Stivelse - Starch

Stivelse
Maisstivelse blandes med vann
Identifikatorer
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.029.696 Rediger dette på Wikidata
EC -nummer
RTECS -nummer
Egenskaper
( C
6
H
10
O
5
)
n
+ (H
2
O)
Molar masse Variabel
Utseende hvitt pulver
Tetthet Variabel
Smeltepunkt brytes ned
uoppløselig (se gelatinisering av stivelse )
Termokjemi
Std
forbrenningsentalpi
c H 298 )
4,1788 kilokalorier per gram (17,484 kJ/g) ( Høyere oppvarmingsverdi )
Farer
Sikkerhetsdatablad ICSC 1553
410 ° C (770 ° F; 683 K)
NIOSH (amerikanske helseeksponeringsgrenser):
PEL (tillatt)
TWA 15 mg/m 3 (totalt) TWA 5 mg/m 3 (resp.)
Med mindre annet er angitt, gis data for materialer i standardtilstand (ved 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
kryss avY bekreft  ( hva er   ?) kryss avY☒N
Infobox -referanser
Oppbygging av amylose molekylet
Oppbygging av amylopektin molekylet

Stivelse eller amyl er et polymert karbohydrat som består av mange glukoseenheter forbundet med glykosidbindinger . Dette polysakkaridet produseres av de fleste grønne planter for energilagring. På verdensbasis er det det vanligste karbohydratet i menneskelige dietter, og finnes i store mengder i stiftmat som hvete , poteter , mais (mais), ris og kassava (maniok).

Ren stivelse er et hvitt, smakløst og luktfritt pulver som er uløselig i kaldt vann eller alkohol. Den består av to typer molekyler: den lineære og spiralformede amylosen og det forgrenede amylopektinet . Avhengig av planten inneholder stivelse vanligvis 20 til 25% amylose og 75 til 80% amylopektin i vekt. Glykogen , glukoseoppbevaring av dyr, er en mer forgrenet versjon av amylopektin.

I industrien omdannes stivelse til sukker, for eksempel ved malting , og gjæres for å produsere etanol ved fremstilling av øl , whisky og biodrivstoff . Det bearbeides for å produsere mange av sukkerene som brukes i bearbeidede matvarer. Blanding av de fleste stivelser i varmt vann gir en pasta, for eksempel hvetemasse , som kan brukes som et fortykningsmiddel, avstivnings- eller limemiddel. Den største industrielle ikke-matbruken av stivelse er som et lim i papirfremstillingsprosessen . Stivelsesoppløsning kan påføres visse tekstilvarer før stryking for å stivne dem .

Etymologi

Ordet "stivelse" er fra den germanske roten med betydningen "sterk, stiv, forsterk, stiv". Moderne tysk Stärke (styrke) er beslektet og henviser i århundrer hovedprogram, bruk i tekstil: dimensjonering garn for veving og stivelse lin . Det greske uttrykket for stivelse, "amylon" (ἄμυλον), som betyr "ikke malt", er også relatert. Den gir rotamylen , som brukes som et prefiks for flere 5-karbonforbindelser relatert til eller avledet fra stivelse (f.eks. Amylalkohol ).

Historie

Stivelseskorn fra rhizomene til Typha (cattails, bullrushes) som mel har blitt identifisert fra slipesteiner i Europa som dateres tilbake til 30 000 år siden. Stivelseskorn fra sorghum ble funnet på slipesteiner i huler i Ngalue , Mosambik som dateres for 100 000 år siden.

Ren ekstrahert hvetestivelsespasta ble brukt i det gamle Egypt, muligens for å lime papyrus . Ekstraksjonen av stivelse er først beskrevet i Natural History of Plinius den eldre rundt 77–79 e.Kr. Romerne brukte det også i kosmetiske kremer, til å pudre håret og til å tykne sauser. Persere og indianere brukte den til å lage retter som ligner gothumai hvete halva . Risstivelse som overflatebehandling av papir har vært brukt i papirproduksjonen i Kina siden 700 CE .

Stivelsesindustri

Stivelsesbruk ved Ballydugan ( Nord -Irland ), bygget i 1792
West Philadelphia Starch jobber i Philadelphia (Pennsylvania) , 1850
Faultless Starch Company i Kansas City

I tillegg til stivelsesholdige planter som ble konsumert direkte, ble det i 2008 produsert 66 millioner tonn stivelse per år over hele verden. I 2011 ble produksjonen økt til 73 millioner tonn.

