Karbohidrat - Salah Satu Sumber Energi Utama Tubuh KitaTubuh kita
Di samping protein dan lemak, karbohidrat adalah salah satu dari tiga makronutrien dalam makanan manusia. Karbohidrat meliputi mono, di, dan oligosakarida seperti gula serta polisakarida seperti selulosa atau pati.
Pati berasal dari nabati dan ditemukan dalam sumber-sumber seperti kentang, beras, sereal, dan singkong (ubi kayu). Bidang aplikasinya terutama adalah sektor makanan dan minuman. Dalam industri makanan, pati terutama digunakan sebagai bahan pengental, pembentuk gel, pengemulsi atau penstabil. Seringkali, itu ditambahkan hanya dalam konsentrasi small. Namun demikian, pati dapat memiliki pengaruh yang signifikan terhadap sifat tekstur dan organoleptik (warna, bau, penampilan, rasa, dll.) makanan.
Pada tahun 2022, perkiraan produksi pati di seluruh dunia mencapai sekitar 134 juta ton, dengan China sebagai pasar pati terbesar, diikuti oleh AS [1]. Jenis pati yang paling populer yang diperdagangkan secara global adalah pati ubi kayu (atau tapioka), dengan pati jagung di tempat kedua [2].
Jika pati digunakan dalam bentuk aslinya, maka akan ditampilkan sebagai "pati" dalam daftar bahan. Tetapi jika zat tersebut diubah secara kimiawi, maka zat tersebut menjadi zat aditif dengan nomor E (misalnya, E1404 untuk pati teroksidasi atau E1420 untuk pati terasetilasi) dan muncul sebagai "pati yang dimodifikasi" dalam daftar bahan. Dibandingkan dengan pati asli, pati termodifikasi lebih stabil terhadap panas, dingin, atau lingkungan asam [3].
Terdiri dari Apakah Pati?
Pati adalah polimer rantai panjang yang terdiri dari amilosa dan amilopektin dengan proporsi yang berbeda-beda, tergantung jenis dan sumber pati. Biasanya, kandungan amilosa adalah antara 15% dan 30%, menghasilkan kandungan amilopektin antara 70% dan 85% berat [4]. Pati murni adalah bubuk putih, tidak berasa dan tidak berbau yang tidak larut dalam air dingin atau alkohol [5].
Apa yang Terjadi dengan Adanya Air?
Ketika pati dipanaskan dalam kontak dengan air dalam jumlah yang cukup (misalnya, saat memasak atau memanggang), gelatinisasi terjadi. Saat dipanaskan, air meresap ke dalam butiran dan molekul-molekul di dalam butiran mulai menyelaraskan diri. Hal ini menyebabkan pembengkakan hingga lapisan luar butiran terganggu. Butiran-butiran mulai rusak. Amilosa dan amilopektin berdifusi sebagian ke lingkungan sekitar dan menyebar dalam larutan [10]. Hasilnya adalah pasta atau gel pati yang kental dan kental yang membantu menyatukan berbagai komponen - misalnya, komponen kue kering.
Proses gelatinisasi dapat dipantau oleh DSC dan menghasilkan efek endotermal. Namun, jumlah air memainkan peran penting. Pada kadar air yang rendah, hanya pembengkakan terbatas atau gelatinisasi yang tidak sempurna dari butiran pati yang dapat diamati, dan bahkan pada kadar air yang lebih tinggi (air: pati = 1,5: 1 atau lebih tinggi), endoterm DSC tidak selalu mewakili keseluruhan proses [7].
Selama pendinginan, pati mengalami transisi ketidakteraturan ke keteraturan. Pati yang tergelatinisasi mengkristal lagi, air dilepaskan, dan zat menjadi lebih kencang. Proses ini disebut retrogradasi. Inilah alasan mengapa roti menjadi basi setelah beberapa saat, terutama ketika disimpan pada suhu yang lebih rendah (suhu dingin mendukung proses ini).
Bagaimana Perilaku Pati Selama Pemanasan dan Pendinginan?
Untuk mempelajari sifat termalnya, berbagai jenis pati asli yang tersedia secara komersial (lihat tabel 1) dipanaskan dua kali dalam kombinasi dengan air (50 wt% pati dan 50 wt% air) dalam DSC dalam cawan lebur aluminium tertutup (Concavus®) dengan kecepatan pemanasan 5 K/menit hingga 140°C dan turun hingga RT dalam atmosfer nitrogen.
