به استثنای دی هیدروکسی استون بقیه منوساکاریدها حداقل دارای یک کربن بی تقارن هستند. از این نظر به صورت ایزومرهای فضایی مختلفی ممکن است وجود داشته باشند. تعداد ایزومر فضایی ممکن برابر ⁿ2 است که n تعداد کربن بی تقارن می باشد. به کربن بی تقارن در گلیسر آلدهید مطابق شکل ۱ در طرف راست قرار گرفته باشد از پیشوند D برای مشخص کردن آن استفاده می شود و در صورت واقع شدن آن در سمت چپ با پیشوند L مشخص می گردد. در مورد منو ساکاریدهایی که تعداد کربن بی تقارن آنها برابر ۲ و یا بیشتر است وضع قرار گرفتن OH دورترین کربن بی تقارن نسبت به عامل کربونیل ملاک قرار می گیرد و چنانچه این OH در راست یا چپ واقع شده باشد، به ترتیب، قند جزئ گروه D و L قلمداد می شود. همچنین هنگامی که عامل احیا کننده در تشکیل همی استال شرکت کند، کربن شماره یک بی تقارن می شود و بر حسب اینکه عامل هیدروکسیل متصل به آن در طرح فیشر در سمت تشکیل حلقه یا مخالف آن باشد به ترتیب دو نوع ایزومر به نامهای آلفا ( α ) و بتا (β ) را تشکیل می دهد که این دو را آنومر می گویند. چنانچه دو منو ساکارید از نظر شکل فضایی فقط در اطراف یک کربن مشخص با یکدیگر تفاوت داشته باشند از این دو تحت عنوان اپی مر یاد می شود نظیر گلوکز و مانوز که فقط در مورد وضعیت اتصال گروه هیدروکسیل به کربن شماره ۲ با یکدیگر تفاوت دارند.

طرح با نمایش ساختمانی هاورس نسبت به طرح فیشر به شکل روشنتری منعکس کننده ساختمان حلقوی منوساکاریدها می باشد؛ در این طرح فرض بر این است که قسمت پررنگ یا ضخیم در جلو یا نزدیک بیننده قرار دارد. (۳) اما این طرح هنوز تا حدودی گمراه کننده است زیرا ظاهرا چنین نشان می دهد که این ساختمان حلقوی در یک صفحه یا سطح قرار گرفته است که واقعیت ندارد . برای نمایش وضعیت فضایی منو ساکاریدهایی که به صورت پیرانوز هستند دو مدل پیشنهاد گردیده است که به مدل صندلی شکل و مدل قایقی شکل موسوم می باشند. مدل صندلی شکل نسبتا محکم و بسیار پایدارتر از مدل قایقی شکل است و در محلول هگزوزهاعمدتا این مدل وجود دارد. (۴)

پلی ساکاریدها:
چنانچه تعداد واحدهای قند یا منو ساکارید در یک کربو هیدرات بیش از ۱۰ واحد باشد ،آن ترکیب قندی پلی ساکارید نامیده می شود؛ در صورتی که چنین کربوهیدراتی از یک واحد قندی تشکیل شده باشد مثل نشاسته و سلولز هموپلی ساکارید گفته می شود و وقتی از بیش از یک نوع واحد قندی درست شده باشد مثل اکثر همی سلولزها هتروپلی ساکارید نامیده می شود. (۱)
۱-۴- نشاسته:
نشاسته پلیمر D گلوکز بوده و کربوهیدرات ذخیره ای گیاهان می باشد و به صورت گرانولهای کوچک با اندازه ها و ظاهر ویژه برای هر گونه گیاهی وجود دارد. (۲)
این ماده در بافتهای گیاهی به صورت دانه هایی جدا از هم یا گرانول وجود دارد که قطر آنها از ۲ تا ۱۰۰ میکرون متغیر می باشد. خصوصیات این گرانولها در گیاهان مختلف بسیار متفاوت است از این نظر میتوانند به منزله مبنایی (از نقطه نظر مبدا)برای تقسیم بندی نشاسته های مختلف مورد استفاده قرار بگیرند . گرانولها از لحاظ شکل ممکن است به صورتهای کروی، بیضی و یا چند وجهی باشند که با میکروسکپ قابل بررسی هستند . (۱) گرانولها را با میکروسکپ های نوری معمولی و پلاریزه و دیفراکسیون اشعه X می توان نشان داد .
به نظر می آید گرانولهای نشاسته از انباشته شدن لایه ها اطراف هسته مرکزی به وجود می آیند. (۲)
این گرانولها اکثرا دارای یک مبدا مرکزی موسوم به هیلام می باشند که اغلب توسط حلقه های متحدالمرکزی احاطه شده اند مهمترین منبع تولید نشاسته، ذرت است اما نشاسته گندم، برنج، سیب زمینی،کاساوا به نام تاپیوکا و ساگو نیز تولید و به بازار عرضه می شود. در این میان بزرگترین گرانولها ( با قطر متوسط ۳۳ میکرون) مربوط به سیب زمینی و کوچکترین آنها ( با قطر متوسط ۵ میکرون) متعلق به برنج می باشد. شکل ۱۴ وضعیت گرانولهای نشاسته از منابع مختلف را نشان می دهد.
