Heat moisture treatment of potato starch to achieve physical modifications

Abstract

Heat moisture treatment is a physical modification of starch which can be used to increase the gelatinization temperature and improve the heat stability and hot water dispersibility. This master thesis used a cyclomixer in lab scale to investigate the impact of different process parameters on the product properties when heat moisture treating potato starch. Furthermore, the possibility to create a feasible process in pilot scale with screw heat exchangers was evaluated. Increasing process time, process temperature and moisture content could be shown to significantly increase the gelatinization temperature and the moisture content also had a significant impact on the heat stability. In addition, the amount of powder used in the experiment was unexpectedly shown to have significant impact on the gelatinization temperature and heat stability. It was possible to increase the gelatinization temperature from 61 ˚C of native potato starch to 85 ˚C using screw heat exchangers with a capacity of approximately 45 kg/h. With addition of preheating before introduction to the screw heat exchangers, it was possible to reach a gelatinization temperature of 91 ˚C. Good heat stabilty which could tolerate exposure to 95 ˚C once pasted was achieved in the screw heat exchangers.

Abstract (Swedish)

Värmefukthärdning är en fysikalisk modifiering av stärkelse som kan användas för att höja förklistringstemperaturen samt ge förbättrad värmestabilitet och ökad löslighet i kokande vatten. I denna masteruppsats undersöktes olika processparametrars inverkan på produktens egenskaper i labbskala med en cyklomixer. Utöver detta, undersöktes möjligheten att använda termoskruvar i en process för fysikalisk modifiering i pilotskala. Att öka uppehållstiden, temperaturen och fukthalten visade sig alla tre ha en signifikant påverkan på förklistringstemperaturen och dessutom var fukthalten även signifikant för värmestabiliteten. Något oväntat hade även mängden pulver vid experimentet signifikant betydelse för förklistringstemperaturen och värmestabiliteten. Det var möjligt att öka förklistringstemperaturen från 61 ˚C som är förklistringstemperaturen för nativ stärkelse till 85 ˚C med värmefukthärdning i termoskruvarna. Detta med en kapacitet på ungefär 45 kg/h. Genom att addera en enhetsoperation för förvärmning av pulvret kunde förklistringtemperaturen höjas ytterligare till 91 ˚C. Med dessa fysikaliska modifieringar fick stärkelsen en god värmestabilitet och kunde löst i vatten bli utsatt för värme vid 95 ˚C utan att tappa i viskositet.

Popular Abstract (Swedish)

Har du någon gång hällt potatismjöl i en sås för att få den att tjockna men fått massa klumpar som enda resultat? Värmebehandling kan öka värmetåligheten hos stärkelse vilket gör att den hinner lösa upp sig i kokande vatten utan klumpbildning och ger även bättre konsistens på slutprodukten!

När potatisstärkelse värms upp börjar den först svälla och sedan klistra sig vid en viss temperatur som kallas förklistringstemperaturen. För vanlig potatisstärkelse ligger denna temperatur vid ungefär 61 ℃. Vatten kokar som bekant vid 100 ℃ och det är därför inte konstigt att det bildas klistriga klumpar om potatismjöl släpps ner i kokande vatten. Själva svällningen i sig är önskvärd eftersom det är den som orsakar att vätskan blir tjockare. Därför vill man inte ta bort förklistringen helt utan bara förskjuta den till en högre temperatur, för att pulvret ska hinna lösa upp sig. Med värmebehandling av potatisstärkelsen kan förklistringstemperaturen höjas till hela 91 ℃, vilket innebär att potatismjölet hinner lösa upp sig i kokande vatten innan det har blivit så varmt att det börjar klistra sig.

Det finns många olika typer av utrustning tillgänglig för värmebehandling men i detta examensarbete användes termoskruvar för att undersöka hur mycket förklistringstemperaturen kunde höjas beroende på olika faktorer i processen. Vilken fukthalt stärkelsen har vid behandlingen, hur länge den behandlas och vid vilken temperatur visade sig alla ha betydelse. Generellt kan det sägas att ju högre fukthalt, temperatur och längre behandlingstid desto mer höjs förklistringstemperaturen.

Ytterligare något som sker när man kokar en lösning med stärkelse och vatten under en längre tid är att stärkelsen går sönder och molekylerna läcker ut. För potatisstärkelse ger detta en vätska med lång, klistrig konsistens som kan liknas vid tapetklister. Som du kanske kan föreställa dig, är detta inte en önskvärd konsistens på en sås eller soppa. Tack och lov kan även detta undvikas genom värmebehandling! Värmebehandlingen gör stärkelsen mer stabil och innebär att den tål att kokas under en längre tid utan att gå sönder. Konsistensen blir då kort och klickig istället för lång och snorig.

Det kan tilläggas att samma modifieringar som värmebehandlingen åstadkommer kan göras genom kemiska modifieringar av stärkelsen. Anledningen att man föredrar en fysikalisk metod som värmebehandlingen, är konsumenttrender. I dagens samhälle går trenden mot att oprocessad mat som anses mer naturlig, helst utan E-nummer eller andra underliga märkningar som konsumenter generellt saknar kunskap kring. En stärkelse som tillverkats med kemiska modifiering måste märkas antingen med E-nummer eller som modifierad stärkelse. Om modifieringen istället görs fysikaliskt behöver stärkelsen inte märkas vilket kan vara en fördel marknadsföringsmässigt.

• author: Fjelkner, Ebba
• supervisor: Andreas Håkansson; Kalle Johansson
• organization: Food Technology and Nutrition (M.Sc.)
• course: KLGM10 20201
• year: 2020
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering; Agriculture and Food Sciences
• keywords: Food technology, Livsmedelsteknologi
• language: English
• id: 9021503
• date added to LUP: 2020-09-11 11:04:03
• date last changed: 2020-09-11 11:04:03