Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie

Wydział Technologii Żywności

Katedra Technologii Węglowodanów

Załącznik 2

Autoreferat

Magdalena Krystyjan

Kraków, 2018

2

1. I MI Ę I NAZWISKO

Magdalena Krystyjan

2. POSIADANE DYPLOMY , STOPNIE NAUKOWE / ARTYSTYCZNE Z PODANIEM NAZWY ,

MIEJSCA I ROKU ICH UZYSKANIA ORAZ TYTUŁU ROZPRAWY D OKTORSKIEJ .

• Dyplom doktora nauk rolniczych w zakresie technologii żywności i żywienia -

Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie, 2010. Tytuł rozprawy:

„Wpływ wybranych nieskrobiowych hydrokoloidów polisacharydowych na żelowanie i

retrogradację skrobi”, promotor pracy: Prof. dr hab. inż. Marek Sikora.

• Dyplom magistra inżyniera technologii żywności – Akademia Rolnicza im. Hugona

Kołłątaja w Krakowie, 2006. Tytuł pracy: „Wpływ zamienników sacharozy na

właściwości skrobi kukurydzianej”, promotor pracy: Prof. dr hab. Teresa Fortuna.

• Dyplom ukończenia z wyróżnieniem Studium Pedagogicznego dla Absolwentów Szkół

Wyższych, Centrum Pedagogiki i Psychologii, Politechnika Krakowska, 2006.

3. I NFORMACJE O DOTYCHCZASOWYM ZATRUDNIENIU W JEDNOSTKA CH

NAUKOWYCH / ARTYSTYCZNYCH .

• 01.10.2011 – obecnie: Adiunkt, Katedra Technologii Węglowodanów, Wydział

Technologii Żywności, Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie.

• 28.12.2010 – 30.09.2010: Asystent, Katedra Technologii Węglowodanów, Wydział

Technologii Żywności, Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie.

4. WSKAZANIE OSI ĄGNIĘCIA * WYNIKAJ ĄCEGO Z ART . 16 UST. 2 USTAWY Z DNIA 14

MARCA 2003 R. O STOPNIACH NAUKOWYCH I TYTULE NAUKOWYM ORAZ O STO PNIACH

I TYTULE W ZAKRESIE SZTUKI (DZ. U. 2016 R. POZ. 882 ZE ZM . W DZ. U. Z 2016 R.

POZ. 1311.):

Osiągnięciem naukowym, będącym podstawą złożonego przeze mnie wniosku o wszczęcie

postępowania habilitacyjnego jest jednotematyczny cykl publikacji pod zbiorczym

tytułem:

3

„Wpływ wybranych fizycznych modyfikacji skrobi i n ieskrobiowych hydrokoloidów

polisacharydowych na właściwości funkcjonalne skrobi oraz na jakość produktów

spożywczych i niespożywczych z ich udziałem”

1. Krystyjan M. (75%) , Ciesielski W., Gumul D., Buksa K., Ziobro R., Sikora M. 2017.

Physico-chemical and rheological properties of gelatinized/freeze-dried cereal starches,

International Agrophysics, 31, 357-365.

IF 0.967*, IF5-letni 1.197, MNiSW=25 pkt., liczba cytowań wg bazy Web of Science:

0 (bez autocytowań: 0)

2. Gumul D., Krystyjan M. (20%), Buksa K., Ziobro R., Zięba T. 2014. The influence of

oxidation, extrusion and oxidation/extrusion on physico-chemical properties of potato

starch. Starch/Starke, 66, 190-198.

IF 1.677, IF5-letni 1.813, MNiSW=25 pkt., liczba cytowań wg bazy Web of Science: 5

(bez autocytowań: 3)

3. Krystyjan M. (70%), Ciesielski W., Khachatryan G., Sikora M., Tomasik P. 2015.

Structure, rheological, textural and thermal properties of potato starch - Inulin gels.

LWT - Food Science and Technology 60, 131-136.

IF 2.711, IF5-letni 3.290, MNiSW=35 pkt., liczba cytowań wg bazy Web of Science:

4 (bez autocytowań: 3)

4. Krystyjan M. (60%), Adamczyk G., Sikora M., Tomasik P. 2013. Long-term storage

stability of selected potato starch - Non-starchy hydrocolloid binary gels. Food

Hydrocolloids, 31, 270-276.

IF 4.280, IF5-letni 4.355, MNiSW=40 pkt., liczba cytowań wg bazy Web of Science:

8 (bez autocytowań: 4)

5. Krystyjan M. (80%) , Buksa K. 2017. The influence of gelatinized/freeze-dried starch

addition on gluten-free pasta properties. Proceedings of the 13th International

Conference on Polysaccharides-Glycoscience, Prague, Czech Republic, 8-10th

November, pp. 166-168.

IF brak, IF5-letni brak, MNiSW=15 pkt., liczba cytowań wg bazy Web of Science: 0

(bez autocytowań: 0)

4

6. Krystyjan M. (70%), Gumul D., Ziobro R., Sikora M. 2015. The effect of inulin as a

fat replacement on dough and biscuit properties, Journal of Food Quality, 38, 305–315.

IF 0.755, IF5-letni 0.993, MNiSW=20 pkt., liczba cytowań wg bazy Web of Science:

1 (bez autocytowań: 0)

7. Krystyjan M. (80%), Khachatryan G., Ciesielski W., Buksa K., Sikora M. 2017.

Preparation and characteristics of mechanical and functional properties of

starch/Plantago psyllium seeds mucilage films. Starch/Stärke, 69, DOI

10.1002/star.201700014.

IF 1.837*, IF5-letni 1.823, MNiSW=25 pkt., liczba cytowań wg bazy Web of Science:

0 (bez autocytowań: 0)

Całkowity IF z roku opublikowania prac, wchodzących w skład osiągnięcia

naukowego*: 12.227

Całkowity 5-letni IF publikacji wchodz ących w skład osiągnięcia naukowego: 13.471

Liczba punktów MNiSW za cykl publikacji (dane z roku publikacji)*: 185 pkt.

* W przypadku publikacji z 2017, dla których nie określono IF oraz punktów MNISW za rok opublikowania,

wykorzystano punktację za rok poprzedni.

Wkład habilitantki w powstanie wyżej wymienionych prac został szczegółowo opisany w Załączniku 6.

Oświadczenia współautorów prac określające szczegółowo indywidualny wkład każdego z nich w powstanie

publikacji zamieszczono w Załączniku 5.

5

C) OMÓWIENIE CELU NAUKOWEGO W /W PRAC I OSIĄGNIĘTYCH WYNIKÓW WRAZ Z

OMÓWIENIEM ICH EWENTUALNEGO WYKORZYSTANIA .

Tytuł osiągnięcia naukowego:

„Wpływ wybranych fizycznych modyfikacji skrobi i ni eskrobiowych hydrokoloidów

polisacharydowych na właściwości funkcjonalne skrobi oraz na jakość produktów

spożywczych i niespożywczych z ich udziałem”

1. Wprowadzenie

Skrobia jest jednym z najbardziej powszechnie stosowanych polimerów

polisacharydowych w przemyśle. Jej ogromny potencjał aplikacyjny związany jest z jej

budową oraz właściwościami, które z kolei uzależnione są od wielu czynników, w tym od

pochodzenia botanicznego, warunków obróbki skrobi czy stopnia jej modyfikacji. Ponad

85% wszystkich stosowanych w przemyśle spożywczym hydrokoloidów stanowią skrobie

(Wanous 2004). Biorąc pod uwagę najnowsze doniesienia, światowa produkcja skrobi

wynosi dwa miliardy ton, co daje ponad miliard siedemset milionów ton tego

polisacharydu, wykorzystywanego na cele spożywcze (FAO 2016).

Zastosowanie skrobi w przemyśle spożywczym i niespożywczym wynika ze zdolności

do modyfikacji lepkości kleików skrobiowych, ich tekstury, zdolności wiązania wody

przez skrobię oraz tworzenia żeli i folii (Kaur i in. 2012). Dzięki swoim właściwościom,

naturalnemu pochodzeniu i braku toksycznego wpływu na organizm ludzki, skrobia

wykazuje wysoki potencjał aplikacyjny w przemyśle spożywczym. Dzięki swoim

zdolnościom zagęszczającym oraz żelującym znalazła zastosowanie w produkcji sosów,

dresingów, majonezów oraz koncentratów pożywczych. W produkcji pieczywa

bezglutenowego jest jednym ze składników utrzymujących strukturę wyrobu gotowego.

Dodatek skrobi do przetworów mięsnych pozwala na nadanie im zwartej konsystencji, a

dzięki dużej zdolności wiązania wody zapobiega synerezie, czyli niekorzystnemu zjawisku

polegającemu na wydzielaniu się wody z produktu, podczas jego przechowywania.

Przemysł mleczarski również wykorzystuje ten polisacharyd w celu poprawy struktury

swoich wyrobów. Przedstawione możliwości aplikacyjne skrobi to tylko niewielki wycinek

jej zastosowania w technologii żywności. Poza przemysłem spożywczym ten polisacharyd

jest doceniany i skutecznie wykorzystywany w przemyśle farmaceutycznym, tekstylnym,

papierniczym a nawet opakowaniowym.

6

Mimo, iż na temat skrobi powstało wiele prac i wydawać by się mogło, że jako materiał

biologiczny została już dokładnie przebadana, to jednak nadal cieszy się niesłabnącym

zainteresowaniem. Niestety, ze względu na niestabilność, jaką wykazuje podczas obróbki,

skrobia natywna (naturalna) nie zawsze spełnia oczekiwania producentów. Kleiki oraz żele

skrobiowe są szczególnie wrażliwe na zmiany temperatury, pH oraz ścinanie (Sikora i

Krystyjan 2008). Dlatego też w wielu przypadkach konieczna jest modyfikacja skrobi, co

pozwala poprawić jej właściwości oraz wyeliminować określone wady. Dzięki takiemu

działaniu możliwe jest uzyskanie polimeru o zmienionych lub całkiem nowych

parametrach. Literatura dostarcza wielu przykładów i sposobów modyfikacji skrobi.

Generalnie wyróżnia się cztery podstawowe rodzaje modyfikacji: fizyczną, chemiczną,

enzymatyczną oraz genetyczną. Fizyczna modyfikacja może być bezpiecznie używana,

jako czynnik polepszający właściwości skrobi w przemyśle spożywczym. Ten rodzaj

modyfikacji obejmuje: działanie ciśnieniem, głębokie zamrażanie, działanie temperaturą, a

w tym HMT (ang. heat-moisture treatment) działanie wysoką temperaturą przy

ograniczonej ilości wody oraz ANN (ang. annealing) tj. ogrzewanie skrobi w nadmiarze

wody, powyżej jej temperatury zeszklenia, ale poniżej punktu kleikowania. Inne metody

obejmują działania mechaniczne (np. mieszanie), mikronizację, ekstruzję, suszenie

bębnowe i rozpyłowe i wiele innych (Kaur i in. 2012).

Badania z ostatniego dziesięciolecia pokazują, że ta grupa modyfikacji znacznie się

poszerzyła, a istniejące już metody są ulepszane, celem otrzymania skrobi o nowych

właściwościach. Do najnowszych metod fizycznych używanych do modyfikowania skrobi

należy zaliczyć mikronizację w młynie kulowym próżniowym (Che i in. 2007), działanie

ciśnieniem osmotycznym (Pukkahuta i in. 2007) oraz kontrolowanym spadkiem ciśnienia

(z ang. DIC) (Maache-Rezzoug i in. 2009) czy działanie pulsacyjnym polem elektrycznym

(PEF) (Han i in. 2009). Stosowane są powszechnie różnego rodzaju metody termiczne, w

tym tzw. „heat moisture treatment”, polegające na jednoczesnym działaniu wody i

wysokiej temperatury, powyżej 100°C, co pozwala uzyskać skrobie o dużej zdolności do

żelowania, w krótkim czasie i w niskiej temperaturze (Steekenen i Woortman 2009, Deka i

Sit 2016).