نشاسته از دو قسمت یا دو نوع ملکول پلیمری تشکیل شده است. یک قسمت به صورت خطی و فاقد انشعاب موسوم به آمیلوز است و قسمت دیگر که دارای انشعاب می باشد آمیلوپکتین نامیده می شود معمولا حدود ۸۰-۷۵ درصد نشاسته را آمیلو پکتین و بقیه آن را آمیلوز تشکیل می دهد. اما در انواعی از نشاسته ممکن است نسبتهای کاملا متفاوتی در این نوع ملکول مشاهده شود. مثل نشاسته ذرتهای جهش یا موتاسیون یافته که تا ۸۵ در صد آمیلوز داشته و یا نشاسته ذرتی که تماما از آمیلوپکتین تشکیل شده است. (۱)
انواع مشخصی از نشاسته غلات نظیر ذرت روغنی فقط دارای آمیلو پکتین هستند. در تعدادی از گیاهان مثل سیب زمینی تشکیل لایه های گرانولهای نشاسته به وسیله ریتم اندوژن کنترل می گردد. نشاسته سیب زمینی دارای گرانولهای تخم مرغی شکل نسبتا بزرگ با قطری در حدود µ ۱۰۰ – ۱۵ بوده، نشاسته ذرت شامل گرانولهای کوچک از دو نوع گرد و زاویه دار است و نشاسته گندم دارای گرانولهایی با اندازه های متنوع از µ ۳- ۲ می باشد. گرانولهای شکست دو گانه نوری را نشان می دهند. یعنی آنها در میکروسکوپ پلاریزه بین فیلترهایی که بر هم عمودند روشن به نظر می رسند این خاصیت نشان دهنده وجود تعدادی راستای یا کریستالی بودن ملکول است. (۲)
به طور کلی نسبت وجود دو آنزیم که سازنده اتصالهای ۴→۱α و۶→۱α در گیاه هستند مشخص کننده نسبت یا میزان آمیلوز یا آمیلوپکتین در نشاسته آن گیاه می باشد. در ملکول آمیلوپکتین، معمولا بعد از هر ۸-۷ واحد گلوکز یک شاخه انشعابی وجود دارد که خود دارای ۳۰-۲۰ واحد گلوکز است. در رشته اصلی اتصال واحدهای گلوکز که به صورت ۴→۱αو در محل انشعاب به صورت ۶→۱α می باشد. وزن ملکولی آمیلوز ممکن است به ۲۰۰-۱۰۰ هزار برسد در حالیکه وزن ملکولی آمیلو پکتین در حدود یک میلیون می باشد. در ملکول آمیلوز، پیوند میان واحدهای گلوکز فقط به شکل ۴→۱α است زنجیره ملکولی آمیلوز حالت مارپیچ هلیکس دارد که هر دور آن ازشش ملکول گلوکز درست شده است. این یک ویژگی مهم در مورد آمیلوز است زیرا می تواند مواد مختلفی نظیر اسید های چرب یا برخی مواد طعم زا را درون این ساختمان مارپیچ جای دهد و آنها را نگه دارد. (۱)
گرانولها کاملا در آب سرد نا محلول هستند و تحت حرارت در دمای موسوم به دمای ژلاتینیزاسیون ناگهان شروع به متورم شدن می نمایند. در این نقطه شکست مضاعف نوری ناپدید می گردد که نشان دهنده از بین رفتن ساختار کریستالی گرانول می باشد. معمولا نشاسته های دارای گرانولهای بزرگ در دماهای پایین تری نسبت به نشاسته هایی شامل گرانولهای کوچک متورم می شوند. برای مثال نشاسته سیب زمینی درC^ₒ ۶۷-۵۹ و نشاسته ذرت در C^ₒ ۷۲- ۶۴ متورم می گردند. البته استثناهای زیادی در این قاعده وجود دارد دمای تورم تحت تاثیر فاکتورهای مختلفی نظیر PH، پیش فرایند، سرعت گرمادهی و حضور نمکها و شکر و غیره قرار می گیرد. تداوم حرارت دهی بالای دمای ژلاتینیزاسیون منجر به تورم بیشتر گرانولها می گردد و مخلوط ویسکوز نیمه شفاف تولید می گردد. در خمیر نشاسته جوشانده شده گرانولهای متورم شده هنوز مشخصات خود راحفظ می کنند اگر چه شکست مضاعف در کمترین حد است و ذرات به آسانی در زیر میکروسکوپ دیده نمی شوند. وقتی چنین خمیری به هم زده شود ساختار گرانولی شکسته می شود و ویسکوزیته به مقدار زیادی کاهش می یابد. وقتی خمیر نشاسته پخته شده فورا سرد گردد ممکن است ژل تشکیل شود یا تحت شرایط سرد کردن آهسته بخش خطی (آمیلوز) تشکیل رسوب کریستالهای فضایی را دهد. این پدیده که بر گشت نشاسته (رتروگراداسیون) نامیده می شود به مقدار زیادی بستگی به اندازه ملکولهای خطی دارد. ملکولهای خطی که در نشاسته سیب زمینی حدودا دارای ۲۰۰۰ واحد گلوکز هستند. تمایل کمی به برگشت دارند و ملکولهای خطی نشاسته ذرت که دارای حدودا ۴۰۰ واحد گلوکز هستند تمایل بسیار زیادتری را به پیوستگی نشان می دهند هیدرولیز زنجیرها به۳۰-۲۰ واحد به طور کامل به پیوستگی و رسوب را محو می کند . برگشت نشاسته به مقدار زبادی به وسیله سرد کردن سرعت می گیرد بعد از رفع انجماد از خمیر نشاسته توده متخلخلی به دست می آید که به آسانی قسمت بزرگی از آب خود را با فشار جزیی از دست می دهد. (۶) احتمالا اسیدهای چرب از طریق تشکیل کمپلکس های نامحلول با قسمت خطی نشاسته از تورم آنها جلو گیری می کنند. نشاسته های غلات دارای %۷/۰ -۵/۰ اسید چرب می باشند، تمامی نشاسته های دارای %۰۷/۰ تا ۰۶/۰ فسفر به شکل گلوکز ۶ فسفات هستند. (۲)
