Βελτιστοποίηση της ποιότητας αμυλούχων προϊόντων με μελέτη των ρεολογικών τους ιδιοτήτων και της μικροδομής τους

Abstract

The aim of the present study is to investigate the rheological properties and the microstructure of starch products, as they are affected by the addition of xanthan gum. Both starch and xanthan have several physical and functional properties and they are used in many foods. Their combinational use has not been adequately investigated. Thus, their study as a mixture is very interesting relatively to their behaviour in a food and the possibility of improvement of its rheological properties, texture and microstructure. At the first stage of this study, starch and xanthan were investigated as pure components and mixtures, since, later on they were added to real foods and their comportment was investigated. The main variables in all experiments were the preparation and storage conditions (temperature and time) and the composition of the final mixtures (starch/xanthan concentration, starch type). The stages of the performed study were: a) behaviour of different starch types under heating and xanthan effect on starch granules swelling, b) investigation of phase separation of xanthan-starch mixtures, with use of starch at low concentrations, c) investigation of gelation process of starch pastes of intermediate concentrations, as it is affected by xanthan addition, d) investigation of the previous produced gels during long storage (until 45 days), e) behaviour of starch/xanthan in foods. According to this research, during heating process, xanthan enhances the swelling of native wheat starch granules, and protects them against eventual disruption, when the temperature of heating is not too high. By its addition, the leakage of starch polymers into the continuous aqueous phase is increased until the temperature of approximately 80°C. Afterwards, the amount of soluble solids outside the granules is reduced relatively to the specimens without xanthan and extensive leakage is hindered by xanthan. Xanthan enhances the stability of starch gels during storage. Incompatibility phenomena between unlike polymers, i.e. amylose and xanthan were observed causing phase separation and mutual exclusion at different microphases. Consequently, xanthan local concentration increases. In mixtures of low starch concentrations and starch-xanthan of ratio 4:1, xanthan is the dominant component and determines the whole mixture rheology. This means that the rheological behaviour of such a mixture is proportional to a xanthan solution without starch of greater concentration. At greater starch concentrations, xanthan accelerates the gel formation but it does not influence its final rheological properties. During storage, xanthan increases the hardness of produced gels but it increases also their brittleness. This is more evident at low temperatures storage. Xanthan addition to commercial gel products affects positively the cohesiveness of final gels and does not alter significantly their hardness. When it is combined with starch, the behaviour of the final product is determined by starch type used. Gels similar to commercial ones are produced by soluble potato starch addition. Com starch addition preheated at high temperatures increases highly the final gel hardness The cooking sauces prepared by starch/xanthan addition are shear-thinning Whether xanthan increases or reduces shear-thinning behaviour, depends on starch type used. Structurally, it gives stiffer final products.