Metodą fizyczną jest również głębokie mrożenie i rozmrażanie skrobi ziarnistej. Jak

pokazały badania przeprowadzone przez Szymońską i współpracowników (Szymońska i

in. 2003), zabieg ten prowadzi do wzrostu krystaliczności ziarenek skrobiowych

(Szymońska i in. 2000) lub wręcz przeciwnie - do nieodwracalnego zniszczenia

7

uporządkowanej struktury, a zależy to od ilości cykli zastosowanych w trakcie obróbki

oraz stopnia wilgotności preparatu.

Z kolei modyfikacja skrobi poprzez ekstruzję polega na zastosowaniu czterech

czynników – wilgotności, temperatury, ciśnienia i sił mechanicznego ścinania. W

zależności od parametrów obróbki może powodować całkowite zniszczenia struktury

ziarnistej skrobi i zanik jej krystaliczności (González i in. 2007, Gumul i in. 2014).

Warto również nadmienić, że fizyczna modyfikacja skrobi wykorzystywana jest w

kapsułkowaniu różnych materiałów. Dzięki zastosowaniu ekstruzji, liofilizacji czy

suszenia rozpyłowego, możliwa jest ochrona składników labilnych żywności oraz wzrost

dostępności składników bioaktywnych (Zhu 2017).

Nieskrobiowe hydrokoloidy polisacharydowe (NHP) to szeroka grupa hydrofilowych

koloidów, zdolnych do rozpuszczania się lub dyspergowania w wodzie i tworzenia

układów dyspersyjnych lub roztworów o dużej lepkości (Sikora i Krystyjan 2009,

Mahmood i in. 2017). Ze względu na różne źródła pochodzenia, hydrokoloidy wykazują

zróżnicowanie w budowie i właściwościach. O wykorzystaniu hydrokoloidów

polisacharydowych w przemyśle spożywczym decydują między innymi ich zdolności

zagęszczające, żelujące oraz stabilizujące. Należy jednak podkreślić, że zdolności te są

cechą charakterystyczną danego hydrokoloidu i zależą od wielu czynników, m.in.

temperatury, pH, stężenia polimeru oraz od obecności innych składników towarzyszących

(Sikora i Krystyjan 2008). Swoje interesujące właściwości reologiczne hydrokoloidy

zawdzięczają dużej masie cząsteczkowej, zróżnicowanej budowie oraz właściwościom

hydrofilowym, dzięki którym wykazują powinowactwo do wody, tworząc roztwory o

znacznej lepkości (Krystyjan i in. 2012). Przeważająca część hydrokoloidów wykazuje

zdolności do żelowania, a o ich przydatności technologicznej decyduje szybkość tego

procesu, siła utworzonego żelu oraz jego stabilność termiczna. W celu wzmocnienia efektu

często stosuje się dwa lub więcej hydrokoloidów, co pozwala zastąpić drogie polimery ich

tańszymi odpowiednikami, uzyskując preparaty o nowych lub mocno zmienionych

właściwościach funkcjonalnych (tzw. zjawisko synergii) (Tempsiripong i in. 2005,

Krystyjan i in. 2012). Równie często są hydrokoloidy wykorzystywane ze względu na

swoje właściwości powierzchniowo-czynne, jako substancje emulgujące lub

wspomagające emulgowanie, wspomagające także uzyskanie pian oraz ich stabilizację.

Istotną rolę hydrokoloidy odegrały we wzmocnieniu potencjału aplikacyjnego skrobi,

bowiem już ich niewielka ilość jest w stanie, w sposób bardzo wyraźny, wpłynąć na

8

właściwości skrobi. W prezentowanym Osiągnięciu naukowym przedstawiono kilka

przykładów właśnie takiego zastosowania hydrokoloidów.

2. Hipotezy badawcze i cel pracy

Mając na uwadze bezpieczeństwo konsumentów, ich dużą świadomość żywieniową, a

także jakość produktów spożywczych, dąży się do wzbogacania, ulepszania i

modyfikowania żywności technikami w pełni bezpiecznymi, w dominującym stopniu -

naturalnymi. Dlatego też podjęto badania dotyczące poprawy właściwości skrobi

technikami, dzięki którym możliwe jest otrzymanie dodatków spożywczych i

niespożywczych, bezpiecznych dla człowieka i środowiska.

Naukowym celem pracy była modyfikacja skrobi natywnej wybranymi metodami

fizycznymi oraz poprzez dodatek niekrobiowych hydrokoloidów polisacharydowych

(NHP) oraz zbadanie wpływu tych modyfikacji na właściwości uzyskanych preparatów

skrobiowych. Z kolei praktycznym celem pracy było wykazanie wpływu tych preparatów

na jakość produktów spożywczych.

Zostały postawione następujące hipotezy badawcze:

1. modyfikacja fizyczna skrobi metodą kombinowaną (poprzez kleikowanie, mrożenie a

następnie sublimacyjne suszenie) oraz poprzez ekstruzję, pozwoli na uzyskanie

preparatów skrobiowych o zdecydowanie lepszej zdolności wiązania wody i

rozpuszczalności, niż ich natywne odpowiedniki. Modyfikacje te wpłyną także na

strukturę oraz właściwości reologiczne tych preparatów.

2. dodatek NHP wpłynie na właściwości skrobi natywnej, a kierunek tych zmian oraz ich

intensywność będą zależeć m.in. od takich parametrów, jak: stężenie tych

polisacharydów oraz ich pochodzenie botaniczne.

3. zastosowanie skrobi modyfikowanych fizycznie oraz skrobi z udziałem NHP

spowoduje poprawę cech jakościowych produktów spożywczych i niespożywczych

zawierających w swoim składzie te preparaty.

3. Materiał i metody

3.1. Materiał badawczy

Materiałem badawczym były skrobie natywne zbożowe tj.: skrobia owsiana

wyizolowana metodą laboratoryjną z ziarna owsa odmiany Polan, skrobia pszenna,

9

wyizolowana z ziarna pszenicy odmiany Almari i skrobia żytnia, wyizolowana z ziarna

żyta odmiany Dańkowskie Złote (Publikacje 1, 5).

Materiałem badawczym była również natywna skrobia ziemniaczana, zakupiona w

firmach: Luboń (Publikacja 2), Bezgluten (Publikacje 3, 5), Kupiec Enterprise

(Publikacja 4) oraz Bronisław (Publikacja 7).

Ponadto materiałem badawczym były nieskrobiowe hydrokoloidy polisacharydowe

(NHP), takie jak: inulina Frutafit IQ (IN) zakupiona w firmie Bogutyn (Publikacje 3, 6),

kappa-karagen (CAR), guma guarowa (GG) i guma ksantanowa (XG) zakupione w firmie

Sigma-Aldrich (Publikacja 4) oraz hydrokoloid psyllium (M), który wyizolowano z

nasion Plantago psyllium, zakupionych w firmie Natura (Publikacja 7).

W badaniach wykorzystano także mąkę ryżową, zakupioną w firmie Bezgluten

(Publikacja 5) oraz mąkę pszenną typu 500 zakupioną w firmie PZZ Kraków (Publikacja

6). Ponadto, w Publikacji 6 do wypieku herbatników zastosowano takie surowce

spożywcze, jak margaryna, cukier, jaja, proszek do pieczenia oraz cukier wanilinowy.

3.2. Metody badawcze

3.2.1. Modyfikacja skrobi wybranymi metodami fizycznymi (publikacje 1 i 2)

W Publikacji 1 natywne skrobie zbożowe (pszenna, żytnia i owsiana) zostały poddane

modyfikacji fizycznej, która polegała na zastosowaniu metody kombinowanej (łączonej).

W tym celu przeprowadzono kleikowanie wodnej suspensji skrobiowej (5% m/m, s.m.), a

otrzymane żele zamrożono w temperaturze -25°C. Po 24 godzinach próbki poddano

sublimacyjnemu suszeniu w liofilizatorze (Labcono, USA). O ile w literaturze opisano

podobne sposoby modyfikacji skrobi pszennej i żytniej, to jednak w przypadku skrobi

owsianej nie stosowano do tej pory tego typu modyfikacji.

W Publikacji 2 skrobię ziemniaczaną natywną poddano ekstruzji w jednoślimakowym

ekstruderze 20 DN (firmy Brabender Duisburg, Niemcy), przy średnicy dyszy ekstrudera 3

mm, przy sprężeniu 3:1 i szybkości obrotów ślimaka 190/min. Zastosowano trzy różne

temperatury: 90, 130 oraz 170°C.

3.2.2. Modyfikacja skrobi poprzez zastosowanie nieskrobiowych

hydrokoloidów polisacharydowych (NHP) (Publikacje 3 i 4)

Modyfikacja skrobi poprzez zastosowanie NHP polegała na sporządzeniu żeli

skrobiowych z ich udziałem w różnych stężeniach. Żele skrobiowe z udziałem inuliny

10

przygotowano w następujący sposób (Publikacja 3): wodne suspensje polisacharydowe

zawierały 4, 5 oraz 6% udział natywnej skrobi ziemniaczanej oraz 10, 15, 20 oraz 25%

(m/m, s.m.) inuliny. Próbki kontrolne, zawierające tylko skrobię, sporządzono w taki sam

sposób, jak mieszaniny zawierające oba polisacharydy. Po dokładnym wymieszaniu

suspensji w temperaturze pokojowej, próbki ogrzewano w łaźni wodnej w temperaturze

90°C przez 20 min., intensywnie mieszając (400 obr./min.). W literaturze nie opisano

badań, w których zastosowano by tak szeroki zakres stężeń inuliny, celem określenia

jej wpływu na właściwości skrobi ziemniaczanej natywnej oraz żeli z ich udziałem.

W Publikacji 4 z natywnej skrobi ziemniaczanej przygotowano wodne suspensje o

stężeniu 3, 4 oraz 5% (m/m, s.m.). Stanowiły one próby kontrolne. Żele mieszane, czyli

skrobia ziemniaczana z dodatkiem hydrokoloidu zostały przygotowane w analogiczny

sposób, jak kontrolne. W tym celu sporządzono suspensje wodne z 2,8; 3,8 oraz 4,8%

udziałem skrobi oraz 0,2% udziałem NHP (m/m, s.m). Aby zabezpieczyć próbki przed

zepsuciem, wprowadzano do nich dodatkowo 5ml 0,4% wodnego roztworu NaN3. W

dalszej kolejności wodne suspensje polisacharydowe mieszano w temperaturze pokojowej

przez 20 min., po czym ogrzewano w łaźni wodnej w 96°C, przez 20 min, przy

intensywnym mieszaniu (400 obr./min).

3.2.3. Badania właściwości skrobi modyfikowanych fizycznie (Publikacje 1, 2)

W kolejnym etapie analizowano właściwości fizyczno-chemiczne uzyskanych skrobi

modyfikowanych metodą kombinowaną oraz skrobi ekstrudowanych. Przeprowadzono

następujące analizy:

• analiza struktury skrobi (Publikacja 1) - skaningowy mikroskop elektronowy (SEM)

(JEOL JSM-7500F, Japan),

• rozkład mas cząsteczkowych oraz średnie wagowo masy cząsteczkowe – HPSEC (Size

Exclusion Chromatography), po uprzednim rozpuszczeniu próbek w DMSO, według

metodyki Buksa i in. (2013) (Publikacja 1) oraz wg metodyki Buksa i in. (2010)

(Publikacja 2),

• zdolność wiązania wody i rozpuszczalność w wodzie, w różnych temperaturach: 25, 40

i 70°C (Publikacja 1) oraz 30, 60 i 90°C (Publikacja 2) - metoda grawimetryczna

(Leach 1965),

11

• badania reologiczne - wyznaczenie krzywych płynięcia 5% żeli, przy wzrastającej

szybkości ścinania 1-300 s-1, w czasie 10 minut, przetrzymaniu przez 1 minutę w 300 s-

1, oraz spadku szybkości ścinania do 1 s-1 w czasie 10 minut (Publikacje 1 i 2).

Do otrzymanych krzywych dopasowano model reologiczny Ostwalda de- Waele`go:

τ =K·( γ• )n

gdzie:

τ-naprężenie ścinające (Pa),

K- współczynnik konsystencji (Pa·sn),

γ• - szybkość ścinania (s-1),

n – indeks płynięcia (-).

