Characterization of molecular structure parameters of extrusion cooked corn starch and determination of structure property correlations

Abstract

Die während der Kochextrusion durch die verfahrensspezifische Energieeinleitung an Stärke hervorgerufenen Veränderungen ihrer physikalisch-chemischen Eigenschaften gegenüber denen ihrer nativen Ausgangsformen sind bisher überwiegend anhand ihrer an den Extrudaten feststellbaren funktionellen Eigenschaften beschrieben worden. Wesentliches Ziel dieser Arbeit war es, die molekulare Struktur von Maisstärkeextrudaten zu untersuchen, um diese in einen funktionalen Zusammenhang zu den Parametern des Extrusionsprozesses zu stellen. Die Bearbeitung der Zielsetzung erfolgte über Versuche, für welche die Extrusionsbedingungen so gewählt wurden, daß die Systemparameter spezifische mechanische Energieeinleitung (SME) und Produkttemperatur (PT) voneinander unabhängig waren. Die Ermittlung solcher Versuche wurde durch ein neuartiges Hard- und Softwaresystem ermöglicht, das auf Fuzzy-Rechenmethoden basiert. Die bei diesen Versuchen entstandenen Extrudate wurden auf das mittlere Molekulargewicht, die Polydispersität, die Molekulargewichtsverteilung, den Anteil kurzkettiger Molekülbruchstücke und die Seitenkettenverteilung ihrer Moleküle untersucht. Die Ergebnisse sämtlicher Untersuchungen wurden dazu verwendet, die funktionale Abhängigkeit dieser molekularen Strukturparameter von den Extrusionsparametern zu beschreiben. Die Untersuchungen zeigten, daß bis zu einer PT von 180°C in den Maisstärkeextrudaten das mittlere Molekulargewicht (Mw) fast ausschließlich durch die SME beeinflußt wurde. Erst oberhalb einer PT von 180°C zeigte sich eine funktionale Abhängigkeit des Mw von der PT. Außerdem waren nur in Extrudaten die bei einer PT oberhalb von 180°C hergestellt worden waren, Moleküle als kurzkettige Bruchstücke vorhanden, deren Polymerisationsgrad 20%. This may have resulted from differing contraction and hardening properties of the extrudates in dependence on their WC and temperature. A decreasing viscosity of the plastified mass always resulted in an increase of the LEI. At a WC >20% the influence of the on the LEI became less important than that of the PT. Similar dependencies as for the LEI were found for the VEI. But only at a WC <20% the VEI was dependent on . This result contrasted to the observation that at constant WC and PT a decrease in the always was combined with a decrease of the extrudates density. As regards the functional properties of the extrudates it was found that the CPV significantly decreased and the CWS increased with the