I EU den stivelsesindustrien produserte omlag 8,5 millioner tonn i 2008, med rundt 40% blir brukt for industrielle applikasjoner og 60% for matindustrien, det meste av den sistnevnte som glukosesiruper . I 2017 var EU -produksjonen 11 millioner tonn, hvorav 9,4 millioner tonn ble konsumert i EU, og hvorav 54% var stivelses søtningsmidler.

Den amerikanske produserte omtrent 27,5 millioner tonn stivelse i 2017, hvorav omtrent 8,2 millioner tonn var høyt fruktosesirup , 6,2 millioner tonn var glukosesiruper, og 2,5 millioner tonn var stivelsesprodukter. Resten av stivelsen ble brukt til å produsere etanol (1,6 milliarder liter).

Energilager av anlegg

potetstivelsesgranulat i cellene i poteten
stivelse i endosperm i embryonisk fase av maisfrø

De fleste grønne planter lagrer energi som stivelse, som er pakket i halvkrystallinske granulater. Den ekstra glukosen endres til stivelse som er mer kompleks enn glukosen produsert av planter. Unge planter lever av denne lagrede energien i røttene, frøene og fruktene til de finner passende jord for å vokse. Et unntak er familien Asteraceae (asters, tusenfryd og solsikker), der stivelse erstattes av fructan inulin . Inulinlignende fruktaner er også tilstede i gress som hvete , i løk og hvitløk , bananer og asparges .

Ved fotosyntese bruker planter lysenergi til å produsere glukose fra karbondioksid . Glukosen brukes til å generere den kjemiske energien som kreves for generell metabolisme , for å lage organiske forbindelser som nukleinsyrer , lipider , proteiner og strukturelle polysakkarider som cellulose , eller lagres i form av stivelsesgranulat, i amyloplaster . Mot slutten av vekstsesongen akkumuleres stivelse i kvister av trær nær knoppene. Frukt , frø , jordstengler og knoller lagrer stivelse for å forberede neste vekstsesong.

Glukose er løselig i vann, hydrofil , binder seg til vann og tar så mye plass og er osmotisk aktiv; glukose i form av stivelse, derimot, er ikke løselig, derfor osmotisk inaktiv og kan lagres mye mer kompakt. De halvkrystallinske granulatene består generelt av konsentriske lag av amylose og amylopektin som kan gjøres biotilgjengelige ved mobilbehov i planten.

Glukosemolekyler er bundet i stivelse av de lett hydrolyserte alfa -bindingene . Den samme type binding er funnet i dyr reserve polysakkaridet glykogen . Dette er i kontrast til mange strukturelle polysakkarider som kitin , cellulose og peptidoglykan , som er bundet av beta -bindinger og er mye mer motstandsdyktige mot hydrolyse.

Biosyntese

Planter produserer stivelse ved først å konvertere glukose 1-fosfat til ADP- glukose ved bruk av enzymet glukose-1-fosfat adenylyltransferase . Dette trinnet krever energi i form av ATP . Enzymet stivelsesyntase legger deretter til ADP-glukosen via en 1,4-alfa glykosidbinding til en voksende kjede av glukoserester, frigjør ADP og danner amylose. ADP-glukosen tilsettes nesten helt sikkert til den ikke-reduserende enden av amylosepolymeren, ettersom UDP-glukosen tilsettes til den ikke-reduserende enden av glykogen under glykogensyntese.

Stivelses forgreningsenzym introduserer 1,6-alfa glykosidbindinger mellom amylosekjedene, og danner det forgrenede amylopektinet. Stivelsesavgreningsenzymet isoamylase fjerner noen av disse grenene. Flere isoformer av disse enzymene eksisterer, noe som fører til en svært kompleks synteseprosess.

Glykogen og amylopektin har lignende struktur, men førstnevnte har omtrent ett forgreningspunkt per ti 1,4-alfa-bindinger, sammenlignet med omtrent ett forgreningspunkt per tretti 1,4-alfa-bindinger i amylopektin. Amylopektin syntetiseres fra ADP-glukose mens pattedyr og sopp syntetiserer glykogen fra UDP-glukose ; i de fleste tilfeller syntetiserer bakterier glykogen fra ADP-glukose (analogt med stivelse).

I tillegg til stivelsesyntese i planter, kan stivelse syntetiseres fra stivelse som ikke er matformet med en enzymcocktail. I dette cellefrie biosystemet blir beta-1,4-glykosidbindende cellulose delvis hydrolysert til cellobiose . Cellobiosefosforylase spaltes til glukose 1-fosfat og glukose; det andre enzymet-potet- alfa-glukanfosforylase kan tilføre en glukoseenhet fra glukose 1-fosforylase til de ikke-reduserende endene av stivelse. I den resirkuleres fosfat internt. Det andre produktet, glukose, kan assimileres av en gjær. Denne cellefrie biobehandlingen trenger ingen kostbar kjemisk og energitilførsel, kan utføres i vandig løsning og har ikke sukkertap.

