نشاسته اصلاح شده و کاربرد آن در صنایع غذایی (1)

بهاره برهانی، مهدی جعفری اصل، واحد تحقیق و توسعه گروه صنعتی پژوهشی فرهیختگان زرنام : نشاسته یک مولکول پلی‌ساکاریدی است که به‌وفور در منابع مختلف گیاهی یافت می‌شود.  این پلی‌ساکارید زیست‌تخریب‌پذیر و تجدید‌پذیر از منابع مختلف نشاسته شامل؛ غلات (گندم، ذرت، برنج، جو، جودوسر، سورگوم، چاودار و ارزن)، حبوبات (لوبیا، عدس، لوبیا‌قرمز، ماش، نخودفرنگی و سویا)، ریشه‌ها و غده‌ها (کاساوا و سیب‌زمینی) و میوه‌های نارس (موز و انبه) می‌باشد. بیشترین نشاسته تولید‌شده در سرتاسر جهان از ذرت بدست می‌آید.در نوو نورد دارو بخوانیم  

نشاسته از دو قسمت تشکیل شده است: آمیلوز با ساختار خطی و آمیلوپکتین با ساختار منشعب و به صورت گرانول نیمه‌کریستالی گسسته در گیاهان ذخیره می‌شود. آمیلوز تمایل بیشتری به رتروگراداسیون و تولید ژل‌های سخت و فیلم‌های مستحکم دارد. در مقابل، آمیلوپکتین زمانی که در آب حل می‌شود پایدارتر بوده و ایجاد ژل‌های نرم و ضعیف می‌کند.

در میان پلیمرهای کربوهیدراتی، نشاسته به دلیل مزایای فوق‌العاده در محصولات غذایی مختلف، در حال حاضر از توجه بسیاری برخوردار است. نشاسته‌ای که از منابع گیاهی بدون تغییر استخراج می‌گردد، نشاسته طبیعی نام دارد. این ماده به دلیل محدودیت‌های ذاتی که دارد (عدم حلالیت در آب و تمایل به رتروگراداسیون، تمایل به سینرزیس و ایجاد ژل‌های ناپایدار)، معمولا برای استفاده در صنعت دارای محدودیت‌های مختلفی است، به همین دلیل برای رفع این محدودیت‌ها می‌توان از نظر فیزیکی یا شیمیایی آن را اصلاح و به یک منبع بسیار متنوع تبدیل کرد.  

نشاسته ذرت به‌عنوان یک نشاسته صنعتی محسوب می‌گردد و در بسیاری از محصولات بیکری از قبیل کوکی‌ها، کیک‌ها، فیلینگ‌ها، محصولات لبنی، سس‌ها، محصولات نیمه‌آماده و … مورد استفاده قرار می‌گیرد. نشاسته ذرت خاصیت قوام‌دهندگی، بافت‌دهندگی، پایدار‌کنندگی و خاصیت ژل‌شدن خوبی را فراهم می‌کند. براساس آمار موجود، بیش از 50 درصد از نشاسته ذرت در دنیا در صنعت غذا مورد استفاده قرار می‌گیرد. مصرف آن در محصولات غذایی علاوه‌بر بهبود کیفیت، باعث کاهش هزینه‌های تمام‌شده محصولات غذایی می‌شود. 

واقعیت جالب دیگر ذرت این است که در صنایع از دو نوع نشاسته ذرت حاصل از ذرت طبیعی و ذرت مومی با خواص فیزیکوشیمیایی مختلف و ساختار متفاوت استفاده می‌گردد. که هر یک از این انواع آن کاربردهای مختص خود را دارد و در صورت ایجاد اصلاح شیمیایی و فیزیکی خواص منحصر به فردی در صنایع غذایی و غیر غذایی پیدا می‌کند.

برخی کاربردهای نشاسته اصلاح‌شده

از کاربردهای نشاسته در صنعت غذا، استفاده به‌عنوان تغلیظ‌کننده، ماده ژل‌کننده، عامل تثبیت‌کننده یا پرکننده می‌باشد. به‌طور معمول، محصولات غذایی مبتنی بر نشاسته، 50 – 55٪ از کل انرژی روزانه یک انسان را تأمین می‌کنند.

این ماده ، نه تنها در صنایع غذایی بلکه در مصارف دارویی نیز کاربرد دارد. به‌غیراز این، نشاسته در تهیه فیلم‌های خوراکی از جایگاه ویژه‌ای برخوردار است. نشاسته همچنین در صنایع حفاری، بخش نفت و گاز استفاده می‌شود. نشاسته در صنایع تولید اتانول زیستی، کاغذسازی، صنعت چاپ و بسته‌بندی نیز بسیار کاربردی است.

روش‌های اصلاح نشاسته

نشاسته به روش‌های مختلفی برای دست‌یابی به عملکرد مناسب در صنایع مختلف، اصلاح شده است. به طور کلی چهار روش مختلف برای اصلاح نشاسته طبیعی وجود دارد که شامل اصلاح شیمیایی، اصلاح فیزیکی،  اصلاح آنزیمی و اصلاح دوگانه است. به منظور بهبود خواص چسبانندگی نشاسته و افزایش ماندگاری، اصلاح نشاسته با استفاده از مواد شیمیایی متداول‌ترین روش است. با ایجاد اصلاحات فیزیکی و شیمیایی می‌توان خواص چسبانندگی، دمای ژلاتیناسیون، مقاومت در برابر دما، برش، اسید و رتروگراداسیون نشاسته را بهبود بخشید. 

