Tärkkelyksen kemiaa

Ruokaverstas 5.11.2014, Seinäjoki. Yhteistyökumppanina Finnamyl Oy.

Marraskuun ruokaverstaassa tutustuimme tärkkelykseen ja sen kemiaan. Erityisaiheena meillä oli resistentti tärkkelys, jota tarkastelimme eri näkökulmista. Resistentistä tärkkelyksestä on tulossa ruokavalioiden hittituote rahkan vanavedessä, mutta mitä tärkkelyksen resistenttiys oikeastaan tarkoittaa? Epäilemättä kyse on tärkkelyksen muuntumiskyvystä, muuttumisesta kiisseliksi tai sulamisesta ruuansulatuksessa. Raporttimme on nyt kolmessa osassa:

 

 

Tärkkelyksen gelatinoituminen, uudelleenkiteytyminen ja modifiointi

Tärkkelyksen resistenttiyden ymmärtämiseen tarvitaan hieman tietoa tärkkelyksen kemiasta ja sen normaalista ”kiisselöitymisestä” eli gelatinoitumisprosessista. Koska resistentti tärkkelys osoittautui perin laajaksi aiheeksi, kaikkia näkökulmia ei ehditty käsitellä Ruokaverstaan kaksituntisen aikana. Pintaraapaisun omainen Ilta herättikin uusia kismittäviä kysymyksiä, joihin haettiin hieman lisää tietoa tätä raporttia varten.

Vasemmalla ehjiä tiiviitä tärkkelysjyväsiä 20 20 °C lämpötilassa. Oikealla kuumassa 90 °C vedessä turvonnutta gelatinoitunutta tärkkelystä, josta on vielä hahmoja jäljellä.

 

Tärkkelyksen liukeneminen kiisseliksi

Tärkkelys on jauhomaista ainetta, joka muodostuu pienistä tärkkelysjyvistä. Kemiallisesta näkökulmasta se on glukoosiyksiköistä rakentunut polysakkaridi. Glukoosi on rakenteeltaan rengasmainen hapen sisältävä hiilivety. Tärkkelyksestä voidaan kemiallisella tasolla edelleen erottaa amyloosi ja amylopektiini. Amyloosi on kytkeytynyt suoriin ketjuihin, kun taas amylopektiini on haaroittunut. Kiisselikattilan lämpötilan noustessa tärkkelysjyvänen turpoaa, jolloin jyvän pinnassa oleva amylaasientsyymi aktivoituu ja pääsee pilkkomaan tärkkelysketjuja. Tällöin amyloosi pääsee diffundoitumaan ulos jyväsestä.[1] [2]. Lopulta jyvänen puhkeaa rikki, tärkkelyskiteet sulavat ja muodostavat polymeeriverkoston. Tärkkelyksen gelatinoitumiseen vaikuttavat useat tekijät, kuten aika, pH, lämpötila, prosessi, muut ainekset kuten suola, proteiinit ja rasva. Kullekin tärkkelyslajikkeelle on oma tyypillinen gelatinoitumislämpötila-alue. Perunatärkkelyksellä se on 58 – 68 °C.

(Huom! Ruokaverstaassa kerrottiin erheellisesti, että tärkkelysjyvän pinnassa on proteiineja, mutta todellisuudessa kyse on lipideistä. )

a) Suoraketjuinen amyloosi. b) Haaroittunut amylopektiini c) amylaasientsyymi pilkkoo tärkkelysketjua.

 

Kuinka tärkkelys kiteytyy uudelleen?

Tärkkelyksen uudelleenkiteytyminen palauttaa osittain sen resistenttiyden. Tärkkelys voi kiteytyä uudelleen, kun lämpötila laskee ja olosuhteet ovat sopivat. Tätä tapahtuu esimerkiksi perunassa tai leivässä niiden jäähdyttyä. Leivässä tärkkelyksen uudelleenkiteytymistä tapahtuu, kun kosteus siirtyy leivän sisuksesta ulospäin, ja soluseinät kovettuvat. Ruoan uudelleenkiteytynyt tärkkelys kuitenkin yleensä hajoaa uudelleen lämmitettäessä, joten resistenttiä tärkkelystä halutessaan se tulee syödä kylmänä. Tärkkelystä kiteytetään myös teollisesti, jolloin sitä muokataan tarkoituksella kestämään myös erilaiset prosessiolosuhteet.

Tärkkelyksen gelatinoituminen, hajoaminen ja uudelleenkiteytyminen lämpökäsittelyssä, eli retrogradaatio. (Mukaelma Tplus Oy:n esitysmateriaalista)

Tärkkelyspitoisen ruoka-aineen jäähtyessä tärkkelysketjut alkavat yhdistyä uudelleen kaksoiskierremuotoon, ja muodostavat vetysidoksia. Tätä kutsutaan uudelleenkiteytymiseksi eli retrogradaatioksi. Amyloosiketjut pystyvät kiteytymään uudelleen helposti amyloosiketjujen pitkittäisen muodon vuoksi, kun taas haarainen amylopektiini saattaa vaatia jopa useamman päivän. Vähitellen kaksoiskierteet muodostavat kuusikulmaisen yksikön, ja kierteiden tiiviistä muodostelmasta rakentuu kide, joka estää entsyymin pääsyn hajottamaan sen sidoksia. Se, miten paljon uudelleenkiteytymistä tapahtuu, riippuu amyloosin ja amylopektiinin suhteesta, ketjujen laadusta, vesipitoisuudesta ja amylopektiinin molekyylirakenteesta. Tärkkelys vaatii uudelleenkiteytymiseen vähintään 27 % vesipitoisuuden. Lisäksi kiteytymisen määrään vaikuttaa aika ja prosessin tai varaston lämpötila.3

 

Tärkkelyksen modifiointi resistentiksi tärkkelykseksi

Resistentti tärkkelys kiinnostaa elintarviketeollisuutta erityisesti siksi, että se on lämpötilastabiili. Tämä mahdollistaa sen, että se säilyttää rakenteensa tyypillisten prosessointien aikana, jolloin sitä voidaan käyttää erilaisten ruokien raaka-aineena vakaannuttamassa tuotteen laatua. Resistenttiä uudelleenkiteytynyttä tärkkelystä voidaan valmistaa fysikaalisen modifioinnin, eli lämpökäsittelyiden avulla, jossa vuorotellaan sekä matalaa että korkeaa lämpötilaa[3]. Toinen resistentin tärkkelyksen modifiointikeino on kemiallinen ristisilloittaminen, ja reagentteina voidaan käyttää etikkahappoanhydridin, vinyyliasetaatin ja adipiinihapon sekoitusta.[4]

Laila Matikainen, 25.11.2014


[1] Taiz, L. & Zeiger, E., 2014. Plant physiology 5th edition: Topic 8.13: Starch Architecture. [Online]

Available at: http://5e.plantphys.net/article.php?ch=t&id=422 [Haettu 20 11 2014].

[2] Belitz, H.-D., Grosch, W. & Schieberle, P., 2004. Food Chemistry. 3rd revised edition toim. Berlin: Springer.

[3] Escarpa, A. ym., 1996. Resistant Starch Formation: Standardization of a High-Pressure Autoclave Process, Alcalá de Henares: Journal of Agricultural and Food Chemistry

[4] Männistö, L., 2012. Ohratärkkelyksen elintarvikekäyttö, Helsinki: EKT-sarja 1571, Helsingin yliopisto.

One thought on “Tärkkelyksen kemiaa

  1. Pingback: Kiehahtaa, kiehuu, hautuu | PÄÄSKYTIEN KUVISTA

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *