Amidonul și produsele derivate din amidon

Amidonul este un polizaharid de rezervă, specific organismelor vegetale, care se găseşte atât în ţesuturile fotosintetice, cât şi în majorit...

Amidonul este un polizaharid de rezervă, specific organismelor vegetale, care se găseşte atât în ţesuturile fotosintetice, cât şi în majoritatea ţesuturilor de rezervă (seminţe, tubercule etc).

Extragerea amidonului se face din:

• seminţe: amidonurile cerealiere (porumb, orez, secară, grîu);
• amidonurile leguminoase: amidonul de cartofi;
• tulpini: amidonul de saga;
• fructe: amidonul de banane.

Ponderea amidonului este influenţată de originea botanică, varietatea plantei, condiţiile pedoclimatice.

Structura Amidonului

Funcţia amidonului în plante este funcţia a unui compus de rezervă energetică, necesară păstrării vitalităţii seminţelor în timpul depozitării şi este utilizat la germinare, până la dezvoltarea frunzelor care, prin fotosinteză, pot ulterior sinteza zaharuri simple. Pentru îndeplinirea acestei funcţii, planta îşi sintetizează amidonul sub formă de granule, acesta fiind modul convenabil de a-l utiliza, ulterior, treptat ca substrat pentru enzime. 

Granulele se caracterizează prin formă şi dimensiuni diferite în funcţie de zestrea genetică şi de activitatea enzimatică a celulelor în care se formează. Granula de amidon este considerată o entitate compusă din straturi concentrice denumite striuri, care sunt considerate inele de creştere datorate mecanizmului de biosinteză a amidonului. La nivelul fiecărui strat, moleculele de amiloză şi amilopectină sunt întrepătrunse pe direcţie radială şi se asociază prin legături de hidrogen şe legături van der Waalls pe direcţie transversală, formînd unităţi structurale organizate (micelii), orientate radial.

Proprietățile fizice ale amidonului și componentelor sale

La temperatura camerei şi pentru pH cuprins între 3 şi 10, granulele de amidon sunt insolubile. Această proprietate este pusă pe seama organizării interne a granulelor de A.N. La temperatura camerei, amidonul stabileşte un echilibru cu W din atmosferă, prin adsorbţia reversibilă a apei. Cantitatea de apă adsorbată este influenţată de: temperatură, umiditatea relativă a aerului şi specia botanică, umiditatea amidonului fiind în condiţii normale de 10-17%. Granulele native de amidon, deşi sunt insolubile în apă rece, ele se umflă reversibil, devenind parţial hidratate. 

Prin încălzire la temperaturi de peste 60ºC are loc distrugerea ireversibilă a granulei de amidon, transformare care poartă numele de gelatinizare. În urma unui tratament hidrotermic granula de amidon trece trei stadii: granulă umflată, granulă gelatinizată şi granulă solubilizată. Prin încălzirea unei suspensii de amidon în apă, granulele se umflă fără a-şi modifica înfăţişarea până în momentul în care este atinsă o temperatură critică numită şi temperatură de gelatinizare.

Prin răcirea dispersiei de amidon (pastă sau clei) au loc reorganizări ale amilozei şi amilopectinei ce conduc la formarea unui gel opac. Aceste reorganizări constau dintr-o separare de fază a amilozei de amilopectină, urmată de formarea unei reţele tridimensionale stabile. Stadiile ulterioare gelifierii sunt caracterizate printr-o tranziţie de la organizarea tip ghem static la o organizare tip dublu helix a lanţurilor liniare, urmată în a doua etapă de formarea cristalelor prin agregarea heluxurilor duble. Această cristalizare are loc cu o viteză ridicată în cazul amilozei şi mult mai lentă în cazul amilopectinei. Formarea cristalelor este însoţită de o creştere a rigidităţii şi o separare a fazelor polimer/solvent (sinereză). Aceste transformări sunt cunoscute sub numele de retrogradarea amidonului.

TEHNOLOGII DE OBȚINERE A AMIDONULUI

 Surse
 Principalele materii prime utilizate pentru obţinerea A.N. sunt: porumbul, tuberculii de cartofi, făina de grîu şi orezul.

Tabelul 1. Compoziţia chimică a unor surse de amidon

Denumirea componentului	Porumb,% faţă des.u.	Grîu,% faţă des.u.	Cartofi,% faţă des.u.
Substanţă uscată, din care	83,3	85,5	25
Amidon	64-78	50-68	60-66
Proteine	8-14	11-16	6,5-8,5
Grăsimi	3,1-5,7	1,6-2,8	0,3-0,5
Celuloză brută	1,8-3,5	2,5-3,4	3-3,5
Zaharuri	1,0-3,0	11,5-14,1	1 15-17
Cenuşă	1,1-3,9	1,4-2,6	3,5-4,0

 
Tehnologia de extracţie a amidonului de porumb
Principalele operaţii ale procesului tehnologic de extracţie a amidonului de porumb sunt:

• Pregătirea materiei prime în vederea extracţiei: precurăţirea porumbului înainte de depozitare şi curăţirea înainte de prelucrare, prin care sunt separate corpurile străine de natură vegetală sau minerală.
• Înmuierea boabelor de porumb: este o operaţie deosebit de importantă a procesului tehnologic. Ea presupune un control riguros al parametrilor de procesare (temperatura 48…52ºC, durata 30…90h), a concentraţiei SO2 în apa de înmuiere (0,1- 0,2%), precum şi a microflorei lactice care se dezvoltă în timpul acestei operaţii.
• Măcinarea umedă a porumbului. Procesul de extracţie şi purificare a amidonului de porumb poartă numele de măcinare umedă. Principalele operaţii sunt: măcinarea boabelor, degerminarea, separarea tărîţelor (fibrelor), separarea glutenului, purificarea amidonului.
• Deshidratarea-uscarea amidonului. Suspensia de amidon obţinută după etapa de purificare cu 40% s.u. este deshidratată-uscată pentru a i se asigura conservabilitate amidonului.

Tehnologia de extracţie a amidonului de grâu

Extragerea amidonului de grâu este un proces auxiliar, cu rol economic, care se realizează la obţinerea glutenului din făina de grâu. Glutenul este utilizat, sub formă de grâu proteic, ca adaos în făina de grâu de calitate inferioară, obţinută din grâu moale sau ca materie primă pentru obţinerea unor hidrolizate proteice. Procedeele de extracţie sunt următoare:

• rocedeul alcalin, care constă în dispersarea şi dizolvarea proteinelor în soluţie de NaOH 0,03N, astfel având loc denaturarea proteinelor şi separarea unui amidon cu puritate ridicată;
• procedeul spălării aluatului, care constă în obţinerea unui aluat elastic, care este ulterior fărîmiţat mecanic sub adaos de apă suplimentară. Amidonul se separă, rapid şi aproape total, de gluten care rămîne sub forma unor aglomerări.

Tehnologia de extracţie a amidonului din tuberculii de cartofi

 Pentru extracţia amidonului se utilizează numai tuberculi de cartofi recoltaţi la maturitatea tehnologică, netrataţi cu substanţe insecto-fugicide şi cu conţinut de amidon de minim 17%.

Procesul tehnologic constă în succesiunea următoarelor faze principale:

• separarea impurităţilor din masa de tuberculi;
• spălarea tuberculilor de cartofi şi îndepărtarea pământului aderent şi a nisipului;
• răzuirea tuberculilor de cartofi în maşini speciale cu cuţite rotative, obţinându-se astfel”terciul” de cartofi;
• separarea în câmp centrifugal a sucului celular de suspensia de amidon din terciul de cartofi. Sucul celular sau apa de vegetaţie se concentrează sub vid şi se valorifică în industria antibioticelor ca materie primă, deoarece conţine proteinele din cartofi. Apa de vegetaţie are o putere mare de spumare. Cantitatea de apă de vegetaţie concentrată, cu circa 50% s.u., reprezintă circa 3,5%;
• extracţia amidonului din suspensia de amidon rezultă, utilizându-se site curbate şi baterii de hidrocicloane;
• deshidratarea centrifugală a suspensiei de amidon şi obţinerea amidonului umed;
• uscarea amidonului la temperaturi de max.60ºC.

Utilizările amidonului

Principalele utilizări ale amidonului în produsele alimentare sunt de:

• agent de îngroşare (sosuri, supe cremă etc);
• stabilizator coloidal (dressinguri pentru salate);
• agent pentru reţinerea umidităţii;
• agent de gelifiere (rahat, produse gumate);
• agent de legare (vafe);
• agent de acoperire (produse zaharoase).

