Karbonhidratlar - En Önemli Enerji Kaynaklarımızdan BiriVücut
Protein ve yağın yanı sıra karbonhidratlar da insan beslenmesindeki üç makro besin öğesinden biridir. Şekerler gibi mono, di ve oligosakkaritlerin yanı sıra selüloz veya nişasta gibi polisakkaritleri de içerirler.
Nişasta bitkisel kökenlidir ve patates, pirinç, tahıllar ve manyok (manioc) gibi kaynaklarda bulunur. Uygulama alanı öncelikle gıda ve içecek sektörüdür. Gıda endüstrisinde nişasta esas olarak kıvam arttırıcı, jelleştirici, emülsifiye edici veya stabilize edici bir madde olarak kullanılır. Genellikle, sadece small konsantrasyonlarında eklenir. Bununla birlikte, gıdanın dokusal ve organoleptik (renk, koku, görünüm, tat vb.) özellikleri üzerinde önemli bir etkiye sahip olabilir.
2022 yılında, dünya çapında tahmini nişasta üretimi yaklaşık 134 milyon ton olarak gerçekleşmiş olup, Çin en büyük nişasta pazarıdır ve onu ABD takip etmektedir [1]. Dünya çapında ticareti yapılan en popüler nişasta türü maniok (veya tapyoka) nişastasıdır ve ikinci sırada mısır nişastası yer almaktadır [2].
Nişasta doğal haliyle kullanılıyorsa, içindekiler listesinde "nişasta" olarak gösterilir. Ancak madde kimyasal olarak değiştirilirse, bir E numarasına sahip bir katkı maddesi haline gelir (örneğin, oksitlenmiş nişasta için E1404 veya asetillenmiş nişasta için E1420) ve içindekiler listesinde "modifiye nişasta" olarak görünür. Doğal nişastaya kıyasla modifiye nişasta sıcağa, soğuğa veya asidik ortama karşı daha kararlıdır [3].
Nişasta Nelerden Oluşur?
Nişasta, nişasta türüne ve kaynağına bağlı olarak değişen oranlarda amiloz ve amilopektinden oluşan uzun zincirli bir polimerdir. Kural olarak, amiloz içeriği %15 ila %30 arasındadır ve bu da ağırlıkça %70 ila %85 arasında bir amilopektin içeriği ile sonuçlanır [4]. Saf nişasta, soğuk suda veya alkolde çözünmeyen beyaz, tatsız ve kokusuz bir tozdur [5].
Suyun Varlığında Ne Olur?
Nişasta yeterli miktarda su ile temas halinde ısıtıldığında (örneğin pişirme veya fırınlama sırasında) jelatinleşme gerçekleşir. Isıtıldığında su granüllerin içine nüfuz eder ve granüllerin içindeki moleküller yeniden hizalanmaya başlar. Bu, granüllerin dış katmanları bozulana kadar şişmeye yol açar. Granüller parçalanmaya başlar. Amiloz ve amilopektin kısmen çevreye yayılır ve çözelti içinde dağılır [10]. Sonuç, çeşitli bileşenleri (örneğin bir pastanın bileşenlerini) bir arada tutmaya yardımcı olan kalın ve viskoz bir nişasta macunu veya jelidir.
Jelatinleşme süreci DSC ile izlenebilir ve endotermal bir etki yaratır. Bununla birlikte, su miktarı önemli bir rol oynamaktadır. Düşük su içeriğinde, nişasta granüllerinin sadece sınırlı şişmesi veya eksik jelatinleşmesi gözlemlenebilir ve daha yüksek su içeriklerinde bile (su:nişasta = 1.5:1 veya daha yüksek), DSC endotermi her zaman tüm süreci temsil etmez [7].
Soğutma sırasında, nişasta düzensizlikten düzene geçişe uğrar. Jelatinleşen nişasta tekrar kristalleşir, su açığa çıkar ve madde daha katı hale gelir. Bu süreç retrogradasyon olarak adlandırılır. Özellikle düşük sıcaklıklarda saklandığında ekmeğin bir süre sonra bayatlamasının nedeni budur (soğuk sıcaklıklar bu süreci destekler).
Nişasta Isıtma ve Soğutma Sırasında Nasıl Davranır?
Termal özelliklerini incelemek için, piyasada bulunan çeşitli doğal nişastalar (bkz. Tablo 1) su ile birlikte iki kez (ağırlıkça %50 nişasta ve ağırlıkça %50 su) DSC'de kapalı alüminyum potalarda (Concavus®) 5 K/dak ısıtma hızında 140°C'ye kadar ve azot atmosferinde RT'ye kadar ısıtılmıştır.