Nedbrytning

Stivelse syntetiseres i planteblader i løpet av dagen og lagres som granulat; den fungerer som en energikilde om natten. De uløselige, sterkt forgrenede stivelseskjedene må fosforyleres for å være tilgjengelige for nedbrytende enzymer. Enzymet glukan, vanndikinase (GWD) fosforylerer ved C-6-posisjonen til et glukosemolekyl, nær kjedene 1,6-alfa forgreningsbindinger. Et andre enzym, fosfoglukan, vanndikinase (PWD) fosforylerer glukosemolekylet i C-3-stillingen. Et tap av disse enzymene, for eksempel tap av GWD, fører til en fenotype av stivelse (sex), og fordi stivelse ikke kan fosforyleres, akkumuleres det i plastidene.

Etter fosforyleringen kan det første nedbrytende enzymet beta-amylase (BAM) angripe glukosekjeden ved den ikke-reduserende enden. Maltose frigjøres som hovedproduktet ved nedbrytning av stivelse. Hvis glukosekjeden består av tre eller færre molekyler, kan BAM ikke frigjøre maltose. Et andre enzym, uforholdsmessig enzym-1 (DPE1), kombinerer to maltotriose molekyler. Fra denne kjeden frigjøres et glukosemolekyl. Nå kan BAM frigjøre et annet maltosemolekyl fra den gjenværende kjeden. Denne syklusen gjentas til stivelse er helt nedbrutt. Hvis BAM kommer nær det fosforylerte forgreningspunktet i glukosekjeden, kan det ikke lenger frigjøre maltose. For at den fosforylerte kjeden skal brytes ned, er enzymet isoamylase (ISA) nødvendig.

Produktene fra stivelsesnedbrytning er hovedsakelig maltose og mindre mengder glukose. Disse molekylene eksporteres fra plastidet til cytosolen, maltose via maltosetransportøren, som hvis det muteres (MEX1-mutant) resulterer i akkumulering av maltose i plastidet. Glukose eksporteres via den plastidiske glukosetranslokatoren (pGlcT). Disse to sukkerene fungerer som en forløper for sukrose syntese. Sukrose kan deretter brukes i den oksidative pentosefosfatveien i mitokondriene, for å generere ATP om natten.

Egenskaper

Struktur

Maisstivelse, 800x forstørret, under polarisert lys, som viser karakteristisk utryddelseskors
Risstivelse sett på lysmikroskop. Karakteristisk for risstivelsen er at stivelsesgranulatene har en kantet kontur og noen av dem er festet til hverandre og danner større granulater

Selv om amylose ble antatt å være helt forgrenet, er det nå kjent at noen av molekylene inneholder noen få forgreningspunkter. Amylose er et mye mindre molekyl enn amylopektin. Omtrent en fjerdedel av massen av stivelsesgranulat i planter består av amylose, selv om det er omtrent 150 ganger mer amylose enn amylopektinmolekyler.

Stivelsesmolekyler ordner seg i planten i halvkrystallinske granulater. Hver planteart har en unik granulær størrelse på stivelse: risstivelse er relativt liten (ca. 2 μm), mens potetstivelse har større granulater (opptil 100 μm).

Noen dyrkede plantesorter har ren amylopektinstivelse uten amylose, kjent som voksaktig stivelse . Den mest brukte er voksaktig mais , andre er klebrig ris og voksaktig potetstivelse . Voksede stivelser har mindre tilbakegang, noe som resulterer i en mer stabil pasta. Høyt amylosestivelse , amylomaize , dyrkes for bruk av gelstyrken og for bruk som en resistent stivelse (en stivelse som motstår fordøyelse) i matvarer.

Syntetisk amylose laget av cellulose har en godt kontrollert polymerisasjonsgrad. Derfor kan den brukes som en potensiell legemiddelleverandør.

