Úvod
Škrob je polysacharid složený z amylózy a amylopektinu, který je obsažen v mnoha poživatelných rostlinách, jako jsou brambory, pšenice, rýže atd. Ve farmaceutickém průmyslu se používá jako pojivo při lisování tablet a jako dezintegrant, jakmile je tableta vystavena vlhkosti. Škrob hraje důležitou roli také v potravinářském průmyslu, kde se používá jako zahušťovadlo a stabilizátor v omáčkách a pudincích. Podobně jako v potravinářském průmyslu jej lze použít jako ekologické lepidlo při zpracování papíru a dřeva. Lepidla na bázi škrobu reagují na vlhkost a teplotu, což je výhodné v obalovém průmyslu. Kromě toho se modifikovaný škrob používá jako zahušťovadlo v barvách, nátěrech a kosmetických přípravcích. Měření viskozity pomocí křivky RVA může pomoci optimalizovat tokové vlastnosti pro průmyslové aplikace.
Při zahřívání v kapalině granule škrobu bobtnají a mění se z částečně krystalického stavu na gelovitý systém. Tento proces, nazývaný želatinizace, zahrnuje změny struktury škrobu a jeho tokových vlastností. Lze jej simulovat studiem reologického chování škrobu za řízených teplotních podmínek. Také kvalita výrobku se hodnotí prostřednictvím příslušných reologických parametrů.
Podmínky měření a držák vzorku- Speciálně pro testování škrobu
V následujícím textu je pomocí rotačního reometru Kinexus zkoumán vliv želatinizace na smykovou viskozitu rýžového škrobu. K tomuto účelu je použita geometrie určená pro škrob. Skládá se z pohárku a míchací lopatky se dvěma lopatkami (obrázek 1).
Byl zkoumán vzorek sestávající ze 3 g škrobu v 25 g vody. Podmínky měření jsou shrnuty v tabulce 1. Zvolený teplotní program je typický pro testování a vyhodnocování vlastností pastování škrobu. Výsledná křivka smykové viskozity je známá jako křivka RVA (Rapid Visco-Analyzer curve).
Tabulka 1: Podmínky měření
| Krok | Teplota [°C] | Smyková rychlost [s-1] | Čas [s] |
|---|---|---|---|
| Před smykem | 50 | 200 | 30 |
| 1 | 50 | 54 | 60 |
| 2 | 50 - 95, 6 K/min | 54 | - |
| 3 | 95 | 54 | 150 |
| 4 | 95 - 50, 6 K/min | 54 | - |
| 5 | 60 | 54 | 60 |
Výsledky měření
Obrázek 2 ukazuje želatinizační křivku rýžového škrobu získanou podle výše uvedené zkušební metody. Na začátku zkoušky se teplota postupně zvyšovala. Před dosažením teploty želatinizace byl škrob uspořádán v uspořádaném krystalickém stavu a nemohl absorbovat vodu ani bobtnat. Viskozitní křivka se vůbec nezměnila a viskozita zůstala konstantní.
S rostoucí teplotou se začne zvyšovat viskozita. V tomto okamžiku začnou škrobová zrna želatinizovat, krystaly se začnou narušovat a původní uspořádaná struktura se ztrácí. Odpovídající bod na teplotní křivce, nazývaný teplota pastování, obecně závisí na poměru amylosy a amylopektinu.
Během dalšího zahřívání se viskozita dále zvyšuje. Při určité teplotě dosáhne viskozita svého maxima, které se nazývá vrcholová viskozita. Zde částice škrobu absorbují vodu a bobtnají, přičemž se maximálně rozpínají. Nízká vrcholová viskozita často ukazuje na slabou bobtnací schopnost škrobu, což ztěžuje jeho želatinizaci nebo vaření.
Po překročení vrcholové viskozity nemůže škrob v důsledku úplné absorpce vody a bobtnání dále absorbovat vodu. Proto se s prodlužujícím se časem působením silného míchání struktura škrobové pasty neustále ničí, což způsobuje rozpad molekulárních řetězců. To má za následek pokles viskozity, dokud nedosáhne určité minimální hodnoty, kterou lze také nazvat viskozita držení, viskozita koryta nebo viskozita horké pasty. Obvykle k tomu dochází na konci IzotermickýZkoušky při kontrolované a konstantní teplotě se nazývají izotermické.izotermického období nebo na začátku ochlazování. Destrukce struktury souvisí se složením škrobu.
Rozdíl mezi maximální viskozitou a minimální viskozitou se nazývá hodnota rozpadu nebo hodnota dezintegrace, kterou lze použít ke kvantitativnímu hodnocení poškození struktury škrobu. Dezintegrace škrobových granulí závisí na poměru amylosy a amylopektinu a na mnoha dalších faktorech, jako je například povrchová úprava škrobových granulí.
Při poklesu teploty zpět na počáteční teplotu se viskozita vrací na vyšší úroveň, což je způsobeno rekrystalizací lineárního škrobu během ochlazování, tzv. retrogradace. Tato viskozita se nazývá konečná viskozita nebo viskozita studené pasty a lze ji použít jako ukazatel pro posouzení konzistence textury nebo chuti či rychlosti stárnutí.
Rozdíl mezi nejnižší viskozitou a konečnou viskozitou se nazývá zpětná viskozita. Souvisí s rekombinací lineárního škrobu během procesu chlazení a závisí na obsahu lineárního škrobu, stupni bobtnání a rozpadu škrobových částic. Čím nižší je hodnota zpětné gradace, tím měkčí je struktura výrobku vyrobeného z tohoto škrobu a tím pomalejší je rychlost stárnutí a tvrdnutí.
Závěr
RVA křivka byla změřena pomocí rotačního reometru Kinexus, aby bylo možné vyhodnotit pastové a retrogradační vlastnosti rýžového škrobu. Tento typ měření je na přístroji Kinexus obzvláště snadný, protože software pro měření a vyhodnocování rSpace obsahuje metodu speciálně určenou pro testování škrobu.
Interpretace a analýza výsledné křivky slouží k předpovědi a úpravě kvality výrobku. Software rovněž umožňuje kvantifikovat subjektivní lidské vnímání. Například u měkkého pečiva naznačuje vyšší vrcholová viskozita silné bobtnání, díky němuž je výrobek měkčí a méně žvýkavý. Vyšší pokles viskozity naznačuje strukturu se slabou stabilitou při tepelném a smykovém namáhání. Vysoká konečná viskozita naznačuje vyšší retrogradaci (reasociaci amylózy), která může přispět k pevnějšímu a žvýkavějšímu pečivu.