Stärkelse

Usi (mat) för Urhobo-maträtten känd som stärkelse . För videospelet, se Starch (videospel) .
Stärkelse
Cornstarch being mixed with water
Identifierare
ChemSpider
  • ingen
ECHA InfoCard 100.029.696 Edit this at Wikidata
EG-nummer
  • 232-679-6
RTECS-nummer
  • GM5090000
UNII
Egenskaper
(
_ _
_ _
_ C6H10O5 )
n + (
H2O )
Molar massa Variabel
Utseende vitt pulver
Densitet Variabel
Smältpunkt bryts ner
olöslig (se stärkelsegelatinering )
Termokemi
4,1788 kilokalorier per gram (17,484 kJ/g) ( Högre värmevärde )
Faror
410 °C (770 °F; 683 K)
NIOSH (USA:s hälsoexponeringsgränser):
PEL (tillåtet)
TWA 15 mg/m 3 (totalt) TWA 5 mg/m 3 (resp.)
Säkerhetsdatablad (SDS) ICSC 1553
Om inte annat anges ges data för material i standardtillstånd (vid 25 °C [77 °F], 100 kPa).
check  Y ( vad är check☒ Y N ?)
Amylosmolekylens struktur _
Amylopektinmolekylens struktur _

Stärkelse eller amyl är ett polymert kolhydrat som består av många glukosenheter sammanfogade av α-(1→4)-D glykosidbindningar . Denna polysackarid produceras av de flesta gröna växter för energilagring. Över hela världen är det den vanligaste kolhydraten i människors kost och finns i stora mängder i basföda som vete , potatis , majs (majs), ris och kassava (maniok).

Ren stärkelse är ett vitt, smaklöst och luktfritt pulver som är olösligt i kallt vatten eller alkohol. Den består av två typer av molekyler: den linjära och spiralformade amylosen och den grenade amylopektinen . Beroende på växten innehåller stärkelse i allmänhet 20 till 25 viktprocent amylos och 75 till 80 viktprocent amylopektin. Glykogen , djurens energireserv, är en mer höggrenad version av amylopektin.

Inom industrin omvandlas stärkelse ofta till sockerarter, till exempel genom mältning . Dessa sockerarter kan jäsas för att producera etanol vid tillverkning av öl , whisky och biobränsle . Dessutom används socker framställt av bearbetad stärkelse i många bearbetade livsmedel.

Att blanda de flesta stärkelser i varmt vatten ger en pasta, såsom vetepasta , som kan användas som förtjockning, förstyvning eller limningsmedel. Den huvudsakliga icke-livsmedelsbaserade industriella användningen av stärkelse är som ett lim i papperstillverkningsprocessen . En liknande pasta, § klädstärkelse , kan appliceras på vissa textilvaror före strykning för att göra dem styva.

Etymologi

Ordet "stärkelse" kommer från sin germanska rot med betydelserna "stark, stel, stärka, stelna". Modern tysk Stärke (styrka) är besläktad och syftar på i århundradens huvudsakliga tillämpning, användningen i textil: limning av garn för vävning och stärkning av linne . Den grekiska termen för stärkelse, "amylon" (ἄμυλον), som betyder "inte mald", är också relaterad. Det ger roten amyl , som används som prefix för flera 5- kolföreningar relaterade till eller härrörande från stärkelse (t.ex. amylalkohol) .

Historia

Stärkelsekorn från rhizomer av Typha (starr, bullrushes) som mjöl har identifierats från slipstenar i Europa som går tillbaka till 30 000 år sedan. Stärkelsekorn från sorghum hittades på slipstenar i grottor i Ngalue i Moçambique som daterades upp till 100 000 år sedan .

Ren extraherad vetestärkelsepasta användes i det antika Egypten, möjligen för att limma papyrus . Utvinningen av stärkelse beskrivs först i Natural History of Plinius den äldre omkring 77–79 e.Kr. Romarna använde det också i kosmetiska krämer, för att pudra håret och för att tjockna såser. Perser och indianer använde den för att göra rätter som liknar gothumai- vetehalva . Risstärkelse som ytbehandling av papper har använts i papperstillverkning i Kina sedan 700 e.Kr.

Stärkelseindustrin

Stärkelsekvarn i Ballydugan ( Nordirland ), byggd 1792
West Philadelphia Starch arbetar i Philadelphia (Pennsylvania) , 1850
Felfritt Starch Company i Kansas City

Utöver stärkelsehaltiga växter som konsumerades direkt, producerades 2008 66 miljoner ton stärkelse per år över hela världen. 2011 ökade produktionen till 73 miljoner ton.

