Les glucides - l'une des principales sources d'énergie de notreCorps
Avec les protéines et les graisses, les glucides sont l'un des trois macronutriments de l'alimentation humaine. Ils comprennent les mono, di et oligosaccharides tels que les sucres, ainsi que les polysaccharides tels que la cellulose ou l'amidon.
L'amidon est d'origine végétale et se trouve dans des sources telles que les pommes de terre, le riz, les céréales et le manioc. Son domaine d'application est principalement le secteur de l'alimentation et des boissons. Dans l'industrie alimentaire, l'amidon est principalement utilisé comme agent épaississant, gélifiant, émulsifiant ou stabilisant. Souvent, il n'est ajouté qu'à des concentrations de l'ordre de small. Néanmoins, il peut avoir une influence significative sur les propriétés texturales et organoleptiques (couleur, odeur, apparence, goût, etc.) des aliments.
En 2022, la production mondiale d'amidon était estimée à environ 134 millions de tonnes, la Chine étant le plus grand marché de l'amidon, suivie des États-Unis [1]. Le type d'amidon le plus commercialisé dans le monde est l'amidon de manioc (ou tapioca), l'amidon de maïs arrivant en deuxième position [2].
Si l'amidon est utilisé sous sa forme native, il est indiqué comme "amidon" dans la liste des ingrédients. Mais si la substance est modifiée chimiquement, elle devient un additif avec un numéro E (par exemple, E1404 pour l'amidon oxydé ou E1420 pour l'amidon acétylé) et apparaît comme "amidon modifié" dans la liste des ingrédients. Par rapport à l'amidon natif, l'amidon modifié est plus stable à la chaleur, au froid ou à un environnement acide [3].
En quoi consiste l'amidon ?
L'amidon est un polymère à longue chaîne composé d'amylose et d'amylopectine dans des proportions variables, en fonction du type et de la source de l'amidon. En règle générale, la teneur en amylose se situe entre 15 et 30 %, ce qui donne une teneur en amylopectine comprise entre 70 et 85 % en poids [4]. L'amidon pur est une poudre blanche, insipide et inodore, insoluble dans l'eau froide ou l'alcool [5].
Que se passe-t-il en présence d'eau ?
Lorsque l'amidon est chauffé au contact d'une quantité suffisante d'eau (par exemple, pendant la cuisson ou la pâtisserie), la gélatinisation se produit. Sous l'effet de la chaleur, l'eau pénètre dans les granules et les molécules à l'intérieur des granules commencent à se réaligner. Cela conduit à un gonflement jusqu'à ce que les couches externes des granules soient perturbées. Les granules commencent à se décomposer. L'amylose et l'amylopectine se diffusent partiellement dans le milieu environnant et se dispersent dans la solution [10]. Il en résulte une pâte ou un gel d'amidon épais et visqueux qui aide à maintenir les différents composants - par exemple, ceux d'une pâtisserie - ensemble.
Le processus de gélatinisation peut être suivi par DSC et produit un effet EndothermiqueUne transition d'échantillon ou une réaction est endothermique si la conversion nécessite de la chaleur.endothermique. Cependant, la quantité d'eau joue un rôle important. À faible teneur en eau, on n'observe qu'un gonflement limité ou une gélatinisation incomplète des granules d'amidon, et même à des teneurs en eau plus élevées (eau:amidon = 1,5:1 ou plus), l'endotherme DSC ne représente pas toujours l'ensemble du processus [7].
Pendant le refroidissement, l'amidon subit une transition de désordre à ordre. L'amidon gélatinisé cristallise à nouveau, l'eau est libérée et la substance devient plus ferme. Ce processus est appelé rétrogradation. C'est la raison pour laquelle le pain devient rassis après un certain temps, en particulier lorsqu'il est stocké à des températures plus basses (les températures fraîches favorisent ce processus).
Comment l'amidon se comporte-t-il en cas de chauffage et de refroidissement ?
Pour étudier ses propriétés thermiques, différents types d'amidons natifs disponibles dans le commerce (voir tableau 1) ont été chauffés deux fois en combinaison avec de l'eau (50 % en poids d'amidon et 50 % en poids d'eau) dans un DSC dans des creusets fermés en aluminium (Concavus®) à une vitesse de chauffage de 5 K/min jusqu'à 140°C et jusqu'à la température de référence dans une atmosphère d'azote.
