چگونه می توان نشاسته را در طیف وسیعی از محصولات غذایی استفاده کرد؟
تاریخ انتشار:01/05/14

چگونه می توان نشاسته را در طیف وسیعی از محصولات غذایی استفاده کرد؟

بخش 1

نشاسته یکی از پرکاربردتری و انعطاف پذیرترین تثبیت کننده های غذایی است. از جمله کاربردهای شناخته شده قوام دهی و خاصیت تشکیل ژل در طیف وسیعی از موادغذایی است.

در این مقاله به معرفی انواع اصلی نشاسته ها و کاربردهای متنوع آنها در فرآوری موادغذایی میپردازیم.

چگونه می توان نشاسته را برای ایجاد طیف وسیعی از بافتها, تنوع در میزان قوام و سیستم های ژل سازی کنترل و استفاده کرد.

تلاش کرده ایم با دورشدن از کاربردهای سنتی نشاسته نگاهی خلاقانه به رفتارهای نشاسته های مختلف و استفاده از فناوری‌ها برای توسعه محصولات نوآورانه مبتنی بر نشاسته داشته باشیم.

 کربوهیدرات - بلوک انرژی برای زندگی است و این باعث می شود کربوهیدراتها از بزرگترین محصولات کشاورزی جهان باشند هم از تنوع و هم از نظر در دسترس بودن و عملکرد.

قیمت, مصارف و تنوع کارایی منجر به ایجاد صنعت نشاسته ها شده است.  صنعتی که فرای بحث تامین منبع انرژی (کالری) با استفاده از ویژگی هایی نظیر انعطاف پذیری, محلول در آب و قابل هضم بودن، این پلیمرها را تبدیل شدن به یکی از بزرگترین و پرکاربردترین مواد کاربردی د بسیاری از صنایع از جمله مواد غذایی، صنعتی، پزشکی و آرایشی نموده است.

نگاهی به بازار

هرچند  بازده بهبود محصولات از طریق مهندسی بیوتکنولوژی همچنان ادامه دارد اما مسائل عمده ای نظیر گرم شدن کره زمین و کمبود منابع آب و بارش کمتر و اخیرا هم مسایل ژئوپلوتیکی نظیر جنگ در قیمتها و دسترسی به محصولات تاثیر جدی می گذارد.

تصویر ۱: حجم تولید نشاسته جهانی بر اساس منطقه

نشاسته اصلاح شده

توسعه گونه های  GMO  مسئله حساسی است، به ویژه در اروپا، که  با پذیرش بیشتر در مناطق دیگر دنیا در تضاد است. با این حال، محصولات  GMO توسعه یافته تا امروز مقرون به صرفه ترین میباشند و در شرایط آب و هوایی فعلی بازدهی بالاتری در کاشت و برداشت دارند.

به زبان ساده، نشاسته ها پلیمرهای زنجیره بلند واحدهای d-glucopyranose هستند که از طریق فرآیندهای رشد در محصولات گیاهی مختلف از یکدیگر متمایز می شوند. این بر تعداد و راه‌های پیوند این ''واحدها'' با هم تأثیر می‌گذارد که در واقع باعث  تفاوت عملکردی بین نشاسته های مختلف میشود. درجه پلیمریزاسیون  یا    DP  به میزان این واحدها بستگی دارد.

نشاسته های تجاری موجود در بازار شامل ترکیبی از آمیلوز و آمیلوپکتین  هستند)   تصویر ۲(

تفاوت ها در DP و نسبت آمیلوز و آمیلوپکتین هر دو به منجر به عملکردها و خواص مختلفی در نشاسته های منتخب می شوند.

 

تصویر ۲: آمیلوز با زنجیره بلند و آمیلوپکتین منشعب

  نشاسته

 

تصویر ۳: نسبت آمیلوز و آمیلوپکتین در برخی نشاسته ها

نشاسته

آمیلوز  

 %   آمیلوپکتین

سیب زمینی

۲۱

۷۹

گندم

۲۸

۷۲

ذرت

۲۶

۷۴

تاپیوکا

۱۷

۸۳

ذرت مومی

 

۱۰۰

 

 

 

کاربردهای نشاسته:

ما در اینجا به دو کاربرد اصلی نشاسته میپر‌دازیم، قوام‌دهی و تشکیل ژل.

درک چگونگی ایجاد این خواص )یا به اصطلاح رفتارهای نشاسته) ،‌به ما مدیران توسعه محصول خواهد کرد تا با توجه به نیازها، بتوانند به کاربردهای خلاقانه‌تر نشاسته دست یابند.