Oppløsning og gelatinisering

Når de varmes opp i rikelig med vann, svulmer og sprenger granulatene av innfødt stivelse, den halvkrystallinske strukturen går tapt, og de mindre amylosemolekylene begynner å lekke ut av granulatet og danner et nettverk som holder vann og øker blandingens viskositet . Denne prosessen kalles stivelsesgelatinisering . Gelatineringstemperaturen til stivelse varierer avhengig av stivelsesdyr, amylose/amylopektininnhold og vanninnhold. Stivelse med vann kan oppleve komplekse flerfaseoverganger under differensial skanningskalorimetri (DSC) temperaturskanning. For stivelse med overflødig vann kan en enkelt gelatiniseringsendoterm vanligvis observeres i det lave temperaturområdet (54–73 ° C). Ved å redusere vanninnholdet (<64%) i stivelse, kan man se mer endotermiske overganger som representerer forskjellige strukturelle endringer fordi de skilles og de vil bevege seg til høyere temperaturer. Med begrenset vanninnhold vil hevelseskreftene være mye mindre signifikante, og prosessen med gelatinisering i et miljø med lavt fuktighetsinnhold kan mer nøyaktig defineres som "smelting" av stivelse. Dessuten var antallet endotermer og entalpier avhengig av amylose/amylopektin-forholdet, og gelatiniseringsentalpien for den amylopektinrike stivelsen var høyere enn den for amylose-rik stivelse. Spesielt viser voksaktig og normal maisstivelse en stor gelatiniseringsendoterm ved ca. 70 ° C; for normal maisstivelse var det også en andre endoterm ved ca. 90 ° C, betraktet som faseovergangen i et amylose -lipidkompleks; I kontrast, for stivelse med høyt amyloseinnhold (f.eks. Gelose 50 og Gelose 80), er det en meget bred endoterm i temperaturområdet mellom 65 og 115 ° C, som består av hovedgelatiniseringsendotermen og faseovergangen i en amylose - glatt kompleks.

Under tilberedning blir stivelsen en pasta og øker ytterligere i viskositeten. Under avkjøling eller langvarig lagring av pastaen, gjenoppretter den halvkrystallinske strukturen seg delvis og stivelsespastaen tykner, og driver ut vann. Dette skyldes hovedsakelig retrogradering av amylosen. Denne prosessen er ansvarlig for herding av brød eller staling , og for vannlaget på toppen av en stivelsesgel ( syneresis ).

Visse stivelser vil, når de blandes med vann, produsere en ikke-newtonsk væske som noen ganger får tilnavnet "oobleck".

Stivelse kan også oppløses eller gjennomgå gelering i ioniske væsker eller metallkloridsaltløsninger. Den termiske overgangen til stivelse påvirkes i stor grad av forholdet mellom ionisk væske/vann. Vandig ionisk væske med et visst forhold mellom ionisk væske/vann fører til den mest effektive strukturelle disorganiseringen av noen stivelser ved betydelig redusert temperatur (selv ved romtemperatur). Dette fenomenet er veldig forskjellig fra oppløsningen av cellulose, ettersom sistnevnte forekommer mest effektivt i rene ioniske væsker og vann som er inneholdt i de ioniske væskene vil hindre oppløsningen betydelig. Det er foreslått at for stivelse med porer i granulatoverflaten (f.eks. Hirse, voksaktig mais, normal mais og hvetestivelse), følger korrosjonen av det vandige IL et mønster utvendig og ødeleggelsen av granulatene er rask og jevn, mens for stivelse med en relativt glatt overflate (f.eks. mais med høy amylose, potet, lilla yam og ertestivelse), kan korrosjonen bare starte fra overflaten og dermed endringen forårsaket at den vandige IL er langsom. Dessuten kan stivelse, til og med høy-amylosestivelse, løses opp fullstendig av vandige metallkloridsalter (f.eks. ZnCl 2 , CaCl 2 og MgCl 2 ) ved moderat temperatur (≤50 ° C), og stivelsesnanopartikler kan dannes under denne oppløsningen .

Hydrolyse

De enzymer som bryter ned eller hydrolyserer stivelse til de inngående sukkerarter er kjent som amylaser .

Alfa-amylaser finnes i planter og hos dyr. Menneskelig spytt er rikt på amylase, og bukspyttkjertelen skiller også ut enzymet. Personer fra populasjoner med et høyt stivelsesdiett har en tendens til å ha flere amylase-gener enn de med diett med lav stivelse;

Beta-amylase kutter stivelse i maltoseenheter . Denne prosessen er viktig i fordøyelsen av stivelse og brukes også i brygging , der amylase fra huden til frøkorn er ansvarlig for å omdanne stivelse til maltose ( Malting , Mashing ).

Gitt en forbrenningsvarme av glukose på 2 805 kilojoule per mol (670 kcal/mol), mens stivelsen er 2 835 kJ (678 kcal) per mol glukosemonomer, frigjør hydrolyse ca. 30 kJ (7,2 kcal) per mol eller 166 J (40 cal) per gram glukoseprodukt.

