Inledning
Stärkelse är en polysackarid som består av amylos och amylopektin och som finns i många ätbara växter som potatis, vete, ris osv. Inom läkemedelsindustrin används stärkelse som bindemedel vid komprimering av tabletter och som sönderdelningsmedel så snart tabletten utsätts för fukt. Stärkelse spelar också en viktig roll inom livsmedelsindustrin där den används som förtjockningsmedel och stabilisator i såser och puddingar. På samma sätt som inom livsmedelsindustrin kan stärkelse användas som ett miljövänligt lim inom pappers- och träbearbetning. Stärkelsebaserade lim reagerar på fukt och temperatur, vilket är fördelaktigt inom förpackningsindustrin. Modifierad stärkelse används dessutom som förtjockningsmedel i färger, ytbeläggningar och kosmetiska produkter. Viskositetsmätning med hjälp av RVA-kurvan kan bidra till att optimera flödesegenskaperna för industriella tillämpningar.
När stärkelsegranulatet värms upp i en vätska sväller det och omvandlas från ett delvis kristallint tillstånd till ett gelliknande system. Denna process, som kallas gelatinisering, innebär förändringar i stärkelsens struktur och flödesegenskaper. Den kan simuleras genom att man studerar stärkelsens reologiska beteende under kontrollerade temperaturförhållanden. Produktens kvalitet utvärderas också med hjälp av relevanta reologiska parametrar.
Mätförhållanden och provhållare- Speciellt för testning av stärkelse
I det följande undersöks gelatiniseringens inverkan på risstärkelsens skjuvviskositet med Kinexus rotationsreometer. För detta ändamål används en geometri som är avsedd för stärkelse. Den består av en kopp och en 2-bladig blandningspaddel (figur 1).
Ett prov bestående av 3 g stärkelse i 25 g vatten undersöktes. Mätförhållandena sammanfattas i tabell 1. Det valda temperaturprogrammet är typiskt för testning och utvärdering av stärkelsens klistringsegenskaper. Den resulterande skjuvviskositetskurvan är känd som en RVA-kurva (Rapid Visco-Analyzer-kurva).
Tabell 1: Mätförhållanden
| Steg | Temperatur [°C] | Skjuvningshastighet [s-1] | Tid [s] |
|---|---|---|---|
| Förskjuvning | 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 |
Resultat av mätning
Figur 2 visar en gelatiniseringskurva för risstärkelse som erhållits enligt ovanstående testmetod. I början av testet höjdes temperaturen gradvis. Innan gelatiniseringstemperaturen uppnåddes var stärkelsen ordnad i ett ordnat kristallint tillstånd och kunde inte absorbera vatten eller svälla. Viskositetskurvan förändrades inte alls och viskositeten förblev konstant.
När temperaturen fortsätter att stiga börjar viskositeten att öka. Vid denna punkt börjar stärkelsegranulerna gelatiniseras, kristallerna börjar brytas upp och den ursprungliga ordnade strukturen går förlorad. Motsvarande punkt i temperaturkurvan, kallad klistringstemperatur, beror i allmänhet på förhållandet mellan amylos och amylopektin.
Under ytterligare uppvärmning fortsätter viskositeten att öka. Vid en viss temperatur når viskositeten sitt högsta maximum, kallad toppviskositet. Här absorberar stärkelsepartiklarna vatten och sväller och expanderar maximalt. En låg toppviskositet indikerar ofta svag svällningsförmåga hos stärkelse, vilket gör det svårare att gelatinera eller koka.
När den maximala viskositeten har överskridits kan stärkelsen inte längre absorbera vatten på grund av den fullständiga vattenabsorptionen och svällningen. Därför, med ökad tid, under stark omrörning, förstörs strukturen hos stärkelsepasta kontinuerligt, vilket gör att molekylära kedjor bryts. Detta resulterar i en minskning av viskositeten tills den når ett visst minimivärde, som också kan kallas hållviskositet, trågviskositet eller varmpastaviskositet. Det inträffar vanligtvis i slutet av den isotermiska perioden eller i början av kylningen. Förstörelsen av strukturen är relaterad till stärkelsens sammansättning.
Skillnaden mellan toppviskositeten och minimiviskositeten kallas nedbrytningsvärdet eller sönderdelningsvärdet, som kan användas för att kvantitativt utvärdera skadan på stärkelsestrukturen. Upplösningen av stärkelsegranulat beror på förhållandet mellan amylos och amylopektin, liksom många andra faktorer såsom ytbehandlingen av stärkelsegranulat.
När temperaturen sjunker tillbaka till den ursprungliga temperaturen återgår viskositeten till en högre viskositetsnivå, vilket orsakas av omkristallisering av linjär stärkelse under kylning, så kallad retrogradation. Denna viskositet kallas slutviskositet eller kallpastaviskositet och kan användas som en indikator för att bedöma konsistensen av textur eller smak eller åldringshastighet.
Skillnaden mellan den lägsta viskositeten och den slutliga viskositeten kallas bakåtviskositet. Den är relaterad till rekombinationen av linjär stärkelse under kylningsprocessen och beror på innehållet av linjär stärkelse, svällningsgraden och sönderdelningen av stärkelsepartiklar. Ju lägre retrograderingsvärdet är, desto mjukare är strukturen hos den produkt som tillverkas av denna stärkelse och desto långsammare är åldrings- och härdningshastigheten.
Slutsats
En RVA-kurva mättes med rotationsreometern Kinexus för att utvärdera risstärkelsens klistrings- och retrogradationsegenskaper. Denna typ av mätning är särskilt enkel att utföra med Kinexus eftersom programvaran rSpace för mätning och utvärdering innehåller en metod som är speciellt avsedd för testning av stärkelse.
Tolkning och analys av den resulterande kurvan används för att förutsäga och justera produktkvaliteten. Programvaran gör det också möjligt att kvantifiera subjektiv mänsklig uppfattning. För ett mjukt bakverk tyder till exempel en högre toppviskositet på stark svällning, vilket gör produkten mjukare och mindre seg. En högre fallande viskositet indikerar en struktur med svag stabilitet under värme och skjuvspänning. En hög slutviskositet tyder på högre retrogradation (återförening av amylos), vilket kan bidra till en fastare och segare bakelse.