Tabel 1: Massa sampel (hanya pati) untuk berbagai jenis pati
| Jenis pati | Massa pati (mg) | Suhu puncakpertama (°C) |
|---|---|---|
| Manioc | 12.76 | 67.4 |
| Kentang | 12.62 | 62.3 |
| Beras | 12.93 | 67.0 |
Selama pemanasan pertama dari jenis pati yang berbeda, beberapa efek DSC endotermal terlihat (lihat gambar 1). Di satu sisi, puncak utama pertama dengan bahu tambahan (agak menonjol) terjadi pada pati ubi kayu dan kentang, di mana efek pada pati kentang bergeser ke suhu yang sedikit lebih rendah. Di sisi lain, profil DSC untuk pati beras menunjukkan tiga puncak, salah satunya pada suhu yang jauh lebih tinggi (suhu puncak pada 107 ° C) daripada yang lain.
Efek pada kisaran suhu sekitar 60°C hingga 70°C mencerminkan proses gelatinisasi. Efek endotermal pada suhu sekitar 107°C (pada pati beras) mungkin berhubungan dengan kompleks amilase-lipid yang juga ditentukan di atas 100°C pada penelitian beras lainnya [8, 9].
Literatur (misalnya, dirangkum dalam [6]) mengatakan bahwa selama pemanasan, tidak hanya terjadi gelatinisasi tetapi juga pelelehan. Menurut teori ini, pelelehan selama pemanasan berhubungan dengan efek endotermal pada suhu yang lebih tinggi dan tipikal untuk konsentrasi air yang rendah, sedangkan gelatinisasi terjadi dengan adanya kelebihan air (lebih dari 70% untuk sebagian besar pati) dan berhubungan dengan endoterm suhu yang lebih rendah pada kurva DSC. Pada kadar air menengah, kedua proses tersebut dapat diamati, yang sesuai dengan kasus ini (gambar 2) dan mengarah ke suhu puncak 67 ° C dan 80 ° C untuk pati ubi kayu, misalnya.
Selama pendinginan terkendali (pada 10 K/menit) setelah pemanasanpertama, peristiwa EksotermikTransisi sampel atau reaksi dikatakan eksotermik jika dihasilkan panas. eksotermal terlihat pada kisaran suhu antara kira-kira 75°C dan 95°C (gambar 3).
Sebagian besar efek ini tampaknya tidak dapat diubah karena pada langkah pemanasan kedua yang sesuai (gambar 4, dengan laju pemanasan 5 K/menit), hanya pati beras yang kembali menunjukkan efek endotermal pada suhu sekitar 108°C (suhu puncak) yang sebanding dengan efek endotermal yang muncul pada gambar 2. small Namun, ada beberapa efek EksotermikTransisi sampel atau reaksi dikatakan eksotermik jika dihasilkan panas. eksotermal tambahan yang terlihat pada kisaran suhu antara sekitar 60°C dan 80°C. Hal ini mengarah pada asumsi bahwa penataan ulang struktur yang terjadi selama pendinginan belum selesai sebelum pemanasan kedua dimulai.
Dalam literatur [10], kita dapat membaca bahwa ketika pati gelatin didinginkan, amilosa dan amilopektin yang dilepaskan (struktur kimia pada gambar 1) mulai mundur dan molekul amilosa yang terdispersi mulai berasosiasi kembali, yang mengarah pada pembentukan jaringan tiga dimensi. Hal ini dapat digambarkan sebagai "gel komposit dari sisa-sisa butiran yang tidak terlarut yang tertanam dalam matriks kontinu dari rantai polimer amilosa yang terjerat dan molekul amilopektin yang terpisah dan bercabang banyak".
Kesimpulan
Meskipun sering digunakan di rumah, pati terbukti menjadi bahan yang menunjukkan perilaku yang cukup kompleks. Baik rezim suhu yang diterapkan maupun jumlah air dalam campuran memiliki pengaruh pada gelatinisasi. Namun demikian, analisis termal, dan di sini khususnya DSC, mampu mengumpulkan banyak informasi berharga tentang proses ini hanya berdasarkan beberapa pengukuran saja.
Tiga jenis pati yang digunakan (pati ubi kayu, pati kentang, dan pati beras) dapat dengan jelas dibedakan satu sama lain pada fase pemanasan pertama (gambar 1). Kurva DSC berbeda secara signifikan dan hanya pati beras yang menunjukkan efek endotermal tambahan di atas 100°C.