غلظت (قوام دهی)

اصلی‌ترین ویژگی غلیظ شدن نشاسته زمانی رخ می دهد که دانه های نشاسته به حداکثر اندازه خود رسیده و در طول عمر محصول آن را حفظ کنند. به عبارت ساده، گرانول های متورم مانند "بادکنک" عمل می کنند که یک فضا یا حجم را پر می کند و این ناتوانی در حرکت آسان است که باعث ویسکوزیته می شود.( تصویر ۴)

 

تصویر ۴: ماهیت فضا پر کردن دانه های نشاسته متورم.

 

ماهیت انعطاف پذیر بالون ها به این معنی است که سایر مواد می توانند در شکاف ها یا در فاز پیوسته قرار گیرند، مانند قندهای محلول، نمک ها یا هیدروکلوئیدها، یا به عنوان "ذرات" مجزا، مانند قطرات روغن امولسیون شده یا ذرات غذا مانند دانه ها.

برای مشاهده فورمولاسیونهای پیشنهادی، به مطالعه ادامه مقاله بپردازید.

تشکیل ژل

نشاسته می تواند به عنوان عامل تشکیل ژل عمل کند.  در اینجا، گرانول های نشاسته شکسته شده اند و زنجیره های آمیلوز و آمیلوپکتین که در محلول آزاد هستند می توانند برای تشکیل ژل ترکیب شوند.  نوع فعل و انفعالات، طول زنجیره و برهمکنش با سایر مواد بر روی خواص ژل تاثیر دارد.

در محلول‌های داغ، پلیمرها دارای درجه خاصی از آزادی برای حرکت هستند و شروع به تعامل با یکدیگر و ایجاد شبکه‌ می‌کنند.  در واقع در طول فاز سرد شدن است که این فعل و انفعالات افزایش می یابد و شبکه ژل قوی تری تشکیل می شود.  این مرحله از پروسه می‌تواند حساس باشد. به طور کلی با خنک‌سازی نسبتاً سریع، یک شبکه ژله‌ای تشکیل می‌شود، اما اگر خنک‌سازی کندتر انجام شود، یا اگر غلظت بالاتری از نشاسته یا سطوح پایینی از مواد دیگر وجود داشته باشد که می‌توانند برهم‌کنش داشته باشند، فرآیندی به نام رتروگراسیون می‌تواند رخ دهد که در آن ذرات کوچک، گسسته و نامحلول ایجاد میشوند.  این رسوب عموماً برای ژل شدن و غلیظ شدن نامطلوب است.

نشاسته هایی با محتوای آمیلوز بالاتر احتمال رسوب یا رتروگراد شدن آنها بیشتر است.

 این نکته  ما را به مرحله مهم بعدی می‌برد: چگونگی دستیابی به ویژگی‌های مطلوب تغلیظ یا تشکیل ژل؛

کنترل خواص تغلیظ  و تشکیل ژل

نشاسته به طور کلی به صورت مجزا مورد استفاده قرار نمی گیرد و از این رو دانستن اثرات سایر مواد ضروری است.  دو اثر کلی وجود دارد که باید در نظر گرفته شود: فعل و انفعالات فیزیکی، مانند حجیم شدن یا مسدود کردن، و فعل و انفعالات الکترواستاتیک.

 اولین مورد در جایی دیده می شود که یک عنصر دیگر در سیستم وجود دارد که باعث کاهش فضای تعامل نشاسته ها می شود.  این اثر حجیم می تواند بر ویسکوزیته و بافت کلی تأثیر بگذارد.

 اثر دوم بسیار مهمتر است و می تواند به چند حوزه تقسیم شود.  اضافه‌کردن سایر مواد جامد محلول در آب مانند قندها باعث کاهش آب موجود در سیستم می شود، این آب برای هیدراته شدن نشاسته و عملکرد آن مهم است.  افزودن آب بیشتر یا تغییر ترتیب افزودن مواد برای اینکه ابتدا نشاسته هیدراته شود، می تواند نتایج متفاوتی داشته باشد.  مواد جامد اضافی نیز با افزایش دما ممکن است تمایل به ژل شدن داشته باشند،  هنگامی که جامد محلول در آب شارژ می شود، برای مثال نمک ها، برهمکنش هایی بین نشاسته و این نمک ها از طریق فعل و انفعالات یونی وجود خواهد داشت.  این امر به طور کلی باعث کاهش قدرت تورم نشاسته می شود.

نکته مهم دیگر فعل و انفعالات قوی بین نشاسته و سایر هیدروکلوئیدهاست.  یکی از رایج ترین آنها بین نشاسته و صمغ زانتان است.  اینها به صورت سینرژیک با هم تعامل دارند به طوری که ویسکوزیته ترکیب آنها بیشتر از مجموع اجزا (جدا) میباشد.

