Oskadade eller okokta, stärkelsegranulat är olösliga i vatten, men kan absorbera vatten reversibelt. I närvaro av vatten och värme genomgår stärkelse gelatinering, en process som ansvarar för förtjockning av livsmedelssystem. Den förhöjda temperaturen på vattnet gör att det kan penetrera stärkelsegranulerna och svälla dem tills de är helt gelatinerade (hydratiserade). Det finns också en förlust i granulär och molekylär ordning i stärkelsegranulen. Den synliga förlusten i ordning kännetecknas av förlust av kristallinitet och dubbelbrytning, och granulsvällning.
Svällningen av granulat resulterar i förtjockning och ökning av vätskans viskositet (motstånd mot flöde). Stärkelse finns i en granulär kristallin form, som består av polymererna amylos och amylopektin. Den förra hjälper till att bilda gel medan den senare ger viskositeten.
Stärkelsegelatinering har olika tillämpningar – vanligast är i pasta, såser och bakade produkter.
För att hantera matens konsistens används de mest för att absorbera vatten och producera trögflytande vätskor, pastor och geler. Graden av stärkelsegelatinering påverkar en mängd olika produktegenskaper, såsom textur, lagringsstabilitet och nedbrytningshastighet. I pajskal och kakor med låg fukthalt och pajskal är upp till 90 % av stärkelsen i produkten inte gelatinerad. Medan framställning av bakade produkter som vitt bröd och matkaka kan innehålla gelatinering av upp till 96 % av stärkelsen.
Låt oss diskutera vidare.
STÄRKELSESKORNET (AMYLOS OCH AMYLOPECTIN)
Stärkelsegranulen består av polysackarider amylos och amylopektin. De flesta spannmålsstärkelser innehåller 20 % till 30 % amylos och 80 % till 70 % amylopektin. Tabellen nedan visar amyloshalten i vanliga granulära spannmålsstärkelser.
| STÄRKELSE | AMYLOSINNEHÅLL (%) |
| Korn | 22 |
| Högamylos | 52 |
| Majs | 28 |
| Havre | 23-24 |
| Ris | 17-19 |
| Vaxig majs | 1 |
| Vete | 22 |
Både amylos och amylopektin fungerar som ett sätt att lagra energi (socker) i växter. Huvudskillnaden mellan de två är att amylos är en rakkedjig polymer. Flera glukosenheter är ordnade på ett linjärt sätt genom alfa (1-4) glykosidbindningar. Medan amylopektin är grenad polymer, är glukosenheterna arrangerade på ett grenat sätt. På grund av amylopektins grenade struktur uppvisar det bättre löslighet än amylos.
Stärkelsens struktur och sammansättning bestämmer gelatineringstemperaturen. Medan mängden amylopektin som förgrenar sig i stärkelsen påverkar gelatineringstemperaturen, underlättar en betydande mängd amylopektin gelatineringsprocessen.
Du kanske också gillar: Varför det är viktigt att blötlägga potatis i vatten
Stärkelse som saknar amylos tjocknar men gelar inte, medan de med hög amyloshalt kan gela eller behålla sin form när de formas. Amylopektinets molekyler bildar inte kemiska kopplingar. Ju mer amylopektin det finns, desto tjockare är stärkelsepastan (inte en gel), men ju mer amylas som finns, desto mer robust är gelén.
HUR STÄRKELSEGELATINISERING GER SEG
Gelatineringstemperaturen varierar beroende på typen av stärkelse. (Se tabellen nedan för gelatineringstemperaturen för varje stärkelse). När den erforderliga temperaturen för gelatinisering har uppnåtts bryter den kinetiska energin hos de uppvärmda vattenmolekylerna vätebindningarna mellan stärkelsemolekylerna.
Sedan bildar stärkelse vätebindningar med vattenmolekyler istället för andra närvarande stärkelsemolekyler. Bildandet av vätebindningar tillåter vatten att komma in i stärkelsegranulen ytterligare. Vid denna tidpunkt svullnar stärkelsegranulerna. När amyloskedjorna lakar ut stärkelsegranulerna diffunderar en del av dem.
Det underkokta granulet förlorar sin dubbelbrytning och sin organiserade kristallina struktur. På grund av att det expanderade granulets brytningsindex är så nära vattnets, finns det en märkbar ökning av genomskinligheten. Under ett polariserande ljusmikroskop i hett stadium kan några tidiga stadier av gelatinisering ses. Gelatinisering kan mätas genom att observera minskningen av dubbelbrytning (försvinnandet av maltesisk korsning). Det första steget, det mellersta och det sista steget är den initiala förlusten av dubbelbrytning (initiering).
