Εισαγωγή
Το άμυλο είναι ένας πολυσακχαρίτης, που αποτελείται από αμυλόζη και αμυλοπηκτίνη και υπάρχει σε πολλά εύγευστα φυτά, όπως οι πατάτες, το σιτάρι, το ρύζι κ.λπ. Στη φαρμακευτική βιομηχανία χρησιμοποιείται ως συνδετικό υλικό κατά τη συμπίεση των δισκίων και ως αποσυνθετικό μόλις το δισκίο εκτεθεί στην υγρασία. Το άμυλο παίζει επίσης σημαντικό ρόλο στη βιομηχανία τροφίμων, όπου χρησιμοποιείται ως πηκτικό και σταθεροποιητής σε σάλτσες και πουτίγκες. Παρόμοια με τη χρήση του στη βιομηχανία τροφίμων, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως κόλλα φιλική προς το περιβάλλον στην επεξεργασία χαρτιού και ξύλου. Οι συγκολλητικές ουσίες με βάση το άμυλο αντιδρούν στην υγρασία και τη θερμοκρασία, γεγονός που είναι ευεργετικό στη βιομηχανία συσκευασίας. Επιπλέον, το τροποποιημένο άμυλο χρησιμοποιείται ως πυκνωτικό μέσο σε χρώματα, επιχρίσματα και καλλυντικά προϊόντα. Η μέτρηση του ιξώδους με τη χρήση της καμπύλης RVA μπορεί να βοηθήσει στη βελτιστοποίηση των ιδιοτήτων ροής για βιομηχανικές εφαρμογές.
Όταν θερμαίνονται σε ένα υγρό, οι κόκκοι αμύλου διογκώνονται και μετατρέπονται από μια μερικώς κρυσταλλική κατάσταση σε ένα πηκτωματώδες σύστημα. Αυτή η διαδικασία, που ονομάζεται ζελατινοποίηση, συνεπάγεται αλλαγές στη δομή και τις ιδιότητες ροής του αμύλου. Μπορεί να προσομοιωθεί με τη μελέτη της ρεολογικής συμπεριφοράς του αμύλου σε συνθήκες ελεγχόμενης θερμοκρασίας. Επίσης, η ποιότητα του προϊόντος αξιολογείται μέσω σχετικών ρεολογικών παραμέτρων.
Συνθήκες μέτρησης και κάτοχος δείγματος- Ειδικά για δοκιμές αμύλου
Στη συνέχεια, η επίδραση της ζελατινοποίησης στο διατμητικό ιξώδες του αμύλου ρυζιού διερευνάται με το περιστροφικό ρεόμετρο Kinexus. Για τον σκοπό αυτό, χρησιμοποιείται μια γεωμετρία αφιερωμένη στο άμυλο. Αποτελείται από ένα κύπελλο και ένα πτερύγιο ανάμιξης 2 λεπίδων (σχήμα 1).
Ένα δείγμα, αποτελούμενο από 3 g άμυλο σε 25 g νερό, διερευνήθηκε. Οι συνθήκες μέτρησης συνοψίζονται στον πίνακα 1. Το επιλεγμένο πρόγραμμα θερμοκρασίας είναι τυπικό για τη δοκιμή και την αξιολόγηση των χαρακτηριστικών επικόλλησης αμύλου. Η προκύπτουσα καμπύλη ιξώδους διάτμησης είναι γνωστή ως καμπύλη RVA (Rapid Visco-Analyzer curve).
Πίνακας 1: Συνθήκες μέτρησης
| Βήμα | Θερμοκρασία [°C] | Ρυθμός διάτμησης [s-1] | Χρόνος [s] |
|---|---|---|---|
| Προ-διάτμηση | 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 |
Αποτελέσματα μέτρησης
Στο Σχήμα 2 παρουσιάζεται μια καμπύλη ζελατινοποίησης του αμύλου ρυζιού που λαμβάνεται σύμφωνα με την ανωτέρω μέθοδο δοκιμής. Στην αρχή της δοκιμής, η θερμοκρασία αυξήθηκε σταδιακά. Πριν φθάσει στη θερμοκρασία ζελατινοποίησης, το άμυλο ήταν διατεταγμένο σε ομαλή κρυσταλλική κατάσταση και δεν μπορούσε να απορροφήσει νερό ή να διογκωθεί. Η καμπύλη ιξώδους δεν άλλαξε καθόλου και το ιξώδες παρέμεινε σταθερό.
Καθώς η θερμοκρασία συνεχίζει να αυξάνεται, το ιξώδες αρχίζει να αυξάνεται. Σε αυτό το σημείο, οι κόκκοι αμύλου αρχίζουν να ζελατινοποιούνται, οι κρύσταλλοι αρχίζουν να διαταράσσονται και η αρχική διατεταγμένη δομή χάνεται. Το αντίστοιχο σημείο στην καμπύλη θερμοκρασίας, που ονομάζεται θερμοκρασία επικόλλησης, εξαρτάται γενικά από την αναλογία αμυλόζης προς αμυλοπηκτίνη.