با توجه به همین خصوصیت می توان به طور کامل آن را از یک خمیر (آبکی) نشاسته جدا کرد. در این جا با بکارگیری موادی نظیر بوتانول، اسیدهای چرب و فنلهای مختلف و اعمال حرارت اجازه داده می شود که خمیر نشاسته از حرارت نزدیک به نقطه جوش تا حرارت اتاق به آرامی سرد گردد. در این حالت آمیلوز همراه با مواد ذکر شده به صورت کریستال در می آید که با صاف یا سانتریفوژکردن می توان آن را از آمیلوپکتین جدا کرد. از آمیلوز ورقه های شفافی تهیه می شود و برای بسته بندی مواد غذایی مورد استفاده قرار می گیرد، که طبیعتا چون ماده خوراکی است می تواند با خود ماده غذایی مصرف شود؛ در آمیلو پکتین نیز حالت مارپیچ وجود دارد. (۱)
نشاسته می تواند با ید رنگ آبی ایجاد کند که از ویژگی ممکن است برای شناسایی آن در مواردی چون پی بردن به تقلب در ارائه بعضی اقلام غذایی استفاده شود. تشکیل این رنگ اساسا به میزان یدی که در داخل مارپیچ قسمت خطی زنجیره گلوکز گرفتار می گردد و یا به عبارتی به طول زنجیره خطی بستگی دارد و برای این منظور زنجیره ای با حداقل ۹ دور مار پیچ یا ۵۴ ملکول گلوکز لازم است. به این ترتیب در این میان تنها قسمت آمیلوز نشاسته است که باعث رنگ آبی می شود و قسمت آمیلو پکتین فاقد این ویژگی می باشد چون در انشعاب های آن که دارای حالت خطی هستند بیش از ۳۰ ملکول گلوکز وجود ندارد، رنگ ایجاد شده توسط آمیلو پکتین رنگ قرمز است. (۱)
رنگ آبی ویژه نشاسته که با ید تولید می شود منحصرا به قسمت خطی آن مربوط است زنجیر پلیمری آمیلوز شکل هلیکس (مارپیچ) به خود می گیرد که ممکن است شامل مواد مختلف نظیر ید باشد؛ وارد شدن ید به خاطر اثر دو قطبی به وجود آمده و رزونانس حاصله از آن درامتداد هلیکس می باشد. هر دور هلیکس از شش واحد گلوکز ساخته شده است و شامل یک واحد مولکول ید می باشد. طول زنجیر ماهیت رنگ تولید شده را معین می کند آمیلو پکتین به خاطر وجود پیوند های ۶ → ۱α در نقاط معین ملکول، به صورت انشعابی است انشعابها نسبتا کوتاه هستند و از۳۰-۲۰ واحد گلوکز تشکیل شده اند. انشعابات خارجی می توانند با ید رنگ قرمز تولید کنند. (۲)
۱-۴-۱-ژلاتینی شدن: زمانی که دانه ها یا گرانولهای نشاسته صدمه ندیده و پخته نشده در آب قرار داده شوند، مقداری آب جذب می کنند. در این حالت مقدار آب جذب شده محدود است و تا حرارت ۶۵ درجه سانتیگراد فقط یک افزایش حجم کمی در مورد این گرانولها صورت می گیرد. البته این افزایش یا تورم نیز قابل بر گشت است و گرانولها را می توان به حجم اولیه باز گرداند. اماچنانچه تورم در حد زیاد انجام گیرد در این صورت گرانولها امکان بر گشت به وضعیت خود را از دست میدهند که به چنین تغییری ژلاتینی شدن گفته می شود. (۴) و (۵)
هنگامی که سوسپانسیون گرانولهای نشاسته در آب سرد حرارت داده شود، سه تغییر در رابطه با ژلاتینی شدن صورت می گیرد. سوسپانسیون که در ابتدا حالت شیری رنگ دارد ناگهان شروع به شفاف و روشن شدن می نماید که چنین حالتی با توجه به نوع منبع نشاسته در درجات حرارت متفاوتی ظاهر می شود. با افزایش این شفافیت، تورم گرانولهای نشاسته نیز به وقوع می پیوندد. (۷)زمانی که انرژی جنبشی ملکولهای آب به مقدار کافی افزایش یابد که بر قدرت جذب بین ملکولی نشاسته در گرانولها ( که ناشی از پیوندهای هیدروژنی است) فائق آید، ملکولهای آب می توانند به درون گرانول نشاسته نفوذ نمایند. این وضع سبب می شود که گرانول کاملا متورم گردد. تغییرات ایجاد شده دراثر آب گرم غیر قابل بر گشت است. نشاسته ژلاتینی شده پس از خشک شدن دارای قدرت جذب آب مجد د زیاد می باشد. تمام گرانولهای نشاسته که از یک منبع گیاهی واحد به دست آمده باشند در یک درجه حرارت مشخص ژلاتینی نمی شوند. گرانولهای بزرگتر در درجه حرارت پایینتری متورم می گردند. گیری افزایش ویسکوزیته محیط آبی حاوی نشاسته در اثر حرارت یک روش ساده برای ارزیابی پیشرفت ژلاتینی شدن می باشد. برای این منظور ممکن است میزان افزایش شفافیت محیط را نیز مورد بررسی قرار داد.
