I carboidrati: una delle principali fonti energetiche del nostro organismo.Corpo
Insieme alle proteine e ai grassi, i carboidrati sono uno dei tre macronutrienti della dieta umana. Comprendono mono, di e oligosaccaridi come gli zuccheri e polisaccaridi come la cellulosa o l'amido.
L'amido è di origine vegetale e si trova in fonti quali patate, riso, cereali e manioca. Il suo campo di applicazione è principalmente il settore alimentare e delle bevande. Nell'industria alimentare, l'amido viene utilizzato principalmente come agente addensante, gelificante, emulsionante o stabilizzante. Spesso viene aggiunto solo in small concentrazioni. Tuttavia, può avere un'influenza significativa sulle proprietà testuali e organolettiche (colore, odore, aspetto, sapore, ecc.) degli alimenti.
Nel 2022, la produzione mondiale di amido è stata stimata in circa 134 milioni di tonnellate, con la Cina come principale mercato dell'amido, seguita dagli Stati Uniti [1]. Il tipo di amido più diffuso e commercializzato a livello globale è l'amido di manioca (o tapioca), con l'amido di mais al secondo posto [2].
Se l'amido viene utilizzato nella sua forma originaria, viene indicato come "amido" nell'elenco degli ingredienti. Ma se la sostanza viene alterata chimicamente, diventa un additivo con un numero E (ad esempio, E1404 per l'amido ossidato o E1420 per l'amido acetilato) e compare come "amido modificato" nell'elenco degli ingredienti. Rispetto all'amido nativo, l'amido modificato è più stabile al calore, al freddo o all'ambiente acido [3].
Di cosa è composto l'amido?
L'amido è un polimero a catena lunga costituito da amilosio e amilopectina in proporzioni variabili, a seconda del tipo di amido e della fonte. Di norma, il contenuto di amilosio è compreso tra il 15% e il 30%, con un contenuto di amilopectina tra il 70% e l'85% in peso [4]. L'amido puro è una polvere bianca, insapore e inodore, insolubile in acqua fredda o alcool [5].
Cosa succede in presenza di acqua?
Quando l'amido viene riscaldato a contatto con una quantità sufficiente di acqua (ad esempio, durante la cottura o il forno), avviene la gelatinizzazione. Durante il riscaldamento, l'acqua penetra nei granuli e le molecole al loro interno iniziano a riallinearsi. Questo porta a un rigonfiamento fino alla rottura degli strati esterni dei granuli. I granuli iniziano a rompersi. L'amilosio e l'amilopectina si diffondono parzialmente nell'ambiente circostante e si disperdono nella soluzione [10]. Il risultato è una pasta di amido o un gel denso e viscoso che aiuta a tenere insieme i vari componenti, ad esempio quelli di una pasta.
Il processo di gelatinizzazione può essere monitorato mediante DSC e produce un effetto EndotermicoUna transizione campionaria o una reazione è endotermica se per la conversione è necessario il calore.endotermico. Tuttavia, la quantità di acqua gioca un ruolo importante. A bassi contenuti d'acqua, si può osservare solo un rigonfiamento limitato o una gelatinizzazione incompleta dei granuli di amido, e anche a contenuti d'acqua più elevati (acqua:amido = 1,5:1 o superiore), l'endoterma DSC non sempre rappresenta l'intero processo [7].
Durante il raffreddamento, l'amido subisce una transizione da disordine a ordine. L'amido gelatinizzato cristallizza nuovamente, l'acqua viene rilasciata e la sostanza diventa più solida. Questo processo è chiamato retrogradazione. Questo è il motivo per cui il pane diventa raffermo dopo un po' di tempo, soprattutto se conservato a temperature più basse (le temperature fresche favoriscono questo processo).
Come si comporta l'amido durante il riscaldamento e il raffreddamento?
Per studiarne le proprietà termiche, vari tipi di amidi nativi disponibili in commercio (vedi tabella 1) sono stati riscaldati due volte in combinazione con acqua (50 wt% di amido e 50 wt% di acqua) in un DSC in crogioli chiusi di alluminio (Concavus®) a una velocità di riscaldamento di 5 K/min fino a 140°C e fino a RT in atmosfera di azoto.