I EU producerade stärkelseindustrin cirka 11 miljoner ton 2011, varav cirka 40 % användes för industriella tillämpningar och 60 % för livsmedelsändamål, de flesta av de senare som glukossirap . 2017 var EU:s produktion 11 miljoner ton, varav 9,4 miljoner ton konsumerades i EU och varav 54 % var stärkelse sötningsmedel.

USA producerade cirka 27,5 miljoner ton stärkelse 2017, varav cirka 8,2 miljoner ton var hög fruktossirap , 6,2 miljoner ton var glukossirap och 2,5 miljoner ton var stärkelseprodukter. [ förtydligande behövs ] Resten av stärkelsen användes för att producera etanol (1,6 miljarder gallon).

Energilager av växter

Potatisstärkelsegranulat i celler av potatisen
Stärkelse i endosperm i embryonal fas av majsfrö

De flesta gröna växter lagrar energi som stärkelse, som packas i halvkristallina granulat. Den extra glukosen omvandlas till stärkelse som är mer komplex än glukos som produceras av växter. Unga växter lever på denna lagrade energi i sina rötter, frön och frukter tills de kan hitta lämplig jord att växa i. Ett undantag är familjen Asteraceae (astrar , prästkragar och solrosor), där stärkelse ersätts av fruktaninulin . Inulinliknande fruktaner finns också i gräs som vete , i lök och vitlök , bananer och sparris .

I fotosyntesen använder växter ljusenergi för att producera glukos från koldioxid . Glukosen används för att generera den kemiska energi som krävs för allmän metabolism , för att göra organiska föreningar som nukleinsyror , lipider , proteiner och strukturella polysackarider som cellulosa , eller lagras i form av stärkelsegranuler i amyloplaster . Mot slutet av växtsäsongen ansamlas stärkelse i kvistar av träd nära knopparna. Frukt , frön , rhizomer och knölar lagrar stärkelse för att förbereda sig för nästa växtsäsong.

Grönalger och landväxter lagrar sin stärkelse i plastiderna , medan rödalger , glaukofyter , kryptomonader , dinoflagellater och parasitiska apicomplexa lagrar en liknande typ av polysackarid som kallas floridean stärkelse i sin cytosol eller periplast .

Glukos är lösligt i vatten, hydrofilt , binder till vatten och tar sedan upp mycket plats och är osmotiskt aktivt; glukos i form av stärkelse är å andra sidan inte lösligt, därför osmotiskt inaktivt och kan lagras mycket mer kompakt. De semikristallina granulerna består i allmänhet av koncentriska skikt av amylos och amylopektin som kan göras biotillgängliga vid cellulär efterfrågan i växten.

Glukosmolekyler är bundna i stärkelse av de lätt hydrolyserade alfabindningarna . Samma typ av bindning finns i djurreserven polysackarid glykogen . Detta i motsats till många strukturella polysackarider som kitin , cellulosa och peptidoglykan , som är bundna av beta-bindningar och är mycket mer resistenta mot hydrolys.

Biosyntes

Växter producerar stärkelse genom att först omvandla glukos 1-fosfat till ADP -glukos med hjälp av enzymet glukos-1-fosfat adenylyltransferas . Detta steg kräver energi i form av ATP . Enzymet stärkelsesyntas tillsätter sedan ADP-glukos via en 1,4-alfa- glykosidbindning till en växande kedja av glukosrester, frigör ADP och skapar amylos. ADP-glukosen tillsätts nästan säkert till den icke-reducerande änden av amylospolymeren, eftersom UDP-glukosen tillsätts till den icke-reducerande änden av glykogen under glykogensyntes.

Stärkelseförgrenande enzym introducerar 1,6-alfa-glykosidbindningar mellan amyloskedjorna, vilket skapar det grenade amylopektinet. Det stärkelseavgrenande enzymet isoamylas tar bort några av dessa grenar. Det finns flera isoformer av dessa enzymer, vilket leder till en mycket komplex syntesprocess.

Glykogen och amylopektin har liknande struktur, men den förra har ungefär en förgreningspunkt per tio 1,4-alfabindningar, jämfört med ungefär en förgreningspunkt per trettio 1,4-alfabindningar i amylopektin. Amylopektin syntetiseras från ADP-glukos medan däggdjur och svampar syntetiserar glykogen från UDP-glukos ; i de flesta fall syntetiserar bakterier glykogen från ADP-glukos (analogt med stärkelse).

