presented by - ETH E

Diss.ETH No 11389
Investigations on starch and starch-emulsifier interactions
in durum wheat
pasta
A dissertation submitted to the
SWISS FEDERAL INSTITUTE OF TECHNOLOGY
ZURICH
for the
degree
of Doctor of Technical Sciences
presented by
CATHERINE
CUNIN DALVAND
dipl. Lm.-Ing.
born
ETHZ
February 1,1967
citizen of France and of
Gansingen (AG) and GrUningen (ZH)
Accepted on
the recommendation of
Prof. Dr. F. Escher, examiner
Prof. Dr. R. Amad6, co-examiner
Dr. B. Conde-Petit, co-examiner
Zurich 1995
Summary
and starch fractions and their transformation
the
protein
and
cooking.
The aim of the present
investigation
was to
the properties of
primarily by
Overall quality of durum wheat pasta is influenced
during processing, dehydration
elucidate the function of starch
in structure and texture of durum wheat pasta and to determine the influence of
completing
drying conditions
emulsifier and of
on
starch transformations and pasta
characteristics.
Pasta
a
was
manufactured from durum wheat semolina into the
pilot plant installation. Pasta with emulsifier contained glycerol
various concentrations
(a)
low temperatures
shape
monostearate
(0.5-2.0 g/100 g semolina on wb). Dehydration
(40°C), (b) high temperatures (max. 76°C),
high temperatures (max. 90°C) applied
at intermediate and
high
used
as
at
carried out at
(d) very
moisture contents of
at
high temperature
reference material.
Changes
in
starch
at
the
molecular level
were
starch content and iodine
drying
at
binding capacity.
Starch
crystallinity
high temperature. During cooking,
hydration-driven gelatinization
in the outer
the center.
Cooking is coupled
with
Addition
of emulsifier leads
to
emulsifier
during drying
cooking. Dehydration
a
layer
leaching
and determination of
remains
unchanged during
starch transformations vary from
of the strand to heat induced
of mainly
amylose into
non-complexing interactions
and to the formation of two types of
at very
by polarized light
followed
microscopy, X-ray diffractometry, differential scanning calorimetry
reference
was
on
(GMS)
and (c) and
product, respectively. Pasta samples without emulsifier and dried
were
of spaghetti
high temperatures
is
the
melting in
cooking
between
water.
starch
and
amylose complexes during
comparable
to
a
heat moisture
treatment of starch.
little effect
on
Amylose complexation
the amount and
Pasta structure
pasta starch granules
concentric
zones
are
develop
composition of cooking loss.
examined by
was
and heat moisture treatment of starch have
light
embedded in
which
are
a
and
scanning
tight protein
characterized
electron
matrix.
microscopy.
During cooking, three
by different degrees
of starch
The presence of GMS limits water diffusion and thus the size of the external
application
of
high and
denaturation which in turn
In dried
swelling.
zones.
high temperatures during drying promotes protein
very
tightens the pasta network during cooking.
Texture of cooked pasta, i.e. firmness, surface characteristics and stickiness,
evaluated with instrumental and sensory methods. Textural
on
the concentration of GMS. Based
the effects of GMS
These effects
are
are
on
the molecular and structural changes of starch,
mainly attributed
amplified by
to surface active
the formation of
promoted during drying
of the temperature and moisture
prior
starch
gelatinization.
at very
are
of the emulsifier.
properties
amylose complexes.
of pasta.
high temperatures
are
regime during cooking. Improvements
by very high drying temperatures
was
properties depend strongly
drying temperatures improves firmness and reduces stickiness
characteristics
The
The increase in
Changes in
negligible
in textural
starch
in view
quality
attributed to modifications in the protein fraction
VI
Resume
quality generate
La
propriety
des
pStes
bie dur
au
l'amidon et des
complexant
sur
une
monoste'arate de
semoule
(b)
a
bie dur et de determiner l'influence
au
et des conditions de
sechage
fabriquto
installation
a
pilote.
glycerol (MSG)
a
Les pales
des teneurs
gmulsifiant et sch6s
Les
a
en eau
et
(d)
a tres
microscopie polarisante,
a
2.0
g/lOOg
basses temperatures
a
hautes
aux
(40°C),
le
comme
sechage
sans
reference.