Tabella 1: Masse dei campioni (solo amido) per i diversi tipi di amido
| Tipo di amido | Massa dell'amido (mg) | Temperatura del1° picco (°C) |
|---|---|---|
| Manioca | 12.76 | 67.4 |
| Patata | 12.62 | 62.3 |
| Riso | 12.93 | 67.0 |
Durante il primo riscaldamento dei diversi tipi di amido, sono visibili diversi effetti endotermici DSC (vedi figura 1). Da un lato, un primo picco principale con una spalla aggiuntiva (un po' pronunciata) si verifica con la manioca e la fecola di patate, mentre l'effetto con la fecola di patate è spostato a temperature leggermente inferiori. D'altra parte, il profilo DSC dell'amido di riso mostra tre picchi, uno dei quali a una temperatura molto più alta (temperatura di picco a 107°C) rispetto agli altri.
Gli effetti nell'intervallo di temperatura tra 60 e 70°C riflettono il processo di gelatinizzazione. L'effetto EndotermicoUna transizione campionaria o una reazione è endotermica se per la conversione è necessario il calore.endotermico intorno ai 107°C (relativo all'amido di riso) corrisponde presumibilmente a un complesso amilasi-lipide che è stato determinato anche al di sopra dei 100°C in altri studi sul riso [8, 9].
La letteratura (ad esempio, riassunta in [6]) afferma che durante il riscaldamento si verifica non solo la gelatinizzazione ma anche la Temperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). fusione. Secondo questa teoria, la Temperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). fusione durante il riscaldamento corrisponde a un effetto EndotermicoUna transizione campionaria o una reazione è endotermica se per la conversione è necessario il calore.endotermico a temperature più elevate ed è tipica di basse concentrazioni di acqua, mentre la gelatinizzazione si verifica in presenza di un eccesso di acqua (oltre il 70% per la maggior parte degli amidi) e corrisponde a un'endoterma a temperatura più bassa nella curva DSC. A contenuti di umidità intermedi, si possono osservare entrambi i processi, il che si adatta bene al caso in esame (figura 2) e porta a temperature di picco di 67°C e 80°C per l'amido di manioca, ad esempio.
Durante il raffreddamento controllato (a 10 K/min) dopo ilprimo riscaldamento, sono visibili eventi esotermici nell'intervallo di temperatura tra circa 75°C e 95°C (figura 3).
La maggior parte di questi effetti sembra essere irreversibile, poiché nelle corrispondenti seconde fasi di riscaldamento (figura 4, con una velocità di riscaldamento di 5 K/min), solo l'amido di riso mostra nuovamente un effetto EndotermicoUna transizione campionaria o una reazione è endotermica se per la conversione è necessario il calore.endotermico a circa 108°C (temperatura di picco), che è paragonabile all'effetto EndotermicoUna transizione campionaria o una reazione è endotermica se per la conversione è necessario il calore.endotermico che appare nella figura 2. Tuttavia, vi sono alcuni effetti esotermici aggiuntivi visibili nell'intervallo di temperatura tra circa 60°C e 80°C. Tuttavia, ci sono alcuni small effetti esotermici aggiuntivi visibili nell'intervallo di temperatura compreso tra circa 60°C e 80°C. Ciò fa supporre che il riarrangiamento strutturale avvenuto durante il raffreddamento non fosse ancora terminato prima dell'inizio del secondo riscaldamento.
In letteratura [10], si legge che quando un amido gelatinizzato viene raffreddato, l'amilosio e l'amilopectina rilasciati (strutture chimiche in figura 1) iniziano a retrocedere e le molecole di amilosio disperse iniziano a riassociarsi, portando alla formazione di una rete tridimensionale. Può essere descritta come "un gel composito di resti di granuli non disciolti incorporati in una matrice continua di catene polimeriche di amilosio aggrovigliate e molecole di amilopectina separate e altamente ramificate".
Conclusione
Sebbene sia spesso utilizzato in casa, l'amido si rivela un materiale dal comportamento piuttosto complesso. Sia il regime di temperatura applicato che la quantità di acqua nella miscela hanno un'influenza sulla sua gelatinizzazione. Tuttavia, l'analisi termica, e in particolare la DSC, è in grado di ricavare molte informazioni preziose su questo processo sulla base di poche misure.
I tre tipi di amido utilizzati (amido di manioca, fecola di patate e amido di riso) si distinguono chiaramente l'uno dall'altro nella prima fase di riscaldamento (figura 1). Le curve DSC differiscono significativamente e solo l'amido di riso mostra un effetto EndotermicoUna transizione campionaria o una reazione è endotermica se per la conversione è necessario il calore.endotermico aggiuntivo al di sopra dei 100°C.