نشاسته به راحتی از منابع طبیعی مانند سیب زمینی، ذرت یا بلال قابل استخراج است. اصلاح نشاسته برای بهبود خواص فیزیکی و شیمیایی ضروری است. راکتورهای التراسونیک آواپرداز اصلاح فیزیکی، شیمیایی و آنزیمی نشاسته را ترویج می‌کنند که منجر به خواص عملکردی بهتر برای استفاده در صنایع غذایی و غیر غذایی می‌شود.
برای اکثر کاربردهای تجاری، نشاسته‌ها باید به صورت شیمیایی یا فیزیکی اصلاح شوند تا ویژگی‌های مثبت آنها افزایش یابد یا معایب آنها به حداقل برسد. التراسونیک یک وسیله بسیار موثر برای اصلاح فیزیکی، شیمیایی و آنزیمی نشاسته‌ها است. دستگاه‌های التراسونیک آواپرداز امواج التراسونیک بسیار شدید را به داخل دوغاب نشاسته منتقل می‌کنند. کاویتاسیون التراسونیک باعث موارد زیر می‌شود:
- کلوخه‌زدایی و پراکندگی(دیسپرس)
- تخریب و اختلال مکانیکی
- نفوذ و تورم گرانول
- انتقال جرم
- تشکیل رادیکال
- واکنش پذیری شیمیایی
- گرمایش
اصلاح شیمیایی نشاسته
تخریب التراسونیک در گرانول، همراه با تسهیل بیشتر ورود مایع به گرانول نشاسته، منجر به بهبود در سینتیک واکنش برای استری‌سازی، اتری‌سازی، هیدروکسی‌پروپیلاسیون یا اکسیداسیون و اصلاح اسیدی پلیمرهای نشاسته می‌شود. راکتورهای التراسونیک آواپرداز برای پردازش مداوم درون‌خطی طراحی شده‌اند. سرعت واکنش بالاتر منجر به افزایش ظرفیت واکنش می‌شود.
اصلاح نشاسته قلیایی
برای تولید بسیاری از مشتقات تجاری نشاسته، مواد آلی واکنش‌پذیر به دوغاب‌های آبی نشاسته اضافه می‌شوند در حالی که میزان بازی بودن و دما کنترل می‌شوند. استری‌سازی نشاسته‌ها عموماً در pH 7 تا 9 انجام می‌شود. pH 11 تا 12 معمولاً برای اتری‌سازی نشاسته‌ها استفاده می‌شود. دماهای معمول فرآیند تقریباً 60 درجه سانتیگراد هستند. بدون سونیکاسیون، درجه جایگزینی نشاسته‌های تجاری اغلب کمتر از 0.2 است. اعمال التراسونیک به جایگزینی کمک می‌کند و در نتیجه نشاسته‌ای با حلالیت بیشتر در آب سرد ایجاد می‌شود.
اصلاح نشاسته اسیدی
واکنش دوغاب نشاسته گرانولی با اسید هیدروکلریک یا اسید سولفوریک رقیق در دمای 40 تا 60 درجه سانتیگراد منجر به ایجاد نشاسته‌های سیال یا نشاسته‌های رقیق می‌شود. این نشاسته‌های تا حدی دپلیمریزه شده محصولاتی تولید می‌کنند که ویسکوزیته کمتری ایجاد می‌کنند. اکتنیل سوکسینات‌های نشاسته تا حدی دپلیمریزه می‌شوند تا امکان استفاده از محتوای جامد بالاتر در هنگام خشک کردن پاششی محصولات کپسوله‌شده فراهم شود. اعمال التراسونیک در طی هیدرولیز اسیدی ملایم می‌تواند تجمع نانوذراتی را که در طی هیدرولیز تشکیل می‌شوند، از بین ببرد. این امر باعث افزایش بازده نانوذرات نشاسته می‌شود.
خنثی سازی اسلاری
پس از فرآیند، اسلاری واکنش خنثی می شود، به عنوان مثال، با افزودن اسید هیدروکلریک یا اسید سولفوریک پس از فرآوری قلیایی.