• wyliczenie wartości pól powierzchni pętli histerezy (Publikacje 1 i 2). W przypadku

krzywych płynięcia skrobi modyfikowanych metodą kombinowaną (Publikacja 1)

pola te zostały obliczone stosując metodę zaproponowaną we wcześniejszej pracy

mojego współautorstwa (Sikora i in. 2015) polegającą na sumowania pól trapezów

zawartych pomiędzy krzywą rosnącą i krzywą malejącą, zgodnie z poniższym

równaniem:

gdzie:

AT - pole powierzchni pojedynczego trapezu przy określonej szybkości ścinania [Pa/s],

τD(k-1), τDk - wartość naprężenia ścinającego pomiędzy dwoma sąsiadującymi punktami

pomiarowymi krzywej płynięcia, w zakresie malejących szybkości ścinania (0-300 s-1) [Pa],

τU(k-1), τUk - wartość naprężenia ścinającego pomiędzy dwoma sąsiadującymi punktami

pomiarowymi na krzywej płynięcia, w zakresie rosnących szybkości ścinania (300-0 s-1) [Pa],

γa- średnia różnica szybkości ścinania pomiędzy dwoma sąsiadującymi punktami

pomiarowymi krzywej wznoszącej i opadającej, tworzącej pętlę histerezy [1/s].

Przy pomiarach krzywych płynięcia skrobi modyfikowanych poprzez ekstruzję, pola

powierzchni pętli histerezy wyliczono używając programu RheoWin (Publikacja 2).

3.2.4. Badania właściwości skrobi z dodatkiem NHP (Publikacje 3 i 4)

Aby scharakteryzować wpływ dodatku NHP na właściwości skrobi natywnych,

wykonano następujące analizy:

12

• charakterystykę kleikowania – w wiskozymetrze MicroVisco-Amylo-Graph

(Brabender GmbH & Co.KG, Germany) (Publikacje 3 i 4),

• badania oscylacyjne żeli, polegające na wyznaczeniu widm mechanicznych, przy

zmiennej częstotliwości, w zakresie liniowej lepkosprężystości, wykonano przy użyciu

reometru rotacyjnego RS1 (GebruederHaake GmbH, Karlsruhe, Germany) (Publikacje

3 i 4),

• analizę tekstury żeli - teksturometrem TA.TX plus (Stable MicroSystems, Haslemere,

UK) stosując test penetracji, który umożliwił wyznaczenie siły żelu/twardości

(Publikacje 3 i 4) oraz kruchości żelu (Publikacja 3).

3.2.5. Sporządzanie produktów żywnościowych z udziałem skrobi

modyfikowanych fizycznie oraz z zastosowaniem NHP (Publikacje 5, 6 i

7)

Sporządzanie makaronów bezglutenowych z dodatkiem skrobi modyfikowanej

Podjęto próbę zastosowania skrobi modyfikowanej fizycznie (metodą kombinowaną

opisaną w rozdziale 3.2.1) w produkcji makaronów bezglutenowych, na bazie mąki

ryżowej (Publikacja 5). Do tej pory nie stosowano skrobi ziemniaczanej i

kukurydzianej, modyfikowanych techniką kombinowaną, czyli poprzez kleikowanie,

zamrażanie, a następnie suszenie sublimacyjne, w produkcji makaronów

bezglutenowych. Makarony sporządzono dwoma sposobami, według tradycyjnej metody

oraz poprzez zaparzanie mąki. W pierwszej metodzie ciasto uformowano z mąki ryżowej i

wody o temperaturze 20°C, w drugiej natomiast, do mąki dodano wodę o temperaturze

95°C, celem jej zaparzenia.

Przygotowanie ciasta oraz wypiek herbatników pszennych z udziałem inuliny

W publikacji 6 zastosowano dodatek inuliny do herbatników pszennych, w celu

poprawy ich jakości, z jednoczesnym ograniczeniem zawartości tłuszczu. Pilotażowe

badania pozwoliły dobrać odpowiedni zakres stężenia inuliny oraz formę, w jakiej ma być

wprowadzona do produktu. Na podstawie tych badań stwierdzono, że nie jest możliwe

otrzymanie pożądanych efektów dodając inulinę w formie proszkowej, ze względu na

ograniczone ilości czynnika wiążącego ciasto herbatnikowe, jakim jest tłuszcz, przez co

następowała jego dezintegracja. Dlatego też w kolejnych testach zastosowano inulinę w

formie żelu, uzyskując zadowalające rezultaty.

13

Bazując na wynikach własnych oraz na wynikach badań, opublikowanych przez Kim i

in. (2001), przygotowano żele inulinowe w szerokim zakresie stężeń 20-60% (m/m, s.m) i

przebadano je pod kątem wiązania i zatrzymywania wody oraz oznaczono ich

konsystencję. Na podstawie uzyskanych wyników stwierdzono, że 50% żele inulinowe

charakteryzują się optymalnymi właściwościami wiążącymi wodę, mają też wystarczająco

zbliżoną konsystencję do tłuszczu, przewidzianego w recepturze. Ze składników podanych

w Tabeli 1 (Publikacja 6, str. 306) przygotowano ciasto herbatnikowe, o różnej

zawartości tłuszczu, który zastępowano równoważną ilością inuliny, w formie zżelowanej.

Inulina znana jest dobrze jako substytut tłuszczu i już wcześniej stosowano była do

wypieku herbatników (Laguna i in. 2014). W omawianej pracy, można uznać, jako

element nowości, użycie inuliny w formie zżelowanej do ciasta herbatnikowego, po

wcześniejszym dopasowaniu konsystencji do suplementowanego tłuszczu.

Opracowanie folii spożywczych na bazie skrobi z udziałem hydrokoloidu psyllium, w

formie zliofilizowanego śluzu

W kolejnej pracy (Publikacja 7) podjęto próbę opracowania folii na bazie skrobi,

wzbogaconych śluzem, wyekstrahowanym z nasion babki płesznik (Plantago psyllium L.).

Śluzy roślinne to w głównej mierze heteropolisacharydy, o złożonej budowie oraz silnych

właściwościach zagęszczających i żelujących. Wodną ekstrakcję śluzu prowadzono

według metody zaproponowanej przez Korusa i in. (2015), z modyfikacją własną, która

polegała na ogrzewaniu 100 g śluzu w 3 litrach wody przez 30 min., z równoczesnym

mieszaniem. Czas i ilość wody do ekstrakcji dobrano eksperymentalnie. Następnie

ekstrakt filtrowano, przelewano do pojemników, zamykano i chłodzono do

temperatury pokojowej (przez 1h), po czym mrożono w -20°C (przez 48h) i

poddawano suszeniu sublimacyjnemu. Pozwoliło to na otrzymanie preparatu (M),

którego głównym składnikiem (94,2% w przeliczeniu na s.m.) był hydrokoloid psyllium

(Publikacja 7, Podrozdział 2.1.), tworzący roztwory o dużej lepkości. W dalszej

kolejności posłużył on do przygotowania folii na bazie skrobi ziemniaczanej, z dodatkiem

glicerolu jako plastyfikatora. Z danych literaturowych wynika, że hydrokoloid psyllium

nie był jeszcze stosowany do poprawy właściwości folii na bazie skrobi. Są to zatem

pierwsze badania przeprowadzone w tym kierunku.

14

3.2.6. Badania właściwości produktów przemysłu spożywczego uzyskanych z

udziałem skrobi modyfikowanych fizycznie oraz z udziałem NHP

(Publikacje 5, 6 i 7)

Analiza makaronów bezglutenowych z udziałem skrobi modyfikowanej (Publikacja 5)

W celu wykazania wpływu żelowania, mrożenia, a następnie sublimacyjnego suszenia,

czyli fizycznej modyfikacji skrobi, na jakość makaronów bezglutenowych, w gotowym

produkcie oznaczono następujące parametry:

• stratę suchej substancji podczas gotowania, według metody zaproponowanej przez

Phongthai i in. (2017),

• zdolność chłonięcia i zatrzymywania wody, według metody zaproponowanej przez

Phongthai i in. (2017),

• parametry tekstury po ugotowaniu - twardość i adhezyjność, oznaczone

teksturometrem TA.TX plus (Stable MicroSystems, Haslemere, UK), stosując test

penetracji.

Analiza ciasta oraz herbatników pszennych z dodatkiem inuliny (Publikacja 6)

W pracy określono wpływ udziału inuliny na właściwości ciasta oraz herbatników.

Właściwości ciasta oznaczono wykonując:

• analizę tekstury – teksturometrem TA.TX plus (Stable MicroSystems, Haslemere, UK)

z zastosowaniem testu penetracji, który umożliwił wyznaczenie twardości oraz

lepkości ciasta,

• badania oscylacyjne, polegające na wyznaczeniu widm mechanicznych, przy zmiennej

częstotliwości (0,1–10 Hz), w zakresie liniowej lepkosprężystości, w reometrze

rotacyjnym RS1 (Gebrueder Haake GmbH, Karlsruhe, Germany).

W gotowych herbatnikach wykonano następujące analizy:

• oznaczenie składu chemicznego, tj. zawartości tłuszczu, białka, popiołu, błonnika

pokarmowego (frakcja rozpuszczalna, nierozpuszczalna oraz zawartość całkowita) –

według metod AOAC (2006),

• obliczenie całkowitej zawartości węglowodanów, z różnicy zawartości pozostałych

składników, wymienionych powyżej,

• obliczenie wartości energetycznej według systemu Atwater (FAO 2002),

15

• analiza tekstury - teksturometrem TA.TX plus (Stable MicroSystems, Haslemere, UK),

stosując test penetracji, który umożliwił wyznaczenie twardości herbatników,

• pomiar barwy - metodą instrumentalną w systemie CIE L*a*b* , aparatem Konica

MINOLTA CM-3500d (Konica Minolta, Inc., Tokyo, Japan),

• ocenę sensoryczną według normy PN-ISO 6658 1998.

Analiza właściwości folii na bazie skrobi z udziałem hydrokoloidu psyllium w formie

zliofilizowanego śluzu (Publikacja 7)

Aby wykazać wpływ dodatku hydrokoloidu na właściwości folii skrobiowych

przeprowadzono następujące analizy:

• reologiczną analizę roztworu użytego do sporządzenia folii, w reometrze rotacyjnym

RS6000 (Gebrueder Haake GmbH, Karlsruhe, Germany),

• stopień rozpuszczalności folii w wodzie, wg metody Dick i in. (2015),

• stopień przepuszczalności promieni UV (T) przez folię wg metody Han i Floros

(1997),

• właściwości mechaniczne folii teksturometrem TA.TX plus (Stable MicroSystems,

Haslemere, UK), stosując test rozciągania i wykorzystując otrzymane dane do

obliczenia wytrzymałości na zerwanie oraz rozciągalności folii zgodnie z normą PN-

EN ISO 527-1:2012.

• badania mikroskopowe (Skaningowa mikroskopia elektronowa) stosując SEM JEOL

JSM-7500F (Japan).

3.2.7. Analiza statystyczna

Pomiary wykonano co najmniej w dwóch powtórzeniach. Zastosowano

jednoczynnikową lub dwuczynnikową analizę wariancji ANOVA, a istotność różnic

pomiędzy wartościami średnimi zweryfikowano testem Fishera lub Duncana na poziomie

istotności p=0,05, posługując się programem Statistica 8.0 (StatSoft, Tulsa, USA).

16

4. Wyniki i dyskusja

4.1. Wpływ fizycznej modyfikacji na właściwości i struktur ę skrobi (Publikacje 1,

2)

Modyfikacja skrobi natywnych metodą kombinowaną (Publikacja 1) poprzez

żelowanie w wodzie, mrożenie a następnie sublimacyjne suszenie, umożliwiła otrzymanie

skrobi gąbczastej, o mocno rozwiniętej powierzchni i jednolitej strukturze, co potwierdziły

zdjęcia, wykonane przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM)

(Publikacja 1, Fot. 1). Zniszczenie struktury ziarnistej natywnej skrobi, na skutek

kleikowania oraz jej zamiana w formę gąbczastą, wywołaną procesem zamrażania i

suszenia sublimacyjnego, przyczyniły się do wytworzenia skrobi o silnie porowatej

strukturze, która z powodzeniem może być wykorzystywana jako biodegradowalny,

bezpieczny dla człowieka polisacharyd. Do tej pory nie stosowano tego typu

modyfikacji dotyczącej skrobi owsianej.

