لصق النشا: منحنى RVA بوسائل الريولوجيا

مقدمة

النشا عبارة عن عديد السكاريد الذي يتكون من الأميلوز والأميلوبكتين، وهو موجود في العديد من النباتات القابلة للطعام مثل البطاطس والقمح والأرز وغيرها. في صناعة المستحضرات الصيدلانية، يتم استخدامه كمادة رابطة أثناء ضغط الأقراص وكمفكك بمجرد تعرض القرص للرطوبة. يلعب النشا أيضًا دورًا مهمًا في صناعة الأغذية حيث يستخدم كمكثف ومثبت في الصلصات والحلويات. وعلى غرار استخدامه في صناعة الأغذية، يمكن استخدامه كمادة لاصقة صديقة للبيئة في معالجة الورق والخشب. تتفاعل المواد اللاصقة القائمة على النشا مع الرطوبة ودرجة الحرارة، وهو أمر مفيد في صناعة التعبئة والتغليف. بالإضافة إلى ذلك، يُستخدم النشا المعدل كعامل تكثيف في الدهانات والطلاءات ومستحضرات التجميل. يمكن أن يساعد قياس اللزوجة باستخدام منحنى RVA في تحسين خصائص التدفق للتطبيقات الصناعية.

عند تسخين النشا في سائل، تنتفخ حبيبات النشا وتتحول من حالة بلورية جزئيًا إلى نظام هلامي. وتتضمن هذه العملية، التي تسمى الجيلاتينية، تغييرات في بنية النشا وخصائص التدفق. ويمكن محاكاتها من خلال دراسة السلوك الانسيابي للنشا في ظل ظروف درجة حرارة مضبوطة. كما يتم تقييم جودة المنتج من خلال المعلمات الريولوجية ذات الصلة.

شروط القياس وحامل العينة- خاصة لاختبار النشا

في ما يلي، يتم دراسة تأثير الجيلاتينية على لزوجة القص لنشا الأرز باستخدام مقياس الانسيابية الدورانية Kinexus. تحقيقًا لهذه الغاية، يتم استخدام هندسة مخصصة للنشا. يتكون من كوب ومجداف خلط ثنائي الشفرات (الشكل 1).

تم فحص عينة تتكون من 3 جم من النشا في 25 جم من الماء. تم تلخيص ظروف القياس في الجدول 1. برنامج درجة الحرارة المحدد نموذجي لاختبار وتقييم خصائص لصق النشا. ويُعرف منحنى لزوجة القص الناتج باسم منحنى RVA (منحنى اللزوجة السريعة - المحلل السريع).

الجدول 1: شروط القياس

نتائج القياس

يوضح الشكل 2 منحنى التجلط لنشا الأرز الذي تم الحصول عليه وفقًا لطريقة الاختبار المذكورة أعلاه. في بداية الاختبار، زادت درجة الحرارة تدريجيًا. قبل الوصول إلى درجة حرارة التبلور الجيلاتينية، كان النشا مرتبًا في حالة بلورية منظمة ولم يتمكن من امتصاص الماء أو الانتفاخ. لم يتغير منحنى اللزوجة على الإطلاق، وظلت اللزوجة ثابتة.

مع استمرار ارتفاع درجة الحرارة، تبدأ اللزوجة في الزيادة. عند هذه النقطة، تبدأ حبيبات النشا في التبلور وتبدأ البلورات في التفكك وتضيع البنية الأصلية المرتبة. تعتمد النقطة المقابلة في منحنى درجة الحرارة، والتي تسمى درجة حرارة اللصق، بشكل عام على نسبة الأميلوز إلى الأميلوبكتين.

أثناء التسخين الإضافي، تستمر اللزوجة في الزيادة. عند درجة حرارة معينة، تصل اللزوجة إلى ذروتها القصوى، وتسمى ذروة اللزوجة. هنا، تمتص جزيئات النشا الماء وتنتفخ وتتمدد إلى أقصى حد. تشير اللزوجة القصوى المنخفضة غالبًا إلى ضعف قدرة النشا على التورم، مما يزيد من صعوبة التجلط أو الطهي.

بعد تجاوز ذروة اللزوجة، نظرًا لامتصاص النشا للماء وانتفاخه الكامل، لا يمكنه امتصاص المزيد من الماء. لذلك، مع زيادة الوقت، وتحت تأثير التحريك القوي، يتم تدمير بنية عجينة النشا باستمرار، مما يؤدي إلى تكسر السلاسل الجزيئية. وينتج عن ذلك انخفاض في اللزوجة حتى تصل إلى قيمة دنيا معينة، والتي يمكن أن تسمى أيضًا لزوجة التماسك أو لزوجة الحوض الصغير أو لزوجة العجينة الساخنة. ويحدث ذلك عادةً في نهاية فترة تساوي الحرارة أو بداية التبريد. يرتبط تدمير الهيكل بتكوين النشا.

يُطلق على الفرق بين ذروة اللزوجة والحد الأدنى من اللزوجة قيمة التفكك أو قيمة التفكك، والتي يمكن استخدامها لتقييم الضرر الذي لحق ببنية النشا كمياً. يعتمد تفكك حبيبات النشا على نسبة الأميلوز إلى الأميلوبكتين، بالإضافة إلى العديد من العوامل الأخرى مثل المعالجة السطحية لحبيبات النشا.

عندما تنخفض درجة الحرارة مرة أخرى إلى درجة الحرارة الأولية، تعود اللزوجة إلى مستوى لزوجة أعلى، وهو ما يحدث بسبب إعادة تبلور النشا الخطي أثناء التبريد، وهو ما يسمى إعادة التدرج. وتسمى هذه اللزوجة اللزوجة النهائية أو لزوجة العجينة الباردة ويمكن استخدامها كمؤشر للحكم على اتساق القوام أو الطعم أو معدل التقادم.

يُطلق على الفرق بين أدنى لزوجة واللزوجة النهائية اسم اللزوجة الانتكاسية. ويرتبط بإعادة تجميع النشا الخطي أثناء عملية التبريد ويعتمد على محتوى النشا الخطي ودرجة التورم وتفكك جزيئات النشا. وكلما انخفضت قيمة إعادة التحلل، كان قوام المنتج المصنوع من هذا النشا أكثر نعومة وأبطأ في معدل التقادم والتصلب.

الخاتمة

تم قياس منحنى RVA باستخدام مقياس الانسيابية الدورانية Kinexus لتقييم خصائص اللصق والتحلل الرجعي لنشا الأرز. يسهل إجراء هذا النوع من القياس بشكل خاص باستخدام Kinexus لأن برنامج القياس والتقييم rSpace يحتوي على طريقة مخصصة خصيصًا لاختبار النشا.

يُستخدم تفسير وتحليل المنحنى الناتج للتنبؤ بجودة المنتج وضبطها. كما يسمح البرنامج أيضًا بالتقدير الكمي للإدراك البشري الذاتي. على سبيل المثال، بالنسبة للمعجنات الطرية، يشير ارتفاع ذروة اللزوجة إلى وجود انتفاخ قوي، مما يجعل المنتج أكثر ليونة وأقل مضغًا. يشير انخفاض اللزوجة الأعلى إلى بنية ذات ثبات ضعيف تحت ضغط الحرارة والقص. وتشير اللزوجة النهائية المرتفعة إلى ارتفاع اللزوجة النهائية إلى ارتفاع نسبة إعادة التحلل (إعادة ترابط الأميلوز)، مما قد يسهم في الحصول على معجنات أكثر صلابة ومضغًا.