TEHNOLOGII DE OBŢINERE A AMIDONULUI MODIFICAT

 Principala utilizare a amidonului în produsele alimentare este de agent de îngroşare, sub formă de paste, obţinute în urma tratamentului de gelatinizare. Cerinţele faţă de amidonul modificat:

• să nu confere gust propriu produsului;
• Să prezinte caracteristici texturale optime (consistenţă, vîscozitate);
• Să dea soluţii sau paste transparente;
• Pastele să prezinte stabilitate (să păstreze aceleaşi proprietăţi şi după alte tratamente ulterioare, cum ar fi: fierberea, refrigerarea, congelarea, valorile scăzute ale pH-ului sau tratamentele mecanice: pomparea, amesticarea etc).

Tipurile de modificări care se pot aplica amidonului pot fi simple sau combinate şi constau în:

• reticulare;
• stabilizare (oxidare, esterificare, eterificare),
• polimerizare;
• pregelatinizare.

Amidonurile modificate se clasifică, în funcţie de tipul de tratament, astfel:

• amidonuri modificate prin tratamente fizice: tratarea termică a amidonului în suspensie sau extrudarea amidonului pulverulent cu obţinerea amidonului pregelatinizat; piroliza amidonului în stare uscată cu obţinere de dextrine; separări ale amilozei şi amilopectinei;
• amidonuri modificate prin tratamente chimice: tratamente degradante – degradarea amidonului cu acizi minerali în vederea obţinerii amidonurilor „fluide”; degradarea amidonului în mediu bazic; tratamente nedegradante: amidonuri oxidate, amidonuri reticulate; amidonuri substituite – esterificate sau eterificate.

Amidonuri pregelatinizate (A.P.)

Amidonurile pregelatinizate se obţin prin tratarea termică, termică şi mecanică, sau cu ultrasunete a A.N. principalele tehnici utilizate sunt:

• uscarea prin pulverizare a unei paste de amidon obţinute prin tratarea termică a unei suspensii de A.N.;
• uscarea pe valţuri a unei suspensii de A.N.;
• extrudarea amidonului pulverulent.

Amidonul pregelatinizat formează paste la rece, fără a fi necesar un tratament termic pentru obţinerea pastelor. Având această proprietate, el este utilizat în constituţia unor alimente instant (budinci, supe, alimente pentru copii etc).

Tehnologia de obţinere a dextrinelor

Dextrinele sunt produşi de degradare ai amidonului cu masa moleculară mai mică, parţial sau total solubile în apă, la rece, care dau soluţii cu vîscozitate redusă, fără capacitatea de a retrograda. Se obţin prin următoarele procedee:

• tratarea termică a amidonului pulverulent, acidulat sau neacidulat; Aceste dextrine se numesc pirodextrine;
• tratarea cu α-amilaze a suspensiilor de amidon în vederea obţinerii maltodextrinelor;

Tipul de dextrină obţinut depinde de:

• natura amidonului;
• doza de acid utilizată;
• viteza de încălzire şi temperatura maximă atinsă.

Amidonul modificat cu acizi sau amidonul „fluid” – Amidonul „fluid” este obţinut prin tratarea unei suspensii de A.N. (30% s.u.) sau a unui amidon modificat printr-o altă metodă, cu un acid mineral diluat la temperatură (50C) sub temperatura de gelatinizare a amidonului, pentru durate cuprinse între 30 min şi 5 ore. După atingerea gradului de modificare dorit, acidul este neutralizat, iar produsul este recuperat prin filtrare sau centrifugare, spălare şi uscare.

Amidonul modificat chimic

Principalele modificări chimice ale amidonului constau în:

• substituirea atomului de H al grupărilor OH ale unităţilor glucozil, obţinîndu-se astfel amidonuri esterificate sau eterificate;
• oxidarea la nivelul atomilor de C2, C3 şi C6 cu obţinerea amidonurilor oxidate;
• ataşarea unor lanţuri de polimeri de moleculele de amidon, cu obţinerea de copolimeri;
• tratarea amidonurilor cu molecule ce prezintă două sau mai multe grupări reactive, cu producerea amidonurilor reticulate.