ماندانا علی‌پور

مدیر تحقیق و توسعه پالایشگاه غلات گلشهد

نشاسته طبیعی به دلیل خاصیت عملکردی پایین، کاربرد صنعتی محدودی دارد و برای افزایش کاربرد آن باید تغییرات فیزیکی، شیمیایی یا آنزیمی در مولکول نشاسته ایجاد گردد تا سپس بتوان از آن در زمینه‌های مختلف صنایع غذایی و دارویی استفاده کرد. یکی از محصولات  حاصل از تغییرات نشاسته، مالتودکسترین است.

از آنجاکه نشاسته طبیعی خاصیت عملکردی پایینی دارد، کاربرد آن در صنعت محدود است. برای افزایش کاربرد آن باید تغییرات فیزیکی، شیمیایی یا آنزیمی در مولکول نشاسته ایجاد نمود و دامنه محصولات با ویژگی‌های خاص را افزایش داد؛ محصولاتی که سپس طیف وسیعی از کاربردها در زمینه‌های مختلف صنایع غذایی و دارویی را پوشش می‌دهند (Rocha et al., 2005.). راهی آسان و سریع برای به دست آوردن کربوهیدرات با خواص عملکردی خاص، هیدرولیز نشاسته است.

معادل دکستروز (DE) معیاری از درجه هیدرولیز مولکول نشاسته است که به‌عنوان محتوای قند احیا‎‌‌کننده مستقیم (ARD) تعریف می‌شود که بر حسب درصد گلوکز بر اساس ماده خشک بیان می‌گردد. بسته به درجه هیدرولیز مولکول نشاسته، طیف وسیعی از محصولات به دست می‌آید که با توجه به محتوای (DE)، به مالتودکسترین‌ها و شربت‌ها طبقه‌بندی می‌شوند؛ مالتودکسترین‌ها دارای (DE) <20 و شربت‌ها دارای DE ≥ 20 هستند (McPherson and Seib, 1997).

ویژگی‌های مالتودکسترین:

مالتودکسترین [(C₆ H₁₀O₅) nH₂O]   به‌وسیله سازمان غذا و دارو (FDA) به عنوان مخلوطی از کربوهیدرات مغذی، غیرشیرین، با درجات مختلف پلیمریزاسیون، متشکل از واحدهای D-گلوکز که با پیوندهای گلوکزیدیک α(1,4) و   α(1,6)به هم متصل شده‌اند، تعریف می‌شود. این مواد دارای DE <20 هستند. مالتودکسترین‌ها به صورت پودر سفید یا محلول‎های غلیظ ارائه و عموماً به عنوان مواد افزودنی ایمن (GRAS) طبقه بندی می‌شوند (Marchal et al., 1999; Storz and Steffens, 2004, Storz and Steffens2004; Dokic-Baucal et al. 2004; Gibiński 2008; Muntean et al. 2010).

میانگین وزن مولکولی و درجه هیدرولیز مالتودکسترین‌ها با معادل دکستروز(DE)  تغییر می‌کند به عبارت دیگر، مقدار DE مالتودکسترین به طور کلی بین 0 و 20 متغیر است (Archilla, 1999). در نتیجه، هنگامی که مقدار DE مالتودکسترین افزایش می‌یابد، وزن مولکولی آن کم می‌شود. مالتودکسترین‌هایی که مقادیر DEمتفاوتی دارند، خواص فیزیکوشیمیایی متفاوتی را نشان می‌‌دهند. جذب رطوبت بیشتر در مالتودکسترین با DE بالاتر و وزن مولکولی کمتر، دیده می‌شود (Archilla, 1999). علاوه بر این، نتایج دیگر مطالعات نشان می‌دهد مالتودکسترین‌های با مقدار DE بالاتر، حلالیت و شیرینی بالاتری دارند (Chugh et al., 2013). همچنین با افزایش مقدارDE، جذب رطوبت، حلالیت، اسمولالیته (غلظت مواد جامد محلول در یک محلول) و اثربخشی آنها با کاهش نقطه انجماد افزایش می‌یابد در حالی که ویسکوزیته، چسبندگی و جلوگیری از تشکیل کریستال درشت با کاهش مقدارDE ،  افزایش نشان می‌دهد (Dokic-Baucal et al., 2004; Y.-J. Wang & Wang, 2000). حتی مالتودکسترین‌هایی که مقدار DE یکسانی دارند، ممکن است به دلیل تفاوت در نحوه تولید مالتودکسترین (هیدرولیز)، منبع نشاسته و نسبت آمیلوز / آمیلوپکتین خصوصیات فیزیکوشیمیایی بسیار متفاوتی نشان دهند al., 2004) (Dokic-Baucal et.

شکل 1- هیدرولیز نشاسته و تبدیل به قندها

فرض بر این است که ویژگی‌های عملکردی مالتودکسترین‌ها و درجه DE با هم مرتبط هستند که به‌طور عملی به عنوان راهنمای تعیین کاربردهای آنها استفاده می‌شود. مثلا، مالتودکسترین ها با DE10 معمولاً برای حامل طعم دهنده، انکپسوله کردن مواد معطر، سس‌های فوری و محصولات رژیمی و سبک و مالتودکسترین‌های با DE 15 برای نوشیدنی‌های ایزوتونیک و سوپ‌های کم‌آب استفاده می‌شوند. مالتودکسترین‌های با DE 20 برای پودر شکلات، دسرهای لبنی، پودر نوشیدنی، و مواد پیش مخلوط‌ها نانوایی صنعتی به کار می‌روند..

