پودر نشاسته گندم: ویژگی ها، کاربردها و مزایای آن در صنایع مختلف

پودر نشاسته گندم یک پلی ساکارید طبیعی و زیست تخریب پذیر به دلیل ویژگی های منحصر به فرد و عملکرد چندگانه اش به عنوان یک ماده اولیه کلیدی در صنایع متنوعی از جمله صنایع غذایی کاغذسازی نساجی داروسازی آرایشی و بهداشتی و ساختمانی به کار می رود. این ماده که از اندوسپرم دانه گندم استخراج می شود به دلیل قابلیت ایجاد ویسکوزیته ژل شدن چسبندگی و تشکیل فیلم نقش های حیاتی و کاربردی را در تولید محصولات مختلف ایفا می کند. در این مقاله به بررسی جامع ویژگی ها کاربردها مزایا استانداردهای بین المللی فناوری های پیشرفته مرتبط چالش ها و روش های بهینه سازی عملکرد پودر نشاسته گندم در صنایع گوناگون خواهیم پرداخت.

تعریف و عملکرد فنی پودر نشاسته گندم

نشاسته گندم پلیمری از واحدهای گلوکز است که به صورت گرانول های ریز در اندوسپرم دانه گندم ذخیره می شود. از نظر شیمیایی نشاسته گندم از دو جزء اصلی آمیلوز و آمیلوپکتین تشکیل شده است. آمیلوز یک پلیمر خطی گلوکز با پیوندهای α-۱,۴-گلیکوزیدی است در حالی که آمیلوپکتین یک پلیمر شاخه دار با پیوندهای α-۱,۴ و α-۱,۶-گلیکوزیدی است. نسبت آمیلوز به آمیلوپکتین در نشاسته گندم معمولاً بین ۲۵ : ۷۵ تا ۳۰ : ۷۰ است و این نسبت بر خواص عملکردی نشاسته از جمله ویسکوزیته ژل شدن و پایداری حرارتی تأثیرگذار است.

عملکرد فنی نشاسته گندم در صنایع مختلف مبتنی بر ویژگی های فیزیکی و شیمیایی آن است. مهم ترین این ویژگی ها عبارتند از :

• ژلاتینه شدن : هنگامی که نشاسته گندم در حضور آب حرارت داده می شود گرانول های نشاسته متورم شده و ساختار کریستالی خود را از دست می دهند. این فرآیند به نام ژلاتینه شدن شناخته می شود و منجر به افزایش ویسکوزیته سوسپانسیون نشاسته می شود. دمای ژلاتینه شدن نشاسته گندم معمولاً بین ۵۲ تا ۶۴ درجه سانتی گراد است و به عواملی مانند نوع نشاسته غلظت و حضور سایر مواد بستگی دارد.
• ویسکوزیته : محلول های نشاسته گندم ژلاتینه شده ویسکوزیته بالایی از خود نشان می دهند. این ویژگی به دلیل تشکیل شبکه های پلیمری توسط مولکول های نشاسته در آب است. ویسکوزیته نشاسته گندم به طور مستقیم با غلظت دما pH و نوع نشاسته مرتبط است.
• تشکیل ژل : در غلظت های بالا محلول های نشاسته گندم پس از سرد شدن ژل تشکیل می دهند. ژل شدن نشاسته گندم به دلیل بازآرایی و کریستالیزاسیون مجدد مولکول های نشاسته (به ویژه آمیلوز) رخ می دهد. استحکام و بافت ژل به عواملی مانند غلظت نشاسته نسبت آمیلوز به آمیلوپکتین و شرایط سرد شدن بستگی دارد.
• تشکیل فیلم : نشاسته گندم قابلیت تشکیل فیلم های نازک و شفاف را دارد. این فیلم ها می توانند به عنوان پوشش محافظ حامل مواد فعال و یا بسته بندی زیست تخریب پذیر مورد استفاده قرار گیرند. خواص فیلم های نشاسته ای مانند استحکام کششی نفوذپذیری به گازها و رطوبت به نوع نشاسته روش تهیه فیلم و افزودنی های مورد استفاده بستگی دارد.
• چسبندگی : نشاسته گندم خاصیت چسبندگی دارد و می تواند به عنوان یک چسب طبیعی در صنایع مختلف استفاده شود. این ویژگی به دلیل توانایی نشاسته در جذب آب و ایجاد پیوندهای هیدروژنی با سطوح مختلف است.