۱-۴-۲- نشاسته ذرت:
نشاسته نوعی پلی ساکارید است که در شرایط عادی در آب نامحلول بوده اما در آب داغ، آب جذب کرده و متورم شده و می ترکد که این پدیده را ژلاتینه شدن نشاسته^[۱] نامند. نشاسته محتوی دو مولکول آلفاگلوکان، آمیلوز و آمیلوپکتین است که در اندازه مولکول و درجه شاخه بندی با هم تفاوت دارند. در گرانول های نشاسته معمولی، آمیلوپکتین بیشتری نسبت به آمیلوز وجود دارد. عرض زنجیره و ویژگی های شاخه ها فاکتورهای مهمی در ارزیابی ویژگی های عملکردی و فیزیکی آمیلوپکتین می باشند. (۸)
انواع بسیاری از نشاسته وجود دارد که از ذرت، ذرت مومی، گندم، تاپیوکا، برنج و سیب زمینی بدست می آید. (۹) نشاسته علاوه بر ویژگی غلظت دهندگی و ژله کنندگی، به عنوان جایگزین چربی در محصولات متعدد نظیر فرآورده های لبنی بکار می رود. نشاسته برای افزایش درصد مواد جامد در تولید ماست، به شیر اضافه می شود. نشاسته بیشتر در ترکیب با صمغ ها و امولسیفایرها بکار می رود و ۴-۱ کیلوکالری انرژی در هر گرم تولید می کند. تحقیقات نشان داده است که استفاده از نشاسته تاپیوکا اصلاح شده به میزان ۱ درصد در پنیر فتا^[۲] به عنوان جایگزین بخشی از چربی موجب بهبود ویژگی های مختلف بافتی و حسی می شود. بکارگیری نشاسته با آمیلوز زیاد در پنیرهای خامه ای موجب بهبود بافت می گردد و محصول همانند یک فرآورده پرچرب به نظر می رسد. (۱۰)
شکل۱-۲- ساختار نشاسته ذرت
نشاسته ترکیب اصلی در ساختار آرد است که بر روی ویژگی های بیاتی و کیفیت محصولات نانوایی تأثیر می گذارد. ساختار آمیلوز و آمیلوپکتین و محتوی آنها در گرانول های نشاسته، ویژگی های رتروگریداسیون، ژلاتینه شدن و خمیری شدن نشاسته را تعیین می کنند؛ (۱۱) و از این رو پایداری و کیفیت محصولات را مشخص می نمایند. مقدار آمیلوز درنشاسته ویژگیهای فیزیکوشیمیایی نشاسته را تحت تأثیر قرار می دهد. ثابت شده است که آمیلوز سریعتر از آمیلوپکتین رتروگرید می شود و پس از گرم کردن مجدد، تنها آمیلوپکتین ویژگی های قبل از نگهداری را بدست می آورد. (۱۲)
نشاسته ذرت و به ویژه نشاسته گندم نسبت به انواع دیگر نشاسته ها در درجات حرارت بالاتری سبب افزایش ویسکوزیته محیط می شوند. همانطور که در شکل ۱۷ مشخص است، در مورد ذرت و گندم ابتدا برای مدتی یک افزایش تدریجی وجود دارد. سپس افزایش ویسکوزیته با سرعت بیشتری صورت می گیرد که بعد از آن ویسکوزیته ثابت و بدون تغییر باقی می ماند. علت این وضع احتمالا باید ناشی از وجود بیش از یک نوع نیروی اتصال در درون گرانولها باشد. نشاسته سیب زمینی، تاپیوکا و ذرت واکسی تقریبا تمام آن آنیلوپکتین است به درجه حرارت کمتری برای ژلاتینی شدن احتیاج دارند. به طور کلی ژلاتینی شدن اکثر نشاسته ها تا حرارت ۹۵^ₒC صورت می گیرد. هنگامی که نشاسته شروع به تورم کرد باید از به هم زدن اضافی اجتناب شود زیرا باعث پاره شدن گرانولهای تورم یافته می گردد که کاهش ویسکوزیته و رقت محیط را به همراه دارد. (۱۳)اساسا افزایش ویسکوزیته در جریان ژلاتینی شدن مربوط به قسمت آمیلوپکتین نشاسته است. نشاسته های دارای آمیلوز زیاد در شرایط پختن عادی– یعنی حرارت(-۱۰۰^ₒC ۹۵ )– هیچگونه افزایشی در ویسکوزیته محیط ایجاد نمی کنند. در چنین نشاسته هایی عمل حرارت دادن باید به ^ₒC ۱۷۰- ۱۶۰ برسد تا حالت خمیری و افزایش ویسکوزیته در محیط ظاهر گردد. (۱۴) و (۳)
گرانولهای نشاسته باید از یکدیگر جدا باشند تا از یک تورم نامناسب ویا به صورت گلوله در آمدن جلوگیری شود. این موضوع مخصوصا زمانی که از آرد های معمولی به عنوان منبع نشاسته استفاده میشود حائز اهمیت است. آرد های فوری از یک چنین عیبی مبرا هستند. گرانولهای نشاسته یا ذرات آرد را ممکن است از طریق تعلیق آنها در مقدار کمی آب سرد از یکدیگر جدا کرد. جدا کردن این گرانولها و ذرات ممکن است توسط شکر یا پوشانیدن آنها با چربی نیز صورت بگیرد. به طور کلی در امر ژلاتینی شدن نشاسته، انجام تورم گرانولها به طور مستقل از یکدیگر حائز اهمیت است و به هم زدن مناسب محیط امکان چنین تورمی را فراهم می کند.(۱۵)
برخی از ملکولهای نشاسته و اصولا امیلوز که قابل پخش شدن در آب گرم هستند از گرانولهای متورم به محیط آبی اطراف خود نشت می کنند. به این ترتیب ژلاتینی شدن نشاسته، شامل گرانولهای متورم معلق در آب گرم حاوی ملوکولهای پراکنده آمیلوز می باشد. این ملکولهای آمیلوز تا زمانی که محیط گرم است به صورت پراکنده در آن باقی می مانند و محلول اگر جه غلیظ است قابلیت لغزندگی و جریان یافتن دارد و جامد نمی باشد. اما زمانی که این خمیر نشاسته سرد شود، دیگر دیگر انرزی جنبشی در آن به مقدار کافی زیاد نیست که ازتمایل و آمادگی زیاد ملکولهای آمیلوز جهت پیوستن به یکدیگر جلو گیری کند. از این نظر با سرد شدن محیط، ملکولهای آمیلوز به یکدیگر و همین طور به شاخه های آمیلوپکتین ملحق می شوند البته این وضع زمانی اتفاق می افتد که گرانولهای نشاسته نزدیک هم باشند و تعداد کافی از ملکولهای آمیلوز از آنها به خارج نشت کرده باشند. این حالت کریستال شدن مجدد نشاسته (( بر گشت به عقب )) گفته می شود. تشکیل پو سته ای جامد در سطح آش، فرنی و برخی سوپها مثالهایی در این رابطه می باشند. البته این حالت زمانی اتفاق می افتد که عمل سرد کردن به آرامی انجام شود. ولی در صورتی که خمیر نشاسته به سرعت سرد گردد، تشکیل ژل می دهد. اکثر نشاسته های ژلاتینی شده در اثر سرد شدن مقداری از شفافیت خود را از دست می دهند که این وضع به دلیل رسوب یا کریستال شدن آمیلوز است.
