نشاسته متخلخل، تولید و کاربردها

نشاسته

نشاسته یک ساختار پلی‌ساکاریدی است که از زنجیره‌های بلند گلوکز تشکیل شده و به عنوان منبع اصلی انرژی در گیاهان عمل می‌کند. این ترکیب به دو فرم اصلی آمیلاز و آمیلوپکتین تقسیم می‌شود؛ آمیلوز زنجیره‌ای ساده و آمیلوپکتین زنجیره‌ای شاخه‌دار دارد. نشاسته، فرم گرانولی و ساختاری نیمه کریستالی دارد. این ویژگی ها و همچنین ایمن و ارزان بودن نشاسته، باعث شده است که تمرکز زیادی بر ایجاد محصولات جدید و کاربردی بر پایه آن ایجاد شود.

نشاسته متخلخل

نشاسته متخلخل نوعی نشاسته است که به واسطه فرآیندهای خاصی مانند جمله هیدرولیز آنزیمی و خشک کردن، به دلیل تخریب نواحی درون کریستالی به شکل ساختارهای متخلخل تبدیل می‌شود. این نوع نشاسته به دلیل وجود منافذ و فضاهای خالی با ابعاد نانومتر در ساختارش، توانایی بالایی در جذب مواد دارد. در یک تعریف کلی، تخریب نواحی آمورف گرانول با حفظ ساختار کریستالی، می تواند به تولید نشاسته متخلخل منجر شود. در این شرایط مولکول های مختلف، امکان ورود به فضای درونی گرانول را خواهد داشت. افزایش نسبت سطح در حجم یکسان نیز، عامل دیگر افزایش قدرت جذب و کاهش سرعت رهایش ترکیبات است.

تولید نشاسته متخلخل

روش هضم آنزیمی بر پایه آنزیم هایی مانند آلفا آمیلاز، آمیلوگلوکوزیداز و سیکلودسکترین گلیکوزیل ترانسفراز، به دلیل فعالیت اختصاصی آنزیم ها و همچنین کارایی فعالیت های آنزیمی، یک روش پر کاربرد در تولید نشاسته های متخلخل است. این آنزیم ها با فعالیت بر نواحی آمورف و توسعه حفرات موجود، ساختار متخلخل را ایجاد می کنند. با این حال، روش های آنزیمی به دلیل هزینه نسبتا بالای آنزیم ها، محدود هستند. از دیگر روش های تولید شیمیایی نشاسته های متخلخل، استفاده از اسید ها به صورت کنترل شده برای هضم نواحی آمورف گرانول نشاسته است. استفاده از امواج التراسوند، به دلیل بروز پدیده کاویتاسیون، باعث تخریب فضای داخلی گرانول و ایجاد ساختار متخلخل می شود. ترکیب روش های مختلف ارایه شده برای افزایش کارایی نیز، یکی از روش های بهینه سازی فرایند تولید نشاسته متخلخل است. برای مثال، برخی نتایج پژوهش های علمی نشان داده است که اعمال فرایند التراسوند به همراه هضم آنزیمی، در افزایش راندمان و بهبود ساختار موثر است. علاوه بر روش های مطرح شده، تکنیک هایی مانند فشار هیدرواستاتیک بالا و مایکروویو نیز، به عنوان تکنیک های برای ایجاد تخلخل در گرانول مطرح شده است.

در مورادی، تولید نشاسته متخلخل برپایه (یا پیش تیمار) نشاسته های اصلاح شده مانند نشاسته های دارای اتصالات عرضی، نشاسته های اکتنیل سوکسینیک است. اصلاح نشاسته باعث بهبود ویژگی های مقاومتی و جذب ترکیبات می شود. برای مثال، حضور گروه اکتنیل سوکسینیک به دلیل خواص هیدروفوب بودن، به جذب و ریزپوشانی ترکیبات هیدروفوب نشاسته متخلخل کمک می کند.

کاربردها

یکی از کاربرد های نشاسته متخلخل، انکپسوله کردن یا ریزپوشانی است. این تکنیک با هدف محافظت از ترکیبات در برابر شرایط تخریب کننده مانند دما، نور، عوامل اکسید کننده است که در نهایت باعث افت عملکرد یا فساد محصول می شود. چنین ترکیباتی می تواند برای مثال، روغن ها و طعم دهنده ها باشد. مخلوط کردن این ترکیبات با نشاسته متخلخل در نسبت مناسب، باعث جذب به فضای داخلی گرانول یا فضای حفرات می شود. همچنین پوشش دهی طعم دهنده درون حفرات نشاسته متخلخل، به رهایش آهسته طعم در زمان مصرف و ایجاد زمان طولانی تر درک طعم، موثر است.

یکی دیگر از کاربرد های این نوع نشاسته، به عنوان حامل ترکیبات حساس به شرایط معده و روده برای انتقال دارو به انتهای دستگاه گوارش است. با توجه به اینکه نشاسته غیر ژلاتینه، نسبتا به شرایط معده و روده مقاوم است، می تواند در محافظت از برخی ترکیبات حساس مناسب باشد. با این حال، در انتهای روده، باکتری های مفید، قادر به هضم نشاسته هستند و ترکیبات آزاد شده جذب بدن می شود. چنین کاربردی در توسعه محصولات غذایی عملگرا و همچنین تولید دارو، کاربرد دارد. باید در نظر داشت، به دلیل ژلاتینه شدن و تخریب نشاسته در دماهای بالاتر از ژلاتینه شدن، فرایند های حرارتی محصول حاوی نشاسته متخلخل حامل، باید به دقت طراحی شود.

از دیگر کاربرد های نشاسته مقاوم، بهره گیری از قابلیت جذب بالای آن در حذف آلودگی های محیطی مانند حذف فلزات سنگین از آب است. عناصری مانند آهن، آلومنیم، زیرکونیوم و سرب، با استفاده از این تکنیک، در آب های فاضلاب کاهش یافته است. همچنین به دلیل دانسیته بالای ذرات نشاسته متخلخل، جداسازی آن از محیط آبی نیز آسان است.

برای دریافت اطلاعات بیشتر به مقاله های نشاسته اکتنیل سوکسینیک انهیدرات، هدف و کاربرد و آنزیم ها، نانو ربات های نوآوری مراجعه نمایید.