Введение
Крахмал - это полисахарид, состоящий из амилозы и амилопектина, присутствующий во многих съедобных растениях, таких как картофель, пшеница, рис и др. В фармацевтической промышленности он используется как связующее вещество при прессовании таблеток и как дезинтегрант при контакте таблетки с влагой. Крахмал также играет важную роль в пищевой промышленности, где он используется в качестве загустителя и стабилизатора в соусах и пудингах. Как и в пищевой промышленности, он может использоваться в качестве экологически чистого клея в бумажной и деревообрабатывающей промышленности. Клеи на основе крахмала реагируют на влагу и температуру, что очень полезно в упаковочной промышленности. Кроме того, модифицированный крахмал используется в качестве загустителя в красках, покрытиях и косметических продуктах. Измерение вязкости с помощью кривой RVA помогает оптимизировать свойства текучести для промышленного применения.
При нагревании в жидкости гранулы крахмала набухают и превращаются из частично кристаллического состояния в гелеобразную систему. Этот процесс, называемый желатинизацией, влечет за собой изменения в структуре крахмала и его текучести. Его можно смоделировать, изучив реологическое поведение крахмала при контролируемых температурных условиях. Кроме того, качество продукта оценивается по соответствующим реологическим параметрам.
Условия измерения и держатель образцов- Специально для тестирования крахмала
Далее с помощью ротационного реометра Kinexus исследуется влияние желатинизации на сдвиговую вязкость рисового крахмала. Для этого используется геометрия, предназначенная для крахмала. Она состоит из чашки и двухлопастной лопасти для перемешивания (рис. 1).
Исследовался образец, состоящий из 3 г крахмала в 25 г воды. Условия измерений приведены в таблице 1. Выбранная температурная программа является типичной для тестирования и оценки характеристик крахмального клейстера. Полученная кривая сдвиговой вязкости известна как кривая RVA (Rapid Visco-Analyzer curve).
Таблица 1: Условия проведения измерений
| Шаг | Температура [°C] | Скорость сдвига [с-1] | Время [с] |
|---|---|---|---|
| Предварительный сдвиг | 50 | 200 | 30 |
| 1 | 50 | 54 | 60 |
| 2 | 50 - 95, 6 К/мин | 54 | - |
| 3 | 95 | 54 | 150 |
| 4 | 95 - 50, 6 К/мин | 54 | - |
| 5 | 60 | 54 | 60 |
Результаты измерений
На рисунке 2 показана кривая желатинизации рисового крахмала, полученная в соответствии с вышеописанным методом тестирования. В начале испытания температура постепенно повышалась. До достижения температуры желатинизации крахмал находился в упорядоченном кристаллическом состоянии и не мог поглощать воду или набухать. Кривая вязкости не изменялась, и вязкость оставалась постоянной.
По мере повышения температуры вязкость начинает увеличиваться. В этот момент гранулы крахмала начинают желатинизироваться, кристаллы разрушаются, и первоначальная упорядоченная структура теряется. Соответствующая точка температурной кривой, называемая температурой пастеризации, обычно зависит от соотношения амилозы и амилопектина.
При дальнейшем нагревании вязкость продолжает увеличиваться. При определенной температуре вязкость достигает своего максимального значения, называемого пиковой вязкостью. Здесь частицы крахмала поглощают воду и набухают, расширяясь до максимальной степени. Низкая пиковая вязкость часто указывает на слабую способность крахмала к набуханию, что затрудняет желатинизацию или варку.
После превышения пиковой вязкости, вследствие полного поглощения воды и набухания крахмала, он не может дальше поглощать воду. Поэтому с увеличением времени под действием сильного перемешивания структура крахмальной пасты постоянно разрушается, что приводит к разрыву молекулярных цепочек. Это приводит к снижению вязкости, пока она не достигнет определенного минимального значения, которое также можно назвать вязкостью удержания, вязкостью впадины или вязкостью горячей пасты. Обычно это происходит в конце изотермического периода или в начале охлаждения. Разрушение структуры связано с составом крахмала.
Разница между пиковой и минимальной вязкостью называется величиной разрушения, или дезинтеграции, которая может быть использована для количественной оценки повреждения структуры крахмала. Распад крахмальных гранул зависит от соотношения амилозы и амилопектина, а также от многих других факторов, таких как обработка поверхности крахмальных гранул.
Когда температура снижается до начальной, вязкость возвращается к более высокому уровню, что вызвано перекристаллизацией линейного крахмала во время охлаждения, называемой ретроградацией. Эта вязкость называется конечной вязкостью или вязкостью холодной пасты и может быть использована в качестве показателя для оценки консистенции текстуры, вкуса или скорости старения.
Разница между самой низкой вязкостью и конечной вязкостью называется обратной вязкостью. Она связана с рекомбинацией линейного крахмала в процессе охлаждения и зависит от содержания линейного крахмала, степени набухания и дезинтеграции крахмальных частиц. Чем ниже значение ретроградации, тем мягче текстура продукта, изготовленного из этого крахмала, и тем медленнее скорость старения и затвердевания.
Заключение
Кривая RVA была измерена с помощью ротационного реометра Kinexus для оценки характеристик склеивания и ретроградации рисового крахмала. Этот тип измерений особенно легко проводить на реометре Kinexus, поскольку программное обеспечение для измерений и оценки rSpace содержит метод, специально предназначенный для тестирования крахмала.
Интерпретация и анализ полученной кривой используются для прогнозирования и корректировки качества продукта. Программное обеспечение также позволяет количественно оценить субъективное восприятие человека. Например, для мягкого теста более высокая пиковая вязкость свидетельствует о сильном набухании, что делает продукт более мягким и менее жевательным. Более высокий спад вязкости указывает на структуру со слабой стабильностью при нагревании и сдвиге. Высокая конечная вязкость свидетельствует о ретроградации (повторной ассоциации амилозы), что может способствовать получению более упругого и жевательного теста.