نشاسته های واکسی که اساسا از آمیلوپکتین تشکیل شده اند، قادر به جامد کردن محیط آبی و تولید ژل نمی باشند. تنها نشاسته های حاوی آمیلوز می توانند آب رادر درون خود بگیرند، آن را بی حرکت نمایند و تشکیل ژل بدهند. از نظر وزنی، ۵ قسمت از چنین نشاسته ای می تواند ۹۵ قسمت آب راتثبیت و بی حرکت کند. ملکولهای آمیلوز که دارای اندازه ای متوسط هستند می توانند تشکیل ژل بدهند. ملکولهای آمیلوزی که تعداد واحدهای گلوکز آنها کم است، کوتاهتر از آن هستند که بتوانند میان گرانولهای متورم نشاسته ایجاد پل و اتصال نمایند. آنهایی هم که دارای تعداد زیادی ملکول گلوکز و طویل هستند آمادگی لازم و مناسب را برای انجام این کار و تشکیل ژل ندارند.
در ژل تشکیل شده، قسمتی از آب هنوز در خارج از گرانولها ی متورم پخته و سرد شده به هم متصل کرده اند، چسبیده اند. قسمتی از آب باقی مانده نیز به این لایه اول آب که به طور محکمی چسبیده، متصل می باشد. بخش اعظم آب در شبکه ای که توسط تورم گرانولها و آمیلوز میان آنها ایجاد شده قرار گرفته است.
زمانی که نشاسته ژلاتینی شده و منجمد می شود، آب گرفتار شده در شبکه درونی آن تبدیل به یخ می گردد. باخارج شدن ماده از حالت انجماد آب نمی تواند نظیر قبل، وضعیت خود را حفظ کند و به ملکول نشاسته متصل شود. در این حالت ماده نشاسته ای خصوصیت یک اسفنج را پیدا میکند که با اعمال فشار روی آن، آب خارج می شود و با بر داشتن فشار، آب دو باره جذب می گردد. چنین ماده ای بسیار ترد است و با دقت باید جابجا شود. عوامل موثر بر ژلاتینی شدن و خصو صیات خمیر حاصل از آن، در سیستمهای غذایی، همراه با نشاسته اجزای غذایی دیگری نیز وجود دارند که می توانند بر روند ژلاتینی شدن و کیفیت محصول نهایی اثر بگذارند. در این رابطه موضوع مهمی که مطرح می شود، موجودیت آب و دسترسی ملکول نشاسته به آن می باشد، زیرا برخی از اجزای غذایی در جذب آب با نشاسته رقابت می کنند.
غلظت زیاد قند در محیط باعث کاهش میزان ژلاتینی شدن، حداکثر ویسکوزیته و استحکام ژل تشکیل شده می گردد. در این خصوص دی ساکارید ها در به تاخیر انداختن ژلاتینی شدن و کاهش حداکثر ویسکوزیته قابل حصول، از منوساکارید ها موثرند. قندها از طریق ایجاد یک قابلیت شکل پذ یری و انعطاف در ژل و دخالت در به وجود آمدن اتصال میان نقاط خاصی از آن باعث تضعیف ساختمان ژل می شوند. وجود ساکارز با مواد نشاسته ای پخته شده مثل پودینگ ها سبب کاهش غلظت این مواد می شود و از سخت شدن آنها جلو گیری می کند، که از نظر مصرف این گونه مواد حائز اهمیت است. البته وجود میزان کم ساکارز در محیط بر زمان شروع ژلاتینی شدن چندان اثری ندارد و حتی به مقدار کمی باعث افزایش ویسکوزیته نشاسته ژلاتینی شده می گردد. علت این افزایش ظاهرا ناشی از این است که وجود مقادیر کم قند باعث تاخیر در شکسته شدن گرانولهایی که سریعا متورم می گردند می شود در حالی که از تورم سایر گرانولها نیز جلوگیری نمی کند.