Στην παρούσα ερευνητική εργασία μελετήθηκαν οι ρεολογικές ιδιότητες και η μικροδομή προϊόντων αμύλου, όπως αυτές επηρεάζονται από τις συνθήκες παρασκευής και αποθήκευσης και από την προσθήκη ενός κόμμεος και συγκεκριμένα της ξανθάνης. Τόσο το άμυλο όσο και η ξανθάνη έχουν πολλαπλές φυσικές και λειτουργικές ιδιότητες και χρησιμοποιούνται σε πολλά τρόφιμα. Η χρήση τους συνδυαστικά δεν έχει διερευνηθεί επαρκώς και η μελέτη της συμπεριφοράς τους ως μίγμα παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον κυρίως αναφορικά με το αν οι ιδιότητές τους σ’ ένα τρόφιμο συνδυάζονται θετικά και βελτιώνουν τα χαρακτηριστικά του τελικού προϊόντος. Ως χαρακτηριστικά εδώ εννοούνται οι ρεολογικές ιδιότητες, η υφή και η δομή των προϊόντων. Στην πρώτη φάση της μελέτης εξετάστηκε η συμπεριφορά των μιγμάτων αμύλου- ξανθάνης, ενώ στη συνέχεια εξετάστηκε η συμπεριφορά τους σε πραγματικά τρόφιμα. Σε όλες τις περιπτώσεις οι βασικές μεταβλητές ήταν οι συνθήκες παρασκευής και αποθήκευσης (θερμοκρασία, χρόνος) και η σύσταση των τελικών μιγμάτων (συγκέντρωση αμύλου/ξανθάνης, είδος αμύλου). Τα στάδια της ερευνητικής εργασίας περιελάμβαναν α) τη συμπεριφορά διαφόρων τύπου αμύλου κατά τη θέρμανσή τους και την επίδραση της ξανθάνης στη διόγκωση των αμυλόκοκκων, β) τη μελέτη διαχωρισμού φάσεων μιγμάτων αμύλου-ξανθάνης χαμηλής συγκέντρωσης αμύλου, γ) τη μελέτη της δημιουργίας πηγμάτων αμύλου μεσαίων συγκεντρώσεων με την προσθήκη ξανθάνης, δ) τη μελέτη των προηγούμενων πηγμάτων σε μακρά αποθήκευση (έως 45 ημέρες), ε) τη συμπεριφορά αμύλου/ξανθάνης σε τρόφιμα. Η ξανθάνη ενισχύει τη διόγκωση των κόκκων φυσικού αμύλου από σίτο κατά τη θέρμανση και τους προστατεύει από ενδεχόμενη διάρρηξη, τουλάχιστον όταν η θερμοκρασία θέρμανσης δεν είναι πολύ υψηλή (T<80°C). Η έκλυση διαλυτών στερεών αυξάνεται με προσθήκη της μέχρι τη θερμοκρασία των 80°C περίπου. Μετά από αυτή τη θερμοκρασία η ξανθάνη δρα παρεμποδιστικά στην έκλυση διαλυτών στερεών και η ποσότητα των διαλυτών στερεών που εκλύεται έξω από τους κόκκους είναι μικρότερη απ’ ότι στην περίπτωση που δεν υπάρχει ξανθάνη στο διάλυμα. Επίσης, η ξανθάνη αυξάνει τη σταθερότητα του ζελατινοποιημένου αμύλου κατά την αποθήκευση και διαχωρίζεται από τους αμυλόκοκκους, δημιουργώντας μικροπεριοχές αυξημένης συγκέντρωσής της. Σε μίγματα που η αναλογία συγκέντρωσης αμύλου-ξανθάνης είναι 4:1 και η συγκέντρωση του αμύλου είναι χαμηλή, το κυρίαρχο συστατικό που καθορίζει τη ρεολογία του μίγματος είναι η ξανθάνη. Η ρεολογική συμπεριφορά δηλαδή ενός τέτοιου μίγματος είναι ανάλογη με αυτή ενός διαλύματος ξανθάνης χωρίς άμυλο μεγαλύτερης συγκέντρωσης της. Σε μεγαλύτερες συγκεντρώσεις αμύλου η ξανθάνη επιταχύνει τη δημιουργία πήγματος, αλλά δεν επηρεάζει τις τελικές ρεολογικές ιδιότητές του. Κατά την αποθήκευση αυξάνει τη σκληρότητα των παραγόμενων πηγμάτων, ενώ αυξάνει επίσης την ευθραυστότητα τους. Το φαινόμενο αυτό ενισχύεται για αποθήκευση σε χαμηλές θερμοκρασίες. Η προσθήκη της σε εμπορικό προϊόν τύπου ζελέ επιδρά θετικά στη συνεκτικότητα των τελικών προϊόντων, ενώ δεν μεταβάλλει σημαντικά τη σκληρότητα. Όταν συνδυάζεται με άμυλο, η συμπεριφορά του τελικού προϊόντος καθορίζεται από το είδος του αμύλου. Με την προσθήκη τροποποιημένου αμύλου πατάτας παρασκευάζονται δείγματα πιο κοντά στα εμπορικά, ενώ με την προσθήκη αμύλου από αραβόσιτο προθερμασμένο σε υψηλή θερμοκρασία αυξάνεται πολύ η σκληρότητα του παραγόμενου προϊόντος. Τα προϊόντα τύπου μαγειρικής σάλτσας είναι γενικά ψευδοπλαστικά. Η προσθήκη της ξανθάνης, ανάλογα με το είδος του αμύλου που χρησιμοποιείται, δημιουργεί λιγότερο ή περισσότερο ψευδοπλαστικά δείγματα, ενώ ανεξάρτητα απ’ αυτό παράγονται επίσης πιο άκαμπτα δομικώς πήγματα.