منابع اصلی تجاری نشاسته برای تولید صنعتی مالتودکسترین عبارتند از: ذرت، سیب زمینی و برنج، اما می‌توان آنها را از انواع مواد نشاسته‌ای مانند تاپیوکا، گندم، سورگوم و غیره نیز تهیه کرد که بستگی به در دسترس‌بودن و قیمت مواد خام تولید‌شده در هر کشور دارد. (Jimenez et al., 2007; Antonio et al., 2009; Jing et al., 2011)

مالتودکسترین نسبت به نشاسته خام، در آب محلول‌تر و از سایر هیدروکلوئیدهای اصلی خوراکی نیز ارزان‌تر است و محلول‌های آن بدون رنگ و دارای طعم ملایم هستند و بافت لطیفی در دهان دارند (Dokic-Baucal et al. 2004).

تولید مالتودکسترین:

مالتودکسترین‌ها به صورت صنعتی با هیدرولیز کنترل‌شده نشاسته، با استفاده از اسیدها، آنزیم‌ها یا با ترکیب هر دو به دست می‌آیند (Lumdub wong and Seib, 2001). امروزه روش هیدرولیز اسیدی در صنعت کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد. روش‌های اسیدی بیشتر برای تهیه شربت گلوکز استفاده می‌شود. تولید شربت یا پودر کمتر از 30 درصد DE از طریق فرآیند هیدرولیز اسیدی به دلیل تشکیل نشاسته غیرقابل تجزیه و پایدار در حالت کریستالی دشوار است. در فرایندهای پیوسته تولید فرآورده‌های هیدرولیز شده نشاسته، روش‌های هیدرولیز آنزیمی یا مخلوطی از اسید و آنزیم جایگزین هیدرولیز اسیدی شده‌اند. استفاده از آنزیم در فرآیند هیدرولیز به دلیل چندین مزیت در مقایسه با استفاده از محلول اسید گسترده‌تر است. روش آنزیمی در مقایسه با فرایند اسیدی، دارای مزایای برجسته‌ای است. تجهیزات هیدرولیز آنزیمی آسان‌تر از تولید با استفاده از اسید است که به تجهیزات مقاوم در برابر اسید نیاز دارد. عدم نیاز به حذف نمک‌های تشکیل‌شده در حین خنثی‌سازی اسید، عملکرد آنزیم در محدوده pH وسیع‌تر و در دماهای پایین‌تر نسبت به هیدرولیز اسیدی (با صرفه جویی آشکار در انرژی)، راندمان بالاتر و کنترل آسان‌تر فرآیند از مزیت‌های روش آنزیمی است. همچنین در حین فرایند هیدرولیز مواد نامرغوب کمتری تولید می‌شود (Haki and Rakshit 2003 ).

مشخصات کربوهیدراتی مالتودکسترین‌های به دست آمده از هیدرولیز، یعنی میانگین درجه پلیمریزاسیون آن (GPP)، خطی بودن و درجه انشعاب کربوهیدرات‌های تشکیل‌دهنده آنها، تحت تأثیر منبع و غلظت نشاسته آغاز کننده، شرایط (دما و زمان) و همچنین نوع و غلظت آنزیم مورد استفاده در این فرآیند، روش و هیدرولیز است. به این معنی که ممکن است مالتودکسترین‌هایی با DE یکسان وجود داشته باشد، اما ممکن است ترکیب مولکولی متفاوت، خطی بودن و انشعاب ادغام کربوهیدرات‌ها، خواص فیزیکوشیمیایی و عملکردی در هر یک از آنها متفاوت باشد (Chronakis, 1998; Marchal et al., 1999).

بر اساس تفاوت در ترکیب شیمیایی و ساختار نشاسته آغاز‌کننده، زمان هیدرولیز آنزیمی مورد نیاز برای به دست آوردن مالتودکسترین با DE مورد نظر برای هر نوع نشاسته اولیه متفاوت خواهد بود. معادل دکستروز (معادل گلوکز) مالتودکسترین با نسبت آمیلوز و محتوای آمیلوپکتین در نشاسته مورد استفاده برای تولید آن ارتباط دارد. محتوای آمیلوپکتین بالاتر با معادل دکستروز بالاتر مالتودکسترین مرتبط است. نسبت بین مولکول های زنجیره آمیلوز خطی و زنجیره شاخه دار آمیلوپکتین با توجه به ماهیت نشاسته متفاوت است. بیشتر نشاسته ها بین 15 تا 35 درصد آمیلوز دارند.

فرآیند هیدرولیز نشاسته آنزیمی در شکل 2 نشان داده شده است.

                                                           شکل2- هیدرولیز آنزیمی نشاسته و محصولات حاصل از آن

قسمت‌های بعدی این مقاله را درباره کاربردهای آن  در مجله میکروسکوپ دنبال کنید.

برای مطالعه مطالب بیشتر در زمینه تحقیق و توسعه در صنایع غذایی و بهداشتی، میکروسکوپ را دنیال کنید.