Tablo 1: Farklı nişasta türleri için numune kütleleri (sadece nişasta)
| Nişasta türü | Nişasta kütlesi (mg) | 1. tepe noktasının sıcaklığı (°C) |
|---|---|---|
| Manioc | 12.76 | 67.4 |
| Patates | 12.62 | 62.3 |
| Pirinç | 12.93 | 67.0 |
Farklı nişasta türlerinin ilk ısıtılması sırasında, çeşitli endotermal DSC etkileri görülebilir (bkz. Şekil 1). Bir yandan, manioc ve patates nişastasında ek (biraz belirgin) bir omuza sahip ilk ana pik meydana gelirken, patates nişastasındaki etki biraz daha düşük sıcaklıklara kaymaktadır. Öte yandan, pirinç nişastası için DSC profili, biri diğerlerinden çok daha yüksek bir sıcaklıkta (107°C'de tepe sıcaklığı) olmak üzere üç tepe noktası göstermektedir.
Yaklaşık 60°C ila 70°C sıcaklık aralığındaki etkiler jelatinleşme sürecini yansıtmaktadır. 107°C civarındaki endotermal etki (pirinç nişastası ile ilgili) muhtemelen diğer pirinç çalışmalarında da 100°C'nin üzerinde tespit edilen bir amilaz-lipit kompleksine karşılık gelmektedir [8, 9].
Literatürde (örneğin, [6]'da özetlenmiştir) ısıtma sırasında sadece jelatinleşmenin değil aynı zamanda erimenin de meydana geldiği belirtilmektedir. Bu teoriye göre, ısıtma sırasında Erime Sıcaklıkları ve EntalpileriGizli ısı olarak da bilinen bir maddenin füzyon entalpisi, bir maddeyi katı halden sıvı hale dönüştürmek için gerekli olan enerji girdisinin, tipik olarak ısının bir ölçüsüdür. Bir maddenin erime noktası, katı (kristal) halden sıvı (izotropik eriyik) hale geçtiği sıcaklıktır. erime yüksek sıcaklıklarda endotermal bir etkiye karşılık gelir ve düşük su konsantrasyonları için tipiktir; jelatinleşme ise fazla su varlığında (çoğu nişasta için %70'ten fazla) meydana gelir ve DSC eğrisinde daha düşük bir sıcaklık endotermine karşılık gelir. Orta nem içeriklerinde, mevcut duruma iyi uyan (şekil 2) ve örneğin maniok nişastası için 67°C ve 80°C'lik pik sıcaklıklara yol açan her iki süreç de gözlemlenebilir.
Birinci ısıtmadan sonra kontrollü soğutma sırasında (10 K/dk'da), yaklaşık 75°C ile 95°C arasındaki sıcaklık aralığında EkzotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon ısı üretiyorsa ekzotermiktir. ekzotermal olaylar görülür (Şekil 3).
Bu etkilerin çoğu geri döndürülemez gibi görünmektedir çünkü ilgili ikinci ısıtma adımlarında (şekil 4, 5 K/dak ısıtma hızında), sadece pirinç nişastası yaklaşık 108°C'de (tepe sıcaklığı) şekil 2'de görünen endotermal etkiyle karşılaştırılabilir bir endotermal etki göstermektedir. Bununla birlikte, yaklaşık 60°C ile 80°C arasındaki sıcaklık aralığında bazı çok small, EkzotermikBir örnek geçişi veya bir reaksiyon ısı üretiyorsa ekzotermiktir. ekzotermal etkiler görülebilir. Bu durum, soğutma sırasında gerçekleşen yapısal yeniden düzenlemenin ikinci ısıtma başlamadan önce henüz tamamlanmadığı varsayımına yol açmaktadır.
Literatürde [10], jelatinleştirilmiş bir nişasta soğutulduğunda, serbest kalan amiloz ve amilopektinin (Şekil 1'deki kimyasal yapılar) geriye doğru hareket etmeye başladığını ve dağılmış amiloz moleküllerinin yeniden birleşmeye başlayarak üç boyutlu bir ağ oluşumuna yol açtığını okuyabiliriz. "Dolaşmış amiloz polimer zincirleri ve ayrılmış, yüksek oranda dallanmış amilopektin moleküllerinden oluşan sürekli bir matris içine gömülmüş çözünmemiş granül kalıntılarından oluşan kompozit bir jel" olarak tanımlanabilir.
Sonuç
Evde sıklıkla kullanılmasına rağmen, nişasta oldukça karmaşık davranışlar sergileyen bir malzeme olduğunu kanıtlamaktadır. Hem uygulanan sıcaklık rejiminin hem de karışımdaki su miktarının jelatinleşme üzerinde etkisi vardır. Bununla birlikte, termal analiz ve burada özellikle DSC, sadece birkaç ölçüme dayanarak bu süreç hakkında birçok değerli bilgi toplayabilir.
Kullanılan üç nişasta türü (maniok nişastası, patates nişastası ve pirinç nişastası) ilk ısıtma aşamasında birbirlerinden açıkça ayırt edilebilir (Şekil 1). DSC eğrileri önemli ölçüde farklılık gösterir ve sadece pirinç nişastası 100°C'nin üzerinde ek bir endotermal etki gösterir.