Tableau 1 : Masse des échantillons (amidon seulement) pour les différents types d'amidon
| Type d'amidon | Masse d'amidon (mg) | Température du1er pic (°C) |
|---|---|---|
| Manioc | 12.76 | 67.4 |
| Pomme de terre | 12.62 | 62.3 |
| Riz | 12.93 | 67.0 |
Lors du premier chauffage des différents types d'amidon, plusieurs effets DSC endothermiques sont visibles (voir figure 1). D'une part, un premier pic principal avec un épaulement supplémentaire (quelque peu prononcé) apparaît avec l'amidon de manioc et l'amidon de pomme de terre, l'effet avec l'amidon de pomme de terre étant déplacé vers des températures légèrement plus basses. D'autre part, le profil DSC de l'amidon de riz présente trois pics, l'un d'entre eux à une température beaucoup plus élevée (température de pointe à 107°C) que les autres.
Les effets dans la plage de température autour de 60°C à 70°C reflètent le processus de gélatinisation. L'effet EndothermiqueUne transition d'échantillon ou une réaction est endothermique si la conversion nécessite de la chaleur.endothermique autour de 107°C (concernant l'amidon de riz) correspond probablement à un complexe amylase-lipide qui a également été déterminé au-dessus de 100°C dans d'autres études sur le riz [8, 9].
La littérature (par exemple, résumée dans [6]) indique que pendant le chauffage, il y a non seulement gélatinisation mais aussi Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion. Selon cette théorie, la Températures et enthalpies de fusionL'enthalpie de fusion d'une substance, également connue sous le nom de chaleur latente, est une mesure de l'apport d'énergie, généralement de la chaleur, nécessaire pour convertir une substance de l'état solide à l'état liquide. Le point de fusion d'une substance est la température à laquelle elle passe de l'état solide (cristallin) à l'état liquide (fusion isotrope). fusion pendant le chauffage correspond à un effet EndothermiqueUne transition d'échantillon ou une réaction est endothermique si la conversion nécessite de la chaleur.endothermique à des températures plus élevées et est typique des faibles concentrations d'eau, tandis que la gélatinisation se produit en présence d'un excès d'eau (plus de 70 % pour la plupart des amidons) et correspond à un endotherme à plus basse température dans la courbe DSC. À des teneurs en eau intermédiaires, les deux processus peuvent être observés, ce qui correspond bien au cas présent (figure 2) et conduit à des températures maximales de 67°C et 80°C pour l'amidon de manioc, par exemple.
Pendant le refroidissement contrôlé (à 10 K/min) après lepremier chauffage, des événements exothermiques sont visibles dans la plage de température comprise entre environ 75°C et 95°C (figure 3).
La plupart de ces effets semblent être irréversibles car dans les deuxièmes étapes de chauffage correspondantes (figure 4, à une vitesse de chauffage de 5 K/min), seul l'amidon de riz présente à nouveau un effet EndothermiqueUne transition d'échantillon ou une réaction est endothermique si la conversion nécessite de la chaleur.endothermique à environ 108°C (température maximale), ce qui est comparable à l'effet EndothermiqueUne transition d'échantillon ou une réaction est endothermique si la conversion nécessite de la chaleur.endothermique apparaissant dans la figure 2. Cependant, des effets exothermiques supplémentaires très small sont visibles dans la plage de température comprise entre 60°C et 80°C environ. Cela permet de supposer que le réarrangement structurel qui a eu lieu pendant le refroidissement n'était pas encore terminé avant le début du second chauffage.
Dans la littérature [10], on peut lire que lorsqu'un amidon gélatinisé est refroidi, l'amylose et l'amylopectine libérées (structures chimiques de la figure 1) commencent à rétrograder et les molécules d'amylose dispersées commencent à se réassocier, ce qui conduit à la formation d'un réseau tridimensionnel. Ce réseau peut être décrit comme "un gel composite de restes de granules non dissous incorporés dans une matrice continue de chaînes de polymères d'amylose enchevêtrées et de molécules d'amylopectine séparées et hautement ramifiées".
Conclusion
Bien que souvent utilisé à la maison, l'amidon s'avère être un matériau au comportement assez complexe. Tant le régime de température appliqué que la quantité d'eau dans le mélange ont une influence sur sa gélatinisation. Cependant, l'analyse thermique, et ici en particulier la DSC, permet de glaner un grand nombre d'informations précieuses sur ce processus à partir de quelques mesures seulement.
Les trois types d'amidon utilisés (amidon de manioc, amidon de pomme de terre et amidon de riz) se distinguent clairement les uns des autres lors de la première phase de chauffage (figure 1). Les courbes DSC diffèrent de manière significative et seul l'amidon de riz présente un effet EndothermiqueUne transition d'échantillon ou une réaction est endothermique si la conversion nécessite de la chaleur.endothermique supplémentaire au-dessus de 100°C.