Förutom stärkelsesyntes i växter kan stärkelse syntetiseras från icke-livsmedelsstärkelse förmedlad av en enzymcocktail. I detta cellfria biosystem hydrolyseras beta-1,4-glykosidbindningsbunden cellulosa delvis till cellobios . Cellobiosfosforylas klyver till glukos 1-fosfat och glukos; det andra enzymet – potatis-alfa-glukan-fosforylas kan lägga till en glukosenhet från glukos 1-fosforylas till de icke-reducerande ändarna av stärkelse. I den återvinns fosfat internt. Den andra produkten, glukos, kan assimileras av en jäst. Denna cellfria biobearbetning kräver ingen dyrbar kemikalie- och energiinsats, kan utföras i vattenlösning och har inga sockerförluster.

Degradering

Stärkelse syntetiseras i växtblad under dagen och lagras som granulat; den fungerar som en energikälla på natten. De olösliga, mycket grenade stärkelsekedjorna måste fosforyleras för att vara tillgängliga för nedbrytande enzymer. Enzymet glukan, vattendikinas (GWD) fosforylerar vid C-6-positionen av en glukosmolekyl, nära kedjornas 1,6-alfa-förgreningsbindningar. Ett andra enzym, fosfoglukan, vattendikinas (PWD) fosforylerar glukosmolekylen i C-3-positionen. En förlust av dessa enzymer, till exempel en förlust av GWD, leder till en stärkelseöverskottsfenotyp (sex) och eftersom stärkelse inte kan fosforyleras, ackumuleras den i plastiderna.

Efter fosforyleringen kan det första nedbrytande enzymet, beta-amylas (BAM) angripa glukoskedjan i dess icke-reducerande ände. Maltos frigörs som huvudprodukten av stärkelsenedbrytning. Om glukoskedjan består av tre eller färre molekyler kan BAM inte frigöra maltos. Ett andra enzym, disproportionerande enzym-1 (DPE1), kombinerar två maltotriosmolekyler. Från denna kedja frigörs en glukosmolekyl. Nu kan BAM frigöra ytterligare en maltosmolekyl från den återstående kedjan. Denna cykel upprepas tills stärkelsen är fullständigt nedbruten. Om BAM kommer nära den fosforylerade förgreningspunkten i glukoskedjan kan den inte längre frigöra maltos. För att den fosforylerade kedjan ska brytas ned krävs enzymet isoamylas (ISA).

Produkterna från stärkelsenedbrytningen är övervägande maltos och mindre mängder glukos. Dessa molekyler exporteras från plastiden till cytosolen, maltos via maltostransportören, vilket om muterat (MEX1-mutant) resulterar i maltosansamling i plastiden. Glukos exporteras via den plastidiska glukostranslokatorn (pGlcT). Dessa två sockerarter fungerar som en prekursor för sackarossyntes. Sackaros kan sedan användas i den oxidativa pentosfosfatvägen i mitokondrierna, för att generera ATP på natten.

Egenskaper

Strukturera

Majsstärkelse, 800x förstorad, under polariserat ljus, visar karakteristiskt utsläckningskors
Risstärkelse under transmitterat ljusmikroskopi. En egenskap hos risstärkelse är att granulat har en kantig kontur och har en tendens att klumpa sig

Medan amylos ansågs vara helt ogrenad, är det nu känt att några av dess molekyler innehåller några förgreningspunkter. Amylos är en mycket mindre molekyl än amylopektin. Ungefär en fjärdedel av massan av lagrad stärkelse i växter består av amylos, även om det finns cirka 150 gånger mer amylos än amylopektinmolekyler.

Ackumulerad stärkelse i växter lagras i halvkristallina granulat. Varje växtart har en unik stärkelsekornstorlek: risstärkelse är relativt liten (cirka 2 μm), potatisstärkelse har större granulat (upp till 100 μm) och vete och tapioka däremellan. Till skillnad från andra botaniska stärkelsekällor har vetestärkelse en bimodal storleksfördelning, med både mindre och större granulat från 2 till 55 μm.

Vissa odlade växtsorter har ren amylopektinstärkelse utan amylos, känd som vaxartad stärkelse . Den mest använda är vaxmajs , andra är klibbigt ris och vaxartad potatisstärkelse . Vaxartad stärkelse genomgår mindre retrogradering , vilket resulterar i en mer stabil pasta. En majssort med en relativt hög andel amylosstärkelse, amylomaize , odlas för användning av dess gelstyrka och för användning som en resistent stärkelse (en stärkelse som motstår matsmältning) i livsmedelsprodukter.

Syntetisk amylos gjord av cellulosa har en välkontrollerad polymerisationsgrad. Därför kan den användas som en potentiell bärare för läkemedelstillförsel.

