Johdanto
Tärkkelys on polysakkaridi, joka koostuu amyloosista ja amylopektiinistä ja jota esiintyy monissa syötävissä kasveissa, kuten perunassa, vehnässä ja riisissä. Lääketeollisuudessa sitä käytetään sideaineena tablettien puristamisen aikana ja hajoamisaineena heti, kun tabletti altistuu kosteudelle. Tärkkelyksellä on tärkeä rooli myös elintarviketeollisuudessa, jossa sitä käytetään sakeuttajana ja stabilointiaineena kastikkeissa ja vanukkaissa. Samoin kuin elintarviketeollisuudessa, sitä voidaan käyttää ympäristöystävällisenä liimana paperin ja puun jalostuksessa. Tärkkelyspohjaiset liimat reagoivat kosteuteen ja lämpötilaan, mikä on hyödyllistä pakkausteollisuudessa. Lisäksi modifioitua tärkkelystä käytetään sakeuttamisaineena maaleissa, pinnoitteissa ja kosmetiikkatuotteissa. RVA-käyrän avulla tehtävä viskositeettimittaus voi auttaa optimoimaan virtausominaisuuksia teollisissa sovelluksissa.
Kun tärkkelysrakeet lämmitetään nesteessä, ne turpoavat ja muuttuvat osittain kiteisestä tilasta geelimäiseksi järjestelmäksi. Tähän prosessiin, jota kutsutaan gelatinisaatioksi, liittyy muutoksia tärkkelyksen rakenteessa ja virtausominaisuuksissa. Sitä voidaan simuloida tutkimalla tärkkelyksen reologista käyttäytymistä kontrolloiduissa lämpötilaolosuhteissa. Myös tuotteen laatua arvioidaan asiaankuuluvien reologisten parametrien avulla.
Mittausolosuhteet ja näytteenpidin- Erityisesti tärkkelyksen testaukseen
Seuraavassa tutkitaan gelatinoitumisen vaikutusta riisitärkkelyksen leikkausviskositeettiin Kinexus-rotaatioreometrillä. Tätä varten käytetään tärkkelykselle tarkoitettua geometriaa. Se koostuu kupista ja 2-teräisestä sekoitusmelasta (kuva 1).
Tutkittiin näyte, jossa oli 3 g tärkkelystä 25 g vedessä. Mittausolosuhteet on esitetty taulukossa 1. Valittu lämpötilaohjelma on tyypillinen tärkkelyksen liimausominaisuuksien testaamiseen ja arviointiin. Tuloksena saatua leikkausviskositeettikäyrää kutsutaan RVA-käyräksi (Rapid Visco-Analyzer curve).
Taulukko 1: Mittausolosuhteet
| Vaihe | Lämpötila [°C] | Leikkausnopeus [s-1] | Aika [s] |
|---|---|---|---|
| Ennen leikkausta | 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 |
Mittaustulokset
Kuvassa 2 esitetään riisitärkkelyksen hyytelöitymiskäyrä, joka on saatu edellä esitetyn testausmenetelmän mukaisesti. Testin alussa lämpötilaa nostettiin asteittain. Ennen gelatinoitumislämpötilan saavuttamista tärkkelys oli järjestäytynyt järjestäytyneeseen kiteiseen tilaan, eikä se voinut imeä vettä tai turvota. Viskositeettikäyrä ei muuttunut lainkaan, ja viskositeetti pysyi vakiona.
Lämpötilan noustessa viskositeetti alkaa kasvaa. Tässä vaiheessa tärkkelysrakeet alkavat hyytelöityä, kiteet alkavat hajota ja alkuperäinen järjestetty rakenne häviää. Lämpötilakäyrän vastaava piste, jota kutsutaan pastoitumislämpötilaksi, riippuu yleensä amyloosin ja amylopektiinin suhteesta.
Kuumennuksen jatkuessa viskositeetti kasvaa edelleen. Tietyssä lämpötilassa viskositeetti saavuttaa maksimiarvonsa, jota kutsutaan huippuviskositeetiksi. Tällöin tärkkelyshiukkaset imevät itseensä vettä ja turpoavat, jolloin ne laajenevat suurimpaan mahdolliseen laajuuteensa. Alhainen huippuviskositeetti on usein merkki tärkkelyksen heikosta paisumiskyvystä, mikä vaikeuttaa tärkkelyksen hyytelöitymistä tai keittämistä.