اجزای اصلی و اصول کارکرد پودر نشاسته گندم

همانطور که پیش تر اشاره شد پودر نشاسته گندم از دو جزء اصلی آمیلوز و آمیلوپکتین تشکیل شده است که هر کدام نقش متفاوتی در عملکرد نشاسته ایفا می کنند.

• آمیلوز : جزء خطی نشاسته است که مسئول تشکیل فیلم و ژل های قوی تر است. آمیلوز به دلیل ساختار خطی خود تمایل بیشتری به بازآرایی و تشکیل پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی دارد که منجر به ایجاد شبکه های سه بعدی قوی در ژل ها و فیلم ها می شود. نشاسته های با درصد آمیلوز بالاتر معمولاً ژل های سفت تر و فیلم های مقاوم تری تولید می کنند.
• آمیلوپکتین : جزء شاخه دار نشاسته است که نقش مهمی در ویسکوزیته و پایداری نشاسته در برابر سینرسیس (آب انداختن ژل) دارد. شاخه های موجود در آمیلوپکتین از نزدیک شدن و کریستالیزاسیون مجدد مولکول ها جلوگیری می کنند و در نتیجه ژل های نرم تر و پایدارتری در برابر سینرسیس ایجاد می کنند. نشاسته های با درصد آمیلوپکتین بالاتر ویسکوزیته بالاتری در دماهای بالا از خود نشان می دهند و کمتر مستعد پس روی (retrogradation) هستند.

اصول کارکرد نشاسته گندم در کاربردهای مختلف صنعتی به تعامل این دو جزء اصلی با آب حرارت و سایر مواد افزودنی بستگی دارد. در فرآیند ژلاتینه شدن حرارت باعث شکستن پیوندهای هیدروژنی درون گرانول های نشاسته شده و اجازه می دهد تا مولکول های آب به داخل گرانول ها نفوذ کنند. این جذب آب منجر به تورم و افزایش حجم گرانول ها می شود. با ادامه حرارت دهی گرانول ها به طور کامل از هم گسیخته شده و مولکول های آمیلوز و آمیلوپکتین در آب پخش می شوند و یک محلول ویسکوز ایجاد می کنند.

در فرآیند ژل شدن با سرد شدن محلول نشاسته مولکول های آمیلوز به دلیل ساختار خطی خود شروع به بازآرایی و تشکیل پیوندهای هیدروژنی بین مولکولی می کنند. این شبکه سازی مولکولی منجر به ایجاد ساختار سه بعدی و تبدیل محلول ویسکوز به ژل می شود. آمیلوپکتین نیز در این فرآیند نقش دارد اما به دلیل ساختار شاخه دار خود بیشتر در حفظ پایداری ژل و جلوگیری از سینرسیس مؤثر است.

کاربردهای صنعتی و مثال هایی از صنایع مختلف

پودر نشاسته گندم به دلیل ویژگی های عملکردی متنوع و قیمت مناسب در صنایع مختلف کاربردهای گسترده ای دارد. در ادامه به برخی از مهم ترین این کاربردها اشاره می شود :