Upplösning och gelatinering

När de värms upp i rikligt med vatten sväller granulerna av naturlig stärkelse och spricker, den halvkristallina strukturen går förlorad och de mindre amylosmolekylerna börjar läcka ut ur granulen, bildar ett nätverk som håller vatten och ökar blandningens viskositet . Denna process kallas stärkelsegelatinering . Gelatineringstemperaturen för stärkelse varierar beroende på stärkelsekultivar, amylos/amylopektinhalt och vattenhalt. Stärkelse med vatten kan uppleva komplexa flerfasövergångar under temperaturskanning med differential scanning kalorimetri (DSC) . För stärkelse med överskott av vatten kan en enkel gelatineringsendoterm vanligtvis observeras i det låga temperaturområdet (54–73 °C). Genom att minska vattenhalten (<64%) i stärkelse kan mer endotermiska övergångar som representerar olika strukturella förändringar ses eftersom de separeras och de kommer att flytta till högre temperaturer. Med begränsad vattenhalt kommer svällningskrafterna att vara mycket mindre signifikanta och gelatineringsprocessen i en miljö med låg fukthalt skulle mer exakt kunna definieras som "smältning" av stärkelse. Dessutom berodde antalet endotermer och entalpier på förhållandet mellan amylos och amylopektin, och gelatineringsentalpin för den amylopektinrika stärkelsen var högre än den för den amylosrika stärkelsen. Specifikt uppvisar vaxartad och normal majsstärkelse en stor gelatineringsendoterm vid ca 70°C; för normal majsstärkelse fanns det också en andra endoterm vid cirka 90 °C, betraktad som fasövergången inom ett amylos-lipidkomplex; För stärkelser med hög amyloshalt (t.ex. Gelose 50 och Gelose 80) finns det däremot en mycket bred endoterm i temperaturintervallet mellan 65 och 115 °C, som består av huvudgelatineringsendotermen och fasövergången i en amylos -lipidkomplex.

Under tillagningen blir stärkelsen en pasta och ökar ytterligare i viskositet. Under kylning eller långvarig lagring av pastan återhämtar sig den halvkristallina strukturen delvis och stärkelsepastan tjocknar, vilket driver ut vatten. Detta orsakas främst av retrogradering av amylosen. Denna process är ansvarig för att brödet härdar eller blir gammalt , och för vattenskiktet ovanpå en stärkelsegel ( syneres ).

Viss stärkelse kommer, när den blandas med vatten, att producera en icke-newtonsk vätska, ibland smeknamnet "oobleck".

Stärkelse kan också lösas eller genomgå gelning i joniska vätskor eller metallkloridsaltlösningar. Den termiska övergången av stärkelse påverkas till stor del av förhållandet jonisk vätska/vatten. Vattenhaltig jonisk vätska med ett visst förhållande jonisk vätska/vatten leder till den mest effektiva strukturella disorganiseringen av vissa stärkelser vid avsevärt reducerad temperatur (även vid rumstemperatur). Detta fenomen skiljer sig mycket från upplösning av cellulosa, eftersom det senare sker mest effektivt i rena joniska vätskor och allt vatten som finns i de joniska vätskorna kommer att hindra upplösningen avsevärt. Det föreslås att för stärkelse med granulerade ytporer (t.ex. hirs, vaxartad majs, normal majs- och vetestärkelse) följer korrosionen av den vattenhaltiga IL ett mönster inifrån och ut och destruktionen av granulerna är snabb och jämn, medan för stärkelse med en relativt slät yta (t.ex. majs-, potatis-, lila jams- och ärtstärkelse med hög amyloshalt) kan korrosionen bara börja från ytan och därför är förändringen som orsakade den vattenhaltiga IL långsam. Dessutom kan stärkelse, till och med högamylosstärkelse, lösas helt upp av vattenhaltiga metallkloridsalter (t.ex. ZnCl 2 , CaCl 2 och MgCl 2 ) vid måttlig temperatur (≤50 °C), och stärkelsenanopartiklar kan bildas under denna upplösningsprocess .

Hydrolys

De enzymer som bryter ner eller hydrolyserar stärkelse till de ingående sockerarterna kallas amylaser .

Alfa-amylaser finns i växter och i djur. Människans saliv är rik på amylas, och bukspottkörteln utsöndrar också enzymet. Individer från populationer med en kost med hög stärkelse tenderar att ha fler amylasgener än de med dieter med låg stärkelse;

Beta-amylas skär stärkelse i maltosenheter . Denna process är viktig vid nedbrytningen av stärkelse och används även vid bryggning , där amylas från skalet på frökorn är ansvarig för att omvandla stärkelse till maltos ( Maltning , Mashing ).

Givet en förbränningsvärme av glukos på 2 805 kilojoule per mol (670 kcal/mol) medan den för stärkelse är 2 835 kJ (678 kcal) per mol glukosmonomer, frigör hydrolys cirka 30 kJ (7,2 kcal) per mol, eller 166 J (40 cal) per gram glukosprodukt.