چرنیها به شکل تری گلیسرید یا مواد مرتبط با آنها مثل منو و دی گلیسرید بر ژلاتینی شدن نشاسته اثر می گذارند. چربیهایی که می توانند با آمیلوز تشکیل کمپلکس بدهند بر تورم گرانول اثر منفی دارند. اسید های چرب یا بخش اسید چرب منو گلیسرید ها در داخل فضای مار پیچی آمیلوز و احتمالا شاخه های طویلتر آمیلو پکتین قرار میگیرند و سیستم کمپلکس یا در هم پیچیده ای رابه وجود می آورند. چنین سیستمی با سهولت کمتری به خارج از گرانول نشت می نماید و در مقا بل نفوذ آب به داخل گرانول نیز مقاومت می کند. کمپلکس چربی و آمیلوز همچنین به سادگی نمی تواند در ایجاد اتصال میان گرانولها شرکت نماید.
اسیدها در بسیاری از مواد غذایی که در آنها عمل ژلاتینی شدن نشاسته باید صورت گیرد وجود دارند. خوشبختانه PH اکثر مواد غذایی در فاصله ۷- ۴ است و چنین غلظت یون هیدروژنی اثر کمی روی تورم یا ژلاتینی شدن نشاسته دارد. در مورد تورم نشاسته در PH پایین موادی چون سسهای سالاد و مغز کلوچه های میوه ای، یک کاهش مشخص در حد اکثر ویسکوزیته( مورد انتظار) در خمیر نشاسته به کار رفته و یک کاهش سریع ویسکوزیته در طول سرد کردن مشاهده می شود. چنین وضعی تا اندازه ای مربوط به تجزیه گرانولهای متورم نشاسته و نه به دلیل جلوگیری از تورم آنها می باشد. در این حالت در حقیقت تخت اثر اسید، دکسترین هایی( تکه های خاصی از نشاسته ) به وجود می آیند که فاقد اثر غلیظ کنندگی هستند. برای جلوگیری از این اثر رقیق کنندگی اسید، از نشاسته هایی که دارای ملکول های پیوسته به یکدیگر می باشند استفاده می شود. زیرا این گونه ملکولها به قدری بزرگ هستند که برای ظاهر شدن اثر یاد شده اسید، باید در حد وسیعی هیدرولیز نشاسته صورت بگیرد. شکل ۲۰ اثر PH را روی ژلاتینی شدن نشاسته و تجزیه آن نشان می دهد.
۱-۴-۳- بیاتی نان:
بیات شدن نان یکی از مسایل مهمی است که ناشی از تغییرات حاصله در نشاسته ژلاتینی شده می باشد. (۱) بیات شدن نان معمولا به برگشت نشاسته نسبت داده می شود. (۲) حداقل در مراحل اولیه بیات شدن، اتصال زنجیره های آمیلوز به یکدیگر مسئول به وجود آمدن چنین خالتی در نان و برخی محصولات دیگر آردی است. چربیها و مشخصا مواد امولسیون کننده در جلوگیری از این پیوستن رشته های آمیلوز موثر هستند. بیات شدنی که با طولانی شدن زمان نگهداری به وجود می آید به نظر می رسد ناشی از اتصال شاخه های طویل آمیلو پکتین به یکدیگر باشد. باید توجه شود که در جریان بیات شدن، موضوع از دست رفتن آب از ماده بیات شده چندان مطرح نیست. زیرا با حرارت دادن این ماده می توان آنرا تا حدودی به حالت اولیه باز گرداند. این حرارت باعث جابجایی زنجیره ها و قرار گرفتن آب موجود در میان آنها می گردد. گفته می شود که اثر حرارت اساسا مربوط به از میان یردن اتصالهای به وجود آمده در آمیلوپکتین می باشد. عمل بیات شدن در حرارتهای پایین ( بالاتر از نقطه انجماد آب ) نسبت به حرارت معمولی صورت می گیرد. اما انجماد تقریبا به طور کامل می تواند از بیات شدن جلو گیری نماید. (۱)
تصور می شود که بخش خطی (آمیلوز) قبلا ضمن فرایند پخت رتروگراده می شود و به نان ساختار الاستیکی و لطیف می دهد. در طی نگهداری نان بخشهای خطی ملکولهای آمیلو پکتین به آهستگی به هم می پیوندند در نتیجه موجب سخت شدن نان می گردند که بیات شدن نامیده می شود. سرعت بیات شدن بستگی به دما دارد. بر گشت نشاسته در دماهای پایین (بالای نقطه انجماد ) سریعتر است و نان و نان در یخچال سریعتر از دمای اتاق بیات می شود. انجماد تقریبا به طور کامل از بیات شدن و بر گشت نشاسته جلو گیری می کند .
نشاسته را می توان بر اساس خواص خمیر پخته شده طبقه بندی کرد. نشاسته های غلات ذرت، گندم، برنج) خمیرهای بدنه کوتاه ویسکوز تشکیل می دهند و ژلهای کدری در هنگام سرد کردن بوجود می آورند. نشاسته های گیاهان ریشه ای و غده ای ( سیب زمینی، کاسوا یا تاپیوکا ) خمیرهای بدنه بلند با ویسکوزیته بسیار زیاد تشکیل می دهند این خمیرها دارای رنگ روشن هستند و در طی سرد شدن ژل های ضعیف تشکیل می دهند. نشاسته های مومی (ذرت، سورگوم و برنج) خمیرهای بدنه سنگین چسبناک تشکیل می دهند خمیرهای حاصل از این نشاسته ها دارای رنگ روشن هستند و تمایل کمی برای تشکیل ژل دارند. نشاسته با آمیلوز زیاد (ذرت نشاسته ای ) برای ژلاتینیزاسیون به دماهای بالا نیاز دارد خمیرهای بدنه کوتاه رابوجود می آورد که در هنگام سرد کردن ژل های کدر و خیلی سفت تشکیل می دهند. (۲)
به طور کلی در نشاسته، قسمت آمیلوز است که در ایجاد ژل نقش مهم را ایفا می کند. خمیر نشاسته غلات نظیر ذرت، گندم و برنج پس از سرد شدن تشکیل ژل مناسب اما تاری رامی دهد. خمیر نشاسته ساقه هاو ریشه ها ( سیب زمینی و ساکاوا ) ژل شفاف ولی ضعیفی را تولید می کند. هر چه میزان آمیلوز یک نشاسته بیشتر باشد، عمل ژلاتینی شدن آن سخت تر صورت می گیرد و به درجه حرارت بالاتری برای انجام این کار احتیاج است.