Wykazano statystycznie istotny wpływ zastosowanej metody modyfikacji, na zdolność

wiązania wody i rozpuszczalność skrobi (oznaczoną w temperaturach: 25, 40 i 70°C), w

porównaniu do ich natywnych odpowiedników (Publikacja 1, Tabela 2). Zdolność

wiązania wody skrobi modyfikowanych fizycznie, w temp. 25 i 40°C, była aż 9,4 do 12-

krotnie większa niż skrobi naturalnych. W temperaturze 70°C zaobserwowano nieco

mniejszy, ale nadal statystycznie istotny, wzrost wartości tego parametru. Analogiczną

sytuację odnotowano w przypadku drugiego z parametrów - rozpuszczalności. Największy

wzrost rozpuszczalności, oznaczonej w temperaturze 40°C, zaobserwowano w skrobi

owsianej, bo aż 7,3-krotny, a najmniejszy - w skrobi żytniej - 4,8-krotny w odniesieniu do

próby kontrolnej. Tendencja ta utrzymywała się również w wyższej temperaturze (70°C),

jednak różnice w rozpuszczalności skrobi pomiędzy próbą kontrolną a modyfikatami, były

dużo mniejsze. Proces modyfikacji wpłynął na zmniejszenie masy cząsteczkowej skrobi,

co przyczyniło się do lepszej rozpuszczalności tego polisacharydu, z drugiej jednak strony

zmniejszyła się lepkość żeli, które były bardziej wrażliwe i podatne na ścinanie. Wskazały

na to niższe wartości naprężenia ścinającego w całym badanym zakresie szybkości

ścinania (Publikacja 1, Rys. 3) oraz niższe wartość współczynnika konsystencji K

(Publikacja 1, Tabela 4), w porównaniu do żeli z natywnych skrobi.

Na podstawie otrzymanych krzywych płynięcia obliczono pola powierzchni histerezy z

rozdziałem na właściwości tiksotropowe oraz antytiksotropowe (Publikacja 1, Tabela 4).

W żelach skrobiowych modyfikowanych stwierdzono mniejszą tiksotropię, niż w żelach ze

17

skrobi natywnych, co prawdopodobnie wynikało z większej ich homogeniczności

(jednorodności). W żadnej z badanych próbek nie zaobserwowano charakteru

antytiksotropowego. Żele skrobi natywnej wykazywały dużą niehomogeniczność,

związaną z występowaniem w mieszaninie, obok ziarenek całkowicie skleikowanych,

znaczą ilość częściowo tylko skleikowanych, które były bardziej odporne na działanie

temperatury i mieszanie mechaniczne. Na skutek przeprowadzonej modyfikacji skrobi

nastąpiło zwiększenie rozpuszczalności agregatów skrobiowych o dużej masie

cząsteczkowej, co wykazano w badaniach HPSEC. Żele skrobi modyfikowanych

charakteryzowały się mniejszą lepkością. Utworzona struktura przypominała strukturę

żelu, jednak poddana działaniu sił ścinających ulegała zniszczeniu. Zniszczenie tej

struktury, a następnie jej niecałkowita odbudowa świadczyły o właściwościach

tiksotropowych mieszaniny (Krystyjan i in. 2016). Porównując właściwości reologiczne

żeli przed i po modyfikacji skrobi, zaobserwowano zmniejszenie wartości tiksotropii żeli

ze skrobi modyfikowanych, co świadczyło o większym stopniu odbudowy struktury, po jej

wcześniejszym zniszczeniu.

Kolejną wybraną fizyczną modyfikacją skrobi była ekstruzja przeprowadzona w trzech

różnych temperaturach: 90, 130 oraz 170°C (Publikacja 2, Tabela 3). Odnotowano

statystycznie istotny wpływ tej modyfikacji na zdolność wiązania wody i rozpuszczalność

skrobi w wodzie. Po procesie ekstruzji chłonięcie wody przez skrobię w temp. 30 i 60ºC

zwiększyło się wielokrotnie, w odniesieniu do skrobi natywnej, ale zdecydowanie

korzystniejsze okazały się temperatury procesu ekstruzji 90 i 130ºC. Zdolność wiązania

wody przez skrobie w ten sposób modyfikowane, wzrastała wraz ze wzrostem temperatury

wody i jedynie w temperaturze 70ºC wartość tego parametru była niższa, niż w ich

natywnym odpowiedniku. Takie zachowanie nie znalazło odzwierciedlenia w

rozpuszczalności skrobi modyfikowanych, która zwiększała się wraz z temperaturą

rozpuszczania i była większa niż skrobi natywnej.

Stwierdzono, że proces ekstruzji skrobi wpłynął na jej właściwości molekularne

(zmniejszenie Mw) (Publikacja 2, Tabela 1, Rys. 1), a w konsekwencji na jej właściwości

reologiczne (Publikacja 2, Tabela 5, Rys. 3). Na podstawie indeksu płynięcia bliskiego

jedności potwierdzono, że właściwości reologiczne tych żeli były zbliżone do płynów

niutonowskich. Nastąpiło znaczące zmniejszenie lepkości w całym badanym zakresie

szybkości ścinania oraz w sposób wyraźny zmniejszyły się wartości pola powierzchni pętli

18

histerezy. Zaobserwowane różnice wynikały z przemian, zachodzących w skrobi na skutek

przeprowadzonego procesu modyfikacji.

4.2.Wpływ dodatku NHP na właściwości skrobi (Publikacje 3 i 4)

W celu wykazania wpływu NHP na właściwości żeli ze skrobi natywnej pod uwagę

wzięto hydrokoloidy, różnego pochodzenia botanicznego: inulinę (IN) - fruktan o

właściwościach probiotycznych, wykorzystywany jako substytut tłuszczu i cukru

(Publikacja 3), kappa karagen (CAR) – anionowy polisacharyd pozyskany z alg morskich,

gumę guarową (GG) – obojętny galaktomannan oraz gumę ksantanową (GX) – ujemnie

naładowany hetero polisacharyd, produkt fermentacji bakterii Xanthomonas campestris (Publikacja 4).

Analizując wpływ udziału inuliny o różnym stężeniu, na właściwości reologiczne i

teksturalne żeli skrobi ziemniaczane natywnej, zaobserwowano wyraźny wpływ stężenia

tego polisacharydu na właściwości otrzymanych mieszanin (Publikacja 3). Zastosowany

w pracy szeroki zakres stężeń inuliny (10-25%, m/m), celem określenia jej wpływu na

właściwości skrobi ziemniaczanej natywnej oraz żeli z ich udziałem, stanowi element

nowości, nie opisany do tej pory w literaturze. Udział inuliny wywarł wpływ na

początkową temperaturę kleikowania skrobi oraz na temperaturę w maksimum

kleikowania. Można zatem sądzić, że inulina wpłynęła na opóźnienie procesu kleikowania

skrobi (Publikacja 3, Tabela 1). Dodatkowo zaobserwowano zmniejszenie się lepkości

kleiku w całym zakresie temperaturowym, na skutek obecności inuliny. Co ciekawe, taka

tendencja utrzymywała się jedynie do pewnego stężenia inuliny i skrobi w roztworze. Po

przekroczeniu 25% (m/m) zawartości inuliny i 6% (m/m) skrobi, lepkość kleików

wzrastała kilkakrotnie, w porównaniu do próby kontrolnej (kleików skrobiowych bez

dodatku IN) i pozostałych mieszanin, o mniejszej zawartości IN i skrobi.

Analizując wartości modułów mechanicznych, zaobserwowano niewielkie zmiany w

wartościach lepkosprężystych żeli skrobiowych z 10 i 15% (m/m) udziałem inuliny

(Publikacja 3, Rys. 3). Największy wpływ fruktanu zaobserwowano przy 20 i 25% (m/m)

jego stężeniu. Nastąpił wyraźny wzrost właściwości zarówno sprężystych jak i lepkich

żeli, przy czym, po wyznaczeniu tangensa kąta przesunięcia fazowego (G"/G'),

zaobserwowano dużo większy przyrost wartości G' niż G" (Publikacja 3, Tabela 2).

Analiza tekstury otrzymanych żeli wykazała również dużo większy wzrost twardości

badanych żeli skrobiowo-inulinowych przy 25% (m/m) udziale fruktanu (Publikacja 3,

19

Tabela 3). Biorąc jednak pod uwagę wyznaczone parametry charakterystyki kleikowania

stwierdzono, że poniżej stężenia 25% inulina żeluje tylko częściowo, natomiast powyżej

tego stężenia następuje jej całkowite zżelowanie, na które składa się tzw. efekt stłoczenia

cząsteczek (Kim i in. 2001). Pomiędzy inuliną a skrobią zachodzą antagonistyczne

oddziaływania, a zaobserwowany efekt wzrostu lepkości jest wynikiem konkurencji obu

polisacharydów o cząsteczki wody, bowiem obydwa polisacharydy wykazują duże

powinowactwo do wody. W takich warunkach kleikowanie skrobi jest utrudnione, zatem i

ilość uwolnionej z ziarenek amylozy dużo mniejsza, dodatkowo stłoczone cząsteczki

inuliny zatrzymują fazę ciekłą, powodując wzrost objętości układu (Bot i in. 2004, Kim i

in. 2001).

W kolejnych badaniach z tego zakresu skupiono uwagę na wpływie NHP na

właściwości skrobi natywnej, w trakcie jej kleikowania oraz w czasie 30-dniowego

przechowywania (Publikacja 4). Wpływ dodatku gumy guarowej (GG) na charakterystykę

kleikowania skrobi był szczególnie wyraźny przy większym jej stężeniu – 5% (m/m).

Odnotowano efekt synergistyczny, który przejawiał się wzrostem lepkości w całym

zakresie kleikowania (Publikacja 4, Tabela 2). Mógł on być wynikiem dwóch zjawisk

(Christianson 1982): po pierwsze interakcji między gumą, a cząsteczkami amylozy,

wypływającymi z ziarenek skrobiowych, po drugie, udział gumy - czynnika

zagęszczającego, powodował wzrost sił, które wywierając nacisk na ziarenka skrobiowe

powodowały ich zniszczenie i uwalniały fragmenty amylozy i amylopektyny. Z kolei

udział hydrokoloidów anionowych – kappa-karagenu (CAR) i gumy ksantanowej (GX),

zmienił przebieg kleikowania skrobi, w krzywą o kształcie typowym dla skrobi zbożowych

(Publikacja 4, Tabela 2). Przyczynę tego zjawiska upatrywano w odpychającym

oddziaływaniu pomiędzy ujemnymi grupami fosforanowymi, występującymi w tej skrobi i

ujemnie naładowanymi cząsteczkami hydrokoloidów. Brak synergistycznych oddziaływań

pomiędzy anionową gumą ksantanową a skrobią ziemniaczaną, również anionową,

spowodowany był tzw. efektem objętości wykluczającej (ang. excluded volume effect)

ziarenek skrobiowych (Mandala i Bayas 2004). Wzrost lokalnego stężenia gumy w fazie

ciągłej przyczyniał się do separacji fazowej pomiędzy polimerami, w tym przypadku

pomiędzy hydrokoloidem a amylozą (Mandala i Palogou 2003). Po przekroczeniu wartości

lepkości maksymalnej, kleiki skrobi ziemniaczanej charakteryzowały się drastycznym

zmniejszeniem lepkości (Publikacja 4, Rys. 1). Udział gumy ksantanowej oraz κappa-

karagenu wpłynął na zmniejszenie różnicy pomiędzy wartością lepkości maksymalnej i

20

minimalnej kleików skrobiowych, w przeciwieństwie do gumy guarowej. Napęczniałe

ziarenka skrobiowe, na skutek działania gumy guarowej stały się bardziej wrażliwe i

łatwiej ulegały zniszczeniu, co skutkowało drastycznym zmniejszeniem lepkości (Rojas i

in. 1999). Odmienny wpływ pozostałych hydrokoloidów (gumy ksantanowej oraz κappa-

karagenu) przyczynił się do wydłużenia czasu kleikowania ziarenek skrobiowych, a tym

samym do poprawy stabilności mieszanin, w porównaniu do próby kontrolnej (skrobi

ziemniaczanej), co szczególnie uwidoczniło się podczas przetrzymania kleiku skrobiowego

w temperaturze 93ºC.

W następnym etapie (Publikacja 4, Tabela 3) zbadano wpływ NHP na właściwości

lepkosprężyste żeli skrobi ziemniaczanej natywnej, w czasie 30-dniowego okresu

przechowywania. Odnotowano kilkukrotny wzrost modułu zachowawczego G' oraz

stratności G" 3% (m/m) żeli skrobiowych, w trakcie ich przechowywania. W 5% (m/m)

żelach skrobiowych wzrost ten był około 2-krotnie większy, niż w 3% żelach, jednak

zawsze wzrost właściwości sprężystych był dużo większy niż lepkich, wskazując tym

samym na duże tempo retrogradacji skrobi (Publikacja 4, Tabela 3). Znaczący spadek

wartości tangensa kąta przesunięcia fazowego w pierwszej dobie przechowywania,

związany był z tworzeniem sieci między cząsteczkami amylozy (BeMiller, 2011).

Ponowna reorganizacja amylozy, określana w literaturze mianem krótkoterminowej

retrogradacji skrobi, miała miejsce w pierwszych 48 godzinach od momentu skleikowania

skrobi (BeMiller 2011). Dalsze zmiany, już dużo wolniejsze niż w pierwszych godzinach,

wynikały z retrogradacji amylopektyny (Fumani i in. 2005a). Zmiany, zachodzące podczas

przechowywania, w dużym stopniu zależały od stężenia skrobi, a więc i od dostępności

wody podczas starzenia się żelu. Wraz ze wzrostem zawartości skrobi w żelach, tempo

retrogradacji było większe. Udział hydrokoloidów w różnym stopniu wpłynął na

właściwości lepkosprężyste żeli skrobiowych. Zarówno GX jak i GG spowolniły

krótkoterminowe zmiany, wywołane starzeniem się skrobi. Różnice w wartościach

tangensa kąta przesunięcia fazowego pomiędzy kolejnymi dniami były mniejsze, niż w

przypadku żeli bez dodatku tych hydrokoloidów (Publikacja 4, Tabela 4). Jak pokazały

wyniki badań teksturalnych (Publikacja 4, Rys. 2), 3% żele skrobiowe z dodatkiem GX,

w trakcie przechowywania ulegały dezintegracji, co utrudniało wykonanie pomiarów. Z

kolei CAR wpłynął na wzrost modułu stratności w pierwszej dobie od przygotowania żeli,

ale w wyraźny sposób przyczynił się do stabilizacji żelu w dalszym okresie

przechowywania.

21

4.3. Modyfikacje fizyczne skrobi oraz możliwości ich zastosowania w produkcji

makaronów bezglutenowych (Publikacja 5)

Praktycznym celem omawianego Osiągnięcia było wskazanie potencjalnego

zastosowania skrobi, poddanych modyfikacji fizycznej, w przemyśle spożywczym. Biorąc

pod uwagę powyżej opisane właściwości skrobi modyfikowanych, podjęto próbę

wykazania ich wpływu na właściwości makaronów bezglutenowych na bazie mąki ryżowej

(Publikacja 5). Są to pierwsze badania w których zastosowano skrobię kukurydzianą

i ziemniaczaną modyfikowaną w/w sposób w produkcji makaronów bezglutenowych.

Makarony przygotowano według schematu przedstawionego w rozdziale 3.2.5.

Zaobserwowano, że dzięki mocno rozwiniętej powierzchni i jednolitej strukturze, już 5%

udział skrobi kukurydzianej modyfikowanej, w miejsce mąki ryżowej, przyczynił się do

10-krotnego wzrostu zdolności wiązania wody, ograniczając tym samym, ponad 4-krotnie

stratę suchej masy makaronu podczas gotowania (Publikacja 5, Tabela 2). Wpływ

modyfikowanej skrobi ziemniaczanej był bardziej wyraźny, niż kukurydzianej, bowiem

5% jej dodatek zmniejszył o 90% stratę podczas gotowania, a z drugiej strony nastąpił 10-

krotny wzrost ilości związanej wody. Dzięki temu makarony z dodatkiem skrobi

ziemniaczanej modyfikowanej zostały zakwalifikowane do makaronów o dobrej jakości,

według kryterium przedstawionego przez Hummel (1996). W przypadku makaronów z

dodatkiem skrobi kukurydzianej, jedynie przy większym jej udziale (10%) uzyskano

wysoką jakość produktu. Duża strata suchej masy podczas gotowania makaronów

bezglutenowych, bez udziału skrobi modyfikowanej (próba kontrolna), wynikała z braku

czynnika strukturotwórczego, jakim w makaronie pszennym jest gluten. Powodowało to

słabe zatrzymanie ziarenek skrobi w strukturze ciasta, przez co produkt wykazywał dużą

stratę podczas gotowania. Dodatek skrobi modyfikowanych, a szczególnie modyfikowanej

skrobi ziemniaczanej, wpłynął korzystnie na poprawę struktury ciasta makaronowego.

Duża zdolność wiązania wody skrobi modyfikowanych sprawiła, że konkurowały one o

cząsteczki wody ze skrobią natywną, występującą w mące. Dalsze badania potwierdziły

pozytywny wpływ udziału skrobi modyfikowanych na jakość makaronów

bezglutenowych. Z powodu ograniczonej ilości wody przewidzianej w recepturze,

kleikowanie skrobi zostało częściowo ograniczone, zatem i ilość rozpuszczonej amylozy,

co przełożyło się na większą twardość produktu. Proces zaparzania ciasta wpłynął

korzystnie na wszystkie analizowane próbki, w tym i na próbę kontrolną. Otrzymano

produkty o znacznej zdolności wiązania wody i małej stracie suchej masy podczas

22

gotowania. Wyraźne różnice pomiędzy sposobem przygotowania ciasta makaronowego

ujawniły się we właściwościach teksturalnych makaronów ugotowanych. Zaparzanie ciasta

spowodowało kilkukrotny wzrost twardości lecz nie zmieniło adhezyjności makaronów.

Mała lepkość i silna struktura są, w przypadku makaronów, cechami pożądanymi

(Phongthai i in. 2017, Larrosa i in. 2016). Reasumując, zaparzanie mąki dodatkowo

wzmocniło efekt zastosowanych skrobi modyfikowanych.

4.4. Próba zastosowania skrobi z udziałem NHP w przemyśle spożywczym

(Publikacje 6 i 7)

Mając na uwadze powyższe badania dotyczące wpływu NHP na właściwości skrobi,

wykazano wpływ substytucji tłuszczu żelem inulinowym na właściwości funkcjonalne

skrobi zawartej w mące pszennej (Publikacja 6). Analizując parametry teksturalne ciasta,

sporządzonego według zaproponowanej receptury (Publikacja 6, Tabela 1),

zaobserwowano stopniowy wzrost jego twardości wraz ze wzrastającym dodatkiem

inuliny, a malejącą ilością tłuszczu (Publikacja 6, Rys. 1). Parametry reologiczne ciasta

również uległy zmianie. Nastąpił wzrost obu modułów mechanicznych, z których G' był

niezależny od częstotliwości, natomiast G" był stabilny w całym badanym zakresie

częstotliwości (Publikacja 6, Rys. 2). Przyczyną takiego zachowania są specyficzne

właściwości tłuszczu, który w bardzo dużym stopniu wpływa na plastyczność ciasta

(Stauffer 1998, Wade 1988). Ze względu na niewielką ilość wody i dużą zawartość

tłuszczu w cieście, pęcznienie i kleikowanie skrobi zawartej w mące jest ograniczone,

przez co ciasto jest mniej elastyczne (Maache-Rezzoug i in. 1998, Menjivar i Faridi 1994,

Watanabe i in. 2002), a tekstura wypieczonych herbatników staje się chrupiąca (Indrani i

Rhao 2008). Z technologicznego punktu widzenia ciasto o takich właściwościach jest

bardziej preferowane, ponieważ nie kurczy się podczas formowania (Manohar i Rao 1999,

Menjivar i Faridi 1994). Stwierdzono zatem, że obecność żelu inulinowego zamiast

tłuszczu, przyczyniła się do nieco większego pęcznienia i kleikowania skrobi, jednak w

przypadku 20% substytucji, zmiany nie były na tyle wyraźne, aby w sposób istotny

pogorszyć walory sensoryczne produktu. Silne powinowactwo inuliny do wody oraz forma

wprowadzenia jej do ciasta herbatnikowego (zżelowana) sugerują, że dostępność wody dla

skrobi była ograniczona, zatem i stopień jej skleikowania nie był na tyle duży, aby istotnie

pogorszyć walory smakowe produktu finalnego, co potwierdziła ocena sensoryczna. Przy

wyższym poziomie substytucji, wprowadzono większą ilość wody do produktu (w celu

23

zachowania odpowiedniej konsystencji ciasta), a zatem kleikowanie skrobi było bardziej

intensywne, co tym samym pogorszyło jakość i walory sensoryczne herbatników.

Podobnych obserwacji dokonano w przypadku analizy tekstury herbatników. Częściowa

substytucja tłuszczu żelem inulinowym wpłynęła na wzrost twardości analizowanych

herbatników, w stosunku do próby kontrolnej. Jednak i w tym przypadku zmiany nie były

na tyle wyraźne, aby produkt został zdyskwalifikowany przez panelistów.

Z przeprowadzonych badań wynika, że można ograniczać ilość tłuszczu w produkcie

jedynie do pewnego poziomu. Zastąpienie tłuszczu żelem inulinowym (suplementacja

węglowodanami), w ilości do 20%, pozwoliło na utrzymanie cech sensorycznych, na

poziomie zbliżonym do próby kontrolnej, wpływając jednocześnie na zmniejszenie

wartości energetycznej o ok. 5%, w odniesieniu do kontroli. Zastosowana substytucja,

spowodowała także zwiększenie zawartości popiołu oraz błonnika pokarmowego w

produkcie finalnym (Publikacja 6, Tabela 2), nie wpływając istotnie na barwę produktu

finalnego (Publikacja 6, Tabela 4). Reasumując, można stwierdzić, że wpływ inuliny na

właściwości skrobi zależy od wielu czynników, w tym od jej stężenia, formy w jakiej jest

wprowadzana do produktu oraz obecności innych współtowarzyszących komponentów.

Kolejnym przykładem wykorzystania hydrokoloidów do poprawy jakości produktów

na bazie skrobi były folie spożywcze (Publikacja 7). Skrobia, jako materiał powszechnie

dostępny, biodegradowalny oraz znacznie tańszy niż polietylen, wykorzystywana jest m.in.

w produkcji opakowań spożywczych. Pomimo wielu zalet, folie na bazie skrobi nie w

pełni spełniają oczekiwania, stawiane współczesnym opakowaniom, ze względu na

niestabilne właściwości mechaniczne, które mogą ulec zmianie pod wpływem różnych

czynników (Jiang i in. 2011). Dlatego też podjęto próbę poprawy właściwości folii

skrobiowych poprzez dodatek polimeru biodegradowalnego i w pełni naturalnego. Nasiona

babki płesznik, z których produkuje się hydrokoloid psyllium (Craeyveld i in. 2009)

wykorzystywane są już od dawna, jednak o wiele częściej w przemyśle farmaceutycznym,

niż spożywczym. Hydrokoloid pozyskany z nasion tej rośliny, dzięki zdolnościom

żelującym, może z powodzeniem kontrolować konsystencję i stabilność produktów

(Bemiller i Whister, 2009). Co więcej, niski koszt produkcji tego hydrokoloidu, w

porównaniu z większością biopolimerów (Ahmadi i in. 202), jest dodatkowym atutem.