Dextrinisering

Om stärkelse utsätts för torr värme bryts den ner till dextriner, även kallade "pyrodextriner" i detta sammanhang. Denna nedbrytningsprocess är känd som dextrinisering. (Pyro)dextriner är huvudsakligen gula till bruna till färgen och dextrinisering är delvis ansvarig för bryningen av rostat bröd.

Kemiska tester

Huvudartikel: Jodtest
Granuler av vetestärkelse, färgade med jod, fotograferade genom ett ljusmikroskop

En trijodidlösning (I 3 − ) bildad genom att blanda jod och jodid (vanligtvis från kaliumjodid ) används för att testa för stärkelse; en mörkblå färg indikerar närvaron av stärkelse. Detaljerna i denna reaktion är inte helt kända, men nyare vetenskapliga arbeten med enkristallröntgenkristallografi och jämförande Raman-spektroskopi tyder på att det slutliga stärkelse-jodkomplexet liknar en oändlig polyjodidkedja som en som finns i ett pyrroloperylen-jodkomplex. Styrkan hos den resulterande blå färgen beror på mängden närvarande amylos. Vaxartad stärkelse med lite eller ingen amylos kommer att färga rött. Benedicts test och Fehlings test görs också för att indikera förekomst av stärkelse.

Stärkelseindikatorlösning bestående av vatten, stärkelse och jodid används ofta vid redoxtitrering : i närvaro av ett oxidationsmedel blir lösningen blå, i närvaro av reduktionsmedel försvinner den blå färgen eftersom trijodid (I 3 − ) joner bryts upp i tre jodidjoner, som demonterar stärkelse-jodkomplexet. Stärkelselösning användes som indikator för att visualisera den periodiska bildningen och konsumtionen av trijodidintermediär i Briggs-Rauschers oscillerande reaktion. Stärkelsen ändrar emellertid kinetiken för reaktionsstegen som involverar trijodidjon. En 0,3% vikt/vikt lösning är standardkoncentrationen för en stärkelseindikator. Den görs genom att tillsätta 3 gram löslig stärkelse till 1 liter uppvärmt vatten; lösningen kyls före användning (stärkelse-jodkomplex blir instabilt vid temperaturer över 35 °C).

Varje växtart har en unik typ av stärkelsegranulat i granulär storlek, form och kristallisationsmönster. Under mikroskopet visar stärkelsekorn färgade med jod upplyst bakifrån med polariserat ljus en distinkt maltesisk korseffekt (även känd som utsläckningskors och dubbelbrytning ).

Mat

Sagostärkelseextraktion från palmstammar

Stärkelse är den vanligaste kolhydraten i människans kost och finns i många basföda . De viktigaste källorna till stärkelseintag över hela världen är spannmål ( ris , vete och majs ) och rotfrukter ( potatis och kassava ). Många andra stärkelsehaltiga livsmedel odlas, några endast i specifika klimat, inklusive ekollon , arrowroot , arracacha , bananer , korn , brödfrukt , bovete , canna , colocasia , katakuri , kudzu , malanga , hirs , havre , durra, durra , durra , sago , oca , , sötpotatis , råg , taro , kastanjer , vattenkastanjer , pilrot och jams , och många sorters bönor , såsom favas , linser , mungbönor , ärtor och kikärter .

Innan bearbetade livsmedel konsumerade människor stora mängder okokta och obearbetade stärkelseinnehållande växter, som innehöll höga mängder resistent stärkelse . Mikrober i tjocktarmen jäser eller konsumerar stärkelsen och producerar kortkedjiga fettsyror, som används som energi, och stödjer underhållet och tillväxten av mikroberna. Vid tillagning omvandlas stärkelse från ett olösligt, svårsmält granulat till lättillgängliga glukoskedjor med mycket olika näringsmässiga och funktionella egenskaper.

I dagens dieter är högförädlade livsmedel lättare att smälta och frigör mer glukos i tunntarmen – mindre stärkelse når tjocktarmen och mer energi absorberas av kroppen. Man tror att denna förändring i energileverans (som ett resultat av att man äter mer bearbetad mat) kan vara en av de bidragande faktorerna till utvecklingen av metabola störningar i det moderna livet, inklusive fetma och diabetes.

Amylos/amylopektinförhållandet, molekylvikten och den molekylära fina strukturen påverkar de fysikalisk-kemiska egenskaperna samt energifrisättningen hos olika typer av stärkelser. Dessutom påverkar matlagning och livsmedelsbearbetning avsevärt stärkelsens smältbarhet och energifrisättning. Stärkelse har klassificerats som snabbt smältbar stärkelse, långsamt smältbar stärkelse och resistent stärkelse, beroende på dess nedbrytningsprofil. Råstärkelsegranulat motstår matsmältning av mänskliga enzymer och bryts inte ner till glukos i tunntarmen – de når istället tjocktarmen och fungerar som prebiotisk kostfiber . När stärkelsegranulat är helt gelatinerat och kokt blir stärkelsen lättsmält och frigör snabbt glukos i tunntarmen. När stärkelsehaltig mat tillagas och kyls, omkristalliseras en del av glukoskedjorna och blir resistenta mot matsmältningen igen. Långsamt smältbar stärkelse kan hittas i råa spannmål, där nedbrytningen är långsam men relativt fullständig i tunntarmen. Ofta använda tillagade livsmedel som innehåller stärkelse är bröd , pannkakor , flingor , nudlar , pasta , gröt och tortilla .

Under tillagning med hög värme kan sockerarter som frigörs från stärkelse reagera med aminosyror via Maillard-reaktionen och bilda avancerade glykeringsslutprodukter ( AGEs), vilket bidrar med aromer, smaker och textur till maten. Ett exempel på en dietär AGE är akrylamid . Nya bevis tyder på att tarmjäsningen av dietära AGE kan vara associerad med insulinresistens , ateroskleros , diabetes och andra inflammatoriska sjukdomar. Detta kan bero på inverkan av AGEs på intestinal permeabilitet.

Stärkelsegelatinering under kakbakning kan försämras av socker som konkurrerar om vatten , förhindrar gelatinering och förbättrar konsistensen.

Stärkelseproduktion

Glukos sirap

Stärkelseindustrin utvinner och förädlar stärkelse från frön, rötter och knölar, genom våtmalning, tvättning, siktning och torkning. Idag är de huvudsakliga kommersiella raffinerade stärkelserna majsstärkelse , tapioka , arrowroot och vete-, ris- och potatisstärkelser . I mindre utsträckning är källor till raffinerad stärkelse sötpotatis, sago och mungböna. Än idag utvinns stärkelse från mer än 50 typer av växter.

Obehandlad stärkelse kräver värme för att tjockna eller gelatinisera. När en stärkelse är förkokt kan den sedan användas för att tjockna direkt i kallt vatten. Detta kallas en förgelatinerad stärkelse .

Stärkelse sockerarter

Karo majssirap annons 1917
Niagara majsstärkelse annons 1880-talet
Pacific Laundry and Cooking Starch-annons 1904

Stärkelse kan hydrolyseras till enklare kolhydrater med syror , olika enzymer eller en kombination av de två. De resulterande fragmenten är kända som dextriner . Omfattningen av omvandlingen kvantifieras vanligtvis med dextrosekvivalenter (DE), vilket är ungefär den del av glykosidbindningarna i stärkelse som har brutits.

Dessa stärkelse sockerarter är den absolut vanligaste stärkelsebaserade livsmedelsingrediensen och används som sötningsmedel i många drycker och livsmedel. De inkluderar:

  • Maltodextrin , en lätt hydrolyserad (DE 10–20) stärkelseprodukt som används som fyllmedel och förtjockningsmedel med smaklös smak.
  • Olika glukossiraper (DE 30–70), även kallade majssiraper i USA, viskösa lösningar som används som sötningsmedel och förtjockningsmedel i många typer av bearbetade livsmedel.
  • Dextros (DE 100), kommersiell glukos, framställd genom fullständig hydrolys av stärkelse.
  • Hög fruktossirap , tillverkad genom att behandla dextroslösningar med enzymet glukosisomeras , tills en betydande del av glukosen har omvandlats till fruktos. I USA majssirap med hög fruktos avsevärt billigare än socker och är det främsta sötningsmedlet som används i bearbetade livsmedel och drycker. Fruktos har också bättre mikrobiologisk stabilitet. En sorts majssirap med hög fruktoshalt, HFCS-55, är sötare än sackaros eftersom den är gjord med mer fruktos, medan sötman hos HFCS-42 är i nivå med sackaros.
  • Sockeralkoholer , såsom maltitol , erytritol , sorbitol , mannitol och hydrogenerat stärkelsehydrolysat , är sötningsmedel som görs genom att reducera sockerarter.

Modifierad stärkelse

En modifierad stärkelse är en stärkelse som har modifierats kemiskt för att tillåta stärkelsen att fungera korrekt under förhållanden som ofta förekommer under bearbetning eller lagring, såsom hög värme, hög skjuvning, lågt pH, frysning/upptining och kylning.

De modifierade livsmedelsstärkelserna är E-kodade enligt European Food Safety Authority och INS-kodade livsmedelstillsatser enligt Codex Alimentarius :

INS 1400, 1401, 1402, 1403 och 1405 finns i EU:s livsmedelsingredienser utan E-nummer. Typiska modifierade stärkelser för tekniska tillämpningar är katjonisk stärkelse , hydroxietylstärkelse och karboximetylerad stärkelse.

Använd som livsmedelstillsats

Som tillsats för livsmedelsbearbetning används matstärkelse vanligtvis som förtjockningsmedel och stabilisatorer i livsmedel som puddingar, vaniljsås, soppor, såser, såser, pajfyllningar och salladsdressingar och för att göra nudlar och pasta. De fungerar som förtjockningsmedel, utdrygningsmedel, emulsionsstabilisatorer och är exceptionella bindemedel i bearbetat kött.

Gummade godis som gelébönor och vingummin tillverkas inte med en form i konventionell mening. En bricka fylls med inhemsk stärkelse och jämnas ut. En positiv mögel pressas sedan in i stärkelsen och lämnar ett intryck av 1 000 eller så gelébönor. Geléblandningen hälls sedan i avtrycken och sätts på en spis för att stelna. Denna metod minskar avsevärt antalet formar som måste tillverkas.

Används inom läkemedelsindustrin

Inom läkemedelsindustrin används stärkelse också som hjälpämne , som tablettsönderdelningsmedel och som bindemedel.

Resistent stärkelse

Huvudartikel: Resistent stärkelse

Resistent stärkelse är stärkelse som slipper matsmältningen i tunntarmen hos friska individer. Högamylosstärkelse från vete eller majs har en högre gelatineringstemperatur än andra typer av stärkelse och behåller sitt resistenta stärkelseinnehåll genom bakning , mild extrudering och andra livsmedelsbearbetningstekniker. Det används som en olöslig kostfiber i bearbetade livsmedel som bröd, pasta, kakor, kex, kringlor och andra livsmedel med låg fukthalt. Det används också som ett kosttillskott för dess hälsofördelar. Publicerade studier har visat att resistent stärkelse hjälper till att förbättra insulinkänsligheten, minskar pro-inflammatoriska biomarkörer interleukin 6 och tumörnekrosfaktor alfa och förbättrar markörer för kolonfunktion. Det har föreslagits att resistent stärkelse bidrar till hälsofördelarna med intakta fullkorn.

Syntetisk stärkelse

År 2021 rapporterade forskare om världens första konstgjorda syntes av stärkelse i laboratoriet. En cellfri kemoenzymatisk process användes för att syntetisera stärkelse från CO 2 och väte. Om processen är livskraftig och kan skalas kan den avsevärt minska mark-, bekämpningsmedels- och vattenanvändningen samt utsläppen av växthusgaser samtidigt som livsmedelssäkerheten ökar. Den kemiska vägen för 11 kärnreaktioner utarbetades genom beräkningsvägdesign och omvandlar CO 2 till stärkelse med en hastighet som är ~8,5 gånger högre än stärkelsesyntes i majs .

Icke-livsmedelsapplikationer

Stärkelse lim
Herre med stärkt ruff 1560

Papperstillverkning

Papperstillverkning är den största icke-livsmedelsapplikationen för stärkelse globalt och förbrukar många miljoner ton årligen. I exempelvis ett typiskt pappersark kan stärkelsehalten vara så hög som 8%. Både kemiskt modifierad och omodifierad stärkelse används vid papperstillverkning. I den våta delen av papperstillverkningsprocessen, allmänt kallad "våtänden", är de använda stärkelserna katjoniska och har en positiv laddning bunden till stärkelsepolymeren. Dessa stärkelsederivat associeras med anjoniska eller negativt laddade pappersfibrer/ cellulosa och oorganiska fyllmedel. Katjonisk stärkelse tillsammans med andra retentionsmedel och inre limningsmedel hjälper till att ge de nödvändiga hållfasthetsegenskaperna till pappersbanan som bildas i papperstillverkningsprocessen ( våtstyrka ) och att ge styrka till det slutliga pappersarket (torrstyrka).

I det torra slutet av papperstillverkningsprocessen återvätas pappersbanan med en stärkelsebaserad lösning. Processen kallas ytlimning . Stärkelse som används har depolymeriserats kemiskt eller enzymatiskt vid pappersbruket eller av stärkelseindustrin (oxiderad stärkelse). Lim-/stärkelselösningarna appliceras på pappersbanan med hjälp av olika mekaniska pressar (limpressar). Tillsammans med ytlimningsmedel ger ytstärkelserna ytterligare styrka till pappersbanan och ger dessutom vattenhållning eller "limning" för överlägsna tryckegenskaper. Stärkelse används också i pappersbeläggningar som ett av bindemedlen för beläggningsformuleringarna som inkluderar en blandning av pigment, bindemedel och förtjockningsmedel. Bestruket papper har förbättrad jämnhet, hårdhet, vithet och glans och förbättrar därmed utskriftsegenskaperna.

Wellpapplim

Wellpapplim är den näst största tillämpningen av non-food stärkelse globalt. Stärkelselim inhemsk stärkelse, plus några tillsatser som borax och kaustiksoda . En del av stärkelsen gelatineras för att bära uppslamningen av okokt stärkelse och förhindra sedimentering. Detta ogenomskinliga lim kallas SteinHall-lim. Limmet appliceras på spetsarna av räfflingen. Det räfflade pappret pressas till papper som kallas liner. Denna torkas sedan under hög värme, vilket gör att resten av den okokta stärkelsen i lim sväller/gelatinerar. Denna gelatinering gör limmet till ett snabbt och starkt lim för wellpappproduktion.

Klädstärkelse

Kingsford Oswego Starch-reklam, 1885

Kläd- eller tvättstärkelse är en vätska som framställs genom att blanda en vegetabilisk stärkelse i vatten (omodifierad stärkelse gelar endast i vatten nära kokpunkten, medan kommersiella produkter kanske inte kräver värme), och används vid tvättning av kläder . Stärkelse användes flitigt i Europa på 1500- och 1600-talen för att styva upp de breda kragarna och ruffen av fint linne som omgav de välbärgades halsar. Under 1800- och början av 1900-talet var det stiligt att styva upp kragar och ärmar på herrskjortor och volanger på damunderklänningar genom att stärka dem innan de rena kläderna ströks . Stärkelse gav kläderna släta, skarpa kanter och hade ytterligare ett praktiskt syfte: smuts och svett från en persons hals och handleder fastnade på stärkelsen snarare än på fibrerna i kläderna. Smutsen skulle sköljas bort tillsammans med stärkelsen; efter tvättning skulle stärkelsen appliceras igen. Stärkelse finns i sprayburkar , förutom de vanliga granulerna att blanda med vatten.

Bioplast

Bioplast § Stärkelsebaserad plast

Stärkelse är en viktig naturlig polymer för att göra bioplaster. Med vatten och mjukgörare som glycerol kan stärkelse bearbetas till så kallad "termoplastisk stärkelse" med hjälp av konventionella polymerbearbetningstekniker såsom extrudering, formsprutning och formpressning. Eftersom material baserade på enbart naturlig stärkelse har dålig bearbetbarhet, mekaniska egenskaper och stabilitet, används mer vanligt modifierad stärkelse (t.ex. hydroxipropylstärkelse) och stärkelse kombineras med andra polymerer (företrädesvis biologiskt nedbrytbara polymerer som polykaprolakton), som vissa kommersiella produkter (t.ex. PLANTIC ) ™ HP och Mater-Bi ® ) tillgängliga på marknaden.

Risstärkelse för strykning

Övrig

En annan stor tillämpning av icke-livsmedelsstärkelse är inom byggindustrin, där stärkelse används i tillverkningsprocessen för gipsväggskivor . Kemiskt modifierad eller omodifierad stärkelse tillsätts till stuckaturen som huvudsakligen innehåller gips . Översta och nedre tunga pappersark appliceras på formuleringen, och processen tillåts värmas och härda för att bilda den eventuella styva väggskivan. Stärkelsen fungerar som ett lim för den härdade gipsstenen med pappersbeläggningen och ger också styvhet till skivan.

Stärkelse används vid tillverkning av olika lim eller lim för bokbindning, tapetklister , papperssäckstillverkning , rörlindning, gummipapper , kuvertlim, skollim och flaskmärkning. Stärkelsederivat, såsom gula dextriner, kan modifieras genom tillsats av vissa kemikalier för att bilda ett hårt lim för pappersarbete; några av dessa former använder borax eller soda , som blandas med stärkelselösningen vid 50–70 °C (122–158 °F) för att skapa ett mycket bra lim. Natriumsilikat kan tillsättas för att förstärka dessa formel.

Yrkessäkerhet och hälsa

I USA har Occupational Safety and Health Administration (OSHA) satt den lagliga gränsen ( Tillåten exponeringsgräns ) för stärkelseexponering på arbetsplatsen till 15 mg/m 3 total exponering och 5 mg/m 3 andningsexponering under en 8-timmars arbetsdag . National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) har satt en rekommenderad exponeringsgräns (REL) på 10 mg/m 3 total exponering och 5 mg/m 3 andningsexponering under en 8-timmars arbetsdag.

Se även

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Starch&oldid=1140884578 "