la
avec
rayons X, la calorimetrie differentielle et
amidon et de la
inchangde pendant
de
temperatures (max. 90°C)
niveau moleculaire ont 616 etudies
au
la diffractometrie
en
forme de
intermediaires et elevens. Les echantillons de pStes
de l'amidon
la determination de la teneur
en
e"mulsifiants contenaient du
avec
haute temperature ont 6\6 utilises
changements
l'araidon reste
les transformations de
des concentrations variant de 0.5
hautes temperatures (max. 76°C), (c)
a
sur
partir de semoule de bie dur et extrudee
(matiere huraide). Le sechage etait effectuee (a)
appliquees
la
etait d'elucider la fonction de
caracteristiques des pates alimentaires.
Les pates ont 616
spaghetti
les
principalement par
transformation pendant la fabrication,
investigation
l'amidon dans la structure et la texture des pates
d'un dmulsifiant
influenced
est
et de r amidon et de leur
et la cuisson. Le but de cette
sechage
le
proteines
des
capacity
a
de reference
lier l'iode. La cristallinite de
a
haute
temperature.
Pendant
cuisson, les transformations varient de la geiatinisation par hydratation dans la couche
exterieure du
un
spaghetti
gdlatinisation par fusion
la
lessivage prtf&entiel
a
sechage
et a la
sechage
au centre.
non
complexantes
haute
temperature
est
comparable
L'ajout
couplee
avec
a un
l'amylose pendant
traitement
par
d'dmulsifiants
amidon et emulsifiant
entre
formation de deux types de complexes
a tres
La cuisson est
de l'amylose dans l'eau de cuisson.
des interactions
conduit
Le
a
pendant
le
la cuisson.
hydrothermique
de
vn
1'amidon. La
peu d'effet
complexation
sur
la
balayage eiectronique.
sont
l'amylose et le tiaitement hydrothermique
quantity et la composition des pertes
La structure des
matrice
de
p&tes
alimentaires
Dans la
pratique dense.
pate
seche les
limite la diffusion de l'eau
et
degr£s
de texture
p&te cuite,
avec
la
microscopic optique et a
d'amidon sont encashes dans
concentriques
zones
gonflement de
l'amidon. La
exterieures.
zones
temperatures pendant le sechage favorise
La texture de la
a
granules
done la taille des
ensuite consolide le reseau de la pSte
le collant,
de
la cuisson.
a
6t6 examinee
Pendant la cuisson, trois
caracte'ris&s par difKrents
et tres hautes
a
se
une
deVeloppent
et
presence de MSG
L'application
la ddnaturation des
de hautes
proteines qui
pendant la cuisson.
e'est-a-dire la fermete\ les
caracteristiques de
surface et
6t6 evaluee par des me'thodes instruraentales et sensorielles. Les
proprie'te's
dependent
changement
fortement de la concentration
de l'amidon
principalement
attribu£s
amplifies par
la
au
aux
formation
proprie'te's
de
changements des caract^ristiques
temperatures
en
MSG. En
nggligeables
complexes
avec
l'amylose.
L'augmentation
la fermete' et rtduit le collant de la
de l'amidon favoriss
pendant
le
sechage
au
regime
de
pendant la cuisson. Les ameliorations de
la
qualite"
de la texture
temperatures de sechage
temperature
sont attributes aux modification de la fraction
geiatinisau'on de l'amidon.
sur
les
de surface de l'&nulsifianL Ces effets sont
par rapport
sont
basant
se
niveau moleculaire et structural, les effets du MSG sont
temperatures de sechage ameliore
le
de l'amidon ont
a
des
pSte.
Les
tres hautes
et d'humidite
a
tres
hautes
proteique
avant
vm
Zusammenfassung
Die
Qualitat
Hartweizenteigwaren
von
der Protein- und St&kefraktion und deren
und
Trocknung
Kochprozesses
des
Forschungsarbeit bestand darin,
von
Teigwaren
zu
Emulgatoien und
Starke und die
die
Wirkung
aus
der
StSrke
wahrend der
Das
zur
Eigenschaften
durch die
Herstellung,
der
Ziel
vorliegenden
Stniktur- und
Zugabe
Trocknungsbedingungen
der
Texturbildung
komplexbildenden
von
auf die
Umwandlung
der
Teigwaren zu bestimmen.