Hydrokoloid psyllium nie był dotychczas stosowany do poprawy właściwości folii

na bazie skrobi. Są to zatem pierwsze badania przeprowadzone w tym kierunku. Folie

na bazie skrobi i hydrokoloidu psyllium przygotowano zgodnie z procedurą opisaną w

24

rozdziale 3.2.5. Wpływ udziału hydrokoloidu psyllium na właściwości reologiczne

roztworu, z którego wytworzono folie, był wyraźny. Zaobserwowano wzrost wartości

naprężenia ścinającego, a zatem próbki były bardziej oporne na ścinanie, a niewielka

wartość współczynnika płynięcia (n) potwierdziła ich dużo większą pseudoplastyczność, w

porównaniu do próbek kontrolnych. Z kolei wartości pola powierzchni pętli histerezy

wykazały dominujący wpływ hydrokoloidu psyllium na właściwości tiksotropowe i

antytiksotropowe mieszanin. Nastąpił znaczący wzrost właściwości tiksotropowych,

kosztem antytiksotropowych, które w przypadku mieszanin z 3% udziałem skrobi zanikły

całkowicie (Publikacja 7, Tabela 1). W dalszych badaniach, dotyczących właściwości

reologicznych roztworów, z których sporządzono folie potwierdzono, iż z punktu

widzenia właściwości lepkosprężystych są to słabe żele, których moduły mechaniczne

zależą od częstotliwości (Publikacja 7, Rys. 2). Są to bardzo ważne informacje dla

producentów, bowiem będą decydować o wyborze metody produkcji, doborze parametrów

przygotowania, sporządzania i przechowywania roztworów z udziałem tego hydrokoloidu.

W kolejnym etapie przeanalizowano właściwości folii na bazie skrobi, z udziałem

hydrokoloidu psyllium. Na podstawie otrzymanych wyników stwierdzono, że dodatek

hydrokoloidu spowodował wzrost rozpuszczalności folii, co związane było z hydrofilową

naturą tego polisacharydu.

Istotnym parametrem dotyczącym jakości folii była zdolność do przepuszczalności

światła (Publikacja 7, Tabela 2). Analizując uzyskane dane stwierdzono, że dodatek

hydrokoloidu psyllium wpłynął na ograniczenie przezroczystości folii, na co wskazywał

ponad 2-krotny wzrost parametru T (stopień przepuszczalności promieni UV). Jednak

porównując uzyskane wartości z foliami LDPE (Guerrero i in. 2011), można zaliczyć je do

folii o dużej przeźroczystości. Dla konsumenta przezroczystość opakowania jest cechą

bardzo ważną, zwłaszcza kiedy decyzja o zakupie uzależniona jest od widoczności

produktu. Trzeba jednak pamiętać, że tego typu opakowania nie nadają się do pakowania

produktów, które należy chronić przed dostępem światła, bowiem działanie

promieniowania UV przyczynia się do ich utleniania i skraca okres przydatności do

spożycia lub użycia.

Przeprowadzono również analizę właściwości mechanicznych uzyskanych folii,

celem oznaczenia wytrzymałości na zerwanie oraz rozciągliwość folii (Publikacja 7,

Tabela 3). Nie stwierdzono wpływu dodatku hydrokoloidu na grubość, wytrzymałość oraz

rozciągliwość folii z 3% udziałem skrobi. Co ciekawe, statystycznie istotne różnice

pojawiły się przy większym stężeniu skrobi (4%). Stwierdzono, że wynikało to z większej

25

ilości wiązań wodorowych, wytworzonych pomiędzy skrobią a hydrokoloidem psyllium,

które stabilizowały strukturę. Co więcej przyczyną takiego stanu rzeczy był również fakt,

potwierdzony badaniami mikroskopowymi (SEM), tworzenia się mikrokapsułek w

strukturze folii z dodatkiem preparatu psyllium (M), które dodatkowo wzmacniały

strukturę produktu (Publikacja 7, Rys. 5). Wytworzenie mikrokapsułek otwiera nowe

możliwości aplikacyjne tego typu kompozytów polisacharydowych.

5. Wnioski

1. Zaproponowane metody modyfikacji skrobi – kombinowana oraz poprzez ekstruzję,

były właściwe, bowiem uzyskane preparaty charakteryzowały się dużo większą

zdolnością wiązania wody oraz rozpuszczalnością w wodzie, niż ich natywne

odpowiedniki.

2. Modyfikacja skrobi poprzez udział NHP pozwoliła na uzyskanie układów o nowych

lub istotnie zmienionych parametrach reologicznych.

3. Stwierdzono, że udział preparatów CLS (skrobia kukurydziana modyfikowana

fizycznie metodą kombinowaną) i PSL (skrobia ziemniaczana modyfikowana fizycznie

metodą kombinowaną) w mące ryżowej, użytej do produkcji makaronów

bezglutenowych, w istotny sposób poprawił ich parametry jakościowe, ograniczając

stratę suchej masy podczas gotowania, zwiększając chłonięcie wody oraz twardość

produktu.

4. Substytucja tłuszczu inuliną zmniejszyła wartość energetyczną herbatników oraz

pokazała, że forma wprowadzenia hydrokoloidu do ciasta jest niezwykle ważna,

bowiem decyduje o dostępności wody dla skrobi, a tym samym o stopniu jej

spęcznienia/kleikowania. Wprowadzenie inuliny w formie zżelowanej pozwoliło na

substytucję tłuszczu z równoczesnym utrzymaniem dobrych cech sensorycznych.

Najlepszy jakościowo produkt uzyskano przez zastosowanie 20% udziału żelu

inulinowego.

5. Niewielki dodatek hydrokoloidu psyllium do folii skrobiowych poprawiał ich

parametry mechaniczne, w tym wytrzymałość na zerwanie oraz rozciągliwość.

6. Na podstawie wszystkich badań stwierdzono, że modyfikacja skrobi metodami

fizycznymi oraz poprzez dodatek NHP jest bezpieczną alternatywą dla chemicznej

modyfikacji skrobi.

26

6. Literatura

1. AOAC. 2006. Official Methods of Analysis, 18th Ed., Association of Official Analytical Chemists

International, Gaithersburg, MD.

2. Ahmadi, R., Kalbasi-Ashtari, A., Oromiehie, A., Yarmand, M. S., Jahandideh, F. 2012. Development

and characterization of a novel biodegradable edible film obtained from psyllium seed (Plantago ovata

Forsk). Journal of Food Engineering, 109, 745–751.

3. BeMiller, J. 2011. Pasting, paste and gel properties of starch – hydrocolloid combinations. Carbohydrate

Polymers, 86, 386-423.

4. Bemiller, J. N., Whister, R. L., in: Fennema, O. R. (Ed.), Food Chemistry, Marcel Dekker, New York,

2009, pp. 157–223.

5. Bot, A., Erle, U., Vreeker, R., & Agterof, W. 2004. Influence of crystallization conditions on the large

deformation rheology of inulin gels. Food Hydrocolloids, 18, 547-556.

6. Buksa, K., Nowotna, A., Praznik, W., Gambuś, H., Ziobro R., Krawontka J. 2010. The role of pentosans

and starch in baking of wholemeal ryebread. Food Research International, 43, 2045–2051.

7. Buksa, K., Nowotna, A., Ziobro, R., Gambuś, H. 2013. Rye flour enriched with arabinoxylas in rye

bread making. Food Science and Technology International, 21, 45-54.

8. Che, L.-M., Li, D., Wang, L.-J., Chen, X. D., & Mao, Z.-H. 2007. Microniation and hydrophobic

modification of cassava starch. International Journal of Food Properties, 10, 527-536.

9. Christianson, D. D. 1982. Hydrocolloid interactions with starch. In D. Lineback, & G. Inglett (Eds.),

Food carbohydrates (pp. 399-419). Westport: AVI Publishing Co.

10. Craeyveld, V., Van Delcour, J. A., Courtin, C. M. 2009. Extractability and chemical and enzymic

degradation of psyllium (Plantago ovata Forsk) seed husk arabinoxylans. Food Chemistry, 112, 812–

819.

11. Dick, M., Costa, T. M. H., Goma, A., Subirade, M. de Oliveira Rios A., Flores S.H. 2015. Edible film

production from chia seed mucilage: Effect of glycerol concentration on its physicochemical and

mechanical properties. Carbohydrate Polymers, 130, 198–205.

12. Deka, D., Sit, N. 2016. Dual modification of taro starch by microwave and other heat moisture

treatments. International Journal of Biological Macromolecules, 92, 416–422.

13. FAO (2016). Food and Agriculture Organization of the United Nations Statistic Division, Vol. 2016.

http://faostat3.fao.org/home/E.

14. FAO. 2002. Food energy – methods of analysis and conversion factors. Food and Nutrition Paper 77.

Report of a technical workshop, Rome, 3–6 December. ISSN 0254-4725.

15. Funami, T., Kataoka, Y., Omoto, T., Goto, Y., Asai, I., & Nishinari, K. 2005. Effect of non-ionic

polysaccharides on the gelatinization and retrogradation behavior of wheat starch. Food Hydrocolloids,

19, 1-13.

16. González, R., Carrara, C., Tosi, E., Añón, M. C., & Pilosof, A. 2007. Amaranth starchrich fraction

properties modified by extrusion and fluidized bed heating. Lebensmittel- Wissenschaft und-

Technologie, 40, 136-143.

17. Guerrero, P.,Nur Hanani, Z.A., Kerry, J. P.,De LaCaba, K. 2011. Characterization of soy protein-based

films prepared with acids and oils by compression. Journal of Food Engineering, 107, 41-49.

27

18. Gumul, D., Krystyjan, M., Buksa, K., Ziobro, R., Zięba, T. 2014. The influence of oxidation, extrusion

and oxidation/extrusion on physico-chemical properties of potato starch, Starch/Starke, 66, 190-198.

19. Han, J. H., Floros, J. D. 1997. Casting antimicrobial packaging films and measuring their physical

properties and antimicrobial activity. J. Plast. Film Sheeting, 13, 287–298.

20. Han, Z., Zeng, X., Zhang, B., & Yu, S. 2009. Effect of pulsed electric fields (PEF) treatment on the

properties of corn starch. Journal of Food Engineering, 93,318-323.

21. Hummel, C. 1996. in: Macaroni products: Manufacture processing and packing (2nd ed.), pp. 287,

London: Food Trade.

22. Indrani, D. and RAO, G.V. 2008. Functions of ingredients in the baking of sweet goods. In Food

Engineering Aspects of Baking Sweet Goods (S.G. Sumru and S. Sahin, eds.) pp. 32–47, Taylor &

Francis Group, London, U.K.

23. Jiang, S., Liu, C., Wang, X., Xiong, L., Sun, Q. 2016. Physicochemical properties of starch

nanocomposite fi lms enhanced by self-assembled potato starch nanoparticles. LWT–Food Science and

Technology, 69, 251–257.

24. Kaur, B., F.A., Rajeev, B., Alias A.K. 2012. Progress in starch modification in the last decade. Food

Hydrocolloids, 26, 398-404.

25. Kim, Y., Faqih, M.N. and Wang, S.S. 2001. Factors affecting gel formation of inulin. Carbohydrate

Polymers, 46, 135–145.

26. Korus, J., Witczak, T., Ziobro, R., Juszczak, L. 2015. Linseed (Linum usitatissimum L.) mucilage as a

novel structure forming agent in gluten-free bread. LWT - Food Science and Technology, 62, 257–264.

27. Krystyjan, M., Sikora, M, Adamczyk, G., Tomasik, P. 2012. Caramel sauces thickened with

combinations of starch and xanthan gum. Journal of Food Engineering, 112, 22-28.

28. Krystyjan, M., Sikora M., Adamczyk, G., Dobosz A., Tomasik P., Berski W., Łukasiewicz M., Izak P.

2016. Thixotropic properties of waxy potato starch depending on the degree of the granules pasting,

Carbohydrate Polymers, 141, 126–134.

29. Laguna, L., Primo-Martin, C., Varela, P., Salvador, P., Sanz, T. 2014. HPMC and inulin as fat replacers

in biscuits: Sensory and instrumental evaluation. LWT - Food Science and Technology, 56, 2, 494-501.

30. Larrosa, V., Lorenzo, G., Zaritzky, N., Califano, A. 2016. LWT-Food Science and Technology, 70, 96-

103.

31. Leach, H.W., in: E. L., Whistler, E. F., Paschall, Gelatinization of Starch. Starch Chemistry and

Technology, Vol. 1, Academic Press, New York, London 1965.

32. Maache-Rezzoug, Z., Bovier, J.M., Allaf, K. and Patras, C. 1998. Effect of principle ingredients on

rheological behavior of biscuit dough and quality of biscuits. Journal of Food Engineering, 35, 23–42.

33. Maache-Rezzoug, Z., Maugard, T., Zarguili, I., Bezzine, E., El Marzouki, M.-N., Loisel, C. 2009. Effect

of instantaneous controlled pressure drop (DIC) on physicochemical properties of wheat, waxy and

standard maize starches. Journal of Cereal Science, 49, 346-353.

