でん粉の抽出と加工

セルロースとデンプンの化学組成は非常に似ています

エネルギーキャリアであるデンプンは光合成によって生成され、すべての植物の塊茎や種子に蓄えられます。何千ものグルコース分子がらせん状に架橋してデンプン分子を形成し、デンプン粒に組み込まれます。

酵素にはデンプン顆粒の組成と構造を決定する役割があります。グルコース分子を長いグリコシド鎖につなげることができます。この構造はアミロースと呼ばれるものです。側鎖が鎖状についているものはアミロペクチンと呼ばれます。

デンプンとセルロースの分子の類似性は興味深いです。デンプンは植物のエネルギー貯蔵庫であり、セルロースは植物の細胞骨格を形成します。木材や高さ4メートルの麻の茎を想像してみてください。

でん粉の溶解性

デンプンは冷水に溶けませんが、デンプン顆粒は容易に、かつ可逆的に膨潤し、体積を最大28％増加させることができます。デンプンから水分を取り除くと、膨潤は減少します。

本来、デンプンは水や湿ったものとよく結合しますが、通常は永続的ではなく、特に温度が変化すると結合しなくなります。そのためデンプンは、ゲル形成を促進、制御、安定化させるために改質されます。変性デンプンは液体を固めることができます。液体の粘度を安定させることができます。粘度は、熱と冷の影響を受けず、せん断応力にも左右されません。

変性澱粉は親水性と疎水性の両方の性質を持つことができます。これにより、でん粉は生産者のニーズに応えることができます食品分野では、調理、焼成、焙煎、衝撃冷凍、解凍、メイラード反応などの工程を持つ、コンビニエンス製品や製パン剤産業が特にそうです。

偏光下でデンプン顆粒を顕微鏡で見ると、本来のデンプンが完全であることが容易にわかります。複屈折のため、本来のデンプン粒は虹色で濃い十字に見えるが、処理されたデンプン粒は十字のないモノクロに見えます。

ゼラチン化

デンプンを水性懸濁液として加熱すると、ある温度以上になるとデンプン粒は破壊され、膨潤がさらに進み、アミロースが粒から出現します。このプロセスはゼラチン化と呼ばれます。デンプンと水の混合物は、粘度が増加し、透明度と電気伝導度も増加します。これは構造的に粘性のある溶液で、溶液を撹拌したりせん断したりすればするほど粘度が低下します。冷却すると溶液は澄み、グルコース鎖は平行に並び、新たな水素結合を形成します。デンプンの種類によって、多かれ少なかれ安定したゲルが形成されます。

この粘性のある構造は、最初の状態とは正反対の挙動です。水分の多いデンプン（デンプン懸濁液中の水分）は希釈性があります。せん断応力が高いほど、粘度は高くなります。

でん粉の用途は多岐にわたります

でん粉の強度は、テクスチャー（ぬめり）、濁度、皮膜形成、ゲル化、復元効果に影響します。食品産業ででん粉が使用される場合、味はニュートラルで、消費者のニーズにあったものでなければなりません。さらに、料理によっては食感を積極的にサポートする役割があります。

• ケーキ用スプレッドは、低温で膨潤し、素早く準備でき、クリームの味をサポートし、ケーキをカットしたときに弾力性が持続し、形状を保持するものでなければなりません。
• スプレードライのベビーフードは、即効性に優れ、適切な液状でなければなりません。
• ミルクベースのフルーツデザートやヨーグルトは、口の中で爽やかでひんやりと感じられ、べたついたり毛羽立ったりしないものでなければならないが、その一方で、高性能の充填機で簡単に充填でき、液だれしないものでなければなりません。
• バーベキューソースは、ボトルから出しやすく、熱の効果にもかかわらず濃厚で粘度の高い形でバーベキュー食材を濡らすが、口の中では噛むと自然にスパイスの香りが広がるものでなければなりません。
• 料理がすぐに消費されるか、最初に冷凍され、包装、保存されるかにかかわらず、でん粉のパン粉や衣は、食材を均一に濡らし、しっかりと付着します。
• インスタント飲料の粉末は、長期間保存しても液相中でダマにならず、素早く分散することが望ましいです。 
• 多段流動床プロセスでは、揮発性の高い液体や酸化に弱い液体も、デンプンの助けを借りてマイクロカプセル化することができます。

通常、でん粉の復元効果は望ましくありません。

それまで結合していた水は、遅れて再び放出されます。ジェルは液化することがあります。このようなプロセスは、調理後の冷却時や冷凍食品の解凍時のような温度変化で特に発生します。好ましくないでん粉の復元効果は、改質澱粉を使用するか、適切な乳化剤を添加することで低減できる。

需要と展望

ドイツでは、特に改良された方法で使用される場合、ほとんどのデンプンの種類は互換性があります。ジャガイモの塊茎は季節的にしか入手できず、生産工程で副産物がほとんど出ないため、一般にジャガイモのでん粉は穀物のでん粉より高価です。小麦でん粉の供給は現在増加しており、特に小麦グルテンは副産物として重要性を増しています。小麦グルテン／小麦タンパク質は、常に貴重な副産物であり、製パン産業や家畜の飼料用に乾燥した形で入手できます。今日、小麦グルテンは肉の代用品としての役割も果たし、比較的高価な食材となっています。そのため、小麦からのデンプン抽出はますます興味深いものとなっています。

ヨーロッパにおけるデンプンの総消費量は約1,200万トンで、毎年約2％増加している状態です。アメリカでは年間約4％、南米では年間約4.5％、アジアでは年間7％も増加しているのです。世界中で生産されるでん粉の約10％が化学工業で、約30％が紙・段ボール工業で、約30％が食品工業で使用され、ほぼ同量が飲料・菓子工業用に改質・糖化されています。でん粉およびでん粉誘導体の需要は、あらゆる産業分野で増加し続けると想定されています。

固液分離、熱乾燥はコストのかかる工程です。

でん粉またはでん粉誘導体を粉末として販売する場合、プロセス工学上の大きな課題は固液分離にあります。第一段階では、水平に回転する遠心分離機または垂直に回転する分離機で機械的に行われます。分離は水と固体の密度差によって起こります。続いて熱乾燥が行われる。ここでは通常、連続運転のローラー電熱式乾燥機や、フラッシュ乾燥機、リング乾燥機、グラインディング乾燥機などの対流式乾燥機が使用されます。水分は熱風で蒸発し、水分の多いでん粉は空気で攪拌され、乾燥した粉塵として排出されます。

アロマとフレーバー形成剤の担体としてのでん粉

でん粉やでん粉誘導体を液体香料、オレオレジン、食用色素、ベーキングエキス、油脂の担体として使用する場合、迅速かつ均一な湿潤を達成するためには混合技術のノウハウと経験が必要になります。混合の際には、エネルギー投入量を可能な限り低く抑えることを目標とします。混合プラントから排出される粉体全体が低温であればあるほど、後の工程（充填、保管、品質維持、鮮度の安定性）にとって良い状態となります。フレーバーやアロマ、調理済み食品、スープ、ディップ、ソースの製造は、多くの場合、複数の工程を経ています。

特定のコーティング効果は、液体の有効成分を包んで保護するように設計されています。一方では、液体有効成分を可能な限り多く配合し、他方では、完成した混合物の流動性を可能な限り良くするという、大きな目的の対立があります。