Po przetworzeniu skrobi modyfikowanej w ekstruderze jej właściwości fizyczne, chemiczne i strukturalne ulegają znacznym zmianom, co wynika głównie z wysokiej temperatury, wysokiego ciśnienia, dużych sił ścinających oraz oddziaływania mechanicznego występujących podczas procesu ekstruzji. Poniżej przedstawiono główne zmiany i skutki, jakie zachodzą w skrobi modyfikowanej podczas przetwarzania metodą ekstruzji:
- Zmiany strukturalne
- Żelatyzacja skrobi i zniszczenie struktury krystalicznej
- Żelatynizacja: Wysoka temperatura (zwykle 100–200 °C) i wysokie ciśnienie występujące podczas procesu wytłaczania powodują, że ziarna skrobi wchłaniają wodę i pęcznieją, wiązania wodorowe ulegają zerwaniu, struktura krystaliczna ulega rozpadowi, a cząsteczki skrobi przechodzą ze uporządkowanego układu do nieuporządkowanego stanu żelowego.
- Przekształcenie typu kryształu: Kryształy skrobi naturalnej typu A (skrobia zbożowa) lub typu B (skrobia bulwowa) mogą ulec częściowej przemianie w bardziej stabilny typ V (kompleks amylozy i lipidów), co wpływa na rozpuszczalność i strawność.
- Degradacja molekularna i reorganizacja
- Zerwanie łańcucha molekularnego: Duża siła ścinająca może powodować degradację cząsteczek skrobi (amylozy i amylopektyny), zmniejszać masę cząsteczkową, prowadzić do powstawania dekstryny lub cukrów o małej masie cząsteczkowej oraz obniżać lepkość.
- Sieciowanie lub reorganizacja: Niektóre skrobie modyfikowane (takie jak skrobie usieciowane) mogą ulegać dalszemu usieciowaniu podczas wytłaczania w celu zwiększenia stabilności termicznej; natomiast inne rodzaje mogą zmieniać układ swoich łańcuchów molekularnych, tworząc nowe struktury sieciowe.
- Zmiany właściwości fizycznych
- Rozpuszczalność i zdolność pęcznienia
- Rozpuszczalność skrobi żelatynizowanej w wodzie wzrasta, a jej rozpuszczalność w zimnej wodzie może również wzrosnąć (szczególnie w przypadku skrobi wstępnie żelatynizowanej).
- Powstanie porowatej struktury po wytłaczaniu może zwiększyć chłonność wody, jednak nadmierna degradacja może spowodować spadek zdolności pęcznienia.
- Właściwości reologiczne
- Lepkość znacznie spada (w wyniku degradacji cząsteczek), ale wytrzymałość żelu może wzrosnąć w wyniku reorganizacji, w zależności od rodzaju skrobi i parametrów ekstruzji (takich jak temperatura i zawartość wilgoci).
- Morfologia i tekstura
- Po wytłoczeniu skrobia ma porowatą, płatkowatą lub włóknistą strukturę o luźniejszej konsystencji, co pozwala na wykorzystanie jej do produkcji produktów spęcznionych lub jako materiału nośnego.
- Zmiany właściwości chemicznych
- Reakcja grupy chemicznej
- Pierwotne grupy modyfikacji chemicznej (takie jak grupa acetylowa i hydroksypropylowa) zmodyfikowanej skrobi mogą ulec częściowemu rozkładowi pod wpływem wysokiej temperatury, co wpływa na jej właściwości funkcjonalne (takie jak odporność na zamrażanie i rozmrażanie).
- Może wystąpić reakcja Maillarda (w przypadku obecności białka) lub reakcja utleniania, co powoduje zmianę koloru (brązowienie).
- Tworzenie się skrobi opornej (RS)
- Rekrystalizacja amylozy podczas ekstruzji może prowadzić do powstania skrobi opornej (RS3 lub RS4), co zwiększa zawartość błonnika pokarmowego i obniża indeks glikemiczny.
- Zmiany właściwości użytkowych
- Stabilność termiczna i właściwości mechaniczne
- Odporność na wysokie temperatury oraz wytrzymałość na ścinanie skroplonej skrobi można jeszcze bardziej poprawić, dzięki czemu nadaje się ona do stosowania w produktach spożywczych przetwarzanych w wysokich temperaturach.
- Właściwości skrobi związane z tworzeniem warstwy lub włókien po ekstruzji można poprawić, co pozwala na jej wykorzystanie w biodegradowalnych materiałach opakowaniowych.
- Właściwości wspomagające trawienie
- Zwiększona zawartość skrobi szybko przyswajalnej (RDS): Żelatyzacja sprawia, że skrobia staje się bardziej podatna na hydrolizę enzymatyczną.
- Tworzenie się skrobi opornej (RS): Niektóre produkty poddane restrukturyzacji mogą wykazywać odporność na trawienie, w zależności od warunków przetwarzania (np. wytłaczanie przy niskiej wilgotności sprzyja tworzeniu się RS).
(3) Adsorpcja i funkcja nośnika
- Porowata struktura może zwiększać zdolność wiązania substancji smakowych i składników aktywnych i jest często stosowana w mikroenkapsulacji lub systemach o przedłużonym uwalnianiu leków.
- Wpływ aplikacji
Skrobia modyfikowana po przetworzeniu metodą ekstruzji wykazuje lepsze właściwości w następujących dziedzinach:
- Przemysł spożywczy: gotowe dania, przekąski z ciasta puszystego, nośnik aromatu.
- Dziedzina medycyny: nośnik leku o kontrolowanym uwalnianiu, środek rozpadający.
- Materiały przyjazne dla środowiska: tworzywa sztuczne ulegające rozkładowi, folie opakowaniowe.
- Przetwórstwo pasz: w celu poprawy strawności skrobi lub jako środek wiążący.
Kluczowe czynniki regulacyjne
Na efekt wytłaczania wpływają następujące parametry:
- Temperatura: wysoka temperatura sprzyja żelowaniu i rozkładowi, natomiast niska temperatura może pozwolić na zachowanie części struktury krystalicznej.
- Zawartość wilgoci: wysoka wilgotność (20–30%) sprzyja żelatynizacji, natomiast niska wilgotność sprzyja degradacji molekularnej i tworzeniu się struktury porowatej
- Prędkość obrotowa śruby i siła ścinająca: duża siła ścinająca powoduje nasilenie pękania cząsteczek.
- Rodzaj skrobi: Stosunek łańcuchów liniowych do rozgałęzionych oraz metoda modyfikacji (acetylacja, sieciowanie itp.) decydują o ostatecznych właściwościach.
Podsumowanie
Proces wytłaczania znacząco zmienia strukturę i właściwości skrobi modyfikowanej dzięki synergii fizykochemicznej, dzięki czemu staje się ona bardziej odpowiednia do zastosowań o wysokiej wartości dodanej. Poprzez dostosowanie parametrów procesowych można kontrolować stopień żelatynizacji, rozkład masy cząsteczkowej, strawność i inne właściwości skrobi, tak aby spełniały one różne potrzeby przemysłowe. W razie jakichkolwiek pytań prosimy o kontakt.
Aby uzyskać więcej informacji, prosimy o kontakt pod adresem: