Carbohidrații - una dintre principalele surse de energie ale corpului nostruCorpului nostru
Alături de proteine și grăsimi, carbohidrații sunt unul dintre cei trei macronutrienți din dieta umană. Aceștia includ mono, di și oligozaharide precum zaharurile, precum și polizaharide precum celuloza sau amidonul.
Amidonul este de origine vegetală și se găsește în surse precum cartofii, orezul, cerealele și cassava (manioc). Domeniul său de aplicare este în principal sectorul alimentar și al băuturilor. În industria alimentară, amidonul este utilizat în principal ca agent de îngroșare, gelificare, emulsificare sau stabilizare. Adesea, acesta este adăugat doar în concentrații de small. Cu toate acestea, poate avea o influență semnificativă asupra proprietăților texturale și organoleptice (culoare, miros, aspect, gust etc.) ale alimentelor.
În 2022, producția mondială estimată de amidon s-a ridicat la aproximativ 134 de milioane de tone, China fiind cea mai mare piață a amidonului, urmată de SUA [1]. Cel mai popular tip de amidon comercializat la nivel mondial este amidonul de manioc (sau tapioca), pe locul al doilea situându-se amidonul de porumb [2].
Dacă amidonul este utilizat în forma sa nativă, acesta este indicat ca "amidon" în lista ingredientelor. Dar dacă substanța este modificată chimic, atunci devine un aditiv cu un număr E (de exemplu, E1404 pentru amidonul oxidat sau E1420 pentru amidonul acetilat) și apare ca "amidon modificat" în lista de ingrediente. Comparativ cu amidonul nativ, amidonul modificat este mai stabil la căldură, frig sau mediu acid [3].
Din ce constă amidonul?
Amidonul este un polimer cu lanț lung format din amiloză și amilopectină în proporții variabile, în funcție de tipul și sursa amidonului. De regulă, conținutul de amiloză este cuprins între 15% și 30%, rezultând un conținut de amilopectină între 70% și 85% din greutate [4]. Amidonul pur este o pulbere albă, insipidă și inodoră, insolubilă în apă rece sau alcool [5].
Ce se întâmplă în prezența apei?
Atunci când amidonul este încălzit în contact cu o cantitate suficientă de apă (de exemplu, în timpul gătitului sau coacerii), are loc gelatinizarea. În timpul încălzirii, apa pătrunde în granule, iar moleculele din interiorul granulelor încep să se realinieze. Acest lucru duce la umflare până când straturile exterioare ale granulelor sunt distruse. Granulele încep să se descompună. Amiloza și amilopectina difuzează parțial în mediul înconjurător și se dispersează în soluție [10]. Rezultatul este o pastă de amidon groasă și vâscoasă sau un gel care ajută la menținerea împreună a diferitelor componente - de exemplu, cele ale unei produse de patiserie.
Procesul de gelatinizare poate fi monitorizat prin DSC și produce un efect EndotermiceO tranziție de probă sau o reacție este endotermă dacă este nevoie de căldură pentru conversie.endotermic. Cu toate acestea, cantitatea de apă joacă un rol important. La un conținut scăzut de apă, se poate observa doar o umflare limitată sau o gelatinizare incompletă a granulelor de amidon și, chiar și la un conținut mai mare de apă (apă:amidon = 1,5:1 sau mai mult), endoterma DSC nu reprezintă întotdeauna întregul proces [7].
În timpul răcirii, amidonul suferă o tranziție de la dezordine la ordine. Amidonul gelatinizat cristalizează din nou, apa este eliberată, iar substanța devine mai fermă. Acest proces se numește retrogradare. Acesta este motivul pentru care pâinea devine veche după un timp, în special atunci când este depozitată la temperaturi scăzute (temperaturile scăzute favorizează acest proces).
Cum se comportă amidonul în timpul încălzirii și răcirii?
Pentru a studia proprietățile sale termice, diferite tipuri de amidon nativ disponibil în comerț (a se vedea tabelul 1) au fost încălzite de două ori în combinație cu apă (50 % amidon și 50 % apă) într-un DSC în creuzete închise din aluminiu (Concavus®) la o rată de încălzire de 5 K/min până la 140°C și până la RT într-o atmosferă de azot.
