Temperatura przejścia szklistego i krytyczne parametry przechowywania skrobi ziemniaczanej i jej pochodnych

• Autorzy: Witczak T.

Warianty tytułu

EN

Glass transition temperature and critical storage parameters for potato starch and its derivatives

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem niniejszej pracy była ocena wpływu utleniania, acetylacji oraz podwójnej modyfikacji (acetylacji i utleniania) na temperaturę przejścia szklistego (Tg) i krytyczne parametry przechowywania skrobi ziemniaczanej. Utlenianie skrobi prowadzono z zastosowaniem chloranu(I) sodu, natomiast acetylację – z wykorzystaniem bezwodnika kwasu octowego. Próbki o różnej aktywności wody (aw) uzyskano metodą statyczno-eksykatorową po umieszczeniu wysuszonej skrobi i jej modyfikatów w środowisku o różnej wilgotności. Temperaturę przejścia szklistego wyznaczono przy użyciu skaningowej kalorymetrii różnicowej. Wszystkie modyfikacje prowadziły do zmiany wartości temperatury przejścia szklistego w stosunku do skrobi natywnej, przy czym najbardziej do niej zbliżona była skrobia utleniona. Zależność temperatury przejścia szklistego od równowagowej zawartości wilgoci opisano równaniem Gordona-Taylora i zmodyfikowanym równaniem Couchman-Karasz. Temperatura przejścia szklistego bezwodnego biopolimeru (Tgs) zmieniała się w zakresie 241,5 ÷ 306,8 ºC w zależności od rodzaju skrobi oraz przyjętej temperatury odniesienia (temperatury przejścia szklistego wody – Tgw). Wartość Tg wszystkich próbek zmniejszała się ze wzrostem aktywności wody. Uzyskane wartości stałej k modelu Gordona-Taylora zawierały się w granicach 4,94 ÷ 6,86, a zmiana pojemności cieplnej skrobi Δ Cps, wyznaczona z modelu Couchman-Karasz – w zakresie 0,283 ÷ 0,393 J⋅g⁻¹⋅K⁻¹. Zmiana krytycznych parametrów przechowywania (aktywność wody i temperatura przejścia szklistego) wskazuje na wzrost trwałości uzyskanych preparatów. Za najbardziej trwałą uznano skrobię acetylowaną.

EN

The objective of the research study was to assess the effect of oxidation, acetylation, and double modification (acetylation and oxidation) on the glass transition temperature (Tg) and critical storage parameters of potato starch. The starch oxidation was carried out using sodium chlorate(I) and acetylation with acetic anhydride. The samples with different water activity were obtained by a static-desiccator method applied after the dried starch and its derivates had been placed in an environment with different humidity. The glass transition temperature was determined using the differential scanning calorimetry. All the modifications led to a change in the glass transition temperature compared to the native starch whereas the Tg of the oxidized starch was as close as possible to that of the native starch. The dependence of the glass transition temperature on the equilibrium moisture content was described by the Gordon-Taylor equation and by the modified Couchman-Karasz equation. The glass transition temperature of the anhydrous biopolymer varied from 241.5 ºC to 306.8 ºC, depending on the type of starch and the assumed reference temperature (glass transition temperature for water). As for all the analyzed samples, the Tg value decreased with the increasing water activity. The obtained values of k constant of the Gordon-Taylor model were within the range between 4.94 and 6.86 while the change in the heat capacity of the analyzed samples, determined from the Couchman–Karasz model, was within the range from 0.283 to 0.393 J⋅g⁻¹⋅K⁻¹. The change in the critical storage parameters (water activity, glass transition temperature) shows an increasing stability of the formulations produced. The acetylated starch was considered to be the most durable.

Słowa kluczowe

PL

biopolimery; skrobia ziemniaczana; modyfikacja chemiczna; pojemnosc cieplna; acetylacja; utlenianie; rownanie Gordona-Taylora; temperatura przejscia szklistego

EN

biopolymer; potato starch; chemical modification; heat capacity; acetylation; oxidation; GordonTaylor equation; glass transition temperature

• Wydawca: -
• Czasopismo: Żywność Nauka Technologia Jakość
• Rocznik: 2017
• Tom: 24
• Numer: 2
• Opis fizyczny: s.51-66,tab.,wykr.,bibliogr.