34. Mahmood, K., Kamilah, H., Shang, P.L., Sulaiman, S., Ariffin, F., Alias, A.K. 2017. A review:

Interaction of starch/non-starch hydrocolloid blending and the recent food applications. Food Bioscience,

19, 110–120.

28

35. Mandala, I. G., & Bayas, E. 2004. Xanthan effect on swelling, solubility and viscosity of wheat starch

dispersion. Food Hydrocolloids, 18, 191-201.

36. Mandala, I. G., & Palogou, E. D. 2003. Effect of preparation conditions and starch/xanthan

concentration on gelation process of potato starch systems. International Journal of Food Properties,

6(2), 311-328.

37. Manohar, R.S. and Rhao, P.H. 1999. Effect of emulsifiers, fat level and type on the rheological

characteristics of biscuit dough and the quality of biscuits. Journal of the Science of Food and

Agriculture, 79, 1223–1231.

38. Menjivar, J.A. and Faridi, H. 1994. Rheological properties of cookie and cracker doughs. In The Science

of Cookie and Cracker Production (H. Faridi, ed.) Chapman and Hall, New York.

39. Phongthai, S., D'amico, S., Schoenlechner, R., Homthawornchoo, W., Rawdkuen, S. 2017. LWT-Food

Science and Technology, 80, 378-385.

40. PN-EN ISO 527-1:2012. Plastics - Determination of mechanical properties at static stretching - Part 1:

General principles.

41. PN-ISO 6658 1998. Analiza sensoryczna. Metodologia. Ogólne wytyczne.

42. Pukkahuta, C., Shobsngob, S., & Varavinit, S. 2007. Effect of osmotic pressure on starch: new method

of physical modification of starch. Starch/Stärke, 58, 78-90.

43. Rojas, J. A., Rosell, C. M., & Benedito de Barber, C. 1999. Pasting properties of different wheat flour-

hydrocolloid systems. Food Hydrocolloids, 13, 27-33.

44. Sikora, M., Adamczyk, G., Krystyjan, M., Dobosz, A., Tomasik, P., Berski, W., Lukasiewicz, M., Izak,

P. 2015. Thixotropic properties of normal potato starch depending on the degree of the granules pasting.

Carbohydrate Polymers, 121, 582-264.

45. Sikora, M., Krystyjan, M. 2008. Interakcje skrobi różnego pochodzenia botanicznego z nieskrobiowymi

hydrokoloidami polisacharydowymi. Żywność. Nauka. Technologia. Jakość, nr 1 (57), 23-40.

46. Sikora, M., Krystyjan, M. 2009. Interactions of Potato (Solanum tuberosum L.) Starch with Selected

Polysaccharide Hydrocolloids – A Mini Review. (Ed.: Teixeira da Silva, J.A.), Food, Special Issue 1 -

Potato III, 72-78, Global Science Books, Ltd., Japan.

47. Stauffer, C.E. 1998. Fats and oil in bakery products. Cereal Food World, 43, 120–126.

48. Steeneken, P. A. M., & Woortman, A. J. J. 2009. Superheated starch: a novel approach towards

spreadable particle gels. Food Hydrocolloids, 23, 394-405.

49. Szymońska, J., Krok, F., & Tomasik, P. 2000. Deep-freezing of potato starch. International Journal of

Biological Macromolecules, 27, 307-314.

50. Szymońska, J., Krok, F., Komorowska-Czepirska, E., & Re˛ Bilas, K. 2003. Modification of granular

potato starch by multiple deep-freezing and thawing. Carbohydrate Polymers, 52, 1-10.

51. Temsiripong, T., Pongsawatmanit, R., Ikeda, S., Nishinari, K. 2005. Influence of xyloglucan on

gelatinization and retrogradation of tapioca starch. Food Hydrocolloids, 19, 1054–1063.

52. Wade, P. 1988. Biscuits, Cookies and Crackers: The Principles of the Craft, Vol. 1, Elsevier Applied

Science, London, U.K.

53. Wanous, M. P. 2004. Texturizing and stabilizing, by gum. Prepared Foods, 173, 108–118.

29

54. Watanabe, A., Larsson, H. and Eliasson, A.C. 2002. Effect of physical state of nonpolar lipids on

rheology and microstructure of gluten-starch and wheat flour dough. Cereal Chem. 79, 203–209.

55. Zhu, F. 2017. Encapsulation and delivery of food ingredients using starch based systems. Food

Chemistry, 229, 542-552.

5. OMÓWIENIE POZOSTAŁYCH OSI ĄGNIĘĆ NAUKOWO - BADAWCZYCH

Poza wyżej wymienioną tematyką badawczą moje zainteresowania obejmowały

następujące kierunki:

1. charakterystyka skrobi i hydrokoloidów oraz ich wzajemne oddziaływania,

2. tiksotropia układów spożywczych,

3. zastosowanie skrobi oraz nieskrobiowych hydrokoloidów polisacharydowych do

zagęszczania sosów, syropów i majonezów,

4. wpływ jonów metali na właściwości skrobi,

5. zastosowanie mąki owsianej resztkowej,

6. wzbogacanie pieczywa cukierniczego oraz bezglutenowego w produkty

prozdrowotne,

7. substancje słodzące,

8. fizyczna modyfikacja kremów kosmetycznych,

9. nanokompozyty,

Ad. 1

W trakcie wykonywania pracy doktorskiej moje zainteresowania naukowe skupiły się

wokół skrobi różnego pochodzenia botanicznego oraz nieskrobiowych hydrokoloidów

polisacharydowych. W tym okresie, tj. od 2006 do 2010 roku powstały prace przeglądowe

mojego współautorstwa, opisujące właściwości polisacharydów oraz ich wzajemne

interakcje (Załącznik 6, IIA-2, IID–i 1, 4, 5, IID-ii 8).

Prowadziłam również badania w tym zakresie, analizując obszernie właściwości skrobi

oraz oddziaływania zachodzące pomiędzy polisacharydami, co zaowocowało publikacjami

indeksowanymi w bazie JCR (Załącznik 6, IIA – 3, 5, 6, 7, IID- ii 2). Temat interakcji

pomiędzy polisacharydami wydał mi się na tyle ciekawy i niezgłębiony, że po doktoracie

kontynuowałam badania w tym kierunku, wykorzystując różne techniki pomiarowe, w tym

magnetyczny rezonans jądrowy (NMR) (Załącznik 6, IIA – 9, 11, IID–i 6, IID-ii 9 ),

30

analizę rentgenograficzną (Załącznik 6, IID-ii 1 ) oraz pomiary reologiczne (Załącznik 6,

IIA-22 ). Prowadzone w tym kierunku badania pozwoliły na dobranie odpowiednich metod

badawczych, celem określenia kierunku i siły wpływu NHP na właściwości

fizykochemiczne skrobi, jej strukturę oraz stabilność żeli w trakcie przechowywania.

Opisano także, jakie zjawiska zachodzą pomiędzy dwoma różnymi hydrokoloidami oraz

wskazano możliwe najlepsze połączenia polisacharydów.

Ad. 2

Poszerzeniem moich zainteresowań dotyczących interakcji pomiędzy hydrokoloidami,

były ich właściwości tiksotropowe. W pierwszym etapie powstała publikacja mojego

współautorstwa (Załącznik 6, IIA-8), opisująca szczegółowo to zjawisko pod kątem

niestabilności ciekłych produktów żywnościowych, a dalej praca prezentująca wybrane

metody pomiaru właściwości tiksotropowych produktów żywnościowych (Załącznik 6,

IIA-10 ) oraz praca opisująca tiksotropowe właściwości skrobi (Załącznik 6, IIA-13). W

2015 roku zaprezentowano pierwsze badania szczegółowo charakteryzujące kleiki i żele

natywnej skrobi ziemniaczanej pod kątem ich właściwości tiksotropowych (Załącznik 6,

IIA-16 ). Wraz ze Współpracownikami zaproponowałam matematyczną metodę

wyznaczenia tiksotropii, antytiksotropii, a także energii tiksotropii w określonej objętości

badanej próbki w układach spożywczych, którą następnie zastosowano w kolejnej pracy,

tym razem dotyczącej skrobi ziemniaczanej woskowej (Załącznik 6, IIA-18). W dalszej

kolejności przebadałam właściwości tiksotropowe kompozytów polisacharydowych, na

przykładzie mączki chleba świętojańskiego i skrobi ziemniaczanej (Załącznik 6, IIA-21).

Badania w tym kierunku kontynuuję do dnia dzisiejszego.

Ad. 3

Uzyskaną wiedzę na temat polisacharydów wykorzystałam do celów aplikacyjnych.

Badania w tym zakresie obejmowały substytucję tłuszczu skrobią modyfikowaną, w celu

zmniejszenia wartości energetycznej majonezów (Załącznik 6, IID-ii 15).

Podjęłam również próbę optymalizacji udziału kombinacji skrobi kukurydzianej

natywnej z gumą ksantanową, do zagęszczania syropów kakaowych (Załącznik 6, IIA-1).

Uzyskane dane (sensoryczne, teksturalne i reologiczne) wykorzystałam jako bazę do

obliczeń matematycznych. Na podstawie zaproponowanego modelu matematycznego,

dobrałam optymalny udział skrobi kukurydzianej i gumy ksantanowej do zagęszczania

syropów kakaowych.

31

W kolejnej pracy mojego współautorstwa (Załącznik 6, IIA-12) podjęłam próbę

poprawy parametrów jakościowych (sensorycznych, teksturalnych i reologicznych) sosów

karmelowych, poprzez dodatek mieszaniny skrobi ziemniaczanej natywnej i gumy

ksantanowej. Dzięki odpowiednio dobranej kombinacji stężeń w/w polisacharydów,

uzyskałam sosy karmelowe o wysoko akceptowalnych parametrach sensorycznych, oraz o

ponad półrocznej stabilności.

Bania z zakresu interakcji polisacharydów prowadzę do dnia dzisiejszego. W 2017

roku powstała kolejna praca mojego współautorstwa (Załącznik 6, IIA-22), której celem

było zbadanie możliwości stosowania mieszaniny binarnej (dwuskładnikowej),

zawierającej natywną skrobię ziemniaczaną (NPS) i gumę ksantanową (GX), jako

substytutu chemicznie modyfikowanych skrobi. Na podstawie uzyskanych badań

stwierdziłam, że niektóre kombinacje polisacharydów wykazały właściwości reologiczne

przypominające kleiki skrobi utlenianej podchlorynem (E 1404), a tym samym

potwierdziłam możliwości substytuowania skrobi modyfikowanych chemicznie, układami

o naturalnym pochodzeniu.

Ad. 4

W zakresie moich zainteresowań znalazły się również badania dotyczące interakcji

skrobi z jonami różnych metali. Analizowałam zmiany we właściwościach reologicznych

żeli skrobiowych (ziemniaczanej, kukurydzianej, kukurydzianej woskowej, tapiokowej

oraz z amarantusa) po dodatku soli różnych metali m.in. kobaltu, miedzi, niklu, manganu

oraz żelaza (Załącznik 6, IIA-4, IID-i 2 ). We wszystkich analizowanych żelach

zaobserwowałam zmniejszenie się ich lepkości oraz wzrost pseudoplastyczności.

Intensywność tych zmian zależała od rodzaju skrobi oraz użytej soli, a także jej stężenia.

Ad. 5

Po nawiązaniu współpracy między Uniwersytetem Rolniczym a firmą Microstructure

(Warszawa) wraz z innymi pracownikami naukowymi rozpoczęto badania dotyczące

możliwości zagospodarowania produktu pozostałego po komercyjnej produkcji preparatu

beta-glukanów (o nazwie Betaven), wyizolowanych z mąki owsianej. Badania, w których

brałam udział, dotyczyły m.in. charakterystyki fizycznej, chemicznej i reologicznej mąki

owsianej resztkowej (Załącznik 6, IIA-14), co pozwoliło ocenić materiał badawczy i jego

walory aplikacyjne. Przeprowadziłam także badania reologiczne żeli mąki owsianej i

32

skrobi z niej wyizolowanej (Załącznik 6, IIA-19), a w dalszej kolejności surowiec, czyli

mąkę owsianą resztkową, wykorzystano w produkcji ekstrudatów (Załącznik 6, IID-ii 3 ).

