تأثیر ساکارز، ایزومالت و مالتودکسترین بر بافت و ساختار نشاسته تاپیوکا قبل و بعد از فراصوت

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فسا، فارس، ایران

2 گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شیراز، فارس، ایران

چکیده

چکیده
سابقه و هدف: نشاسته‌‌ اصلاح نشده (طبیعی) ممکن است برای برخی کاربردها نامناسب باشند، بنابراین باید به‌طور فیزیکی یا شیمیایی اصلاح شوند. امروزه تولیدکنندگان مواد غذایی تمایل به استفاده از نشاسته‌های اصلاح شده با ویژگی‌‌‌های مطلوب‌‌‌‌تر دارند. اصلاح نشاسته باعث افزایش ظرفیت نگهداری آب، مقاومت به حرارت و قوام‌‌دهندگی نشاسته و کاهش آب‌اندازی آن می‌شود. فراصوت روش اصلاح فیزیکی نشاسته است که به دلیل استفاده کمتر از مواد شیمیایی، کاهش زمان فرایند و انتخاب‌‌‌‌پذیری بالا بسیار مورد توجه قرار گرفته است. تولید نشاسته پری‌ژل به‌عنوان نوعی نشاسته‌ی اصلاح شده که از ژلاتینه شدن و خشک شدن نشاسته طبیعی بدست می‌آید و ویژگی قوام دهندگی به محصول را دارد، توسط فراصوت منجر به تغییر ساختار، اندازه و شکل، دانسیته، ویژگی‌های جریان‌پذیری، جذب آب و حلالیت نشاسته می‌شود.

مواد و روش‌‌‌‌‌ها: در این تحقیق، تاثیر نوع پلی‌ال (ساکارز، ایزومالت و مالتودکسترین) و غلظت (4، 8 و 12 درصد بر ویژگی‌های ریخت‌شناسی (با میکروسکوپ الکترونی روبشی)، بافتی (با دستگاه بافت‌سنج) و مقاومت به ذوب و انجماد (میزان آب‌اندازی) نشاسته‌ی تاپیوکا قبل و بعد از تیمار با فراصوت (400 وات به مدت 10 دقیقه، در دمای 60 درجه سانتی‌گراد) بررسی شد و آنالیز آماری نمونه‌های نشاسته‌ی حاوی ۴ و ۸ و ۱۲٪ قند قبل و بعد از تیمار با فرا‌صوت با استفاده از آزمون چند دامنه‌ای دانکن در سطح 05/0≥ P با استفاده از نرم‌افزار اس پی اس اس ۲۲ در ۳ تکرار انجام شد.


یافته‌ها: نتایج مربوط به میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM) نشان داد، تیمار فراصوت، حفرات و منافذی در سطح گرانول نشاسته ایجاد می‌کند که به پلی‌ال‌ها اجازه‌ی نفوذ بیشتر و در نتیجه برهم کنش‌‌‌ها و اتصالات بیشتر را می‌دهند. در تمام نمونه‌های تیمار شده با فرایند فراصوت، بدلیل تخریب ساختار نشاسته (آمیلوز و آمیلوپکتین)، و باز شدن ساختار آن، گروه‌‌های هیدروکسیل بیشتری در معرض واکنش قرار می‌گیرند، بنابراین پلی‌ال‌های بیشتری می‌توانند با مولکول‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های نشاسته وارد واکنش شوند (نشاسته – پلی‌‌‌ال). نتایج مربوط به بافت‌سنجی نشان داد، در تمام نمونه‌ها، با افزایش غلظت پلی‌ال‌ها سفتی، پیوستگی و ارتجاع‌پذیری ژل نشاسته به‌طور معنا‌داری افزایش یافت و این تاثیر در مورد اضافه شدن پلی‌ال ها بعد از فراصوت بیش از اضافه شدن آن قبل از تیمار با فراصوت بود. بعلاوه، اضافه کردن پلی‌ال ها با ایجاد اتصالات با مولکول‌های نشاسته و نقش محافظت کنندگی آن‌ها در شرایط انجماد، به‌طور قابل توجهی میزان خروج آب از نشاسته را کاهش داد و در این میان اضافه شدن پلی‌ال ها پس از فراصوت تاثیر بیشتری در کاهش خروج آب از نشاسته تاپیوکا داشت و تاثیر غلظت 12% ایزومالت نسبت به سایر غلظت‌ها بیشتر بود.

نتیجه‌‌‌گیری: افزودن ساکارز، ایزومالت و مالتودکسترین به نشاسته‌ی تاپیوکای پری ژلاتینه‌‌شده با فراصوت، نسبت به نشاسته‌ی طبیعی، ‌در سطح 05/0≥ P به‌طور معناداری اثرات بیشتری بر ویژگی‌های مورفولوژیکی، بافتی و مقاومت به ذوب و انجماد نشاسته دارد. میزان تاثیر پلی‌ال‌ها بر ویژگی‌های مورفولوژیکی، بافتی و مقاومت به ذوب و انجماد نشاسته به‌صورت ایزومالت> ساکارز > مالتودکسترین است، که می‌تواند به دلیل وجود میزان بیشتری گروه‌‌های هیدروکسیل محوری در ساختار ایزومالت و یا ساختار باز آن نسبت به ساختار حلقه‌ای سایر قند‌ها باشد. همچنین افزایش غلظت قند‌ها از 4 تا 12درصد، بطور معناداری تاثیر بیشتری بر ویژگی‌های بافتی و ساختاری نشاسته داشت.