Twórcy

autor

Witczak T.

• Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego, Wydział Technologii Żywności, Uniwersytet Rolniczy w Krakowie, ul.Balicka 122, 30-149 Kraków

Bibliografia

• [1] Avaltroni F., Bouquerand P.E., Normand V.: Maltodextrin molecular weight distribution influence on the glass transition temperature and viscosity in aqueous solutions. Carbohyd. Polym., 2004, 58, 323-334.
• [2] Bai Y., Rahman M.S., Perera C.O., Smith B., Melton L.D.: State diagram of apple slices: Glass transition and freezing curves. Food Res. Int., 2001, 34, 89-95.
• [3] Bertuzzi M.A., Armada M., Gottifredi J.C.: Thermodynamic analysis of water vapour sorption of edible starch based films. Food Sci. Technol. Int., 2003, 9 (2), 115-121.
• [4] Červenka L., Kubínová J., Juszczak L., Witczak M.: Moisture sorption isotherms and glass transition temperature of elecampe (Inula helenium L.) and burdock (Arctium lappa L.) roots at 25°C. Food Sci. Technol. Int., 2012, 18, 81-91.
• [5] Červenka L., Kubínová J., Juszczak L., Witczak T.: Study of moisture adsorption process in comfrey (Symphytum officinale L.) roots at 25 Celsius degree. Scientific Papers of the University of Pardubice. Series A, 2010, 16, 5-18.
• [6] Chung H.J., Lee E.J., Lim S.T.: Comparison in glass transition and enthalpy relaxation between native and gelatinized rice starches. Carbohyd. Polym., 2002, 48, 287-298.
• [7] Ciurzyńska A., Lenart A.: Rehydration and sorption properties of osmotically pretreated freeze-dried strawberries. J. Food Eng., 2010, 97, 267-274.
• [8] Couchman P.R., Karasz F.E.: A Classical thermodynamic discussion of the effect of composition on glass-transition temperatures. Macromolecules, 1978, 11, 117-119.
• [9] Díaz P., Lopez D., Matiacevich S., Osorio F., Enrione J.: State diagram of salmon (Salmo salar) gelatin films. J. Sci. Food Agric., 2011, 91, 2558-2565.
• [10] Forsell P., Hamunen A., Autio K., Suorti T., Poutanen K.: Hypochlorite oxidation of barley and potato starch. Starch/Stärke, 1995, 47, 371-377.
• [11] Gordon M., Taylor J.S.: Ideal copolymers and the second-order transitions of synthetic rubbers. I. Non-crystalline copolymers. J. Appl. Chem., 1952, 2 (9), 493-500.
• [12] Guizani N., Al-Saidi G.S., Rahman M.S., Bornaz S., Al-Alawi A.A.: State diagram of dates: Glass transition, freezing curve and maximal-freeze-concentration condition. J. Food Eng., 2010, 99, 92-97.
• [13] Haque M.K., Roos Y.H.: Water sorption and plasticization behavior of spray-dried lactose/protein mixtures. J. Food Sci., 2004, 69 (8), E384-E391.
• [14] ISO 11214:1996. Modified starch. Determination of carboxyl group content of oxidized starch.
• [15] Katkov I.I., Levine F.: Prediction of the glass transition temperature of water solutions: Comparison of different models. Cryobiology, 2004, 49, 62-82.
• [16] Lourdin D., Coignard L., Bizot H., Colonna P.: Influence of equilibrium relative humidity and plasticizer concentration on the water content and glass transition of starch materials. Polymer, 1997, 38, 5401-5406.
• [17] Mężyński L.: Acetylowanie skrobi. Przem. Chem., 1972, 51, 5, 289-290.
• [18] Nakamura S., Tobolsky A.V.: Viscoelastic properties of plasticized amylose films. J. Appl. Polym. Sci., 1967, 11, 1371-1386.