Temperaturintervallet vid vilket total gelatinering sker fastställs av den fullständiga förlusten av dubbelbrytning.
När temperaturen stiger ökar granulatsvällningen. De första som sväller är de större stärkelsekornen. Granulat som har svullnat tar upp mer plats och gör att blandningen tjocknar genom att frigöra amylos och lite amylopektin. När stärkelsepastan gelatineras fortsätter den att tjockna, bli mer trögflytande och flyttålig.
Det sista steget är att koka den gelatinerade stärkelseblandningen (pajfyllningar, sås) i ytterligare några minuter för att utveckla smaken.
Kokt stärkelse har en mängd olika egenskaper som kan användas för att ytterligare kategorisera dem. Spannmålsstärkelse (majs, vete och ris) bildas för att producera tjocka, kortfylliga pastor som, när de kyls, omvandlas till ogenomskinliga geler. Vid kylning producerar stärkelsen i potatis och tapioka genomskinliga, tunna geler. Majsstärkelse med hög amyloshalt måste värmas upp till höga temperaturer för att gelatinisera, vilket resulterar i kortfyllda, ogenomskinliga geler som är styva när de kyls.
FAKTORER SOM PÅVERKAR GELATINISERING
Grundlig gelatinering av stärkelse är nyckeln till att producera viskösa pastor eller starka geler. Men för att producera högkvalitativ gelatinerad stärkelseblandning måste flera faktorer observeras. Här är några:
Temperatur
Förhöjd temperatur krävs för att gelatinering ska ske. Slutförandet är upp till 203°F (95°C). Temperaturen varierar beroende på vilken stärkelse som är inblandad. Se nedan tabell för typer av stärkelse och deras gelatineringstemperatur.
| STÄRKELSE | GELATINISERINGSTEMPERATUR (i °C) |
| Vanlig majsstärkelse | 62-80 |
| Majsstärkelse med hög amyloshalt | 66-170 |
| Potatisstärkelse | 58-65 |
| Tapiokastärkelse | 52-65 |
| Vaxartad majsstärkelse | 62-72 |
| Vetestärkelse | 52-85 |
Gelatinering kräver fuktig värme för att äga rum. Hydrolysen av stärkelse genom torr värme resulterar i bildandet av dextriner med kortare kedja (dextrinisering). Stärkelsepastans viskositet och stärkelsens gelstyrka påverkas av detta. Både pastans viskositet och gelens draghållfasthet minskar. Mjöl som har “brynats” av torr värme ger matblandningar en lätt rostad smak och en brun nyans. Även om många recept skulle kunna kräva detta brunningsresultat.
En annan sak att tänka på är längden på uppvärmningen. Alla granulat måste ha tillräckligt med tid för att expandera, speciellt om granulatstorlekarna varierar. Den resulterande blandningen kan vara tunnare när upphettningstiden förlängs på grund av risken för överrörning och bristning av större granuler. Alternativt kan tillagning under en längre tid i en öppen dubbelpanna göra att vattnet förångas och blandningen tunnas ut.
I allmänhet kommer en stärkelse-vattendispersion typiskt att vara tjockare vid en given slutpunktstemperatur ju snabbare den tillagas.
Syra
Tillsatsen av syra påverkar typiskt stärkelsegranulerna negativt under tillagningen. Detta resulterar i fragmentering och produktion av kortkedjiga polymerer, såsom dextriner. Eftersom mindre vatten absorberas av stärkelsegranulen som ett resultat av hydrolys är den varma pastan tunnare och den kylda produkten mindre fast. Enkelt uttryckt, sur hydrolys bildar stärkelsegeler som är mjukare, mer elastiska och mindre sammanhängande.
Detta kan dock förhindras genom att tillsätta syra till en stärkelseblandning senare, när stärkelsen har gelatinerat och börjat tjockna. Stärkelsesåser görs ofta sura genom att tillsätta vinäger, tomater, frukt eller citrusjuice.
Fett och proteiner
Ett bra exempel på detta är köttdropp som används för att producera köttsås. Köttdropp är till för att initialt täcka stärkelsegranulernas yta, vilket fördröjer hydratiseringen och viskositeten hos materialet. Stärkelsegranulerna är “vattentäta” av fett så att vatten inte lätt kan passera genom dem under gelatineringsprocessen.
