Nişasta, proteinle yemde kullanılan temel bileşenlerden biridir. Ancak, farklı kaynaklardan elde edilen nişastalar, yalnızca beslenme açısından değil, aynı zamanda teknolojik yönlerden de dikkate alınması gereken bir dizi fonksiyonel özellik sunar.
Nişasta Yapısı ve İşlevi
Kimyasal olarak nişastalar, tekrar eden glikoz birimlerinden oluşan polisakkaritlerdir. Nişasta molekülleri iki moleküler yapıdan birine sahiptir: amiloz olarak bilinen doğrusal bir yapı ve amilopektin olarak bilinen dallı bir yapı.
Amiloz ve amilopektin, hidrojen bağı yoluyla birleşir ve granüller oluşturmak için kendilerini radyal olarak katmanlar halinde düzenler. Farklı kaynaklardan gelen nişastalar, her biri performansı etkileyebilecek şekilde birbirinden farklıdır:
Granül boyutu ve şekli: Nişasta granülleri, üç mikrondan 100 mikrona kadar değişen çok çeşitli boyutlarda gelir. Örneğin, buğday nişastası, hem büyük hem de küçük granüllerin dağılımına sahipken, mısır nişastası oldukça büyük granüllerin dar bir dağılımına sahiptir.
Amiloz (amilopektin oranı): Tüm nişastalar değişen oranlarda amiloz ve amilopektinden oluşur. Oran, yalnızca farklı nişasta türleri arasında değil, aynı zamanda bir tür içindeki birçok bitki çeşidi arasında da değişir. Mumsu nişastalar, yüzde 10’dan fazla amilopektin içermeyen nişastalardır.
Standart buğday ve mısır nişastaları yüzde 25 ila 28 amiloz ve yüzde 72 ila 75 amilopektin içerir, bu spesifik parametre için büyük bir fark değildir. Nişastalarda başka varyasyonlar da mevcuttur. Genel olarak, bu tür varyasyonların çoğu, lipidler veya protein gibi granülde (veya yakınında) nişasta olmayan bileşenlerin varlığından oluşur. Bu elementler, düşük konsantrasyonda bile jelatinleşmeyi büyük ölçüde etkileyebilir.
Mısır: Dört sınıf mısır nişastası mevcuttur. Yaygın mısır nişastasında yüzde 25 amiloz bulunurken mumlu mısırın neredeyse tamamı amilopektinden oluşur. Kalan iki mısır nişastası, yüksek amilozlu mısır nişastalarıdır; biri yüzde 50 ila 55 amiloza sahipken, ikincisi yüzde 70 ila 75’e sahiptir. Granül boyutu 15 mikron ile 20 mikron arasında değişir ve oldukça dar bir dağılım gösterir.
Patates: Patates nişastası yaklaşık yüzde 20 amiloz içerir. Granülleri, oldukça geniş bir dağılım olan 15 ila 75 mikron arasında değişir.
Pirinç (Yaygın pirinç nişastasının amiloz): amilopektin oranı yaklaşık 20:80 iken, mumsu pirinç nişastasında sadece yaklaşık yüzde iki amiloz bulunur. Her iki çeşit de 3 ila 8 mikron arasında değişen küçük granül boyutlarına sahiptir.
Tapyoka: Tapyoka nişastası yüzde 15 ila 18 oranında amiloza sahiptir. Tapyoka granülleri, boyutları 5 ila 25 mikron (geniş dağılım) arasında değişen pürüzsüz, düzensiz kürelerdir.
Buğday: Buğday nişastasının amiloz içeriği yaklaşık yüzde 25’tir. Granülleri 2 ila 15 mikronda nispeten kalındır.
Nişasta uzmanları evrensel olarak nişasta yapısının ve bileşiminin performansı etkilediği konusunda hemfikirdir. Bununla birlikte, doğrudan bir korelasyon her zaman açık değildir ve nişasta kaynakları arasındaki ana farklılıkları açıklamak için çeşitli özelliklerdeki değişiklikleri dikkate almalıyız. Yapı ve bileşimin performansı nasıl etkilediği hakkında şu anda bilinenlerin bir incelemesi aşağıdadır. Ama önce, peletleme sırasında nişasta jelatinleşmesi sırasında neler olduğuna dair kısa bir inceleme yapalım.
Nişasta yumuşatıcıya girdiğinde, granül tamamen hidratlanana kadar su nişasta granülüne dışarıdan içeriye doğru nüfuz eder. Hidratlandıktan sonra, amiloz ve amilopektin arasındaki hidrojen bağı granülün bütünlüğünü korur ve merkezden şişmeye başlar.
Jelatinize edildikten sonra şişmiş granüller, çoğu durumda iyi bir pelet oluşturarak dispersiyonun viskozitesini artırabilir veya jelatinleşme kontrol altında olmadığında boyayı bloke edebilir.
Granül Boyutu ve Yapısı
Büyük nişasta granülleri daha yüksek viskozite oluşturma eğilimindedir, ancak granülün fiziksel boyutu onu kesmeye karşı daha hassas hale getirdiği için viskozite hassastır. Ancak peletlemede viskozite getirmek mutlaka kötü değildir. Ekstra bağlama kapasitesi sağlayabilir ve nişasta bazlı ham maddelerden istediğimiz de budur.