Tabelul 1: Masa probelor (numai amidon) pentru diferitele tipuri de amidon
| Tip de amidon | Masa amidonului (mg) | Temperaturaprimului vârf (°C) |
|---|---|---|
| Manioc | 12.76 | 67.4 |
| Cartof | 12.62 | 62.3 |
| Orez | 12.93 | 67.0 |
În timpul primei încălziri a diferitelor tipuri de amidon, sunt vizibile mai multe efecte EndotermiceO tranziție de probă sau o reacție este endotermă dacă este nevoie de căldură pentru conversie.endotermice DSC (a se vedea figura 1). Pe de o parte, un prim vârf principal cu un umăr suplimentar (oarecum pronunțat) apare în cazul amidonului de manioc și de cartofi, efectul în cazul amidonului de cartofi fiind deplasat la temperaturi ușor mai scăzute. Pe de altă parte, profilul DSC pentru amidonul de orez prezintă trei vârfuri, unul dintre ele la o temperatură mult mai ridicată (temperatura de vârf la 107 °C) decât celelalte.
Efectele din intervalul de temperatură în jur de 60°C până la 70°C reflectă procesul de gelatinizare. Efectul EndotermiceO tranziție de probă sau o reacție este endotermă dacă este nevoie de căldură pentru conversie.endotermic în jurul valorii de 107°C (privind amidonul de orez) corespunde probabil unui complex amilază-lipid, care a fost determinat și la peste 100°C în alte studii privind orezul [8, 9].
Literatura de specialitate (de exemplu, rezumată în [6]) afirmă că, în timpul încălzirii, are loc nu numai gelatinizarea, ci și topirea. Conform acestei teorii, topirea în timpul încălzirii corespunde unui efect EndotermiceO tranziție de probă sau o reacție este endotermă dacă este nevoie de căldură pentru conversie.endotermic la temperaturi mai ridicate și este tipică pentru concentrațiile scăzute de apă, în timp ce gelatinizarea are loc în prezența excesului de apă (mai mult de 70% pentru majoritatea amidonului) și corespunde unui endoterm de temperatură mai scăzută în curba DSC. La conținuturi intermediare de umiditate, pot fi observate ambele procese, ceea ce se potrivește bine cu cazul de față (figura 2) și conduce la temperaturi de vârf de 67°C și 80°C pentru amidonul de manioc, de exemplu.
În timpul răcirii controlate (la 10 K/min) dupăprima încălzire, evenimentele exoterme sunt vizibile în intervalul de temperatură cuprins între aproximativ 75°C și 95°C (figura 3).
Majoritatea acestor efecte par a fi ireversibile, deoarece în a doua etapă de încălzire corespunzătoare (figura 4, la o viteză de încălzire de 5 K/min), doar amidonul de orez prezintă din nou un efect endoterm la aproximativ 108°C (temperatura de vârf), care este comparabil cu efectul endoterm care apare în figura 2. Cu toate acestea, există unele efecte exoterme suplimentare foarte small, vizibile în intervalul de temperatură cuprins între aproximativ 60°C și 80°C. Acest lucru conduce la presupunerea că rearanjarea structurală care a avut loc în timpul răcirii nu s-a încheiat încă înainte de începerea celei de-a doua încălziri.
În literatura de specialitate [10], putem citi că, atunci când un amidon gelatinizat este răcit, amiloza și amilopectina eliberate (structurile chimice din figura 1) încep să retrogradeze, iar moleculele de amiloză dispersate încep să se reasocieze, ducând la formarea unei rețele tridimensionale. Aceasta poate fi descrisă ca "un gel compozit de resturi de granule nedizolvate încorporate într-o matrice continuă de lanțuri polimerice de amiloză încâlcite și molecule de amilopectină separate, foarte ramificate".
Concluzie
Deși este adesea folosit la domiciliu, amidonul se dovedește a fi un material cu un comportament destul de complex. Atât regimul de temperatură aplicat, cât și cantitatea de apă din amestec au o influență asupra gelatinizării sale. Cu toate acestea, analiza termică, și aici în special DSC, este capabilă să culeagă o mulțime de informații valoroase despre acest proces pe baza a doar câteva măsurători.
Cele trei tipuri de amidon utilizate (amidon de manioc, amidon de cartof și amidon de orez) pot fi diferențiate în mod clar în prima fază de încălzire (figura 1). Curbele DSC diferă semnificativ și numai amidonul de orez prezintă un efect EndotermiceO tranziție de probă sau o reacție este endotermă dacă este nevoie de căldură pentru conversie.endotermic suplimentar peste 100 °C.