The effects of ultra‐high pressure (UHP) on 25 starches were characterized via microscopy and DSC. Furthermore, the swelling behaviour, digestibility, paste viscosity and gel formation was determined. With few exceptions B‐starches were shown to be more pressure resistant than A‐ and C‐type starches. The pressure range in which the gelatinization occurs is typical for the corresponding starch. Only some starches (e.g. waxy corn starch) show the extensive swelling and almost complete desintegration of the granules, which usually is observed after a heat gelatinization. Typical for a UHP‐gelatinization is, that most starches show very little swelling and maintain their granular character. These starches develope very little viscosity at normal paste concentrations and form pastes of smooth texture, resp. rigid gels at concentrations above 15%. Due to the limited swelling without any resp. very little solubilization of the amylose obviously the retrogradation occurs within the granules, which probably is a further reason for the quite different paste and gel properties of UHP‐gelatinized starches in comparison to heat gelatinized ones.
Because of a well defined supramolecular architecture of the native starch granules the preparation of molecularly dispersed starch solutions is achieved only after autoclaving at temperatures of 135 to 160 C. A detailed analysis of static light scattering data allowed the determination of the molecular parameters of both the amylopectin and amylose. The results were confirmed by (1) measurements in the iron sodium tartrate complex FeTNa, (2) by extrapolation of the data obtained with degraded starches to no degradation and (3) by sedimentation field‐flow‐fractionation sFFF. Above the overlap concentration strong aggregation due to H‐bonding commenced and eventually led to gelation. The process is promoted by the amylose content and could be followed by static and dynamic light scattering. Cationic starches and cationic amyloses display remarkably different behavior. The branched amylopectin expanded uniformly when the ionic strength was lowered but the corresponding amylose exhibited an unusual helix‐disorder transition.
Bei der Anwendung des semi‐dry Prozesses zur Säuremodifizierung der Stärke wird die granuläre Substanz in einem Mischer mit Säure in katalytischer Konzentration besprüht, danach kurzzeitig im Mikrowellenfeld gezielt erhitzt, anschließend durch Aufsprühen einer Sodalösung neutralisiert und gleichzeitig gekühlt. Im Verlauf der milden Säurehydrolyse werden unspezifisch glycosidische Bedingungen der Glucosepolymere gespalten, wovon die Amylopektinfraktion zunächst stärker betroffen ist als die Amylose. Durch die Variation der Modifizierungsbedingungen, insbesondere hinsichtlich der Katalysatormenge und der Erhitzung, ließen sich unterschiedliche Typen dünnkochender Stärke mit variablen Gelbildungseigenschaften bis hin zu reversibel gelbildenden Dextrinen herstellen, die sich gut als Fettreplacer eignen. Der semi‐dry Prozeß ist besonders umweltfreundlich und bietet gegenüber dem gebräuchlichen Slurry‐Verfahren entscheidende Vorteile: eine kleinere Chemikalienmenge, eine kürzere Reaktionsdauer, kein Auswaschen, kein Abwasser, kein Substanzverlust.
Es wird gezeigt, daß die mechanische Beanspruchung der Stärke in Form einer plastischen Stärkekornverformung in optimaler Weise deren physikalische und chemische Eigenschaften verändert. Die zur Verformung notwendigen Energiebeträge sind zwar klein, können aber mit den z. Z. bekannten Werkzeugen nicht gezielt und daher nur mit schlechtem Wirkungsgrad übertragen werden. Trotz hoher Energieverluste wird aber schon durch kurze Beanspruchungszeiten die Assoziation und Polymerisation der Stärkemoleküle weitreichend verändert. Es werden hauptsächlich Nebenvalenzbindungen aufgelöst. Daneben verläuft ein Abbau von Hauptvalenzbindungen beider Stärkekonstituenten, von dem das Amylopektin stärker als die Amylose betroffen ist. Die Abnahme der Wasserstoffbrückenbindungen zwischen benachbarten Stärkepolymeren und die dadurch bedingte Zunahme freier OH‐Gruppen sowie der Abbau der Polymere durch Auflösung von Hauptvalenzbindungen führt zu einem veränderten Verhalten der Stärke gegenüber Wasser. In Bezug auf die Anwendung wird besonders herausgestellt, daß mit den mechanisch modifizierten Stärken homogene und stabile Pasten hergestellt werden können, die keine Gelbildung zeigen und eine hohe Gefrierstabilität haben. Außerdem werden die Enzymsuszeptibilität verbessert sowie die Bildung von Adsorptions‐ und Inklusionskomplexen gefördert.
Der Einfluß der Art der Energieübertragung auf strukturelle und funktionelle Merkmale von Stärke wurde untersucht. Dazu wurde die Veränderung der molekularen Struktur und funktionellen Eigenschaften der Stärke durch Schwingmahlung, Walzentrocknung und Extrusion festgestellt. Die Ergebnisse wurden im Hinblick auf verfahrensspezifische Merkmale miteinander verglichen. Es konnte gezeigt werden, daß sowohl durch Schwingmahlung als auch Extrusion Haupt‐ und Nebenvalenzbindungen von Stärke aufgelöst werden. Dagegen kommt bei der Walzentrocknung kein Molekülabbau vor. Aus den Veränderungen im molekularen Bereich resultiert eine Zunahme der Stärke. Davon sind jedoch Amylose und Amylopektin nicht gleichartig betroffen. Die Unterschiede in der Veränderung der Molekülstruktur hängen von der Wirkung der Energieübertragungsvorgänge ab. Die mechanische Energieübertragung spielt für den Molekülabbau bei der Extrusion und Schwingmahlung eine herausragende Rolle. Die von der molekularen Struktur abhängenden funktionellen Eigenschaften der modifizierten Stärken werden deshalb verfahrensspezifisch ausgebildet. Die Extrusion besitzt im Hinblick auf die Ausbildung diester Eigenschaften die größte Flexibilität. Da mit ihr jedoch weder eine ausschließlich mechanische noch thermische Energieübertragung möglich ist, kann beispielsweise kein Extrudat mit dem Wasserbindevermögen einer walzengetrockneten Stärke hergestellt werden.
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