• صنایع غذایی :
• تغلیظ کننده و قوام دهنده : نشاسته گندم به عنوان یک تغلیظ کننده قوی در انواع سس ها سوپ ها دسرها پودینگ ها و محصولات لبنی استفاده می شود. به عنوان مثال در تولید سس مایونز نشاسته گندم به افزایش ویسکوزیته و پایداری سس کمک می کند. در تولید سوپ های آماده نشاسته گندم بافت غلیظ و مطلوبی به سوپ می بخشد.
• عامل ژل کننده : نشاسته گندم در تولید ژله ها دسرهای ژله ای و برخی از انواع شیرینی ها به عنوان عامل ژل کننده به کار می رود. به عنوان مثال در تولید ژله های میوه ای نشاسته گندم با ایجاد ساختار ژلی بافت مطلوب و قوام مناسب را فراهم می کند.
• عامل بافت دهنده : نشاسته گندم در محصولات پخته شده مانند نان کیک و کلوچه به عنوان عامل بافت دهنده استفاده می شود. نشاسته گندم به بهبود بافت نرمی و حجم محصولات پخته شده کمک می کند. همچنین در تولید نودل و پاستا نشاسته گندم به بهبود بافت و جلوگیری از چسبندگی نودل ها کمک می کند.
• پوشش خوراکی : فیلم های نشاسته گندم می توانند به عنوان پوشش خوراکی برای میوه ها سبزیجات و محصولات گوشتی مورد استفاده قرار گیرند. این پوشش ها با ایجاد یک لایه محافظ از فساد و خشک شدن محصول جلوگیری کرده و عمر ماندگاری آن را افزایش می دهند.
• حامل طعم دهنده ها و رنگ دهنده ها : نشاسته گندم می تواند به عنوان حامل طعم دهنده ها رنگ دهنده ها و سایر مواد افزودنی در صنایع غذایی مورد استفاده قرار گیرد. به عنوان مثال در تولید پودرهای نوشیدنی فوری نشاسته گندم به عنوان حامل طعم و رنگ عمل می کند و به پخش یکنواخت آن ها در نوشیدنی کمک می کند.
• جایگزین چربی : نشاسته گندم اصلاح شده می تواند به عنوان جایگزین چربی در محصولات کم چرب مانند ماست کم چرب و سس های کم چرب استفاده شود. نشاسته اصلاح شده با ایجاد بافت و حس دهانی مشابه چربی به بهبود کیفیت حسی محصولات کم چرب کمک می کند.
• صنایع کاغذسازی :
• افزودنی به خمیر کاغذ : نشاسته گندم به عنوان یک افزودنی به خمیر کاغذ برای بهبود استحکام چاپ پذیری و سطح صاف کاغذ استفاده می شود. نشاسته گندم با ایجاد پیوند بین الیاف سلولزی استحکام مکانیکی کاغذ را افزایش می دهد. همچنین با پر کردن منافذ سطح کاغذ سطح صاف تر و مناسب تری برای چاپ ایجاد می کند.
• پوشش کاغذ : نشاسته گندم به عنوان یک پوشش بر روی سطح کاغذ برای بهبود براقیت مقاومت به آب و جوهر پخش نشدن در چاپ استفاده می شود. کاغذهای پوشش داده شده با نشاسته گندم کیفیت چاپ بالاتری دارند و برای چاپ تصاویر با وضوح بالا مناسب هستند.
• چسب کاغذ : نشاسته گندم به عنوان یک چسب طبیعی در تولید کارتن های مقوایی جعبه های کاغذی و سایر محصولات بسته بندی کاغذی استفاده می شود. چسب نشاسته گندم چسبندگی قوی و پایداری را در بسته بندی های کاغذی فراهم می کند.
• صنایع نساجی :
• آهارزنی نخ و پارچه : نشاسته گندم به عنوان عامل آهارزنی برای نخ های پنبه ای و الیاف مصنوعی استفاده می شود. آهارزنی با نشاسته گندم استحکام و مقاومت سایشی نخ ها را افزایش داده و فرآیند بافندگی را بهبود می بخشد. همچنین در پارچه های تکمیل شده نشاسته گندم به بهبود بافت و ظاهر پارچه کمک می کند.
• چاپ روی پارچه : نشاسته گندم به عنوان تغلیظ کننده در خمیرهای چاپ پارچه استفاده می شود. نشاسته گندم با ایجاد ویسکوزیته مناسب در خمیر چاپ از پخش شدن رنگ جلوگیری کرده و وضوح طرح چاپ را افزایش می دهد.
• صنایع داروسازی :
• چسباننده قرص : نشاسته گندم به عنوان چسباننده در فرمولاسیون قرص ها برای ایجاد انسجام و استحکام قرص استفاده می شود. نشاسته گندم با خاصیت چسبندگی خود ذرات پودری دارو را به هم متصل کرده و قرص های مقاوم در برابر شکستگی ایجاد می کند.
• بازکننده قرص : نشاسته گندم اصلاح شده به عنوان بازکننده در فرمولاسیون قرص ها برای تسهیل تجزیه و آزادسازی دارو در دستگاه گوارش استفاده می شود. نشاسته اصلاح شده با جذب آب و تورم باعث شکستن قرص و آزادسازی سریع تر دارو می شود.
• پوشش قرص : فیلم های نشاسته گندم می توانند به عنوان پوشش قرص برای محافظت از دارو در برابر رطوبت و نور و همچنین بهبود طعم و ظاهر قرص استفاده شوند.
• حامل دارو : نشاسته گندم می تواند به عنوان حامل برای داروهای موضعی و سیستمیک مورد استفاده قرار گیرد. نانوذرات نشاسته گندم می توانند برای انتقال هدفمند دارو به بافت های خاص استفاده شوند.
• صنایع آرایشی و بهداشتی :
• تغلیظ کننده و قوام دهنده : نشاسته گندم به عنوان تغلیظ کننده و قوام دهنده در کرم ها لوسیون ها شامپوها و سایر محصولات آرایشی و بهداشتی استفاده می شود. نشاسته گندم با ایجاد ویسکوزیته مناسب بافت و قوام مطلوب را به محصولات می بخشد.
• جاذب رطوبت : نشاسته گندم به دلیل خاصیت جذب رطوبت در پودرهای آرایشی و محصولات مراقبت از پوست به عنوان جاذب رطوبت و بهبود دهنده بافت استفاده می شود.
• حامل مواد فعال : نشاسته گندم می تواند به عنوان حامل مواد فعال در محصولات آرایشی و بهداشتی مورد استفاده قرار گیرد. به عنوان مثال نشاسته گندم می تواند حامل ویتامین ها عصاره های گیاهی و سایر مواد فعال باشد و به انتقال آن ها به پوست کمک کند.
• صنایع ساختمانی :
• افزودنی به ملات و گچ : نشاسته گندم به عنوان افزودنی به ملات و گچ برای بهبود کارایی چسبندگی و مقاومت به ترک خوردگی استفاده می شود. نشاسته گندم با حفظ رطوبت ملات و گچ زمان کارایی آن ها را افزایش می دهد و از ترک خوردگی ناشی از خشک شدن سریع جلوگیری می کند.
• چسب کاشی و سرامیک : نشاسته گندم اصلاح شده می تواند به عنوان چسب کاشی و سرامیک برای نصب کاشی و سرامیک بر روی سطوح مختلف استفاده شود. چسب نشاسته گندم چسبندگی قوی و پایداری را در نصب کاشی و سرامیک فراهم می کند و جایگزین مناسبی برای چسب های شیمیایی است.