نشاسته‌های اصلاح‌شده یا مودیفای شده

یک نشاسته غذایی اصلاح شده تحت یک یا چند تغییر شیمیایی یا فیزیکی قرار می گیرد که به آن اجازه می دهد تحت گرمای زیاد و/یا برشی که اغلب در طول فرآوری مواد غذایی با آن مواجه می شود به درستی عمل کند.  بنابراین، کلمه "تغییر یافته یا اصلاح شده" به ساختار شیمیایی مولکول نشاسته اشاره دارد و هیچ ارتباطی با گیاهان یا غذاهای اصلاح شده ژنتیکی ندارد.

 نشاسته های غذایی معمولاً به عنوان غلیظ کننده و تثبیت کننده در غذاهایی مانند پودینگ یا دسر، سوپ، سس یا لبنیات استفاده می شوند، اما کاربردهای بسیار دیگری نیز دارند.  در بسیاری از محصولات غذایی شرایط برای ژل شدن مناسب نشاسته مناسب نیست.  با اصلاح شیمیایی نشاسته، خواص مولکول تغییر می کند و امکان استفاده از نشاسته در غذاهایی با pH پایین، یا غذاهایی که نمی توان آنها را حرارت داد، هم ایجاد می‌شود.

سه راه اصلی برای اصلاح نشاسته‌ها وجود دارد؛ اصلاح فیزیکی، اصلاح شیمیایی و اصلاح آنزیمی

قوانین و استانداردهای بسیار محکم و مشخصی برای استفاده از هر کدام‌‌ از این راهها وجود دارد تا امنیت و سلامت مواد اولیه غذایی، کاملا حفظ شود.

موارد کاربردی نشاسته‌ها و چهارچوب‌های فرمولاسیون

 در این بخش بر روی کاربردها تمرکز داریم و سفری را از غلیظ شدن تا ویژگی های ژل شدن نشاسته طی خواهیم کرد، در همه کاربردها، اثرات متقابل نشاسته، اندازه و شکل ذرات برای دستیابی به محصول نهایی مناسب در نظر گرفته می شود.

سوپ‌های آماده

اولین هدف حفظ ساختار دانه ای نشاسته برای به دست آوردن حداکثر قدرت تغلیظ یا قوام‌دار شدن است.  بازار سوپ )و آش) از مهم‌ترین بازارهای مصرف‌کننده نشاسته هستند چر که غلیظ شدن دلیل اصلی استفاده از این ماده اولیه است.

 در کل بازار سوپ ها و سس ها زیرمجموعه های مختلفی وجود دارد که با توجه به کاربرد نهایی و بافت های مورد نیاز نشاسته‌های مختلفی می‌تواند مصرف شوند، لذا در نظر گرفتن نقش نشاسته در محصول نهایی بسیار اهمیت دارد.

دمای ژلاتینه شدن پایین و شفافیت بالا، نشاسته مبتنی بر سیب‌زمینی را به انتخاب ارجح در فورمولاسیون سوپ تبدیل می کند.  همچنین نشاسته‌های مبتنی بر نخود به دلیل قابلیت امولسیون کنندگی بالا برای این کاربردها ایده آل هستند.

در سوپ‌های پودری، با حداقل فرآوری می‌توان به حداکثر ویسکوزیته دست یافت.  در اینجا عوامل مهم تر عبارتند از: دمای ژل یا خمیر، سهولت پراکندگی، طعم و قدرت ویسکوزیته یا غلظت.  سهولت پراکندگی نیز مهم است زیرا نشاسته باید بدون توده پراکنده شود تا به خوبی متورم شود و غلظت مورد نیاز به دست آید.

سس‌ها و چاشنی‌ها (مایع)

سس‌هاغذاهای آمادهٔ مصرفی هستند که نیاز به پخت یا آماده‌سازی توسط مصرف‌کننده‌ ندارند، این ب‌ان معنی است که ویژگی‌های نشاسته مصرفی باید متفاوت باشند.

سس‌های با فرآوری حرارتی (داغ) مانند سس کچاپ یا سس مایونز، معمولاً محصولاتی با pH پایین هستند، بنابراین دانه‌های نشاسته باید برای تحمل pH و حرارت پایین تقویت شوند.  لذا استفاده از نشاسته‌های اصلاح‌شده  بهترین انتخاب می‌باشد.

استفاده از نشاسته های مختلف در این محصولات یکی از بارزترین تفاوت ها را می توان در سطح محصول و بافت مشاهده کرد.  تفاوت‌ها در اندازه‌های دانه‌های نشاسته می‌تواند منجر به تغییر در ظاهر از خمیری به صاف و یکپارچه شود. این امر به‌ویژه هنگام تهیه سس‌های مبتنی بر گوجه‌فرنگی مشهود است  به ای ترتیب که دانه‌های درشت نشاسته مبتنی بر سیب‌زمینی منجر به ظاهر و بافت خمیری خواهد شد در حالی که دانه‌های کوچک‌تر نشاسته ذرت منجر به ظاهر و بافتی همگون و صاف‌تر خواهد شد.

