ساختار نشاسته
نشاسته، واحد ذخیره کننده انرژی در گیاهان، در قالب پلیمر گلوکز و یکی از مهم ترین مواد اولیه در صنایع غذایی است. دو پلیمر آمیلوز و آمیلوپکتین، اجزای سازنده نشاسته هستند که با ارایش مولکولی خاصی، ساختاری موسوم به گرانول را ایجاد می کنند. آمیلوپکتین، مولکولی دارای انشعاب است که هر دو رشته یک مارپیچ را ایجاد می کنند و آرایش این مارپیچ ها، ساختاری کریستالی را فراهم می کند. با توجه به اینکه این ساختارها، گسسته هستند، ساختار نهایی گرانول، نیمه کریستالی است. نوع کریستال های تشکیل شده، وابسته به درصد آمیلوز گرانول، منشا نشاسته و زمان رشد گیاه است. در نهایت، ساختار نیمه کریستالی نشاسته باعث می شود که گرانول ها، در آب سرد نامحلول بوده و رسوب کند (نشاسته، ویژگی های صنعتی و محدودیت ها)، (نشاسته سورگوم، همسویی با تغییرات اقلیمی).
دما و تورم
در دمای پایین، آب قدرت لازم جهت ورود به نواحی کریستالی گرانول را ندارد ولی با افزایش دما، انرژی مولکلول های آب افزایش یافته و با نفوذ آب به لایه های کریستالی، گرانول ها، دچار تورم و افزایش اندازه می شوند. افزایش بیشتر دما، به تدریج باعث افزایش حجم گرانول، خروج مولکلول ها از گرانول و افزایش ویسکوزیته محیط آبی می گردد. این دو عامل، باعث افزایش محسوس ویسکوزیته و سپس افزایش تند آن می شود. در ادامه، افزایش بیشتر دما، باعث تورم شدید تر، افزایش بیشتر ویسکوزیته و افزایش شدید ویسکوزیته را به همراه دارد.
خمیری شدن و تغییرات گرانول
حرارت دهی پیوسته و همزدن سوسپانسیون نشاسته، باعث تغییراتی می شود که شامل افزایش ویسکوزیته و شفاف شدن مخلوط است. با این حال، با ادامه یافتن حرارت دهی و همزدن، به دلیل تغییرات گرانول، خروج مولکلول ها و نرم شدن ساختار، گرانول های متورم شکسته شده و ویسکوزیته افت می کند. در نهایت، در فرایند سرد کردن مخلوط پس از حرارت دادن در زمان مشخص، موکلول های محیط، به دلیل کاهش انرژی، به یکدیگر نزدیک شده و زنجیره های مارپیچ را ایجاد می کنند. این فرایند تحت عنوان رتروگراداسیون، افزایش ویسکوزیته را به همراه دارد. کل این تغییرات تحت عنوان خمیری شدن توصیف می شود.
RVA و پروفایل RVA
RVA نام یک دستگاه است و به طور کامل RapidVisco Analyzer نامیده می شود (تکنیک های دستگاهی در توسعه فرمولاسیون). عملکرد این دستگاه، در حرارت دهی سوسپانسیون نشاسته در پروفایل دمایی و همزدن با همزن مخصوص و در نهایت اندازه گیری تغییرات ویکسوزیته است. نمودار تغییرات ویسکوزیته در برابر دما، پروفایل RVA نامیده می شود. بر اساس تغییرات ویسکوزیته در پروفایل RVA، می توان پارامترهایی شامل دمای خمیری شدن، ویسکوزیته حداکثر، درصد شکست ویسکوزیته، درصد بازگشت ویسکوزیته و ویسکوزیته نهایی را استخراج کرد.
دمای خمیری شدن (Pasting Temperature)
دمای خمیری شدن، نقطه اوج گیری ویسکوزیته نسبت به تغییرات محدود ویکسوزیته است. این دما متاثر از اندازه گرانول ها و تراکم کریستالی است. در نشاسته هایی مانند نشاسته گندم، این دما، در مقایسه با نشاسته ذرت پایین است. باید توجه داشت که نشاسته مورد استفاده متناسب با فرایند حرارتی اعمال شده در فرمولاسیون باشد. در صورتی که دما از محدوده خمیری شدن بالاتر نباشد، تورم محدود بوده و عملکرد مناسبی از نشاسته مشاهده نخواهد شد.
ویسکوزیته حداکثر (Peak Viscosity)
بالاترین ویسکوزیته در فرایند حرارت دادن نشاسته، ویسکوزیته حداکثر است. این پارامتر شاخصی مهمی از رفتار نشاسته در دمای بالا است. بر این اساس، نشاسته هایی مانند نشاسته سیب زمینی، ویسکوزیته حداکثر بسیار بالایی در مقایسه با نشاسته ذرت ایجاد می کند که بایستی در فرایند های همزدن و انتقال، به جهت فشاری که بر تجهیزات اعمال می کند مورد توجه قرار گیرد.
درصد شکست ویسکوزیته (Breakdown%)
درصد شکست ویسکوزیته، معادل درصد کاهش ویسکوزیته در مقایسه با مقدار ویکسوزیته حداکثر است. این پارامتر نشان دهنده میزان مقاومت نشاسته به فرایند های همزدن و حرارت دهی است. در محصولاتی که فرمولاسیون تحت فرایند های شدید مانند هوموژن کردن و انتقال و یا دماهای خیلی بالا مانند پاستور کردن و فرادما، قرار دارد، تغییرات شدید ویسکوزیته، ویژگی های محصول نهایی را به شدت تحت تاثیر قرار می دهد.
بازگشت ویکسوزیته (Final Viscosity)
سوسپانسیون سرد نشاسته، بخشی از افت ویسکوزیته طی شکست را جبران می کند. این پارامتر معادل، درصد بازگشت ویسکوزیته است. هرچه میزان بازگشت ویسکوزیته بیشتر باشد، نشان دهنده تمایل بیشتر نشاسته به رتروگراداسیون است. بر این اساس، باید نشاسته رفتار رتروگراداسیون متناسب با هدف کاربردی مورد نظر داشته باشد. برای محصولی که ساختار ژله ای و قالبی دارد، بازگشت ویسکوزیته بیشتر، می تواند نشان دهنده شکل گیری ژلی الاستیک تر باشد. با این حال، آب اندازی چنین نشاسته ای نیز بالاتر خواهد بود.