چالش ها و محدودیت های فنی

علی رغم مزایا و کاربردهای گسترده پودر نشاسته گندم با برخی چالش ها و محدودیت های فنی نیز مواجه است :

• پس روی (Retrogradation) : ژل های نشاسته گندم در طول زمان مستعد پس روی هستند. پس روی به فرآیند بازآرایی و کریستالیزاسیون مجدد مولکول های نشاسته (به ویژه آمیلوز) در ژل های سرد شده اطلاق می شود. پس روی منجر به سینرسیس (آب انداختن ژل) افزایش کدورت و تغییر بافت ژل می شود. این پدیده می تواند کیفیت و ماندگاری محصولات غذایی نشاسته ای را تحت تأثیر قرار دهد.
• پایداری حرارتی و برشی محدود : نشاسته گندم در دماهای بالا و تحت تنش های برشی شدید ممکن است دچار تخریب ساختاری و کاهش ویسکوزیته شود. این محدودیت می تواند کاربرد نشاسته گندم را در فرآیندهای صنعتی که شامل حرارت دهی و هم زدن شدید هستند محدود کند.
• حساسیت به رطوبت : فیلم های نشاسته گندم به رطوبت حساس هستند و خواص مکانیکی آن ها در محیط های مرطوب کاهش می یابد. این محدودیت استفاده از فیلم های نشاسته گندم را در بسته بندی محصولاتی که نیاز به محافظت در برابر رطوبت دارند محدود می کند.
• مستعد بودن به تخریب میکروبی : نشاسته گندم یک ماده مغذی برای میکروارگانیسم ها است و به راحتی توسط باکتری ها و قارچ ها تخریب می شود. این مسئله می تواند منجر به فساد محصولات نشاسته ای و کاهش عمر ماندگاری آن ها شود.
• نیاز به اصلاح برای کاربردهای خاص : نشاسته گندم طبیعی ممکن است برای برخی از کاربردهای صنعتی خواص عملکردی مطلوبی نداشته باشد. در این موارد نیاز به اصلاح نشاسته برای بهبود خواص مورد نظر و گسترش کاربردها وجود دارد.