Dekstrinisering

Hvis stivelse utsettes for tørr varme, brytes den ned for å danne dekstriner , også kalt "pyrodextriner" i denne sammenhengen. Denne nedbrytingsprosessen er kjent som dextrinization. (Pyro) dekstriner er hovedsakelig gule til brune i fargen, og dekstrinisering er delvis ansvarlig for bruning av ristet brød.

Kjemiske tester

Korn av hvetestivelse, beiset med jod, fotografert gjennom et lysmikroskop

En triiodid (I 3 - ) løsning dannet ved å blande jod og jod (vanligvis fra kaliumjodid ) brukes til å teste for stivelse; en mørk blå farge indikerer tilstedeværelsen av stivelse. Detaljene i denne reaksjonen er ikke helt kjent, men nyere vitenskapelig arbeid ved bruk av enkeltkrystallrøntgenkrystallografi og sammenlignende Raman-spektroskopi antyder at den endelige stivelse-jodstrukturen ligner en uendelig polyiodidkjede som den som finnes i et pyrroloperylen-jodkompleks. Styrken til den resulterende blå fargen avhenger av mengden av amylose som er tilstede. Voksaktig stivelse med liten eller ingen amylose tilstede vil farge rødt. Benedikts test og Fehlings test er også gjort for å indikere tilstedeværelsen av stivelse.

Stivelsesindikatorløsning som består av vann, stivelse og jodid brukes ofte i redoks -titreringer: i nærvær av et oksidasjonsmiddel blir løsningen blå, i nærvær av reduserende middel forsvinner den blå fargen fordi triiodid (I 3 - ) ioner brytes opp i tre jodidioner, som demonterer stivelse-jodkomplekset. Stivelsesoppløsning ble brukt som indikator for å visualisere den periodiske dannelsen og forbruket av trijodid-mellomprodukt i Briggs-Rauscher oscillerende reaksjon. Stivelsen endrer imidlertid kinetikken til reaksjonstrinnene som involverer triiodidion. En 0,3% vekt/vekt løsning er standardkonsentrasjonen for en stivelsesindikator. Den lages ved å tilsette 3 gram løselig stivelse til 1 liter oppvarmet vann; løsningen avkjøles før bruk (stivelse-jodkomplekset blir ustabilt ved temperaturer over 35 ° C).

Hver planteart har en unik type stivelsesgranulat i kornstørrelse, form og krystalliseringsmønster. Under mikroskopet viser stivelseskorn farget med jod opplyst bakfra med polarisert lys en særegen maltesisk krysseffekt (også kjent som utryddelseskors og dobbeltbrytning ).

Mat

Sago stivelsesekstraksjon fra palmestammer

Stivelse er det vanligste karbohydratet i det menneskelige kostholdet og finnes i mange matvarer . De viktigste kildene til stivelsesinntak over hele verden er frokostblandinger ( ris , hvete og mais ) og rotgrønnsakene ( poteter og kassava ). Mange andre stivelsesholdige matvarer dyrkes, noen bare i bestemte klima, inkludert eikenøtter , arrowroot , arracacha , bananer , bygg , brødfrukt , bokhvete , canna , colocasia , katakuri , kudzu , malanga , hirse , havre , oca , polynesisk arrowroot , sago , sorghum , søte poteter , rug , taro , kastanjer , vannkastanjer og syltetøy , og mange typer bønner , for eksempel favas , linser , mungbønner , erter og kikerter .

Mye brukt tilberedt mat som inneholder stivelse er brød , pannekaker , frokostblandinger , nudler , pasta , grøt og tortilla .

Fordøyelsesenzymer har problemer med å fordøye krystallinske strukturer. Rå stivelse fordøyes dårlig i tolvfingertarmen og tynntarmen , mens bakteriell nedbrytning skjer hovedsakelig i tykktarmen . Når stivelse er kokt, øker fordøyeligheten.

Stivelsesgelatinisering under kakebaking kan svekkes ved at sukker konkurrerer om vann , forhindrer gelatinisering og forbedrer tekstur.

Før ankomsten av bearbeidede matvarer spiste folk store mengder ukokte og ubehandlede stivelsesholdige planter, som inneholdt store mengder resistent stivelse . Mikrober i tykktarmen gjæret stivelsen, produserte kortkjedede fettsyrer , som brukes som energi, og støtter vedlikehold og vekst av mikrober. Mer høyt bearbeidede matvarer blir lettere fordøyd og frigjør mer glukose i tynntarmen - mindre stivelse når tykktarmen og mer energi absorberes av kroppen. Det antas at dette skiftet i energitilførsel (som et resultat av å spise mer bearbeidet mat) kan være en av de medvirkende faktorene til utviklingen av metabolske forstyrrelser i det moderne liv, inkludert fedme og diabetes.