Bu nedenle, granül boyutundan daha fazla, granül boyutlarının dar veya büyük dağılımı jelatinleşme üzerinde daha da fazla etkiye sahiptir. Örneğin buğday nişastası, hem küçük hem de büyük granüllerin çift modlu bir dağılımına sahiptir ve bu nedenle bu granüller, mevcut ısı ve neme bağlı olarak yumuşatıcıda farklı anlarda jelatinleşir.
Bu, jelatinleşmenin sorunsuz ve kolay bir şekilde kontrol edilmesini sağlar. Mısır nişastası dar dağılımlı büyük granüllere sahiptir ve bu nedenle jelatinleşme bir anda gerçekleşir ve bu da boyada blokaj oluşturabilir.
Sıcaklık
Jelatinleşme sıcaklık pencereleri ham maddelere göre değişiklik gösterebilir. Buğday elde edilen ilk nişastadır, bu nedenle peletleme için kolay bir bağlayıcıdır. Arpa nişastasının peletlenmesi de oldukça kolaydır. Bununla birlikte, mısır nişastası, diğer polimerizasyonların (lipitler ve proteinler hakkındaki paragrafa bakınız) meydana gelebileceği 70 ila 72°C’de jelatinleşmeye başlar.
Peletlemede Nişasta Karakterize Etme Yöntemi
Nişasta uzmanları evrensel olarak nişasta yapısının ve bileşiminin performansı etkilediği konusunda hemfikirdir. Bununla birlikte, doğrudan bir korelasyon her zaman açık değildir ve nişasta kaynakları arasındaki ana farklılıkları açıklamak için çeşitli özelliklerdeki değişiklikleri dikkate almalıyız. Yapı ve bileşimin performansı nasıl etkilediği hakkında şu anda bilinenlerin bir incelemesi aşağıdadır.
Ama önce, peletleme sırasında nişasta jelatinizasyonu sırasında neler olduğuna dair kısa bir inceleme: Nişasta yumuşatıcıya girdiğinde, su, granül tamamen hidratlanana kadar nişasta granülüne dışarıdan içeriye doğru nüfuz eder. Hidratlandıktan sonra, amiloz ve amilopektin arasındaki hidrojen bağı granülün bütünlüğünü korur ve merkezden şişmeye başlar.
Jelatinize edildikten sonra şişmiş granüller, çoğu durumda iyi bir pelet oluşturarak dispersiyonun viskozitesini artırabilir veya jelatinleşme kontrol altında olmadığında boyayı bloke edebilir.
Lipitler: Lipitlerin granül şişmesini engellediği bilinmektedir. Mısır, buğdayın yaklaşık iki katı kadar lipid içerir ve mısıra kıyasla buğday nişastasının jelatinleşmesini kolaylaştıran unsurlardan biri olabilir.
Protein: Jelatinizasyon sırasında, protein doğrudan nişasta granüllerinin yakın çevresinde bulunuyorsa, bu protein granülün yüzeyi ile ilişkilendirilebilir (polimerizasyon).
Bu, yemin viskozitesini artıran bir protein nişasta polimeri oluşturur. Protein ve nişasta açısından zengin bir yem formülasyonunda mısır glüteni unu kullanıldığında durum budur. Protein ve nişasta, jelatinleşme sırasında yeniden birleşecek ve boyanın içinde plastik bir kütle oluşturacak ve bu da çoğunlukla tıkanmalara yol açacaktır.
Yemde (%1) LignoBond kullanıldığında aynı nem içeriğinde su aktivitesinin yüzde 22 oranında azaldığı görülmektedir. Su aktivitesine karşı kuru madde (DM) – LignoBond etkisi (%1) Lignosülfonat ve lignosülfonik asitler iyi bilinen yüzey aktif maddelerdir.
Bu polifenolik makromoleküller, suyu bağlama ve böylece su aktivitesini azaltma konusunda önemli bir yeteneğe sahiptir. Bundan sonra, su aktivitesi üzerine iki deney: Lignin bazlı peletleme yardımcısı LignoBond’un kullanılması jelatinleşme problemlerinin çözülmesine nasıl yardımcı olabilir?
Yüzde bir LignoBond kullanmanın aşağıdakilere yardımcı olabileceği görülebilir:
Seçenek A: Aw sabitinde nem içeriğini artırın
Seçenek B: Sabit nem içeriğinde Aw’yi azaltın
LignoBond’un bu özel özelliği, nişastanın jelatinleşmesine çok yardımcı olur. LignoBond, serbest nemi yakalayıp yumuşatıcıda bağlı neme dönüştürerek nişasta granüllerine ısı ve nemi pürüzsüz ve düzenli bir şekilde getirecektir.
LignoBond, 45°C civarında nemi emmeye başlayacak ve nişastanın nazikçe jelatinleşmesine yardımcı olacaktır. Bu durumda LignoBond, nem emilimini düzenleyici gibi davranarak nişasta granüllerinin buharı emmeye başlayabileceği sıcaklık penceresini genişletir.
Ek bir not: Nişasta kaynağıyla ilgili bir formül söz konusu olduğunda (çok fazla mısır glüteni küspesi, buğday yok ve sadece mısır), standart bir lignosülfonatın boyadaki plastik jelatinleşme ve tıkanmanın üstesinden gelmek için yeterli fayda sağlamayabileceği ortaya çıkabilir.
Bu durumda çözüm, nem emme etkisini boyanın iyi yağlanmasıyla birleştirerek yemin kolayca geçmesini sağlamaktır. Böyle bir zorluğun üstesinden gelebilecek bir ürün, pazardaki amaca yönelik olarak tasarlanmış tek bağlayıcı/yağlayıcı olan PellTech’tir.