نتیجه گیری

پودر نشاسته گندم یک ماده اولیه ارزشمند و چندمنظوره است که به دلیل ویژگی های عملکردی متنوع و زیست تخریب پذیری در صنایع مختلف کاربردهای گسترده ای دارد. از صنایع غذایی و کاغذسازی گرفته تا نساجی داروسازی آرایشی و بهداشتی و ساختمانی نشاسته گندم نقش های حیاتی و کاربردی را ایفا می کند. با این حال نشاسته گندم با برخی چالش ها و محدودیت های فنی نیز مواجه است که با استفاده از روش های اصلاح فناوری های پیشرفته و بهینه سازی شرایط فرآیند می توان بر آن ها غلبه کرد و عملکرد و کاربردهای آن را گسترش داد. تحقیقات و توسعه در زمینه اصلاح نشاسته نانوفناوری نشاسته و بسته بندی هوشمند مبتنی بر نشاسته پتانسیل بالایی برای ایجاد نوآوری و ارزش افزوده در صنایع مختلف دارد و نقش نشاسته گندم را به عنوان یک ماده اولیه کلیدی در آینده پایدارتر و برجسته تر خواهد کرد.

سؤالات متداول

پرسش ۱ : تفاوت بین نشاسته گندم و آرد گندم چیست؟

پاسخ : نشاسته گندم و آرد گندم هر دو از گندم به دست می آیند اما ترکیبات و کاربردهای متفاوتی دارند. آرد گندم محصول آسیاب کردن دانه کامل گندم است و شامل نشاسته پروتئین فیبر ویتامین ها و مواد معدنی است. در مقابل نشاسته گندم یک کربوهیدرات خالص است که از طریق فرآیندهای جداسازی از آرد گندم استخراج می شود و عمدتاً از پلی ساکارید نشاسته تشکیل شده است. به عبارت دیگر نشاسته گندم جزء اصلی آرد گندم است که جدا شده و خالص سازی شده است. آرد گندم بیشتر در پخت نان و محصولات نانوایی استفاده می شود در حالی که نشاسته گندم به دلیل خواص تغلیظ کنندگی ژل شدن و چسبندگی در صنایع گسترده تری از جمله صنایع غذایی کاغذسازی نساجی و غیره کاربرد دارد.

پرسش ۲ : آیا نشاسته گندم بدون گلوتن است؟

پاسخ : نشاسته گندم به طور طبیعی حاوی مقدار بسیار کمی گلوتن است. فرآیند استخراج نشاسته گندم به گونه ای طراحی شده است که تا حد زیادی پروتئین های گندم از جمله گلوتن را حذف کند. با این حال ممکن است مقادیر بسیار کمی از گلوتن در نشاسته گندم باقی بماند. بر اساس استانداردهای بین المللی محصولاتی که حاوی کمتر از ۲۰ ppm (قسمت در میلیون) گلوتن باشند می توانند به عنوان “بدون گلوتن” برچسب گذاری شوند. نشاسته گندم مورد استفاده در صنایع غذایی و داروسازی معمولاً مطابق با این استانداردها تولید می شود و برای افراد مبتلا به بیماری سلیاک یا حساسیت به گلوتن قابل تحمل است. با این حال افراد با حساسیت شدید به گلوتن باید قبل از مصرف محصولات حاوی نشاسته گندم برچسب محصول را به دقت بررسی کنند.

پرسش ۳ : چگونه باید پودر نشاسته گندم را نگهداری کرد؟

پاسخ : پودر نشاسته گندم باید در شرایط خشک خنک و دور از رطوبت نگهداری شود. رطوبت می تواند باعث کلوخه شدن نشاسته و کاهش کیفیت آن شود. همچنین نشاسته گندم باید در ظروف دربسته و غیر قابل نفوذ به هوا نگهداری شود تا از جذب رطوبت و بوهای نامطبوع محیط جلوگیری شود. نگهداری در دمای پایین و دور از نور مستقیم خورشید نیز به حفظ کیفیت نشاسته گندم کمک می کند. در شرایط نگهداری مناسب پودر نشاسته گندم می تواند برای مدت طولانی کیفیت خود را حفظ کند.