những sửa đổi này làm cho nó phù hợp với các ứng dụng đa dạng trong thực phẩm, dược phẩm và các sản phẩm công nghiệp.
Tinh bột OSA, hay tinh bột anhydride octenyl succinic, là một loại tinh bột biến đổi hóa học cụ thể được tạo ra bằng cách gắn các nhóm anhydride octenyl succinic vào phân tử tinh bột. Sửa đổi này truyền đạt các đặc tính nhũ hóa độc đáo, làm cho tinh bột OSA đặc biệt hiệu quả trong việc ổn định nhũ tương dầu trong nước. Trong khi tinh bột biến tính thường tăng cường các tính chất cơ bản như độ nhớt hoặc độ ổn định, tinh bột OSA được thiết kế đặc biệt để cung cấp khả năng nhũ hóa, làm cho nó phổ biến trong các sản phẩm như nước sốt salad, nước sốt và đồ uống cần nhũ tương ổn định. Đọc thêm về tinh bột OSA este siêu âm!