واژه‌های کلیدی: نشاسته، تاپیوکا، قند‌های پلی‌ال، پری‌ژلاتیناسیون، فراصوت، آب اندازی، حلالیت

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Effect of sucrose, isomalt and maltodextrin on texture and morphology of tapioca starch before and after ultrasound treatment

نویسندگان [English]

  • kiana pourmohammadi 1
  • Elahe Abedi 1
  • ehsan shad 2
1 Department of Food Science and Technology, School of Agriculture, Fasa University, Fasa, Iran.
2 Department of Food Science and Technology, Faculty of Agriculture, Shiraz, Iran
چکیده [English]

Abstract
Background and objectives: native starch might not be able to be used in some food applications, therefore it should be modified, physically or chemically. Food producers tend to use modified starch with desirable properties. Production of pregel starch as a modified starch obtained by gelatinization and drying of native starch and can be used as stabilizer in food products. Modified starch would increase water holding capacity, resistance to heat and viscosity and decrease the synersis of starch. Ultrasound treatment is one of the starch physical modifications, which is more appropriate, due to its low chemical application, low time consuming and high selectivity. Fractures, rupture of the polymer chains and mechanical damage occur in starch following ultrasound treatment, because of the disintegration of bubbles, existing high velocities of liquid layers near the starch granules, and shear forces, lead to rearrangement of intra- and inter-molecular hydrogen bonding between water and starch molecules, therefore changes in starch structure, size and shape, water absorption and solubility as well.

Materials and methods: Present research investigated the effect of different levels (4, 8 and 12%) of sucrose, isomalt and maltodextrin on the microstructural (by scanning electron microscopy (SEM)), textural properties (by texture analyzer (TA)) and freeze –thaw stability (synersis) of tapioca starch prior to and following ultrasonic-assisted pregelatinization (400 W, 10 min at 60 ºC). In a completely randomized design, the experimental data were obtained and Duncan's new multiple range test was applied (p ≤0.05). All statistical computations and analyses were carried out by SAS software Version 22 in triplicate.
Results: According to SEM analysis, the spots, deformations and cross-linking created by the polyols were more significant after ultrasound assisted pregelatinizion due to the disruption of starch granules and more permeable structures due to ultrasonic treatment, resulting in open structures and more exposed hydroxyl groups, and facilitating starch-sugar cross-linking, interactions and connections. Results from texture analysis revealed that by increasing the amount of sucrose, isomalt and maltodextrin from 4% to 12%, tapioca gel starch hardness and cohesiveness increased significantly and this affection is more obvious after ultrasound assisted pregelatinization. At all sugar levels, synersis decreased, due to the cross- linking of polyol-starch, and less amylose reassociation. On the other hand, by using polyols and ultrasonic treatment, stability to freeze-thaw increased. The rearrangement of intra- and inter-molecular hydrogen bonding between water and starch molecules resulted in the disruption of molecular orders, hence the more accessibility of hydroxyl groups.
Conclusions: the presence of polyols significantly affected the properties of starch granule. Polyol addition to tapioca starch following pregelatinization via ultrasonic process, created more obvious changes in microstructure, textural properties and freeze-thaw stability of starch gel due to the higher accessibility of hydroxyl groups, and more cross-linking and connections among the examined polyol sugars; isomalt was more efficient than sucrose and maltodextrin in manipulating all the starch properties.
Keywords: Starch, Polyol sugar, Ultrasound-assisted pregelatinization

کلیدواژه‌ها [English]

