Acid hydrolysation of starch and formulation of starch microspheres

Abstract

The aim of this diploma work is to investigate the acid hydrolyses of two types of starch, waxy barley and maize starch to be applied for further usage, in rheology studies and formulation of starch microspheres. Modified starch has always been essential in many areas, especially in tablets, where it could be used as a disintegrant. Starch has also been investigated for manufacturing microspheres. In difference from previous work in the pharmaceutical technology (Elfstrand,2006a) ‘’ from starch to starch microsphere’’, where starch microspheres were used for the encapsulation of protein drugs, starch is in this thesis was used to encapsulate yeast cells.
According to this diploma work the two starches that are acid hydrolysed have shown different rheological behaviour. The parameters that are found to affect the rheology behaviours of the starches are temperatures during acid hydrolysis, time, and type of starch. Light microscopy shows that waxy barley starch exhibited a regular spherical structure whereas maize starch has spheres with irregular structure and it also shows that morphology of the starches are intact after acid hydrolysis. Waxy barley starch consisting almost of amylopectin, is easy to gelatinize and solubilized in aqueous medium with the method used for heating in this work (microwave Owen).
Formulation of starch microspheres is investigated according to the methods described by Elfstrand.Light microscopy is used to discover if there are microspheres produced. Microspheres could be produced by acid hydrolysed waxy barley starch but not from the maize starch.Waxy barley starch is selected for further studies, where yeast cells are encapsulated.There are indications that yeast cells could be encapsulated or at least that the presence of yeast did not disrupt the formation of microspheres.
In conclusion, and regarded to this diploma work waxy barley is the more suitable type of starch to be used since granules are easy to swell and solubilize and do form m

Popular Abstract (Swedish)

Populärvetenskaplig sammanfattning
Syftet med examensarbetet är att undersöka två stärkelse-typer, waxy korn och majs stärkelse. Dessa behandlades med syra och de behandlade stärkelserna undersöktes vad avser deras reologiska egenskaper och sedan studerades om de kunde användas vid formulering av olika typer av stärkelsemikrosfärer. I denna studie skall stärkelse användas för att kapsla in jästceller. Tanken är att undersöka om mikroorganismer kan kapslas in i mikrosfärer. Om så är fallet skulle detta kunna användas för att leverera nyttiga bakterier till tarmen. Detta är baserat på det arbete som (Elfstrand ,2006a) gjorde i sin avhandling ’’From starch to starch Microspheres’’, där hon använder stärkelse för att kapsla in protein i läkemedlet. Det nya är att jag använder andra stärkelse sorter och studerar inkapsling av jäst.
För femtio år sedan användes stärkelse huvudsakligen inom hushållet. Idag produceras knappt 19 miljoner ton stärkelse om året. Stärkelse är en förnyelsebar råvara och utvinns ur stort antal växter runt omkring i världen. Den kan hittas i cerealier – exempel majs, vete, korn och ris – och i rotfrukter som potatis och tapioka (rötter från kassava). Stärkelse är en viktig ingrediens i vår mat.45 % av energibehovet som människan får, är av kolhydrater i maten. Nära 90 % av dessa kolhydrater utgörs av stärkelse.
Stärkelse används i många områden, särskilt inom medicin, där det kan användas som sprängmedel i tabletter, d.v.s. att när tabletten kommer i kontakt med det vätska t.ex. magsaft så underlättar det att tabletten löses upp och den aktiva substansen i läkemedlet(tabletten) frigörs.
Stärkelse är inte bara användbar inom läkemedelsbranschen. Det används i huvudsak inom livsmedelsbranschen. Stärkelsen har i huvudsak fyra funktioner som ingrediens i livsmedel. Stärkelsen ger konsistens i maten och ersätter fett. Den används som bindande medel, och binder till sig vatten. Modifierad stärkelsen fungerar även som emulgator. Ett stort område för majsstärkelse är att det bryts ner till stärkelsesirap, ett sötningsmedel som används i godis, glass och saft. Andra användningsområde är inom pappersindustrin, som ytlim. Potatisstärkelse kan användas för att öka styrkan i pappret. I kosmetika är även användning av stärkelse väsentlig. Risstärkelse används i kosmetika. Andra användningsområden kan vara inom glasfiberväv, gipsputsmassor och betong.
Det finns företag som utvecklar nya metoder och använder stärkelse som huvudkälla. Från Lyckeby stärkelse, har det utvecklats annan stärkelse som används som energikälla i sportdrycken Vitargo. Fördelen med denna sorts stärkelse, är att idrottsmännen får tillräckligt med energi som bevaras i kroppen, lätt och snabbt. Vidare används stärkelse för att producera etanol och även nedbrytbara material som ersätter plast.
Modifierad stärkelse erhåller betydelsefulla egenskaper som gör att den blir användbar inom ett visst område. Studie av (Bylund, 2011) har visat att modifikation av stärkelse förändrar stärkelses gelatinisationstemperatur och viskositet. Detta leder till att resistensen av stärkelse ökas gentemot skjuvning, lågt pH, hög temperatur och retrogradering.
Detta examensarbete har visat att när två typer av stärkelse behandlas med syra hydrolys, olika kvaliteter i reologi tester erhålls. Kvaliteten påverkas av vilken typ av stärkelse som används. Vidare faktorer som kan påverka viskositeten är temperaturer under syrahydrolysen, tid, och reaktionshastigheter. Ljusmikroskopen har visat att waxy korn stärkelse erhåller runda regelbundna sfärer jämfört med majs stärkelse som är oregelbundna. Syra behandlingen ändrar inte utseendet på stärkelse vilket visar att den är ganska mild. Kornstärkelsen är lätt att arbeta med och dess viskositet minskar i huvudsak med tiden som den behandlas med syra. Kornstärkelse innehåller nästan bara amylopektin och är därför lätt nedbruten i mag-tarmkanalen. Waxy kornstärkelse kan vara bra alternativ att användas inom formulering av tabletter.
Formulering av stärkelsemikrosfärer erhåller olika egenskaper beroende på stärkelsetyper, polymeren som används för emulgering, buffert och inkubationstiden med enskild temperatur, kalla rumstemperatur och 40 °C. Ljusmikroskopi används för att upptäcka om mikrosfärer bildas av båda typerna av stärkelse. Endast korn stärkelsen visade sig kunna ge bra mikrosfärer. Kornstärkelse valdes därför ut för vidare studier för att kapsla in jästceller. Waxy korn påvisar egenskaper som inte majs stärkelse har. Det var lätt och upptäcka släta runda mikrosfärer i mikroskopin.

• author: Najeeb, Zahrai
• supervisor: Marie Wahlgren
• organization: Food Technology and Nutrition (M.Sc.)
• course: KLG920 20151
• year: 2015
• type: H3 - Professional qualifications (4 Years - )
• subject: Technology and Engineering
• keywords: Starch acid hydrolyze, starch microspheres, Rheology, läkemedelsteknologi, pharmaceutical technology
• publication/series: Master Thesis
• language: English
• id: 8001107
• date added to LUP: 2015-09-30 10:50:34
• date last changed: 2015-09-30 10:50:34