Ad. 6

W swoich badaniach wzbogacałam także produkty piekarskie i ciastkarskie w związki

prozdrowotne. Między innymi wzbogacałam herbatniki deserowe pyłkiem pszczelim

(Załącznik 6, IIA-17). Przeprowadzone badania potwierdziły wpływ zastosowanej

fortyfikacji na wzrost zawartości białka, popiołu i błonnika pokarmowego, a także na

zawartość polifenoli i potencjał antyoksydacyjny. Z drugiej jednak strony odnotowałam

zmniejszenie zawartości cukrów i brak zmian w zawartości tłuszczu, w efekcie czego

nastąpiło zmniejszenie wartości energetycznej produktu. Stwierdziłam jednak, biorąc pod

uwagę wyniki analizy sensorycznej, że maksymalny udział pyłku kwiatowego w cieście

herbatnikowym nie powinien przekraczać 5%, bowiem powyżej tej wartości walory

sensoryczne produktu znacznie się pogarszają.

Celem kolejnych badań była ocena wpływu częściowego zastąpienia mąki

kukurydzianej, mąką z nasion dębu lub konopi, na jakość oraz wartość odżywczą,

prozdrowotną i akceptację konsumencką herbatników bezglutenowych (Załącznik 6, IIA-

23). Stwierdziłam, że zastosowana substytucja wpłynęła na istotne zmniejszenie objętości

herbatników oraz wzrost ich twardości, a także na pociemnienie barwy. Analizując skład

chemiczny herbatników zaobserwowałam wzrost zawartości popiołu oraz błonnika

pokarmowego we wszystkich wzbogaconych produktach. Z kolei zawartość białka w

herbatnikach zawierających mąkę konopną zwiększyła się od 40-122 punktów

procentowych, natomiast po zastosowaniu mąki z żołędzi nie odnotowałam znaczących

różnic. Biorąc pod uwagę ocenę sensoryczną, za najkorzystniejsze uznałam zastąpienie

maksymalnie 40% mąki kukurydzianej mąką z żołędzi, gdyż pozwoliło to na

zbalansowanie wzrostu wartości odżywczej z nieznacznym pogorszeniem akceptacji

konsumenckiej.

W kolejnym etapie wzbogacałam pieczywo bezglutenowe mąką amarantusową oraz

gryczaną, a także badałam wpływ tej fortyfikacji na zawartość błonnika pokarmowego i

aktywność antyoksydacyjną produktu. Analizowałam również zmiany we właściwościach

mechanicznych ciasta z dodatkiem w/w mąk (Załącznik 6, IID-ii 11, 12, 13).

Przeprowadzone badania pozwoliły mi na charakterystykę właściwości fizyczno-

chemicznych pieczywa oraz mechanicznych ciasta bezglutenowego wzbogaconego w mąki

niezawierające glutenu.

33

Ad. 7

Szczególnie ważne miejsce w moich badaniach zajmują substancje słodzące.

Zainteresowałam się nimi już na studiach, a w 2006 roku obroniłam pracę magisterską pt.

„Wpływ zamienników sacharozy na właściwości skrobi kukurydzianej”. W kolejnych

latach powstały prace przeglądowe mojego współautorstwa (Załącznik 6, IID-i 7, 8 i 9

oraz ii 10) opisujące rolę substancji słodzących w kształtowaniu jakości produktów

spożywczych. W dalszej kolejności badałam wpływ alternatywnych substancji słodzących

na właściwości ciasta i wyrobów ciastkarskich, takich jak herbatniki, wafle, a także ciasta

o strukturze gąbczastej (Załącznik 6, IIA-20). Wykazałam, które alternatywne substancje

słodzące pozwalają na uzyskanie produktów o cechach zbliżonych do ich odpowiedników

z sacharozą. Podałam grupy zamienników wpływających pozytywnie i negatywnie na

teksturalne, reologiczne i sensoryczne właściwości ciast surowych oraz gotowych

wyrobów.

Ad. 8

Tematem moich zainteresowań były także właściwości wybranych produktów

niespożywczych (Załącznik 6, IID-ii 6, 7). Prowadziłam badania związane z wpływem

pola magnetycznego oraz światła spolaryzowanego na właściwości kremów

kosmetycznych. Stwierdziłam, że naświetlanie niektórych kremów kosmetycznych

światłem spolaryzowanym może korzystnie wpłynąć na możliwości ich zastosowania. Pole

magnetyczne może wpływać na stopień wchłaniania kremu, łatwość jego rozprowadzania

na skórze, a także na kleistość produktu.

Ad. 9

Nowym i bardzo interesującym kierunkiem moich zainteresowań są badania dotyczące

otrzymania folii składających się z nanokompozytów. Jedną z przyczyn, dla której ta

problematyka wydała mi się niezwykle ciekawa był fakt, iż w ciągu ostatnich

kilkudziesięciu lat materiały nanofazowe i nanostrukturalne stały się niezwykle atrakcyjne.

Znalazły szeroką gamę zastosowań w różnych dziedzinach: medycynie, farmakologii,

inżynierii tkankowej, optoelektronice, mikroelektronice, a także w systemach

biologicznych i jako środki przeciwbakteryjne. W badaniach mojego współautorstwa

wykazałam możliwość zastosowania nanokompozytów w opakowalnictwie, do

otrzymywania folii na bazie kwasu hialuronowego, z dodatkiem grafenu i jonów srebra

(Załącznik 6, IID-ii 16, 17).

34

6. PODSUMOWANIE DOROBKU NAUKOWEGO

Szczegółowy wykaz opublikowanych prac naukowych zamieszczono w Załączniku 6.

Przedstawiony w nim dorobek naukowy obejmuje:

• 29 oryginalnych prac twórczych w czasopismach znajdujących się w bazie Journal

Citation Reports (JRC)

• 18 publikacji naukowych w czasopismach międzynarodowych lub krajowych

innych niż znajdujące się w bazie JRC

• 9 rozdziałów w monografiach

• 2 prace popularnonaukowe w czasopismach branżowych

• 110 komunikatów przedstawionych na konferencjach zagranicznych i krajowych

Tabela. 1. Szczegółowy wykaz mojego dorobku.

Dorobek naukowy Przed uzyskaniem stopnia doktora

Po uzyskaniu stopnia doktora

Całkowity dorobek

Oryginalne prace twórcze w czasopismach znajdujących się w bazie Journal Citation Reports (JRC)

7 22 29

Oryginalne prace twórcze w czasopismach znajdujących się w bazie Journal Citation Reports (JRC) i niewchodzące w skład osiągnięcia naukowego

7 15 23

Oryginalne prace twórcze w czasopismach międzynarodowych lub krajowych, innych niż znajdujące się w bazie JRC

0 18 18

Rozdziały w monografiach 6 3 9

Prace popularnonaukowe w czasopismach branżowych

1 1 2

Komunikaty naukowe 24 85 110

Sumaryczny IF* 4,555 40,754 45,309

Punkty MNiSW** 170 859 1 029

Indeks Hirscha wg bazy Web of Science 9

Ilo ść cytowań wg bazy Web of Science (bez autocytowań)

142 (93)

*Sumaryczny Impact Factor prac według bazy JCR w roku opublikowania prac. W przypadku publikacji z

roku 2017, dla których nie określono IF za rok opublikowania, wykorzystano punktację za rok poprzedni.

**Liczba punktów MNiSW w roku opublikowania prac. W przypadku publikacji z roku 2017, dla których

nie określono punktów MNISW za rok opublikowania, wykorzystano punktację za rok poprzedni.

35

W trakcie mojej pracy naukowej odbyłam 7 staży, w tym 6 zagranicznych i 1 krajowy w

takich ośrodkach naukowych jak: Oslo University (Norwegia) w 2008 roku (2 miesiąc)

oraz w 2009 (1 miesiące), Kasatsart University w Bangkoku (Tajlandia) w 2011 (5 dni),

China Agricultural University w Pekinie (Chiny) w 2013 (6 dni), Mendel University w

Brnie (Czechy) w 2017 (5 dni) oraz Akademia im. Jana Długosza w Częstochowie

(Polska) w 2016 (5 dni) (Załącznik 8).

Odbyłam też staż przemysłowy w Piekarni „Królewska” w Węgrzcach Wielkich (1

miesiąc) w 2011 roku (Załącznik 8).

Brałam czynny udział w 13 konferencjach, w tym w 8 konferencjach

międzynarodowych (Załącznik 6 i 8):

1. XVII International Convention Moscow-Krakow, Moscow, 16-18 June 2009.

2. The 6th International Conference on Starch Technology, Bangkok, 13-14 February

2012.

3. International Scientific Conference Food Science, Engineering and Technology 2012,

Plovdiv, October 19 – 20, 2012.

4. BIT’s World Congress of Food Science and Technology, Hangzhou, China, 23-25

September 2013.

5. 9th International Conference on Polysaccharides-Glycoscience, Prague, Czech

Republic, 6-8 November 2013.

6. Food Structure & Functionality Conference, Stare Jabłonki, 23-26 June 2013.

7. 12th International Conference on Polysaccharides-Glycoscience, Prague, Czech

Republic, 19 - 21 October 2016.

8. 13th International Conference on Polysaccharides-Glycoscience, Prague, Czech

Republic, 8-10 November 2017.

oraz 5 konferencjach krajowych:

1. VI Konferencja Naukowa, Ziemniak spożywczy i przemysłowy oraz jego

przetwarzanie. Szklarska Poręba, 10-13 maja 2010.

2. II Sympozjum Inzynierii Żywnosci, Warszawa 9-11 czerwiec 2010.

3. XL Sesja Komitetu Nauk o Żywności Polskiej Akademii Nauk. Tradycja i

nowoczesność w żywności i żywieniu, Warszawa, 29 czerwca-1 lipca 2011.

4. Metody fizyczne w badaniu środowiska rolno-spożywczego i leśnego, Białowieża 07-

09 wrzesień 2011.

36

5. I Konferencji naukowej, pt.: „Bezpieczeństwo Żywności i Żywienia”, Przemyśl, 18

września 2017 r.

Wygłosiłam 4 referaty ustne (Załącznik 8):

1. Sikora M., Tomasik P., Krystyjan M., Konieczna-Monenda A., Interaction of potato

starch with non-starchy polysaccharide hydrocolloids depending on the starch

granularity, XVII International Convention Moscow-Krakow, Moscow, 16-18 June

2009.

2. Krystyjan M., Sikora M., Adamczyk G., Tomasik P., Caramel sauces thickened with

combination of starch and xanthan gum. Starch Update 2011, The 6th International

Conference on Starch Technology, Bangkok, 13-14 February 2012.

3. Krystyjan M., Sikora M., Adamczyk G., Selection and optimization of hydrocolloids

content for thickening of caramel sauces, BIT’s World Congress of Food Science and

Technology, Hangzhou, China, 23-25 September 2013.

4. Sikora M., Adamczyk G., Krystyjan M., Przetaczek-Rożnowska I., Rożnowski J.

2011.Wpływ czasu przechowywania na właściwości dresingów zagęszczanych

polisacharydami. XL Sesja Komitetu Nauk o Żywności Polskiej Akademii Nauk.

Tradycja i nowoczesność w żywności i żywieniu, Warszawa, 29 czerwca-1 lipca.

Jestem współautorem 110 komunikatów przedstawionych na konferencjach krajowych i

międzynarodowych (Załącznik 6).

Uczestniczyłam jako wykonawca w 3 krajowych projektach badawczych finansowanych

przez MNiSW (obecnie NCN) oraz w 1 międzynarodowym projekcie finansowanym z

funduszy europejskich. Ponadto byłam kierownikiem 5 projektów finansowanych z

dotacji celowej na prowadzenie badań naukowych lub prac rozwojowych oraz zadań z

nimi związanych, służących rozwojowi młodych naukowców oraz uczestników studiów

doktoranckich, finansowanych w wydziałowym trybie konkursowym na rok: 2012, 2013,

2014, 2016 oraz 2017 (Załącznik 6).

Wykonałam 42 recenzje dla czasopism międzynarodowych i krajowych (Załącznik 6).

W roku 2008 zostałam laureatką stypendium dla najlepszych doktorantów

finansowanego w ramach projektu „InnoGrant – program wspierania innowacyjnej