نشاسته های اصلاح شده و کاربرد آن ها در صنایع مختلف

مقدمه:
نشاسته مهمترین بیوپلیمر گیاهی است و به خاطر ویژگی های خاصی که دارد در صنایع مختلف غذایی و داروئی، آرایشی-بهداشتی، نساجی، حفاری، کاغذ و چسب سازی کاربرد دارد. کاربرد نشاسته در صنعت غذا عمدتا به عنوان افزودنی و به علت ویژگی های ژل کنندگی، قوام دهندگی، امولسیفایری و سفت کنندگی می باشد.

سالانه حدود 73 میلیون تن نشاسته در سراسر جهان از محصولات غلات و ریشه های مختلف استخراج می شود. حدود50-60 درصد نشاسته در صنایع غذایی و 40-50 درصد باقی مانده در صنایع دارویی و غیر خوراکی استفاده می شوند. در دنیا نشاسته عموما از چهار منبع منبع ذرت، گندم، سیب زمینی و تاپیوکا تامین می شود اما در ایران باتوجه به محدودیت کاشت ذرت و واردات قسمت عمده آن و اهمیت بیشتر آن به عنوان خوراک دام و طیور از یک طرف و اهمیت گندم به عنوان محصول استراتژیک در مصرف انسان از طرف دیگر، استخراج نشاسته از سیب زمینی در اولویت قرار دارد. علاوه براین، نشاسته سیب زمینی از نظر خواص حسی برتر از نشاسته های گندم و ذرت می باشد و قدرت جذب آب بسیار بالاتری نسبت به آن دو دارد. 

نشاسته ای که ابتدا از گیاه استخراج می شود نشاسته دست نخورده یا معمولی (native) نام دارد و حلالیت خیلی کمی در آب دارد و در برابر شرایط صنعتی ازقبیل دمای بالا، pH پایین و تنش برشی مقاومت ندارد و به همین دلایل، استفاده از آن به طور مستقیم در برخی از صنایع مقدور نیست و بایستی براساس ویژگی های مورد نیاز، اصلاح شود. براین اساس، انواع نشاسته اصلاح شده تولید می شود. انواع نشاسته اصلاح شده شامل نشاسته پری ژلاتینه، نشاسته استیله، نشاسته فسفاته، نشاسته هیدروکسی پروپیله، نشاسته دارای اتصالات عرضی و نشاسته هایی که دو نوع اصلاح روی آن ها انجام شده است (مانند فسفات دو نشاسته ای فسفاته، فسفات دو نشاسته ای استیله، فسفات دو نشاسته ای هیدروکسی پروپیله، آدیپات دو نشاسته ای استیله و ...)، می باشد که هرکدام از این ها دارای ویژگی های خاصی است و به تبع آن در صنعت خاصی کاربرد دارد. 

علاوه بر این، امکان تولید برخی از نشاسته های عملگر به عنوان جایگزین چربی با روش اکستروژن وجود دارد.

طبق آمار سایت اتاق بازرگانی، میزان واردات دکسترین و انواع نشاسته تغییر یافته (با کد تعرفه 3505) در سال 1399 بیش از 11 هزار تن و به ارزش بالغ بر 17 میلیون دلار بوده است. با این حال، حدود 2 میلیون دلار نیز صادرات نشاسته اصلاح شده به کشورهای همسایه نظیر عراق، ارمنستان، آذربایجان، قرقیزستان، ترکمنستان، افغانستان، ازبکستان (با میانگین قیمتی 1-10 دلار) صورت گرفته است که مبین وجود زمینه صادرات آن ها است. بنابراین، به نظر می رسد کشورهای همسایه نظیر عراق، ارمنستان، آذربایجان، قرقیزستان، ترکمنستان، افغانستان، ازبکستان نیز بازار مناسبی برای این نوع محصولات می باشند. در این قسمت به برخی از نشاسته های مهم در صنعت غذا پرداخته می شود.

نشاسته پری ژلاتینه

یکی از انواع نشاسته اصلاح شده، نشاسته پری ژلاتینه (یا پری ژل) است که به عنوان نشاسته فوری نیز شناخته می شود. برای تولید نشاسته پری ژلاتینه، از روش هایی از قبیل خشک کن غلتکی، خشک کن پاششی یا اکسترودر استفاده می شود. این نشاسته عمدتا در محصولاتی که حرارت داده نمی شوند، مانند سس های سرد، به عنوان قوام دهنده کاربرد دارد. این نشاسته اصلاح شده همانند اسفنج عمل کرده و سریعا آب را جذب نموده و ویسکوزیته را افزایش می دهد. 
 

فسفات دو نشاسته ای فسفاته (E1413) 

برای تولید فسفات دو نشاسته ای فسفاته، محلول نشاسته خام با ترکیبی از واکنشگرهای مجاز برای تولید نشاسته فسفاته (E1410) و فسفات دو نشاسته ای (از قبیل سدیم تری متافسفات یا فسفر اکسی کلرید) تحت شرایط قلیایی واکنش می دهند. میزان فسفر مجاز در این محصولات، 5/0 درصد برای نشاسته گندم و سیب زمینی و 4/0 درصد برای نشاسته سایر منابع می باشد. 

این نشاسته اصلاح شده معمولا در ماست، مخصوصا ماست همزده، به عنوان پایدار کننده بکار می رود تا ویژگی های بافتی مطلوب را ایجاد نموده و از سینرسیس جلوگیری نماید. نشاسته های حاوی اتصالات عرضی از مقاومت مناسبی در برابر حرارت و تنش برشی برخوردار هستند. استیلاسیون نشاسته موجب افزایش ویسکوزیته و ظرفیت نگه داری آب می شود تا درنهایت، پایداری ماست را افزایش دهد .
 