Hartweizengriess
mit
in verschiedenen Konzentrationen
Trocknung
bestimmt.
Beitrag der
der
Spaghetti produziert. Teigwaren
Die
VerSnderung
untersuchen sowie den Einfluss der
Eigenschaften
Teigwaren
den
hauptsa'chlich
wird
wurden im Pilot Plant MaBstab in Form
von
Emulgator enthielten Glyzerinmonostearat (GMS)
(0.5-2.0 g/lOOg Griess bezogen auf Feuchtgewicht).
wurde bei (a) tiefen
Temperaturen (40°C), (b)
Temperaturen
hohen
(max. 76°C), und (c) und (d) sehr hohen Temperaturen (max. 90°C) bei mittleren resp.
hohen
Produktfeuchten
Emulgatorzusatz,
welche bei hohen
Anderungen
der
lichtmikroskopie,
mit
der
des
Bestimmung
Kristallinitat
der
durchgefUhrt.
Starke
Referenz
dienten
Temperaturen getrocknet
auf
molekularer
Ebene
Starkegehaltes
Starke
und des
bleibt wahrend
Kochprozesses
durch
Verkleisterung
induzierter
des
wurden
Amylose ins Kochwasser gekoppelt
zu
Polarisations-
mit
IodbindungsverraOgens
Trocknens
wechseln die
Interaktionen ohne
Die
mit
Komplexierung
von
und mit
untersucht. Die
hohen
Temperaturen
StSrkeverSnderungen
in der a'usseren Schicht des
Zugabe
ohne
wurden.
hitzeinduzierten Schmelzen im Zentnim. Kochen ist mit einem Verlust
Trocknens
Proben
die
ROntgen-Diffraktometrie, Differential Rasterkalorimetrie,
unverSndert. Wahrend des
Quellung
Als
Stranges
von
zu
einer
einem
von
haupts&chlich
Emulgatoren ftihrt
wahrend des
zwischen StSrke und
Emulgator
und
K
wahrend des Kochens
Trocknung bei
von
sehr hohen
von
zwei
Teraperaturen
Komplexierung
der Starke.
Behandlung
Bildung
zur
ist
von
Typen
vergleichbar
Amylose
haben einen kleinen Einfluss auf
Starke
von
und
Amylosekomplexen.
rait einer Hitze-Feuchte-
Hitze-Feuchte-Behandlung
und
Menge
Die
Zusammensetzung
des
Kochverlustes.
Die Struktur
von
Teigwaren
wurde mit Licht- und
Raster-Elektronenmikroskopie
untersucht In trockenen Teigwaren sind die StarkekOrner in einer festen Proteinmatrix
eingebettet.
Wahrend des Kochens bilden sich drei konzentrischen Zonen, welche durch
verschiedene
QuellungszustSnde
der Starke charakterisiert sind. Die Anwesenheit
GMS limitiert die Wasserdiffusion und damit die Breite dieser Zonen. Die
von
hohen und sehr hohen
Anwendung
Trocknungstemperaturen verstSrkt die Denaturierung
Proteine und filhrt zu einer Festigung des
Die
von
der
Teigwarennetzwerks wahrend des Kochens.
Textureigenschaften von gekochten Teigwaren,
namlich
Festigkeit, Klebrigkeit
und Oberflachenbeschaffenheit wurden mit instrumentellen und sensorischen Methoden
untersucht Die
Aufgrund
von
GMS
Texturqualitat
ist eng mit der Konzentration
der molekularen und strukturellen
hauptsachlich
werden durch die
Anderungen
von
GMS
verknttpft
der Starke sind die EinflUsse
auf seine OberflSchenaktivitat zurtlckzufUhren. Die Effekte
Bildung
von
Komplexen
mit
Amylose
verstarkt. Die
ErhOhung
der
Trocknungstemperatur erhOht die Festigkeit und reduziert die Klebrigkeit der Teigwaren.
Anderungen
in den
Eigenschaften
der Starke, welche durch Trocknen bei sehr hohen
Temperaturen gefOrdert werden, sind angesichts der hohen Temperatur und des
Wassergehaltes
Eigenschaften
der
beim
basieren
Kochen
vemachlassigbar.
hauptsachlich
auf der
Verkleisterung der Starke vorausgeht.
Verbesserungen
Modifizierung
der
texturellen
der Proteinfraktion, welche