بیشتر سس‌ها در واقع یک محلول امولسیون هستند، به عنوان مثال سس مایونز؛  در سس مایونز، قطرات روغن در کنار هم قرار می گیرند و فعل و انفعالات سطحی بین قطرات، سیستم را کنار هم نگه می دارد دقیقا مانند عملکرد دانه‌های نشاسته! با گرایش به محصولات سالم‌تر (کم‌چرب) و همچنین برای کاهش هزینه‌ها، نشاسته‌ها توانستند «جایگزین» قطرات روغن شوند و ساختاری بسازند که نمایانگر سس مایونز در بافت و ظاهر باشند.

تولید سس مایونز شامل استفاده از برش زیاد (مخلوط کردن یا  Shear ) استو در عین حال نشاسته باید در طول این فرآیند دست نخورده باقی بماند تا ساختار نهایی را تحویل دهد.

نشاسته منتخب باید ساختار دانه ای برای ایجاد قوام و غلظت مناسب داشته باشد، اگرچه اگر محصول بیش از حد برش داده شود، دانه ها بیش از حد شکسته شده و محصول رقیق می شود.  بنابراین با توجه به فورمولاسیون و نوع نشاسته، مراحل فرآوری باید به دقت بررسی شوند.

 

نمونه فرمولاسیون پیشنهادی برای سس سالسا

نمونه فرمولاسیون پیشنهادی برای سس سالسا

لبنیات

محصولات لبنی گروه بعدی محصولاتی هستند که نیاز به طیف گسترده ای از بافت ها دارند.

اولین تقسیمی که می توان انجام داد، بین محصولات تخمیر نشده و تخمیر شده است، به عنوان مثال یک دسر آماده در مقابل یک ماست آماده مصرف.  در اولی، تمام ویژگی‌های کلیدی ژل‌کننده و غلیظ‌کننده از عامل بافت‌دهنده ناشی می‌شود، در حالی که در دومی، کشت و نحوه واکنش آن با پروتئین‌ها نیز نقش مهمی ایفا می‌کند.  طیف گسترده‌ای از بافت‌ها از غلیظ‌ شده، ژل‌ نرم تا ژله محکم‌تر تا دسرهای فرم‌گرفته و قالب‌گیری شده وجود دارد.

اگرچه بسیاری از دسرها غلیظ هستند، اما بیشتر دسرها حالت ژلی دارند.  حرکت به سمت ساختار ژلی با آزادسازی بیشتر آمیلوز و آمیلوپکتین حاصل می شود.  برای دستیابی به این هدف، محصولات به درجه ای از تجزیه گرانول نشاسته برای آزادسازی اجزای ژل کننده متکی هستند.  همانطور که دسر بیشتر به سمت بافت ژله ای حرکت می کند، این پتانسیل نیز وجود دارد به جای استفاده از نشاسته های مومی  به سمت استفاده از آن هایی که آمیلوز بیشتری دارند، مانند نشاسته سیب زمینی یا ذرت حرکت کنیم  تا ژل سفت تری به دست آوریم.

برای دسرهای فوری طیفی از نشاسته‌ها وجود دارد که در صورت لزوم می‌توانند از حالت غلیظ شده تا ژله‌ای تبدیل شوند.

بسته به مراحل تولید و نحوه مصرف محصول می توان از ترکیب نشاسته های مختلف استفاده کرد.

در صنعت بستنی، بحث کاهش هزینه ها و بحث کیفیت بسیار تنگاتنگ حرکت میکنند چرا که انگیزه اصلی مصرف کننده، لذت بردن است.

استفاده ازنشاسته های اصلاح شده برای جایگزینی مواد اولیه مانند پروتئین و چربی شیر، امکان پذیر است.  از جمله میتوان به نشاسته تاپیوکا اشاره کرد که از نظرعملکرد به مواد جامد شیر، نزدیک است.

 

نمونه فورمولاسیون پیشنهادی برای بستنی با چربی کمتر

نشاسته مودیفاید

 

کاربردهای نشاسته در کانفکشنری     (confectionary) وبیکری  (Bakery)  هم بسیار گسترده است، در گزارشی دیگر به این دو بخش خواهیم پرداخت.

منابع

https://www.cargill.com/food-beverage/emea/functional-systems-applications

http://www.starch.dk/isi/starch/index.asp

https://www.tateandlyle.com/sites/default/files/2017-08/Tate%20and%20Lyle%20Texturants%20Sell%20Sheet_SoupSaladDress-112216_A4_EN-GB.pdf

http://www.food-info.net/uk/carbs/starch.htm

Food Stabilisers, Thickeners & Gelling Agent by Alan Imeson

 

 

 

 

نظرات کاربران

برای ثبت نظرات، نقد و بررسی شما لازم است ابتدا وارد حساب کاربری خود شوید.