Amylose/amylopektin -forholdet, molekylvekt og molekylær finstruktur påvirker de fysisk -kjemiske egenskapene samt energifrigivelse av forskjellige typer stivelse. I tillegg påvirker matlaging og matforedling betydelig fordøyelighet av stivelse og frigjøring av energi. Stivelse kan klassifiseres som raskt fordøyelig, sakte fordøyelig og resistent stivelse. Rå stivelsesgranuler motstår fordøyelse av menneskelige enzymer og brytes ikke ned til glukose i tynntarmen - de når tykktarmen i stedet og fungerer som prebiotiske kostfiber . Når stivelsesgranulatene er fullstendig gelatinisert og kokt, blir stivelsen lett fordøyelig og frigjør glukose raskt i tynntarmen. Når stivelsesholdige matvarer tilberedes og avkjøles, krystalliserer noen av glukosekjedene seg og blir motstandsdyktige mot fordøyelse igjen. Langsomt fordøyelig stivelse finnes i rå korn, der fordøyelsen er treg, men relativt fullstendig i tynntarmen.

Stivelsesproduksjon

Stivelsesindustrien trekker ut og foredler stivelse fra frø, røtter og knoller ved våtmaling, vasking, sikting og tørking. I dag er de viktigste kommersielle raffinerte stivelsene maisstivelse , tapioka , pilrot og hvete, ris og potetstivelse . I mindre grad er kilder til raffinert stivelse søtpotet, sago og mungbønne. Til i dag utvinnes stivelse fra mer enn 50 plantetyper.

Ubehandlet stivelse krever varme for å tykne eller gelatinere. Når en stivelse er ferdigkokt, kan den deretter brukes til å tykne umiddelbart i kaldt vann. Dette omtales som en forgelatinisert stivelse .

Stivelsesukker

Karo mais sirup annonse 1917
Niagara maisstivelse annonse 1880 -årene
Pacific Laundry and Cooking Starch annonse 1904

Stivelse kan hydrolyseres til enklere karbohydrater av syrer , forskjellige enzymer eller en kombinasjon av de to. De resulterende fragmentene er kjent som dekstriner . Omdannelsesgraden kvantifiseres vanligvis med dekstroseekvivalent (DE), som er omtrent brøkdelen av de glykosidbindinger i stivelse som er brutt.

Disse stivelsesukker er langt den vanligste stivelsesbaserte matingrediensen og brukes som søtningsmidler i mange drikker og matvarer. De inkluderer:

  • Maltodextrin , et lett hydrolysert (DE 10–20) stivelsesprodukt som brukes som et smakløst fyllstoff og fortykningsmiddel.
  • Ulike glukosesirup (DE 30–70), også kalt mais sirup i USA, tyktflytende løsninger som brukes som søtningsmidler og fortykningsmidler i mange typer bearbeidede matvarer.
  • Dekstrose (DE 100), kommersiell glukose, fremstilt ved fullstendig hydrolyse av stivelse.
  • Høy fruktosesirup , laget ved behandling av dekstroseoppløsninger med enzymet glukoseisomerase , inntil en vesentlig brøkdel av glukosen er omdannet til fruktose. I USA er majssirup med høy fruktose betydelig billigere enn sukker, og er det viktigste søtningsmiddelet som brukes i bearbeidede matvarer og drikkevarer. Fruktose har også bedre mikrobiologisk stabilitet. En slags mais sirup med høy fruktose, HFCS-55, er søtere enn sukrose fordi den er laget med mer fruktose, mens sødmen til HFCS-42 er på høyde med sukrose.
  • Sukkeralkoholer , som maltitol , erytritol , sorbitol , mannitol og hydrogenert stivelseshydrolysat , er søtningsmidler laget ved å redusere sukker.

Modifiserte stivelser

En modifisert stivelse er en stivelse som er blitt kjemisk modifisert for å la stivelsen fungere skikkelig under forhold som ofte oppstår under behandling eller lagring, for eksempel høy varme, høy skjær, lav pH, fryse/tine og avkjøling.

