Wprowadzenie
Skrobia to polisacharyd składający się z amylozy i amylopektyny, obecny w wielu roślinach jadalnych, takich jak ziemniaki, pszenica, ryż itp. W przemyśle farmaceutycznym jest stosowana jako spoiwo podczas kompresji tabletek i jako środek dezintegrujący, gdy tylko tabletka zostanie wystawiona na działanie wilgoci. Skrobia odgrywa również ważną rolę w przemyśle spożywczym, gdzie jest stosowana jako zagęszczacz i stabilizator w sosach i puddingach. Podobnie jak w przemyśle spożywczym, może być stosowana jako przyjazny dla środowiska klej w przetwórstwie papieru i drewna. Kleje na bazie skrobi reagują na wilgoć i temperaturę, co jest korzystne w przemyśle opakowaniowym. Ponadto skrobia modyfikowana jest stosowana jako środek zagęszczający w farbach, powłokach i produktach kosmetycznych. Pomiar lepkości przy użyciu krzywej RVA może pomóc zoptymalizować właściwości płynięcia w zastosowaniach przemysłowych.
Po podgrzaniu w cieczy granulki skrobi pęcznieją i przekształcają się ze stanu częściowo krystalicznego w układ przypominający żel. Proces ten, zwany żelatynizacją, obejmuje zmiany w strukturze skrobi i jej właściwościach płynięcia. Można go symulować, badając zachowanie reologiczne skrobi w kontrolowanych warunkach temperaturowych. Jakość produktu jest również oceniana za pomocą odpowiednich parametrów reologicznych.
Warunki pomiaru i uchwyt próbki- Specjalnie do testowania skrobi
Poniżej zbadano wpływ żelatynizacji na lepkość skrobi ryżowej przy ścinaniu za pomocą reometru rotacyjnego Kinexus. W tym celu zastosowano geometrię dedykowaną dla skrobi. Składa się ona z kubka i 2-łopatkowej łopatki mieszającej (rysunek 1).
Badano próbkę składającą się z 3 g skrobi w 25 g wody. Warunki pomiaru podsumowano w tabeli 1. Wybrany program temperaturowy jest typowy dla testowania i oceny właściwości pasty skrobiowej. Uzyskana krzywa lepkości przy ścinaniu jest znana jako krzywa RVA (krzywa Rapid Visco-Analyzer).
Tabela 1: Warunki pomiaru
| Krok | Temperatura [°C] | Szybkość ścinania [s-1] | Czas [s] |
|---|---|---|---|
| Ścinanie wstępne | 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 |
Wyniki pomiarów
Rysunek 2 przedstawia krzywą żelatynizacji skrobi ryżowej uzyskaną zgodnie z powyższą metodą testowania. Na początku testu temperatura była stopniowo zwiększana. Przed osiągnięciem temperatury żelatynizacji skrobia była ułożona w uporządkowanym stanie krystalicznym i nie mogła wchłaniać wody ani pęcznieć. Krzywa lepkości w ogóle się nie zmieniła, a lepkość pozostała stała.
Wraz ze wzrostem temperatury lepkość zaczyna rosnąć. W tym momencie granulki skrobi zaczynają żelatynizować, kryształy zaczynają być niszczone, a pierwotna uporządkowana struktura zostaje utracona. Odpowiedni punkt na krzywej temperatury, zwany temperaturą wklejania, zasadniczo zależy od stosunku amylozy do amylopektyny.
Podczas dalszego ogrzewania lepkość nadal rośnie. W określonej temperaturze lepkość osiąga maksimum, zwane lepkością szczytową. W tym momencie cząsteczki skrobi absorbują wodę i pęcznieją, rozszerzając się w maksymalnym stopniu. Niska lepkość szczytowa często wskazuje na słabą zdolność pęcznienia skrobi, co utrudnia jej żelatynizację lub gotowanie.
Po przekroczeniu lepkości szczytowej, ze względu na całkowitą absorpcję wody i pęcznienie skrobi, nie może ona dalej wchłaniać wody. Dlatego wraz z upływem czasu, pod wpływem silnego mieszania, struktura pasty skrobiowej jest stale niszczona, powodując pękanie łańcuchów molekularnych. Powoduje to spadek lepkości, aż do osiągnięcia pewnej minimalnej wartości, którą można również nazwać lepkością utrzymywania, lepkością koryta lub lepkością gorącej pasty. Zwykle ma to miejsce pod koniec okresu izotermicznego lub na początku chłodzenia. Zniszczenie struktury jest związane ze składem skrobi.
Różnica między lepkością szczytową a lepkością minimalną nazywana jest wartością rozpadu lub wartością dezintegracji, którą można wykorzystać do ilościowej oceny uszkodzenia struktury skrobi. Rozpad granulek skrobi zależy od stosunku amylozy do amylopektyny, a także od wielu innych czynników, takich jak obróbka powierzchni granulek skrobi.
Gdy temperatura spada z powrotem do temperatury początkowej, lepkość powraca do wyższego poziomu lepkości, co jest spowodowane rekrystalizacją skrobi liniowej podczas chłodzenia, zwaną retrogradacją. Lepkość ta nazywana jest lepkością końcową lub lepkością pasty na zimno i może być używana jako wskaźnik do oceny konsystencji, smaku lub szybkości starzenia.
Różnica między najniższą lepkością a lepkością końcową nazywana jest lepkością zwrotną. Jest ona związana z rekombinacją skrobi liniowej podczas procesu chłodzenia i zależy od zawartości skrobi liniowej, stopnia pęcznienia i rozpadu cząstek skrobi. Im niższa wartość retrogradacji, tym bardziej miękka tekstura produktu wykonanego z tej skrobi oraz wolniejsze tempo starzenia i twardnienia.
Wnioski
Krzywa RVA została zmierzona za pomocą reometru rotacyjnego Kinexus w celu oceny właściwości pastowania i retrogradacji skrobi ryżowej. Ten rodzaj pomiaru jest szczególnie łatwy do wykonania za pomocą urządzenia Kinexus, ponieważ oprogramowanie do pomiaru i oceny rSpace zawiera metodę specjalnie dedykowaną do testowania skrobi.
Interpretacja i analiza uzyskanej krzywej służy do przewidywania i dostosowywania jakości produktu. Oprogramowanie pozwala również na kwantyfikację subiektywnych odczuć człowieka. Na przykład, w przypadku miękkiego ciasta, wyższa lepkość szczytowa sugeruje silne pęcznienie, co sprawia, że produkt jest bardziej miękki i mniej ciągliwy. Wyższy spadek lepkości wskazuje na strukturę o słabej stabilności pod wpływem ciepła i naprężeń ścinających. Wysoka lepkość końcowa sugeruje wyższą retrogradację (ponowną asocjację amylozy), co może przyczynić się do uzyskania twardszego, bardziej żującego ciasta.