Inleiding
Zetmeel is een polysacharide, samengesteld uit amylose en amylopectine, aanwezig in veel eetbare planten zoals aardappelen, tarwe, rijst, enz. In de farmaceutische industrie wordt het gebruikt als bindmiddel tijdens het comprimeren van tabletten en als desintegratiemiddel zodra de tablet wordt blootgesteld aan vocht. Zetmeel speelt ook een belangrijke rol in de voedingsindustrie, waar het wordt gebruikt als verdikkingsmiddel en stabilisator in sauzen en puddingen. Net als in de voedingsindustrie kan zetmeel ook worden gebruikt als milieuvriendelijke lijm in papier- en houtverwerking. Lijmen op basis van zetmeel reageren op vocht en temperatuur, wat gunstig is in de verpakkingsindustrie. Daarnaast wordt gemodificeerd zetmeel gebruikt als verdikkingsmiddel in verf, coatings en cosmetische producten. De viscositeitsmeting met behulp van de RVA-curve kan helpen om de vloei-eigenschappen voor industriële toepassingen te optimaliseren.
Bij verhitting in een vloeistof zwellen de zetmeelkorrels op en veranderen ze van een gedeeltelijk kristallijne toestand in een gelachtig systeem. Dit proces, gelatinering genoemd, gaat gepaard met veranderingen in de structuur en vloei-eigenschappen van het zetmeel. Het kan worden gesimuleerd door het reologische gedrag van zetmeel onder gecontroleerde temperatuursomstandigheden te bestuderen. Ook wordt de kwaliteit van het product geëvalueerd aan de hand van relevante reologische parameters.
Meetomstandigheden en monsterhouder- Speciaal voor zetmeeltests
Hieronder wordt de invloed van gelatinering op de afschuifviscositeit van rijstzetmeel onderzocht met de Kinexus rotationele reometer. Hiervoor wordt een speciale geometrie voor zetmeel gebruikt. Deze bestaat uit een beker en een mengstaaf met 2 bladen (figuur 1).
Een monster, bestaande uit 3 g zetmeel in 25 g water, werd onderzocht. De meetomstandigheden zijn samengevat in tabel 1. Het geselecteerde temperatuurprogramma is typisch voor het testen en evalueren van zetmeelplakkarakteristieken. De resulterende afschuifviscositeitscurve staat bekend als een RVA-curve (Rapid Visco-Analyzer curve).
Tabel 1: Meetomstandigheden
| Stap | Temperatuur [°C] | Schuifsnelheid [s-1] | Tijd [s] |
|---|---|---|---|
| Voorschuiving | 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 |
Meetresultaten
Figuur 2 toont een gelatinisatiecurve van rijstzetmeel die volgens bovenstaande testmethode is verkregen. Aan het begin van de test werd de temperatuur geleidelijk verhoogd. Voordat de gelatinatietemperatuur werd bereikt, was het zetmeel in een geordende kristallijne toestand en kon het geen water absorberen of opzwellen. De viscositeitscurve veranderde helemaal niet en de viscositeit bleef constant.
Als de temperatuur blijft stijgen, begint de viscositeit toe te nemen. Op dit punt beginnen de zetmeelkorrels te gelatineren, de kristallen worden verstoord en de oorspronkelijke geordende structuur gaat verloren. Het corresponderende punt in de temperatuurcurve, pastemperatuur genoemd, hangt meestal af van de verhouding amylose tot amylopectine.
Tijdens verdere verwarming blijft de viscositeit toenemen. Bij een bepaalde temperatuur bereikt de viscositeit haar maximum, de piekviscositeit. Hier absorberen de zetmeeldeeltjes water en zwellen ze op, waardoor ze maximaal uitzetten. Een lage piekviscositeit duidt vaak op een zwak zwelvermogen van zetmeel, waardoor het moeilijker te gelatineren of te koken is.
Nadat de piekviscositeit is overschreden, kan zetmeel door de volledige waterabsorptie en zwelling geen water meer absorberen. Daarom wordt met het toenemen van de tijd, onder invloed van krachtig roeren, de structuur van zetmeelpasta voortdurend vernietigd, waardoor moleculaire ketens breken. Dit resulteert in een afname van de viscositeit tot het een bepaalde minimumwaarde bereikt, die ook houdviscositeit, trogviscositeit of hete pastaviscositeit kan worden genoemd. Dit treedt meestal op aan het einde van de isotherme periode of het begin van de afkoeling. De vernietiging van de structuur is gerelateerd aan de samenstelling van zetmeel.
Het verschil tussen de piekviscositeit en de minimale viscositeit wordt de afbraakwaarde of desintegratiewaarde genoemd, die kan worden gebruikt om de schade aan de zetmeelstructuur kwantitatief te evalueren. De desintegratie van zetmeelkorrels hangt af van de verhouding tussen amylose en amylopectine en van vele andere factoren, zoals de oppervlaktebehandeling van zetmeelkorrels.
Wanneer de temperatuur weer daalt naar de begintemperatuur, keert de viscositeit terug naar een hoger viscositeitsniveau, dat wordt veroorzaakt door de herkristallisatie van lineair zetmeel tijdens het afkoelen, retrogradatie genoemd. Deze viscositeit wordt eindviscositeit of koude pastaviscositeit genoemd en kan worden gebruikt als indicator om de consistentie van de textuur of smaak of verouderingssnelheid te beoordelen.
Het verschil tussen de laagste viscositeit en de uiteindelijke viscositeit wordt de tegenviscositeit genoemd. Deze hangt samen met de recombinatie van lineair zetmeel tijdens het afkoelproces en is afhankelijk van het gehalte aan lineair zetmeel, de mate van zwelling en het uiteenvallen van zetmeeldeeltjes. Hoe lager de retrogradatiewaarde, hoe zachter de textuur van het product dat van dit zetmeel is gemaakt en hoe langzamer de veroudering en verharding.
Conclusie
Er werd een RVA-curve gemeten met de Kinexus rotatie reometer om de pasta- en retrogradatie-eigenschappen van rijstzetmeel te evalueren. Dit type meting is bijzonder eenvoudig uit te voeren met de Kinexus omdat de rSpace meet- en evaluatiesoftware een methode bevat die speciaal bedoeld is voor het testen van zetmeel.
De interpretatie en analyse van de resulterende curve worden gebruikt om de productkwaliteit te voorspellen en aan te passen. De software maakt het ook mogelijk om subjectieve menselijke waarneming te kwantificeren. Voor een zacht gebakje bijvoorbeeld wijst een hogere piekviscositeit op een sterke zwelling, waardoor het product zachter en minder kauwbaar wordt. Een hogere viscositeitsdaling wijst op een structuur met een zwakke stabiliteit onder hitte en schuifspanning. Een hoge eindviscositeit wijst op een hogere retrogradatie (amylose reassociatie), wat kan bijdragen tot een steviger, kauwer gebakje.