De modifiserte matstivelsene er E -kodet i henhold til European Food Safety Authority og INS -kodede tilsetningsstoffer i henhold til Codex Alimentarius :

  • 1400 Dextrin
  • 1401 Syrebehandlet stivelse
  • 1402 Alkalisk behandlet stivelse
  • 1403 Bleket stivelse
  • 1404 Oksidert stivelse
  • 1405 Stivelse, enzymbehandlet
  • 1410 Monostarch fosfat
  • 1412 Distarkfosfat
  • 1413 Fosfert distarkfosfat
  • 1414 Acetylert distarkfosfat
  • 1420 stivelsesacetat
  • 1422 Acetylert distark adipat
  • 1440 Hydroksypropylstivelse
  • 1442 Hydroksypropyldistarkfosfat
  • 1443 Hydroksypropyldistarkglyserol
  • 1450 Stivelse natriumoktenylsuccinat
  • 1451 Acetylert oksidert stivelse

INS 1400, 1401, 1402, 1403 og 1405 er i EUs matingredienser uten E-nummer. Typisk modifisert stivelse for tekniske anvendelser er kationisk stivelse , hydroksyetylstivelse og karboksymetylert stivelse.

Bruk som tilsetningsstoff

Som tilsetningsstoff for matforedling brukes matstivelse vanligvis som fortykningsmidler og stabilisatorer i matvarer som puddinger, vaniljesaus, supper, sauser, gravier, paiefyllinger og salatdressinger, og til å lage nudler og pastaer. De fungerer som fortykningsmidler, forlengere, emulsjonsstabilisatorer og er eksepsjonelle bindemidler i bearbeidet kjøtt.

Gummierte søtsaker som gelébønner og vingummier produseres ikke ved hjelp av en form i konvensjonell forstand. Et brett er fylt med naturlig stivelse og jevnet ut. En positiv form presses deretter inn i stivelsen og etterlater et inntrykk av rundt 1000 gelébønner. Geléblandingen helles deretter i inntrykkene og settes på en komfyr for å stivne. Denne metoden reduserer antallet former som må produseres sterkt.

Bruk i farmasøytisk industri

I den farmasøytiske industri, er stivelse også anvendes som et tilsetningsmiddel , som tablettsprengmiddel, og som bindemiddel.

Motstandsdyktig stivelse

Resistent stivelse er stivelse som slipper unna fordøyelsen i tynntarmen til friske individer. Høyt-amylosestivelse fra mais har en høyere gelatineringstemperatur enn andre typer stivelse, og beholder sitt motstandsdyktige stivelsesinnhold gjennom baking , mild ekstrudering og andre matbehandlingsteknikker. Den brukes som en uløselig kostfiber i bearbeidede matvarer som brød, pasta, kjeks, kjeks, kringler og andre matvarer med lite fuktighet. Det brukes også som et kosttilskudd for sine helsemessige fordeler. Publiserte studier har vist at resistent stivelse bidrar til å forbedre insulinfølsomheten, øker metthetsfølelsen, reduserer pro-inflammatoriske biomarkører interleukin 6 og tumornekrosefaktor alfa og forbedrer markører for kolonfunksjon. Det har blitt antydet at resistent stivelse bidrar til helsemessige fordeler av intakte fullkorn.

Non-food applikasjoner

Stivelseslim
Herre med stivet ruff i 1560

Papirlaging

Papirproduksjon er den største non-food-applikasjonen for stivelse globalt, og bruker mange millioner tonn hvert år. For eksempel på et typisk ark med kopipapir kan stivelsesinnholdet være så høyt som 8%. Både kjemisk modifiserte og umodifiserte stivelser brukes ved papirfremstilling. I den våte delen av papirfremstillingsprosessen, vanligvis kalt "våtenden", er stivelsene som brukes kationiske og har en positiv ladning bundet til stivelsespolymeren. Disse stivelsesderivatene forbinder de anioniske eller negativt ladede papirfibrene / cellulose og uorganiske fyllstoffer. Kationiske stivelser sammen med andre retensjons- og indre limemidler bidrar til å gi de nødvendige styrkeegenskapene til papirbanen som dannes i papirfremstillingsprosessen ( våtstyrke ), og til å gi det siste papirarket styrke (tørrstyrke).

I den tørre enden av papirfremstillingsprosessen blir papirbanen fuktet med en stivelsesbasert løsning. Prosessen kalles overflatestørrelse . Stivelser som er brukt har blitt kjemisk eller enzymatisk depolymerisert ved papirfabrikken eller av stivelsesindustrien (oksidert stivelse). Størrelses-/stivelsesløsningene påføres papirbanen ved hjelp av forskjellige mekaniske presser (størrelsespresser). Sammen med overflatestørrelsesmidler gir overflatestivelsen ekstra styrke til papirbanen og gir i tillegg vannhold eller "størrelse" for overlegne utskriftsegenskaper. Stivelse brukes også i papirbelegg som et av bindemidler for belegningsformuleringene som inkluderer en blanding av pigmenter, bindemidler og fortykningsmidler. Bestrøket papir har forbedret glatthet, hardhet, hvithet og glans og forbedrer dermed utskriftskarakteristika.