Κατά την περαιτέρω θέρμανση, το ιξώδες συνεχίζει να αυξάνεται. Σε μια ορισμένη θερμοκρασία, το ιξώδες φτάνει στο μέγιστο σημείο του, που ονομάζεται μέγιστο ιξώδες. Εδώ, τα σωματίδια αμύλου απορροφούν νερό και διογκώνονται, διαστέλλοντας στο μέγιστο βαθμό. Ένα χαμηλό ιξώδες αιχμής συχνά υποδηλώνει αδύναμη ικανότητα διόγκωσης του αμύλου, καθιστώντας δυσκολότερη τη ζελατινοποίηση ή το μαγείρεμα.
Μετά την υπέρβαση του μέγιστου ιξώδους, λόγω της πλήρους απορρόφησης νερού και διόγκωσης του αμύλου, δεν μπορεί να απορροφήσει περαιτέρω νερό. Ως εκ τούτου, με την αύξηση του χρόνου, υπό τη δράση ισχυρής ανάδευσης, η δομή της πάστας αμύλου καταστρέφεται συνεχώς, προκαλώντας τη θραύση των μοριακών αλυσίδων. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση του ιξώδους έως ότου φτάσει σε μια ορισμένη ελάχιστη τιμή, η οποία μπορεί επίσης να ονομάζεται ιξώδες συγκράτησης, ιξώδες γούρνας ή ιξώδες ζεστής πάστας. Συνήθως συμβαίνει στο τέλος της ισόθερμης περιόδου ή στην αρχή της ψύξης. Η καταστροφή της δομής σχετίζεται με τη σύνθεση του αμύλου.
Η διαφορά μεταξύ του μέγιστου ιξώδους και του ελάχιστου ιξώδους ονομάζεται τιμή διάσπασης ή τιμή αποσύνθεσης, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ποσοτική αξιολόγηση της καταστροφής της δομής του αμύλου. Η αποσύνθεση των κόκκων αμύλου εξαρτάται από την αναλογία αμυλόζης προς αμυλοπηκτίνη, καθώς και από πολλούς άλλους παράγοντες, όπως η επιφανειακή επεξεργασία των κόκκων αμύλου.
Όταν η θερμοκρασία πέφτει στην αρχική θερμοκρασία, το ιξώδες επιστρέφει σε υψηλότερο επίπεδο ιξώδους, το οποίο προκαλείται από την ανακρυστάλλωση του γραμμικού αμύλου κατά την ψύξη, που ονομάζεται αναβαθμονόμηση. Αυτό το ιξώδες ονομάζεται τελικό ιξώδες ή ιξώδες ψυχρής πάστας και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως δείκτης για την εκτίμηση της συνοχής της υφής ή της γεύσης ή του ρυθμού γήρανσης.
Η διαφορά μεταξύ του χαμηλότερου ιξώδους και του τελικού ιξώδους ονομάζεται ιξώδες οπισθοχώρησης. Σχετίζεται με τον ανασυνδυασμό του γραμμικού αμύλου κατά τη διαδικασία ψύξης και εξαρτάται από την περιεκτικότητα σε γραμμικό άμυλο, τον βαθμό διόγκωσης και την αποσύνθεση των σωματιδίων αμύλου. Όσο χαμηλότερη είναι η τιμή της οπισθοδρόμησης, τόσο πιο μαλακή είναι η υφή του προϊόντος που παρασκευάζεται από αυτό το άμυλο και τόσο πιο αργός είναι ο ρυθμός γήρανσης και σκλήρυνσης.
Συμπέρασμα
Μια καμπύλη RVA μετρήθηκε με το περιστροφικό ρεόμετρο Kinexus για την αξιολόγηση των χαρακτηριστικών επικόλλησης και οπισθοδρόμησης του αμύλου ρυζιού. Αυτό το είδος μέτρησης είναι ιδιαίτερα εύκολο να εκτελεστεί με το Kinexus, επειδή το λογισμικό μέτρησης και αξιολόγησης rSpace περιέχει μια μέθοδο ειδικά αφιερωμένη στη δοκιμή αμύλου.
Η ερμηνεία και η ανάλυση της προκύπτουσας καμπύλης χρησιμοποιούνται για την πρόβλεψη και την προσαρμογή της ποιότητας του προϊόντος. Το λογισμικό επιτρέπει επίσης την ποσοτικοποίηση της υποκειμενικής ανθρώπινης αντίληψης. Για παράδειγμα, για ένα μαλακό γλυκό, ένα υψηλότερο ιξώδες κορυφής υποδηλώνει έντονη διόγκωση, η οποία καθιστά το προϊόν πιο μαλακό και λιγότερο μαστιχωτό. Μια υψηλότερη πτώση ιξώδους υποδηλώνει μια δομή με αδύναμη σταθερότητα υπό θερμότητα και διατμητική καταπόνηση. Ένα υψηλό τελικό ιξώδες υποδηλώνει υψηλότερη αναβαθμισμένη δομή (επανασύνδεση αμυλόζης), η οποία μπορεί να συμβάλει σε ένα πιο σφιχτό, πιο μαστιχωτό γλυκό.