Kun huippuviskositeetti on ylittynyt, tärkkelys ei voi enää imeä vettä, koska se on täysin imeytynyt veteen ja paisunut. Sen vuoksi tärkkelyspastan rakenne tuhoutuu jatkuvasti ajan myötä voimakkaan sekoituksen vaikutuksesta, jolloin molekyyliketjut katkeavat. Tämä johtaa viskositeetin pienenemiseen, kunnes se saavuttaa tietyn vähimmäisarvon, jota voidaan kutsua myös pitoviskositeetiksi, kaukaloviskositeetiksi tai kuuman tahnan viskositeetiksi. Se tapahtuu yleensä isotermisen jakson lopussa tai jäähdytyksen alussa. Rakenteen tuhoutuminen liittyy tärkkelyksen koostumukseen.
Huippuviskositeetin ja vähimmäisviskositeetin välistä eroa kutsutaan hajoamisarvoksi tai hajoamisarvoksi, jota voidaan käyttää tärkkelyksen rakenteen vaurioitumisen määrälliseen arviointiin. Tärkkelysrakeiden HajoamisreaktioHajoamisreaktio on kemiallisen yhdisteen lämpöreaktio, jossa muodostuu kiinteitä ja/tai kaasumaisia tuotteita. hajoaminen riippuu amyloosin ja amylopektiinin suhteesta sekä monista muista tekijöistä, kuten tärkkelysrakeiden pintakäsittelystä.
Kun lämpötila laskee takaisin alkulämpötilaan, viskositeetti palaa korkeammalle viskositeettitasolle, mikä johtuu lineaarisen tärkkelyksen uudelleenkiteytymisestä jäähdytyksen aikana, jota kutsutaan retrogradoitumiseksi. Tätä viskositeettia kutsutaan lopulliseksi viskositeetiksi tai kylmämassan viskositeetiksi, ja sitä voidaan käyttää indikaattorina arvioitaessa koostumuksen tai maun johdonmukaisuutta tai vanhenemisnopeutta.
Alhaisimman viskositeetin ja lopullisen viskositeetin välistä eroa kutsutaan takaisinviskositeetiksi. Se liittyy lineaarisen tärkkelyksen uudelleenkombinaatioon jäähdytysprosessin aikana ja riippuu lineaarisen tärkkelyksen pitoisuudesta, turvotusasteesta ja tärkkelyshiukkasten hajoamisesta. Mitä alhaisempi takaisinviskositeettiarvo on, sitä pehmeämpi on tästä tärkkelyksestä valmistetun tuotteen rakenne ja sitä hitaampi on vanhenemis- ja kovettumisnopeus.
Päätelmä
RVA-käyrä mitattiin Kinexus-rotaatioreometrillä riisitärkkelyksen liimautumis- ja retrogradoitumisominaisuuksien arvioimiseksi. Tämäntyyppinen mittaus on erityisen helppo suorittaa Kinexus-mittarilla, koska rSpace mittaus- ja arviointiohjelmisto sisältää erityisesti tärkkelyksen testaamiseen tarkoitetun menetelmän.
Tuloksena saadun käyrän tulkintaa ja analysointia käytetään tuotteen laadun ennustamiseen ja säätämiseen. Ohjelmisto mahdollistaa myös subjektiivisen ihmiskäsityksen kvantifioinnin. Esimerkiksi pehmeässä leivonnaisessa korkeampi huippuviskositeetti viittaa voimakkaaseen turvotukseen, joka tekee tuotteesta pehmeämmän ja vähemmän pureskeltavaa. Korkeampi viskositeetin lasku viittaa rakenteeseen, jonka stabiilisuus lämmön ja leikkausrasituksen alaisena on heikko. Korkea loppuviskositeetti viittaa korkeampaan retrogradaatioon (amyloosin uudelleen assosioitumiseen), joka voi vaikuttaa kiinteämpään ja pureskeltavampaan leivonnaiseen.