Bølgepapplim

Bølgepapplim er den nest største anvendelsen av stivelse uten matvarer globalt. Stivelsebindemidler er hovedsakelig basert på ikke-modifiserte naturlige stivelser, pluss noen additiv, slik som boraks og kaustisk soda . En del av stivelsen er gelatinisert for å bære oppslemningen av ukokt stivelse og forhindre sedimentering. Dette ugjennomsiktige limet kalles SteinHall -lim. Limet påføres spissene på rillingen. Det riflede papiret presses til papir som kalles liner. Dette tørkes deretter under høy varme, noe som får resten av den ukokte stivelsen i lim til å svelle/gelatinere. Denne gelatiniseringen gjør limet til et raskt og sterkt lim for produksjon av bølgepapp.

Klærstivelse

Kingsford Oswego stivelsesreklame, 1885

Klær eller tøystivelse er en væske som tilberedes ved å blande en vegetabilsk stivelse i vann (tidligere preparater måtte også kokes), og brukes i hvitvasking av klær. Stivelse ble mye brukt i Europa på 1500- og 1600-tallet for å stive de brede krager og ruffer av fint lin som omringet nakken til de velstående. I løpet av 1800- og begynnelsen av 1900 -tallet var det stilfullt å stive krager og ermer til herreskjorter og volanger til kvinners underkjoler ved å stivne dem før de rene klærne ble strøket . Stivelse ga klærne glatte, skarpe kanter og hadde et ekstra praktisk formål: skitt og svette fra en persons hals og håndledd ville klebe seg til stivelsen i stedet for til fibrene i klærne. Smusset skulle vaske bort sammen med stivelsen; etter hvitvasking vil stivelsen bli påført på nytt. Stivelse er tilgjengelig i spraybokser , i tillegg til de vanlige granulatene som skal blandes med vann.

Bioplast

Bioplast § Stivelsesbasert plast

Stivelse er en viktig naturlig polymer for å lage bioplast. Med vann og myknere som glyserol kan stivelse bearbeides til såkalt "termoplastisk stivelse" ved bruk av konvensjonelle polymerbehandlingsteknikker som ekstrudering, sprøytestøping og kompresjonsstøping. Siden materialer basert på bare nativ stivelse har dårlig bearbeidbarhet, mekaniske egenskaper og stabilitet, brukes mer modifiserte stivelser (f.eks. Hydroksypropylstivelse) og stivelse kombineres med andre polymerer (helst biologisk nedbrytbare polymerer som polykaprolakton ), som noen kommersielle produkter (f.eks. PLANTIC) ™ HP og Mater-Bi ® ) tilgjengelig på markedet.

Risstivelse til stryking

Annen

Et annet stort ikke-matvare-stivelse anvendelse er i byggebransjen, hvor stivelsen anvendes i gipsveggplate produksjonsprosessen. Kjemisk modifiserte eller umodifiserte stivelser tilsettes stucken som hovedsakelig inneholder gips . Topp og nederst tykt papirark påføres formuleringen, og prosessen får varme og herde for å danne det endelige stive veggbrettet. Stivelsen fungerer som et lim for den herdede gipsbergarten med papirbelegget, og gir også stivhet til brettet.

Stivelse brukes til fremstilling av forskjellige lim eller lim for bokbinding, tapetlim , papirsekksproduksjon , rørvikling, tyggegummi , konvoluttlim, skolelim og flaskemerking. Stivelsesderivater, for eksempel gule dekstriner, kan modifiseres ved tilsetning av noen kjemikalier for å danne et hardt lim for papirarbeid; noen av disse skjemaer har boraks eller sodaaske , som er blandet med det stivelsesoppløsning ved 50-70 ° C (122-158 ° F) for å skape en meget god klebemiddel. Natriumsilikat kan tilsettes for å forsterke denne formelen.

Sikkerhet og helse

I USA har Occupational Safety and Health Administration (OSHA) satt den lovlige grensen ( tillatt eksponeringsgrense ) for stivelseseksponering på arbeidsplassen som 15 mg/m 3 total eksponering og 5 mg/m 3 respiratorisk eksponering over en 8-timers arbeidsdag . The National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) har satt en anbefalt eksponeringsgrense (REL) på 10 mg / m 3 total eksponering og 5 mg / m 3 luft eksponering over en 8-timers arbeidsdag.

Se også

Referanser

Eksterne linker