• [19] Orford P.D., Parker R., Ring S.G., Smith A.C.: Effect of water as a diluent on the glass transition behaviour of malto-oligosaccharides, amylose and amylopectin. Int. J. Biol. Macromol., 1989, 11, 91-96.
• [20] Pałacha Z., Sitkiewicz I.: Temperatura przemiany szklistej – parametr stabilności żywności. Przem. Spoż., 2008, 62 (9), 32-37.
• [21] Peleg M.: Assessment of a semi-empirical four parameter general model for sigmoid moisture sorption isotherms. J. Food Process Eng., 1993, 16, 21-37.
• [22] Perdomo J., Cova A., Sandoval A.J., García L., Laredo E., Müller A.J.: Glass transition temperatures and water sorption isotherms of cassava starch. Carbohyd. Polym., 2009, 76 (2), 305-313.
• [23] Pérez S., Bertoft E.: The molecular structures of starch components and their contribution to the architecture of starch granules: A comprehensive review. Starch-Stärke, 2010, 62, 389-420.
• [24] Pietrzyk S., Juszczak L., Fortuna T., Królikowska K.: Wpływ kompleksowania skrobi utlenionych składnikami mineralnymi na ich właściwości reologiczne. Żywność. Nauka Technologia. Jakość, 2013, 3 (88), 125-139.
• [25] Rahman M.S.: Food stability determination by macro–micro region concept in the state diagram and by defining a critical temperature. J. Food Eng., 2010, 99, 402-416.
• [26] Rahman M.S., Sablani S.S., Al-Habsi N., Al-Maskri S., Al-Belushi R.: State diagram of freeze-dried garlic powder by Differential Scanning Calorimetry and cooling curve methods. J. Food Sci., 2005, 70, E135-E141.
• [27] Roos Y., Karel M.: Plasticizing effect of water on thermal behaviour and crystallization of amorphous food models. J. Food Sci., 1991, 56, 38-43.
• [28] Sablani S.S., Kasapis S., Rahman M.S., Al-Jabri A., Al-Habsi N.: Sorption isotherms and the state diagram for evaluating stability criteria of abalone. Food Res. Int., 2004, 37, 915-924.
• [29] Singh N., Singh J., Kaur L., Sodhi N.S., Gill B.S.: Morphological, thermal and rheological properties of starches from different botanical sources. Food Chem., 2003, 81, 219-231.
• [30] Steendam R., Frijlink H.W., Lerk C.F.: Plasticisation of amylodextrin by moisture. Consequences for compaction behaviour and tablet properties. Eur. J. Pharm. Sci., 2001, 14 (3), 245-254.
• [31] Tharanathan R.N.: Starch – value addition by modification. Crit. Rev. Food Sci., 2005, 45, 371-384.
• [32] Velázquez-Gutiérrez S.K., Figueira A.C., Rodríguez-Huezo M.E., Román-Guerrero A., Carrillo-Navas H., Pérez-Alonso C.: Sorption isotherms, thermodynamic properties and glass transition temperature of mucilage extracted from chia seeds (Salvia hispanica L.). Carbohyd. Polym., 2015, 121, 411-419.
• [33] Whittam M.A., Noel T.R., Ring S.G.: Melting behaviour of A-and B-type crystalline starch. Int. J. Biol. Macromol., 1990, 12, 359-362.
• [34] Wurzburg O.B.: Acetylation. In: Method in Carbohydrate Chemistry. Ed. R.L. Whistler, R.J. Smith, J.N. BeMiller, M.L. Wolfrom. Academic Press Inc., New York 1964, pp. 286-288.
• [35] Witczak M., Ziobro R., Juszczak L., Korus J.: Starch and starch derivatives in gluten-free systems – A review. J. Cereal Sci., 2016, 67, 46-57.
• [36] Witczak T., Stępień A., Witczak M., Pietrzyk S., Bednarz A., Florkiewicz A.: Sorption properties of modified potato starch. Nauka Przyr. Technol., 2016, 10 (4), #48, DOI: 10.17306/J.NPT.2016.4.48.

Identyfikatory

DOI

10.15193/zntj/2017/111/185