Som ett resultat blir det mindre granulär svullnad och mindre amylos som avgår från granulen, vilket sänker stärkelsepastans viskositet och försvagar geléns styrka.
Detta arbete bestämde effekten av fetttyp (nötkötttalg och fjäderfäfett), fetthalten och bearbetningsförhållandena på graden av stärkelsegelatinering av extruderat, torrt husdjursfoder. Resultaten visade att en ökad fetthalt signifikant sänkte graden av stärkelsegelatinering av extrudaten. Och i jämförelse med fjäderfäfett ledde tillsatsen av nötkötttalg till en minskad nivå av stärkelsegelatinering.
Enzymer
Enzymer är speciella proteiner som fungerar som katalysator för olika reaktioner.
Vissa enzymer, inklusive α-amylas, β-amylas och beta-glukoamylas kan hydrolysera stärkelse.
Endoenzymer kan bryta ner stärkelse var som helst längs stärkelsekedjan, inklusive oskadade stärkelsegranulat. Beroende på graden av hydrolys som inträffar är hydrolysprodukterna av p-amylas glukos, maltos och dextriner, och detta kan vara fördelaktigt vid framställning av kommersiellt bröd.
Exoenzymet β-amylas verkar på trasiga amylos- eller amylopektin-kedjor såväl som α-1,4-glykosidbindningar från den icke-reducerande änden. Ytterligare hydrolysering av stärkelse med två glukosenheter åt gången ger maltos.
Bortom grenpunkterna för amylopektin kan β-amylas inte hydrolysera stärkelse. 1,4-länken i glukos hydrolyseras av enzymet -glukoamylas, medan 1,6-länkarna i stärkelse hydrolyseras långsamt.
Socker
Införande av socker, särskilt laktos och sackaros, sänker viskositeten hos stärkelsepastan och fastheten hos den kokta och kylda stärkelsen.
Här är varför.
Som vi redan vet absorberar socker vatten också. Av denna anledning måste stärkelsegranulat konkurrera med socker och ta längre tid att absorbera vatten. Stärkelsegranulen kommer inte att svälla snabbt eller helt som ett resultat. Dessutom höjer socker den temperatur som krävs för att gelatinering ska ske.
Om du arbetar med både socker och syra är tidpunkten för sockertillsatsen viktig. För att få en tjockare blandning och gel är det bäst att tillsätta delvis sockret innan stärkelsen tjocknar och resten tillsätts senare. Med denna metod blir det mindre socker som konkurrerar om vattenupptaget, jämfört med när allt socker tillsätts i början av tillagningen.
Att tillsätta syra och socker till stärkelsen i den tidiga delen av tillagningen resulterar bara i mindre svullnad. För det första på grund av mindre vattenabsorption och för det andra mindre hydrolys från syra.
Salt
Liksom socker är salt ett löst ämne som höjer temperaturen som krävs för gelatinering. Men denna effekt är önskvärd när man lagar pasta. Utan ordentlig matlagningskunskap kan man sluta med en klibbig kokt pasta.
Du kanske också gillar: Vetenskapen om varför salt tillsätts i pasta
Pasta är vanligtvis gjord av vetestärkelse, som börjar gelatineras vid cirka 131ºF (55ºC). Genom att tillsätta salt ökar temperaturen vid vilken stärkelsegranulerna. Med andra ord minskar salt stärkelsegelatineringen i pastan. Dessutom minskar salt vattenabsorptionen av pasta för att hålla den fast och inte klibbig.
Omrörning (omröring)
Omrörning under hela stärkelsegelatineringsprocessen är nödvändig för att producera en blandning som är enhetlig – inga klumpar bildas. Det tillåter stärkelsegranulat att expandera från varandra. Men efter att gelatineringen är fullbordad kan kraftig omrörning bryta stärkelsegranuler, vilket kan göra att stärkelseblandningar blir tunna.
Referenser:
NA Michael Eskin, F. Shahidi (2013). Biochemistry of Foods (3:e upplagan). Akademisk press.
S. Damodaran, K. Parkin (2017). Fennemas Food Chemistry (5:e upplagan). CRC Tryck.
V. Vaclavik, E. Christian (2014). Essentials of Food Science (4:e upplagan). Springer.
J. deMan, J. Finley, W. Jeffrey Hurst, CY Lee. Principles of Food Chemistry (4:e upplagan). Springer