انواع نشاسته‌های تجاری مانند ذرت و دیگر غلات به‌طور معمول تحت اصلاحات فیزیکی یا شیمیایی می‌تواند در صنایع غذایی مختلف مورد استفاده قرار گیرد. نشاسته اصلاح شده برای به‌دست‌آوردن پایداری حرارتی یا مقاومت در مقابل گرما، پایداری طی فرایند منجمد‌کردن و حل‌شدن در آب سرد به آرامی مورد اصلاح قرار می‌گیرد. 

اصلاح شیمیایی، شامل ورود گروه‌های عاملی به داخل مولکول‌های نشاسته و در‌نتیجه تغییر خواص فیزیکوشیمیایی آنها است. گروه‌های هیدروکسیل (OH)  موجود در نشاسته، هدف این تغییرات شیمیایی قرار می‌گیرند. اصلاح شیمیایی سبب تغییرات عمده‌ای در ویژگی‌های نشاسته، از جمله ژلاتیناسیون و رتروگراداسیون آنها می‌گردد.

از انواع نشاسته‌های اصلاح‌شده پرکاربرد در صنایع غذایی و غیر‌غذایی می‌توان به نشاسته‌های استیله، فسفاته، هیدروکسی‌پروپیله، پری‌ژلاتینه و اکسید نام برد که هر یک از این انواع نشاسته براساس صنعت و محصول هدف انواع مختلفی دارند و خواص رئولوژیکی متفاوتی از خود نشان می‌دهند . 

نشاسته اتصال‌یافته

یکی از انواع نشاسته‌های اصلاح‌شده، نشاسته با اتصالات عرضی است که عملکرد نشاسته اتصال‌یافته به میزان اتصالات آن وابسته است. این نوع نشاسته به‌طور گسترده در صنایع غذایی به عنوان غلظت‌دهنده، استابیلایزر و بافت‌دهنده استفاده می‌شود. همچنین در سس‌های سالاد به منظور ایجاد غلظت با ویسکوزیته پایدار در pH های پایین و نیروهای برشی زیاد در طی فرایند هموژنیزاسیون استفاده می‌گردد. جزیی در آماده‌سازی پای‌ فیلینگ‌ها، نان، پودینگ‌ها، غذاهای کودک، سوپ‌ها، سس‌ها و خوراک‌ها است. 

طی مطالعاتی گزارش شده است که نشاسته ذرت اتصال‌یافته با سدیم‌تری‌متافسفات/سدیم‌تری‌پلی‌فسفات سبب کاهش حلالیت و شفافیت خمیر نشاسته ذرت می‌گردد. همچنین حلالیت نشاسته ذرت اتصال‌یافته با افزایش درجه اتصالات در تمام دماها در مقایسه با نشاسته طبیعی کاهش می‌یابد. این پدیده به‌دلیل افزایش چگالی نشاسته اتصال‌یافته است که از تجزیه گرانول‌های نشاسته در طی ژلاتیناسیون جلوگیری می‌کند.

یکی از انواع نشاسته اصلاح‌شده شیمیایی، نوع فسفاته مونو‌استری است که استرهای مونوفسفات نشاسته، ویسکوزیته، شفافیت و پایداری بیشتری حتی در شرایط انجماد و مخصوصا هنگام خروج از انجماد در محصولات غذایی ارائه می‌دهند.

نشاسته استیله‌ شده

نشاسته استیله‌شده یکی دیگر از انواع نشاسته اصلاح شده است که گروه‌های هیدروکسیل آن با گروه‌های استر (استیل) جایگزین شده است. از ویژگی‌های آن، پخت مناسب، پایداری در طی ذخیره‌سازی، بافت پایدار، ظاهر مناسب، جلوگیری از رتروگراداسیون، تقویت ویژگی‌های هیدروفوبیک، مقاومت حرارتی، توانایی تشکیل فیلم و بهبود ویژگی ترموپلاستیک می‌باشد. نوع استیله شده ، آب را در دماهای پایین و شرایط انجماد حفظ می‌نمایند. مخصوصا نشاسته‌های استیله‌شده با آمیلوز کم مثل تاپیوکا، سیب‌زمینی و ذرت این ویژگی را دارند. این ویژگی سبب می‌شود این نوع از نشاسته‌های اصلاح‌شده از ایجاد کدورت، تشکیل ژل و سینرزیس ممانعت به‌عمل آورند. به‌همین‌دلیل این نوع اصلاح‌شده معمولا سبب پایداری و شفافیت محلول  و افزایش میزان تورم و پخش‌پذیری گرانول‌های نشاسته و جلوگیری از رتروگراداسیون می‌گردند. این نشاسته اصلاح‌شده در صنایع غذایی به‌عنوان ترکیب ضد تشکیل ژل استفاده می‌گردد. از نوع استیله‌شده با آمیلوز بالا در آب‌نبات های صمغی استفاده می‌گردد. همچنین به عنوان اتصال‌دهنده مقاوم به اسید در صنایع غذایی کاربرد دارد.

از نشاسته اصلاح شده شیمیایی در جایگزینی چربی در محصولات لبنی استفاده می‌نمایند که اثر خوبی در سینرزیس و جریان‌پذیری و ویژگی‌های ویسکوالاستیک محصولات لبنی دارد. 

نشاسته اصلاح‌شده آنزیمی

علاوه بر این، نشاسته اصلاح‌شده آنزیمی می‌تواند در معرض آنزیم‌های آمیلازی قرار گیرد. مالتودکسترین نمونه‌ای از نشاسته اصلاح‌شده آنزیمی است که با استفاده از آنزیم‌های آمیلازی تولید می‌گردد و در صنایع غذایی، دارویی و… به عنوان ماده کمکی، بهبود‌دهنده، پرکننده و قوام‌دهنده مورد استفاده قرار میگیرد.