شستشوی نشاسته
شستشو با آب، مانند شستشوی متقابل در هیدروسیکلون‌ها، پس از خنثی سازی دوغاب‌های نشاسته اصلاح شده انجام می‌شود. در این مرحله، التراسونیک به شستشو و آبکشی تک تک ذرات نشاسته کمک می کند. کاویتاسیون التراسونیک، تجمع ذرات نشاسته را پراکنده می‌کند و انتقال جرم را در لایه مرزی بین گرانول های نشاسته و فاز آبی افزایش می دهد.
اصلاح فیزیکی نشاسته (مکانیکی)
اصلاح فیزیکی نشاسته ها شامل استفاده از مواد شیمیایی نمی‌شود. با این حال، التراسونیک منجر به تغییراتی در ساختار مولکولی نشاسته و به دنبال آن تغییراتی در خواص فیزیک‌وشیمیایی و عملکرد آن می‌شود. نیروهای برشی کاویتاسیونی شدید، ناحیه کریستالی در گرانول های نشاسته را مخدوش می کنند. زنجیره های پلیمری نزدیک به میکروحباب‌های در حال فروپاشی در یک میدان برشی با گرادیان بالا گرفتار می شوند که منجر به شکستگی پیوندهای ماکرومولکولی C-C و تشکیل رادیکال های زنجیره بلند می شود. تصاویر SEM از گرانول های نشاسته التراسونیک شده، آسیب های مکانیکی مانند شکاف ها، فرورفتگی ها و حفره ها را نشان می دهد. این منجر به ظرفیت جذب آب بالاتر، قدرت تورم بالاتر و افزایش حلالیت می شود. این اثر برای دامنه‌های صوتی بالاتر بهتر است. بنابراین، سونیکاسیون پروبی برای اصلاح نشاسته بسیار موثرتر از سونیکاسیون نوع حمام است. پردازش اولتراسونیک شدید در مقایسه با نشاسته بومی یا تیمار شده با حرارت، گرانول های مختل شده بیشتری را نشان می دهد.
نشاسته‌های استری شده OSA با استفاده از امواج التراسونیک
نشاسته‌های استری شده OSA با استفاده از امواج التراسونیک، درجه جایگزینی (DS) و بازده واکنش (RE) بالاتری را نشان دادند، همراه با تغییرات جزئی اما مفید در مورفولوژی که ممکن است عملکرد آنها را در سیستم‌های غذایی گسترش دهد. سونیکاسیون سرعت و بازده واکنش را بدون تغییر ساختار مولکولی نشاسته افزایش می‌دهد، بنابراین خواص مطلوب آن را برای کاربردهای غذایی حفظ می‌کند.
این نتایج نشان می‌دهد که استری‌سازی با کمک امواج التراسونیک می‌تواند یک فناوری سبز را ارائه دهد که یک رویکرد کم مصرف و صرفه‌جویی در زمان برای اصلاح نشاسته ارائه می‌دهد. پتانسیل مقیاس‌بندی استری‌سازی با کمک سونیکاسیون می‌تواند فرآیند اصلاح نشاسته‌ها را در علم غذا متحول کند، و با اهداف تولید پایدار همسو شده و کاربردهای نشاسته‌های استری شده را در صنعت گسترش دهد.
در مورد نشاسته OSA استری شده با امواج فراصوت بیشتر بخوانید!
میکروگراف‌های SEM برای: (a) بدون سونیکاسیون، (b) سونیکاسیون 20 دقیقه‌ای، (c) سونیکاسیون 40 دقیقه‌ای، (d) سونیکاسیون 60 دقیقه‌ای. گرانول‌های نشاسته گندم. مطالعه و تصاویر: ©Majzoobi et al., 2015
اعمال التراسونیک می‌تواند شروع دمای ژلاتینه شدن را به میزان قابل توجهی کاهش دهد. ژل‌های نشاسته تهیه شده از گرانول‌های نشاسته سونیکاسیون شده، در مقایسه با نشاسته بومی، سختی بالاتر و مقادیر بیشتری از چسبندگی و انسجام را نشان می‌دهند. چسبندگی، انسجام، خاصیت ارتجاعی و صمغی شدن با اصلاح التراسونیک نشاسته به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد.
