Желатинизация крахмала — это процесс разрушения межмолекулярных связей молекул крахмала в присутствии воды и тепла, что позволяет участкам водородных связей ( гидроксильному водороду и кислороду) связывать больше воды. Это необратимо растворяет гранулу крахмала в воде. Вода действует как пластификатор .
С гранулами крахмала происходят три основных процесса: набухание гранул, кристаллизация и плавление двойной спирали, а также выщелачивание амилозы .
Температура желатинизации крахмала зависит от типа растения и количества присутствующей воды, pH , типов и концентрации соли, сахара, жира и белка в рецепте, а также используемой технологии дериватизации крахмала . Некоторые типы немодифицированных нативных крахмалов начинают набухать при 55 °C, другие типы — при 85 °C. [3] Температура желатинизации модифицированного крахмала зависит, например, от степени сшивания , кислотной обработки или ацетилирования.
Температуру геля также можно изменить с помощью генетической манипуляции генами синтазы крахмала . [4] Температура желатинизации также зависит от количества поврежденных гранул крахмала; они будут набухать быстрее. Поврежденный крахмал может быть получен, например, в процессе помола пшеницы или при сушке крахмального жмыха на крахмальном заводе. [5] Существует обратная корреляция между температурой желатинизации и гликемическим индексом . [4] Крахмалы с высоким содержанием амилозы требуют больше энергии для разрыва связей для желатинизации в молекулы крахмала.
Желатинизация улучшает доступность крахмала для гидролиза амилазой . Поэтому желатинизация крахмала постоянно используется в кулинарии , чтобы сделать крахмал усвояемым или загустить/связать воду в ру , соусе или супе .
Желатинизированный крахмал, если его охлаждать в течение достаточно длительного периода (часов или дней), загустеет (или превратится в гель ) и снова перестроится в более кристаллическую структуру; этот процесс называется ретроградацией . Во время охлаждения молекулы крахмала постепенно объединяются, образуя гель. Могут возникнуть следующие молекулярные ассоциации: амилоза-амилоза, амилоза-амилопектин и амилопектин-амилопектин. Слабая ассоциация между цепями объединяется с водой, все еще включенной в молекулярную сеть.
Из-за сильных ассоциаций водородных связей более длинные молекулы амилозы (и крахмала с более высоким содержанием амилозы) будут образовывать плотный гель. [6] Молекулы амилопектина с более длинной разветвленной структурой (что делает их более похожими на амилозу) увеличивают тенденцию к образованию прочных гелей. Крахмалы с высоким содержанием амилопектина будут иметь стабильный гель, но будут мягче, чем гели с высоким содержанием амилозы.
Ретроградация ограничивает возможность гидролиза амилазой, что снижает усвояемость крахмала.
Прежелатинизированный крахмал ( декстрин ) — это крахмал, который был приготовлен и затем высушен на крахмальной фабрике на барабанной сушилке или в экструдере, что делает крахмал растворимым в холодной воде. Распылительные сушилки используются для получения сухих крахмальных сахаров и низковязкого прежелатинизированного крахмального порошка. [ необходима цитата ]
Простым методом изучения гелеобразования крахмала является использование вискоамилографа Брабендера. [ требуется ссылка ] Это распространенный метод, используемый в пищевой промышленности для определения температуры клейстеризации, набухающей способности, сдвиговой/термической стабильности и степени ретроградации. В контролируемых условиях крахмал и дистиллированная вода нагреваются с постоянной скоростью нагрева во вращающейся чаше, а затем охлаждаются. Вязкость смеси отклоняет измерительный датчик в чаше. Это отклонение измеряется как вязкость в крутящем моменте с течением времени в зависимости от температуры и записывается на компьютере. Вискоамилограф позволяет нам наблюдать: начало желатинизации, максимум желатинизации, температуру желатинизации, вязкость во время выдержки и вязкость в конце охлаждения. [7]
Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) — еще один метод, используемый промышленностью для изучения свойств желатинизированного крахмала. При нагревании воды с гранулами крахмала происходит желатинизация, включающая эндотермическую реакцию. [8]
Начало клейстеризации называется T-началом. T-пик — это положение, в котором эндотермическая реакция достигает максимума. T-вывод — это положение, когда все гранулы крахмала полностью клейстеризованы, а кривая остается стабильной.