فسفات دو نشاسته‎ای استیله (E1414)

این نشاسته، با ایجاد اتصالات عرضی با استفاده از سدیم تری متافسفات یا فسفر اکسی کلرید و استریفیکاسیون با استیک انیدرید حاصل می شود. میزان فسفر باقی مانده مجاز در این نوع نشاسته، 14/0 درصد برای نشاسته های گندم و سیب زمینی و 04/0 درصد برای سایر منابع و تا 5/2 درصد گروه استیل می باشد. در این نوع نشاسته نیز با افزایش سطح اتصالات عرضی، ویسکوزیته کاهش پیدا می کند. 
اصلاح منفرد نشاسته، مانند ایجاد اتصالات عرضی، می تواند برخی از اثرات منفی را نیز در نشاسته ایجاد کند (مانند کاهش قدرت ژل کنندگی، تمایل بالا به تنزل کیفیت و پسروی ژل). بنابراین، اصلاح دوگانه نشاسته مطرح شده است. ین نوع نشاسته اصلاح شده، اغلب به عنوان پایدارکننده در ماست کاربرد دارد .
 

آدیپات دو نشاسته‎ای استیله (E1422)

برای تولید این نوع نشاسته اصلاح شده، ابتدا در نشاسته خام با استفاده از آدیپیک انیدرید اتصالات عرضی ایجاد می شود و سپس با استفاده از استیک انیدرید، استری می گردد. براساس استاندارد اتحادیه اروپا، میزان آدیپات مجاز در این نوع نشاسته، حداکثر 135/0 درصد می باشد؛ اگرچه معمولا کمتر از 09/0 درصد است (یعنی یک مولکول آدیپات به 1000 واحد گلوکز). میزان گروه استیل مجاز نیز 5/2 درصد است. این نوع نشاسته در آب، محلول ویسکوزی را ایجاد می کند. تحقیقات انجام شده حاکی از آن بوده است که آدیپات نشاسته استیله از منبع سیب زمینی، مقاومت به اسید را افزایش داده است و با نمک سازگار بوده و ویسکوزیته بهتری نسبت به نشاسته خام داشته است. این نوع نشاسته نیز کاربرد گسترده ای در ماست همزده دارد.

فسفات دو نشاسته ‎ای هیدروکسی پروپیله (E1442)

برای تولید این نشاسته، ابتدا نشاسته خام با سدیم تری متافسفات (یا فسفر اکسی کلرید) واکنش می دهد تا اتصالات عرضی در نشاسته ایجاد شود و سپس با پروپیلن اکسید، اتری می گردد. هیدروکسی پروپیلاسیون ویژگی های فیزیکوشیمیایی گرانول های نشاسته را به طور قابل توجهی تغییر می دهد (کاهش دمای ژلاتیناسیون، کاهش تمایل آمیلوز و آمیلوپکتین به اتصال و پسروی). براساس استاندارد اتحادیه اروپا، میزان فسفر مجاز در این نوع نشاسته اصلاحی، 04/0 تا 14/0 درصد (بسته به منبع نشاسته) گروه هیدروکسی پروپیل مجاز نیز تا 7 درصد است.

این نوع نشاسته به عنوان جایگزین چربی مخصوصا در ماست بکار گرفته شده است و موجب تاثیر مثبتی بر سینرسیس، ویسکوزیته و ویژگی های ویسکوالاستیک ماست شده است.

در نهایت، باتوجه ویژگی های منحصربفرد نشاسته سیب زمینی نسبت به سایر نشاسته ها، وجود زنجیره تامین نشاسته سیب زمینی در کشور و عدم وابستگی وارداتی و امکان استفاده از سیب زمینی های ضایعاتی و درجه سه، تولید نشاسته سیب زمینی می تواند در اولویت کشور قرار گیرد؛ اگرچه نوسانات قیمتی و سیاست های متغیر کاشت این محصول از تهدیدهای نگران کننده در مورد ثبات وضعیت سیب زمینی در کشور است. اگرچه نشاسته سیب زمینی اصلاح شده دارای ویژگی های رئولوژیکی و حسی مطلوب تری نسبت به نشاسته های اصلاح شده گندم و ذرت می باشد اما قیمت بالاتر آن نیز موجب محدود شده مصرف آن به فرآورده های گرانقیمت با کیفیت بالاتر می شود. بنابراین، تولید نشاسته های اصلاح شده ذرت و گندم نیز در دستور کار مرکز می باشد. در حال حاضر، نشاسته های اصلاح شده پری ژلاتینه، نشاسته اکسید (E1404)، نشاسته فسفاته (E1410)، فسفات دو نشاسته‎ای فسفاته (E1413)، فسفات دو نشاسته‎ای استیله (E1414)، نشاسته استیله (E1420)، آدیپات دو نشاسته‎ای استیله (E1422)، نشاسته هیدروکسی پروپیله (E1440)، فسفات دو نشاسته‎ای هیدروکسی پروپیله (E1442) توسط جهاد دانشگاهی تولید شده است. علاوه بر این، تولید نشاسته های کاغذ نیز در دستور کار این مرکز می باشد. 
 

نویسنده: دکتر حامد صابریان - عضو هیأت علمی جهاد دانشگاهی واحد صنعتی اصفهان