Une fois que l'amidon modifié a été traité par une extrudeuse, ses propriétés physiques, chimiques et structurelles subissent des modifications importantes, principalement liées à la température élevée, à la haute pression, aux forces de cisaillement élevées et à l'action mécanique qui caractérisent le processus d'extrusion. Voici les principales modifications et les effets observés sur l'amidon modifié au cours du processus d'extrusion :
- Changements structurels
- Gélatinisation de l'amidon et destruction de la structure cristalline
- Gélatinisation: La température élevée (généralement comprise entre 100 et 200 °C) et la forte pression exercées pendant le processus d'extrusion entraînent l'absorption d'eau et le gonflement des granules d'amidon, la rupture des liaisons hydrogène, la désintégration de la structure cristalline et le passage des molécules d'amidon d'un état ordonné à un état gélatineux désordonné.
- Transformation de type cristallin: Les cristaux de type A (amidon de céréales) ou de type B (amidon de tubercules) de l'amidon naturel peuvent être partiellement transformés en cristaux de type V (complexe amylose-lipide), plus stables, ce qui influe sur leur solubilité et leur digestibilité.
- Dégradation et réorganisation moléculaires
- Rupture de la chaîne moléculaire: Une force de cisaillement élevée peut entraîner la dégradation des molécules d'amidon (amylose et amylopectine), réduire leur poids moléculaire, générer de la dextrine ou des sucres de faible poids moléculaire, et diminuer la viscosité.
- Réticulation ou réorganisation: Certains amidons modifiés (tels que les amidons réticulés) peuvent subir une réticulation supplémentaire lors de l'extrusion afin d'améliorer leur stabilité thermique ; tandis que d'autres types peuvent réorganiser leurs chaînes moléculaires pour former de nouvelles structures réticulées.
- Évolution des propriétés physiques
- Solubilité et capacité de gonflement
- La solubilité dans l'eau de l'amidon gélatinisé augmente, et sa solubilité dans l'eau froide peut également augmenter (en particulier dans le cas de l'amidon prégélatinisé).
- La formation d'une structure poreuse après extrusion peut accroître l'absorption d'eau, mais une dégradation excessive peut entraîner une diminution de la capacité de gonflement.
- Propriétés rhéologiques
- La viscosité diminue considérablement (en raison de la dégradation moléculaire), mais la résistance du gel peut augmenter sous l'effet d'une réorganisation, en fonction du type d'amidon et des paramètres d'extrusion (tels que la température et la teneur en humidité).
- Morphologie et texture
- Après extrusion, l'amidon présente une structure poreuse, en paillettes ou fibreuse, avec une texture plus aérée, qui peut être utilisée pour la fabrication d'aliments soufflés ou comme matériau de support.
- Modifications des propriétés chimiques
- Réaction de groupes chimiques
- Les groupes de modification chimique d'origine (tels que l'acétyle et l'hydroxypropyle) de l'amidon modifié peuvent se décomposer partiellement sous l'effet d'une température élevée, ce qui affecte ses propriétés fonctionnelles (telles que la stabilité au cycle gel-dégel).
- Une réaction de Maillard (en présence de protéines) ou une réaction d'oxydation peut se produire, entraînant un changement de couleur (brunissement).
- Formation d'amidon résistant (RS)
- La recristallisation de l'amylose lors de l'extrusion peut entraîner la formation d'amidon résistant (RS3 ou RS4), ce qui augmente la teneur en fibres alimentaires et réduit l'indice glycémique.
- Évolution des propriétés fonctionnelles
- Stabilité thermique et propriétés mécaniques
- La résistance aux hautes températures et la capacité de cisaillement de l'amidon réticulé peuvent être encore améliorées, ce qui le rend adapté aux aliments transformés à haute température.
- Les propriétés filmogènes ou fibrogènes de l'amidon après extrusion peuvent être améliorées, ce qui permet de l'utiliser dans la fabrication de matériaux d'emballage biodégradables.
- Propriétés digestives
- Augmentation de la teneur en amidon à digestion rapide (RDS) : la gélatinisation rend l'amidon plus sensible à l'hydrolyse enzymatique.
- Formation d'amidon résistant (RS) : certaines structures modifiées peuvent résister à la digestion, en fonction des conditions de transformation (par exemple, l'extrusion à faible taux d'humidité favorise la formation d'amidon résistant).
(3) Adsorption et fonction de support
- La structure poreuse permet d'augmenter la capacité de charge des substances aromatiques et des principes actifs ; elle est souvent utilisée dans la microencapsulation ou dans les systèmes de libération prolongée de médicaments.
- Impact sur les applications
L'amidon modifié issu du traitement par extrusion offre de meilleures performances dans les domaines suivants :
- Industrie agroalimentaire: plats prêts à consommer, snacks soufflés, support d'arômes.
- Secteur médical: excipient à libération contrôlée, agent de désagrégation.
- Matériaux respectueux de l'environnement: plastiques biodégradables, films d'emballage.
- Transformation des aliments pour animaux: pour améliorer la digestibilité de l'amidon ou servir de liant.
Principaux facteurs réglementaires
L'effet d'extrusion dépend des paramètres suivants :
- Température: une température élevée favorise la gélatinisation et la dégradation, tandis qu'une température basse peut permettre de conserver une partie de la structure cristalline.
- Teneur en humidité: une teneur en eau élevée (20–30%) favorise la gélatinisation, tandis qu’une faible teneur en eau favorise la dégradation moléculaire et la formation d’une structure poreuse
- Vitesse de rotation de la vis et force de cisaillement: une force de cisaillement élevée accentue la rupture moléculaire.
- Type d'amidon: le rapport linéaire/ramifié et la méthode de modification (acétylation, réticulation, etc.) déterminent les propriétés finales.
Résumé
Le procédé d'extrusion modifie considérablement la structure et la fonction de l'amidon modifié grâce à une synergie physico-chimique, ce qui le rend plus adapté à des applications à forte valeur ajoutée. En ajustant les paramètres du procédé, il est possible de contrôler le degré de gélatinisation, la distribution du poids moléculaire, la digestibilité et d'autres propriétés de l'amidon afin de répondre à différents besoins industriels. Si vous avez des questions, n’hésitez pas à nous contacter.
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