در برخی از سیستمها یا فرمولهای غذایی از نشاسته های قبلا ژلاتینی شده استفاده می شود برای تهیه این نوع نشاسته، خمیر نشاسته ای را که قبلا تا بالاتر از نقطه ژلاتینی شدن آن حرارت داده شده است از میان دو غلتک افقی که از درون با بخار گرم شده اند و در جهت عکس یکدیگر در حرکتند عبور می دهند. این خمیر به صورت پوسته ای نازک در سطح غلتکها خشک می گردد که پس از آسیاب کردن، به شکل پودر به بازار عرضه می شود. برای تولید این نشاسته از سیستم پاششی نیز برای خشک کردن خمیر نشاسته می توان استفاده کرد. ویژگی این نوع نشاسته در این است که به سرعت آب جذ ب می کند و بدون به کار گیری حرارت خواص خود را ظاهر می سازد.
۱-۴-۴- نشاسته های تغییر یافته: باایجاد برخی تغییرات شیمیایی در ملکول نشاسته می توان آن را برای مصارف خاصی مناسب و تولید نمود. بکار گیری اسید در حرارتی پایین تر از نقطه ژلاتینی شدن نشاسته سبب هیرولیز آن در قسمتهای آمورف ملکول می گردد در حالیکه قسمتهای فشرده یا کریستالی ملکول تقریبا بدون تغییر باقی می مانند. به این ترتیب قسمت آمیلو پکتین نشاسته باید به میزان بیشتری نسبت به آمیلوز آن تحت اثر اسید قرار بگیرد. مدت زمان انجام این کار نسبتا طولانی است که از طریق کاهش ویسکوزیته محیط به پایان آن پی برد. پس از آن، محلول نشاسته تولید شده توسط یک قلیایی نظیر محلول هیدروکسید سدیم خنثی می شود و نشاسته به وسیله صافی جدا و خشک می گردد. از جمله خواص چنین نشاسته ای، کاهش یافتن ویسکوزیته خمیرهای تهیه شده از آن و یا افزایش درجه حرارت ژلاتینی شدن آن می باشد. مورد اخیر از نظر انتقال حرارت در قوطیهای کنسروکه به طریق جابجایی عمل انتقال حرارت در آنها صورت می گیرد در خور اهمیت است. با بکار گیری مواد اکسید کننده ( مثل هیپوکلرید سدیم ) روی سوسپانسیونهای آبی نشاسته، نشاسته های اکسید شده به دست می آیند . این عمل باعث کاهش ویسکوزیته و افزایش شفافیت خمیر نشاسته می شود. در میان نشاسته های تغییر یافته، نشاسته های فسفاته از همه مهمتر می باشند. فرآوردههای این محصول دارای فسفر کمی هستند. ( ۲/۰ – ۰۱/۰ گروه فسفات به ازای هر واحد گلوکز ) استفاده از نشاسته های منو فسفاته در مواد غذایی منجمد بسیار سودمند است. زیرا باعث می شود که ماده غذایی منجمد هنگام خروج از انجماد قسمت مایع خود را همچنان حفظ نماید و آن را به صورت آب به بیرون تراوش نکند. اینها همچنین در آب سرد محلول می باشند. در مواردی عمل استر شدن یک گروه فسفات، با دو عامل هیدروکسیل نشاسته صورت می گیرد که اغلب این دو گروه متعلق به دو زنجیره ملکولی مختلف نشاسته مجاور یکدیگر می باشند. به این ترتیب پلی میان زنحیره ها بر قرار می گردد و نشاسته حاصل موسوم به نشاسته اتصال یافته می باشد. چنین نشاسته ای را می توان از طریق اثر فسفوریل کلرید روی محلول آبی نشاسته به دست آورد. به وجود آمدن چنین خصوصیت ساختمانی در نشاسته سبب می شود که گرانولهای نشاسته به میزان معمولی متورم نشوند و در مقابل حرارت، بهم زدن و صدمه ناشی از هیدرولیز مقاوم گردند و آمادگی آنها برای پاره شدن یا از هم گسیختن نیز کاهش یابد. چنانچه میزان این نوع اتصالها میان زنجیره های نشاسته زیاد باشد، این نشاسته حتی در آب جوش نیز متورم نمی شود. از جمله دیگر مصارف غذایی نشاسته های فسفاته، استفاده از آنها در سسهای سالاد و غذاهای کودک می باشد.
دکترینهای نشاسته انواعی از نشاسته های تغییر یافته هستند که بابه کارگیری خرارت در حضور مواد شیمیایی و یا بدون حضور مواد شیمیایی، یا از طریق هیدرولیز با اسید و یا تجزیه توسط آنزیم حاصل می شوند. از نشاسته های تغییر یافته علاوه بر مصارف غذایی در موارد غیر غذایی نظیر صنایع کاغذ و چرم و تولید چسب نیز استفاده می گردد.
