スターチペーストレオロジーによるRVA曲線

はじめに

デンプンはアミロースとアミロペクチンからなる多糖類で、ジャガイモ、小麦、米など多くの食用植物に含まれている。製薬業界では、錠剤を圧縮する際の結合剤として、また錠剤が水分に触れるとすぐに崩壊剤として使用されます。デンプンは食品産業においても重要な役割を果たしており、ソースやプリンの増粘剤や安定剤として使用されている。食品産業での使用と同様に、紙や木材の加工においても環境に優しい接着剤として使用することができる。デンプン系接着剤は水分や温度に反応するため、包装業界では有益である。さらに、変性デンプンは、塗料、コーティング剤、化粧品の増粘剤として使用されます。RVA曲線を用いた粘度測定は、工業用途における流動特性の最適化に役立ちます。

液体中で加熱すると、デンプン顆粒は膨潤し、部分的な結晶状態からゲル状の系に変化する。このプロセスはゲル化と呼ばれ、デンプンの構造と流動特性の変化を伴う。温度制御された条件下でデンプンのレオロジー的挙動を研究することにより、この過程をシミュレートすることができる。また、製品の品質は、関連するレオロジーパラメーターによって評価されます。

測定条件と試料ホルダー- 特にでんぷん試験用

以下では、米澱粉のせん断粘度に及ぼすゲル化の影響について、Kinexus回転型レオメータを用いて調査する。そのために、デンプン専用の形状を使用する。これはカップと2枚羽根のミキシングパドルで構成されている（図1）。

3gのデンプンを25gの水に溶かした試料を用いた。測定条件を表1にまとめた。選択した温度プログラムは、澱粉の糊化特性を試験・評価するための一般的なものである。得られたせん断粘度曲線はRVA曲線（Rapid Visco-Analyzer curve）として知られています。

表1：測定条件

測定結果

図2は、上記の試験方法に従って得られた米澱粉のゲル化曲線である。試験開始時、温度は徐々に上昇した。ゲル化温度に達する前に、デンプンは整然とした結晶状態に配列され、水を吸収したり膨潤したりすることはなかった。粘度曲線は全く変化せず、粘度は一定であった。

温度が上昇し続けると、粘度が上昇し始める。この時点でデンプンの顆粒がゲル化し始め、結晶が破壊され始め、元の規則正しい構造が失われます。糊化温度と呼ばれる温度曲線上の対応点は、一般にアミロースとアミロペクチンの比率に依存する。

さらに加熱すると、粘度は上昇し続ける。ある温度で粘度はピークに達し、これをピーク粘度と呼ぶ。ここでデンプン粒子は水を吸収して膨潤し、最大に膨張する。ピーク粘度が低いと、でんぷんの膨潤能力が弱いことが多く、ゲル化や調理が難しくなります。

ピーク粘度を超えると、澱粉の完全な吸水膨潤により、それ以上吸水できなくなる。そのため、時間の経過とともに、強い攪拌作用のもとで、デンプンペーストの構造は絶えず破壊され、分子鎖が切断される。その結果、粘度はある最小値に達するまで低下し、保持粘度、谷粘度、ホットペースト粘度とも呼ばれます。これは通常、等温期の終わりか冷却の始まりに起こる。構造の破壊はデンプンの組成に関係しています。

ピーク粘度と最小粘度との差は破壊値（崩壊値）と呼ばれ、澱粉構造の損傷を定量的に評価するのに使用できます。デンプン顆粒の崩壊度はアミロースとアミロペクチンの比率に依存し、またデンプン顆粒の表面処理など他の多くの要因にも依存する。

温度が初期温度まで下がると粘度は高いレベルに戻りますが、これはレトログラデーションと呼ばれる冷却中の線状澱粉の再結晶化によるものです。この粘度を最終粘度またはコールドペースト粘度と呼び、食感や味の安定性、熟成速度を判断する指標として用いることができる。

最低粘度と最終粘度の差をセットバック粘度という。これは冷却過程における線状澱粉の再結合に関係し、線状澱粉の含有量、膨潤の程度、澱粉粒子の崩壊の程度に依存します。逆戻り粘度の値が低いほど、この澱粉を使用した製品の食感は柔らかくなり、老化・硬化速度も遅くなります。

結論

米澱粉の糊化および逆糊化特性を評価するため、Kinexus回転型レオメータでRVA曲線を測定しました。この種の測定は、rSpace 測定・評価ソフトウェアに澱粉試験専用のメソッドが含まれているため、Kinexusで特に簡単に行うことができます。

得られた曲線の解釈と分析は、製品の品質予測と調整に使用されます。また、このソフトウェアでは、人間の主観的な知覚を定量化することもできます。例えば、ソフトペストリーの場合、ピーク粘度が高いほど膨潤が強く、製品がソフトでモチモチしていないことを示します。粘度降下が大きい場合は、熱やせん断応力に対する安定性が弱い構造であることを示します。最終粘度が高い場合、レトログラデーション（アミロースの再結合）が進んでいることを示唆し、より硬く、より噛み応えのある菓子となる。