سونیکاسیون در مقایسه با روش‌های معمول اصلاح نشاسته، از ورودی انرژی بسیار کمتری و شرایط پردازش بدون استرس استفاده می‌کند.
نشاسته اصلاح شده در طیف گسترده ای از کاربردهای غذایی و غیر غذایی استفاده می شود. اکتنیل سوکسینات های نشاسته تثبیت کننده مهمی برای امولسیون های روغن در آب هستند. در کاغذسازی، نشاسته های کاتیونی مقاومت مرطوب و خشک را بهبود می بخشند، امولسیون ها را تثبیت می کنند و به عنوان عوامل سایزبندی سطح عمل می کنند. بسیاری از سیستم‌های افزودنی انتهای مرطوب، ذرات ریز معدنی (سیلیس کلوئیدی، بنتونیت) و پلیمرهای مصنوعی را با نشاسته اصلاح شده ترکیب می کنند. سایر موارد استفاده شامل پراکندگی لاتکس نشاسته یا نشاسته گرانول به عنوان پرکننده برای پلیمرها است.
سوالات متداول
منابع نشاسته بومی چیست؟
نشاسته از منابع بومی مختلفی به دست می‌آید، مانند: ذرت، ذرت مومی، ذرت با آمیلوز بالا، تاپیوکا، سیب زمینی، گندم، برنج، برنج مومی، نخود (نخود صاف، نخود چروکیده)، ساگو، جو دوسر، جو، چاودار، تاج خروس، سیب زمینی شیرین، جو دوسر، غلات، گیاه سلمه تره، کینوا، عدس، لوبیا چیتی، سورگوم، آرد arrowroot یا کاساوا.
نشاسته اصلاح شده چیست؟
نشاسته اصلاح شده نشاسته‌ای است که به منظور بهبود عملکرد آن در کاربردهای غذایی و صنعتی، به صورت فیزیکی، آنزیمی یا شیمیایی تغییر داده شده است. این اصلاحات خواصی مانند حلالیت، ویسکوزیته، ژلاتینه شدن و پایداری را در شرایط مختلف مانند حرارت یا محیط‌های اسیدی بهبود می‌بخشد. نشاسته‌های اصلاح شده که معمولاً از منابع طبیعی مانند ذرت، سیب زمینی و تاپیوکا به دست می‌آیند، به عنوان غلیظ کننده، تثبیت کننده و امولسیفایر برای بهبود بافت و ماندگاری در غذاهای فرآوری شده، داروها و سایر محصولات استفاده می‌شوند.
تفاوت بین نشاسته اصلاح شده و نشاسته OSA چیست؟
نشاسته اصلاح شده به نشاسته‌ای اطلاق می‌شود که به روش‌های مختلف - فیزیکی، آنزیمی یا شیمیایی - تغییر داده شده است تا خواص عملکردی آن مانند غلیظ شدن، ژل شدن یا تثبیت در شرایط مختلف بهبود یابد. این اصلاحات آن را برای کاربردهای متنوع در غذا، داروها و محصولات صنعتی مناسب می‌کند. نشاسته OSA یا نشاسته octenyl succinic anhydride، نوع خاصی از نشاسته اصلاح شده شیمیایی است که با اتصال گروه‌های octenyl succinic anhydride به مولکول نشاسته ایجاد می‌شود. این اصلاح، خواص امولسیون کنندگی منحصر به فردی را به آن می‌بخشد و نشاسته OSA را به ویژه در تثبیت امولسیون‌های روغن در آب موثر می‌سازد. در حالی که نشاسته اصلاح شده به طور کلی خواص اساسی مانند ویسکوزیته یا پایداری را افزایش می‌دهد، نشاسته OSA به طور ویژه برای ارائه قابلیت‌های امولسیون کنندگی طراحی شده است و آن را در محصولاتی مانند سس‌های سالاد، سس‌ها و نوشیدنی‌ها که امولسیون‌های پایدار در آنها ضروری است، محبوب می‌کند. در مورد نشاسته OSA استری شده با اولتراسوند بیشتر بخوانید!