۱-۵- گلیکوژن:
گلیکوژن اساسا ذخیره کربوهیدراتی در بافتهای حیوانی است که در مقادیر کمی در جگر و عضلات وجود دارد(۱) و از سیستم انشعابی که در آن واحد های گلوکز توسط اتصلات به هم متصل شده اند تشکیل یافته است. (۲)
از نظر ساختمان نظیر آمیلوپکتین می باشد با این تفاوت که وزن ملکولی آن بیشتر و دارای انشعابها یا شاخه های زیادتری است. در گلیکوژن پس از هر سه واحد گلوکز یک انشعاب خارجی با ۷- ۶ واخد گلوکز وجود دارد(۱) انشعاباتی که با اتصال به موقعیتهای ۶ تشکیل شده اند به طور متوسط دارای ۳ باقیمانده گلوکز هستند.(۲) که بدین ترتیب نمی تواند با ید رنگ آبی ایجاد کند. گلیکوژن با ید رنگ قرمز– قهوه ای تولید می کند و از نظر شیمیایی بسیار شبیه نشاسته است.
۱-۶- تولید شربت ذرت:
در حدود ۱۶۰ سال پیش، یک شیمیدان روسی به نام کیرچف متوجه شد چنانچه نشاسته را با اسید رقیق خرارت دهد طعم آن شیرین می شود. این مقدمه ای بود برای پی بردن به ترکیب نشاسته – که پلیمری از ملکولهای گلوکز است– و موقعیت شیرین کننده های ذرتی از اینجا پایه گذاری گردید.
تولید شربت یا سیروپ ذرت یکی از فرآورده های نشاسته آن است که دارای کاربرد وسیعی در صنایع غذایی می باشد. انجام این فرایند ممکن است توسط اسید یا بکار گیری توام اسید و آنزیم صورت بگیرد. چنانچه فرایند در سطح وسیعی و به صورت کامل انجام شود، محصول نهایی تماما شامل ملکولهای گلوکز خواهد بود. در اینجا میزان هیدرولیز یا پیشرفت فرایند تحت عنوان DE یا معادل دکستروز ۷۵ مشخص می شود که بر حسب تعریف عبارت است از میزان کل قند احیا کننده به شکل دکستروز( D - گلوکز) که به صورت در صد آن در کل ماده خشک محاسبه می گردد.
در فرایند تولید شربت ذرت با اسید، معمولا از اثر اسی کلریدریک رقیق( حدود ۱/۰ در صد ) روی محلول یا خمیر نشاسته استفاده می شود. پس از پایان هیدرولیز و رسیدن به DE مورد نظر، اسید با کربنات سدیم خنثی می شود. بعد از صاف کردن و انجام عمل رنگ بری، شربت تولید شده تا غلظت خاص و مورد نیاز تغلیظ می گردد. باید توجه شود که هیدرولیز اسیدی عملا دارای یک محدودیتی است زیرا اگر از یک حد خاصی فراتر رود، رنگ تیره و طعم تلخ در شربت ظاهر می شود.
چنانچه تجزیه نشاسته به صورت خشک با اسید صورت گیرد دکسترینهایی به دست می آیند که عمدتا به منزله چسب و عامل اتصال دهنده بکار می روند.
در روش اسید– آنزیم، ابتدا توسط اسید شکستن ملکول نشاسته تا DE خاصی صورت می گیرد سپس از آنزیم استفاده می شود. DE محصول به دست آمده حدود ۶۰ است که پس از رسیدن به آن با بهره گرفتن از حرارت آنزیم غیر فعال می گردد.
در روش چند آنزیمی ابتدا گرانولهای نشاسته ژلاتینی شده و پلیمر نشاسته توسط آنزیم آلفا– آمیلاز شکسته می شوند. در این روش با به کار گیری سیستمها یا مخلوطهای مختلف آنزیمی می توان فرآوردهایی با درجات متفاوت ویسکوزیته، شیرینی، جاذب الرطوبه بودن و قابلیت تخمیر شدن تولید کرد.
از هیدرولیز محدود نشاسته ذرت( DEبرابر با ۱۰)، مالتو دکسترین هایی تولید می کنند که به منزله جایگزینی چربی در مواد غذایی کم کالری مورد استفاده قرار می گیرند؛ مثال مشخص آن، استفاده در مارگارنهایی با ۲۰ درصد چربی است که به میزان ۵ در صد از این ماده به آنها اضافه می شود. مالتو دکسترین علاوه بر آنکه خود نسبت به چربی دارای کالری کمتری است، کمک می کند تا بتوان میزان آب را در چنین مارگارینی تا ۷۰ در صد افزایش داد.
تولید شربتی با فروکتوز زیاد، یکی از دستاورد های مهم در صنعت تولید شربت ذرت است که چنین شربتی از نظر شیرینی می تواند مشابه ساکارز باشد. در این مورد ابتدا هیدرولیز کامل نشاسته و تبدیل آن به گلوکز انجام می شود. سپس محلول گلوکز از ستونی که در آن آنزیم گلوکز ایزومراز ۷۷ تثبیت گردیده عبور داده شده که طی آن بخشی از گلوکز به فروکتوز تبدیل می گردد. محصول بدست آمده که شربت ذرت با فروکتوز زیاد( HFCS ) نامیده می شود حاوی ۵۸ در صد گلوکز و ۴۲ در صد فروکتوز می باشد. برای تولید شربتی با فروتوز بیشتر که در مواردی مورد نیاز است( مثل نوشابه های گازدار که در مورد آنها از شربتی با تقریبا ۵۵ در صد فروکتوز استفاده می گردد، شربت حاصله از بستری از رزین تبدیل کننده یون که به صورت نمک کلسیم است عبور داده می شود. رزین، فروکتوز را به خود می گیرد که پس از جدا کردن آن می توان شربتی با فروکتوز بیشتر تهیه کرد.