  • Keywords: Starch
  • Polyol sugar
  • Ultrasound-assisted pregelatinization

مراجع

  1. AACC, 2000. Approved Methods of the AACC, tenth ed., American Association of Cereal Chemists, St. Paul, MN. Methods 46–12, 44–15A, 30–10, 08–01 and 46–13.
  2. Abedi, E., Pourmohammadi, K., Jahromi, M., Niakousari, M., and Torri, L. 2019. The effect of ultrasonic probe size for effective ultrasound-assisted pregelatinized. starch. Food and Bioprocess Technology. In Press.
  3. Alcázar-Alay, S.C., and Meireles M.A.A. 2015. Physicochemical properties, modifications and applications of starches from different botanical sources. Food Science and Technology. 35: 215–236.
  4. Beck M, Jekle M., and Becker T. 2011. Starch re-crystallization kinetics as a function of various cations. Starch/Stärke. 63: 12.792–800.
  5. Chan, H.T., Bhat, R., and Karim, A.A. 2010. Effects of sodium dodecyl sulphate and sonication treatment on physicochemical properties of starch. Food Chemistry. 120: 3.703–709.
  6. Chen, H., Wang, Y., Leng, Y., Zhao, X., and Zhao, X. 2014. Effect of NaCl and sugar on physicochemical properties of flaxseed polysaccharide–potato starch complexes. Science Asia. 40: 1.60–68.
  7. Chung, K.M., Moon, T.W., Kim, H., and Chun, J.K. 2002. Physicochemical 667 properties of sonicated mung bean, potato, and rice starches. Cereal Chemistry. 79: 5.631‒633.
  8. Cui, L., Pan, Zh., Yue, T., and Atungulu, G. 2010. Effect of ultrasonic treatment of brown rice at different temperatures on cooking properties and quality. Cereal chemistry. 87: 5.641-647.
  9. Degrois, M., Gallant, D., Baldo, P., and Guilbot, A. 1974. The effects of ultrasound on starch grains. Ultrasonics Sonochemistry. 12: 3.129‒131.
  10. Hedayati, S., Majzoobi, M., Shahidi, F., Koocheki, A., and Farahnaky, A. 2016. Effects of NaCl and CaCl2 on physicochemical properties of pregelatinized and granular cold-water swelling corn starches. Food Chemistry. 213: 602-608.
  11. Herceg, I.L., Rezˇek Jambrak, A., and Subaric´, D. 2010. Texture and pasting properties of ultrasonically treated corn starch. Journal of Food Science. 28: 2.83–93.
  12. Huang, Q., Li, L., and Fu, X. 2007. Ultrasound effects on the structure and chemical reactivity of cornstarch granules. Starch/Stärke. 59: 8.371–378.
  13. Iida, Y., Tuziuti, T., Yasui, K., Towata, A., and Kozuka, T. 2008. Control of viscosity in starch and polysaccharide solutions with ultrasound after gelatinization. Innovative Food Science and Emerging Technologies. 9: 2.140–146.
  14. Jambrak, A.R., Herceg, Z., Subaric, D., and Babic, J. 2010. Ultrasound effect on physical properties of corn starch. Carbohydrate Polymer. 79: 1.91–100.
  15. Li, S., Zhang, Y., Wei, Y., Zhang, W., and Zhang, B. 2014. Thermal, pasting and gel textural properties of commercial starches from different botanical sources. Journal of Bioprocess and Biotechnology. 4:4.1.
  16. Luo, Z.G., Fu, X., and Luo, F.X. 2008. Properties of high-amylose maize starch paste treated with ultrasonic in water system. Journal of South China University Technology. 36: 11.74–78.
  17. Majzoobi, M., Beparva, P., Farahnaky, A., and Badii, F. 2014. Physicochemical properties of cross-linked wheat starch affected by L-ascorbic acid. Journal of Agriculture and Science Technology. 16: 2. 355–364.
  18. Martinez-Saez, N., Hochkogler, C.M., Somoza, V., and del Castillo, M.D. 2017. Biscuits with no added sugar containing stevia, coffee fibre and fructooligosaccharides modifies α-glucosidase activity and the release of GLP-1 from HuTu-80 cells and serotonin from Caco-2 cells after in vitro digestion. Nutrients. 9: 7.694.
  19. Perry, P.A., and Donald, A. 2002. The effect of sugars on the gelatinization and retrogradation of starch. Carbohydrate Polymer. 49: 2.155–165.
  20. Pourmohammadi, K., Abedi, E., Hashemi, S.M.B., and Torri, L. 2018. Effects of sucrose, isomalt and maltodextrin on microstructural, thermal, pasting and textural properties of wheat and cassava starch gel. International Journal of Biological Macromolecules. 120: 1935-1943.
  21. Sujka, M., and Jamroz, J. 2013. Ultrasound-treated starch: SEM and TEM imaging, and functional behaviour. Food Hydrocolloids. 31: 2.413-419.
  22. Sun, Q., Nan, C., Dai, L., and Xiong, L. 2014. Effect of sugar alcohol on physicochemical properties of wheat starch. Starch/Stärke. 66: 9-10.788–794.
  23. Yoon, J., Jung, J., Chung, H., Kim, M., Kim, C., and Lim, S. 2010. Identification of botanical origin of starches by SDS-PAGE analysis of starch granule-associated proteins. Journal of Cereal Science. 52: 2.321–326.
  24. Zheng, J., Li, Q., Hu, A., Yang, L., Lu, J., Zhang, X., and Lin, Q. 2013. Dual-frequency ultrasound effect on structure and properties of sweet potato starch. Starch / Stärke. 65: 7-8.621– 627.
  25. Zhu F. 2015. Impact of ultrasound on structure, physicochemical properties, modifications, and applications of starch. Trends in Food Science and Technology. 43: 1.1–17.
نشریه فرآوری و نگهداری مواد غذایی
دوره 13، شماره 2
تیر 1400
صفحه 119-134

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار