3.3. Transformări fizico-chimice ale amidonului la extrudere

Deoarece o mare parte a materiilor prime alimentare supuse procesului de extrudere conţin amidon, este interesant de precizat care sunt transformările pe care acesta le suferă în timpul procesării în extruder. După cum se ştie, amidonul este o polizaharidă formată din unităţi de D-glucoză care sunt legate fie prin legături de tip α (1-4) formând amiloza, fie într-o măsură mai mică, prin legături de tip α (1-6) formând amilopectină. Proporţia celor două structuri variază în funcţie de provenienţa amidonului. Particulele de amidon sunt insolubile în apă rece, dar se gonflează în apă caldă. Când o suspensie apoasă de amidon este încălzită, se poate atinge o temperatură la care legăturile de hidrogen între molecule să devină mai slabe şi granulele să poată absorbi mai multă apă. Amiloza iese din granulă şi se dizolvă în apă. Această temperatură este numită temperatură iniţială de gelifiere. Vâscozitatea pastei de amidon creşte şi dispar proprietăţile de birefringenţă şi de cristalinitate ale amidonului negelifiat. Gelifierea totală sau parţială a amidonului este responsabilă de modificările care apar în alimentele cu conţinut de amidon supuse procesului de extrudere termoplastică. De aceea, se poate defini gelifierea amidonului ca fiind ruperea ordinii moleculare în interiorul granulelor de amidon, acestea manifestând schimbări ireversibile ale proprietăţilor lor. Temperatura iniţială de gelifiere depinde de concentraţia de amidon, de tipul granulelor, de eterogenitatea populaţiei de granule. Amidonul provenit din diverse cereale are diverse proprietăţi de gelifiere, din cauza faptului că poate avea regiuni diferite de fază cristalină, care nu se topesc în acelaşi timp. Valori tipice ale temperaturii de gelifiere sunt 58 ⁰C pentru temperatura iniţială, 61 ⁰C pentru un punct mediu al gelifierii şi 64 ⁰C ca temperatură finală de gelifiere a amidonului. Dintre factorii care influenţează procesul de gelifiere, unul este conţinutul în amiloză şi în grăsimi, iar altul este mărimea granulelor de amidon. Un conţinut mai mare de amiloză şi

lipide poate modifica temperatura de gelifiere în sensul creşterii acesteia. Gelifierea este urmată de creşterea vitezei de degradare enzimatică a particulelor gelifiate, aceasta constituind o posibilitate de a determina gradul de gelifiere. Poate cea mai cunoscută metodă folosită în acest scop este metoda colorimetrică, aplicată pentru complexul amidon-iod. În timpul răcirii pastei, amiloza şi porţiunile liniare ale amilopectinei se pot reasocia prin legături de hidrogen pentru a forma o reţea tridimensională care reţine apă în structura sa. Aceste aspecte sunt ilustrate în figura 3.7.

Fig. 3.7. Ilustrarea fenomenelor care apar în cursul gelifierii şi răcirii unei suspensii de amidon.

Există numeroase studii referitoare la procesul de gelifiere al amidonului în timpul extruderii termoplastice. Dintre variabilele studiate, care influenţează acest proces, cele mai importante sunt: umiditatea materialului, temperatura, viteza şnecului şi geometria acestuia. Mai ales interacţiunea dintre temperatură şi umiditate influenţează puternic gelifierea amidonului. Crescând temperatura de extrudere, s-a demonstrat creşterea conţinutului de amidon gelifiat pentru un conţinut de umiditate între 18 şi 27 %. Conţinutul de umiditate nu afectează procesul de gelifiere la temperaturi mici (65-80 ⁰C), dar îl influenţează puternic la temperaturi între 95-110 ⁰C. După cum au indicat rezultatele obţinute de Wang şi colab. (1989), gelifierea amidonului nu este o reacţie elementară, ci constă dintr-o serie de reacţii, de aceea nu se pot obţine decât date de cinetică globală a procesului, atâta timp cât mecanismul acestuia nu este bine cunoscut. Constanta vitezei de gelifiere depinde de temperatură, după cum era de aşteptat, dar şi de efortul de forfecare, gelifierea în extrudere având loc în prezenţa unor eforturi de forfecare intense la care este supus materialul (Reinikainene şi colab., 1986; Theander şi Westerlund, 1987; Linko, 1989; Appuzzeze, 1998; Yeung, 2001).