Как выглядит крахмал в упаковке. Сочетание с другими веществами и усвоение. Характеристика крахмала из различных видов сырья
В 1841 году в США было запатентовано производство крахмала. С тех пор в наших домах живет скромный, но очень ценный помощник.
Крахмал
– что мы знаем про него? Навскидку вспомним про накрахмаленные воротнички и в лучшем случае клейстер? А между тем он является незаменимым помощником на кухне. И все из-за его особенности набухать и становиться очень вязким в горячей воде.
Какой бывает?
Крахмал делают из разных культур: картофеля, кукурузы, риса, пшеницы, корня маниоки, сои. Самый популярный и доступный – картофельный крахмал, но продвинутые хозяйки используют также кукурузный и крахмал тапиоки (из корня маниоки).
Картофельный широко используют в кулинарии, а также для приготовления клейстеров. Кукурузный крахмал нежнее, чем картофельный, его советуют использовать для приготовления молочных блюд. Крахмал тапиоки очень похож на картофельный, но он дает более вязкий клейстер и за счет того, что имеет меньшую влажность весит меньше, чем картофельный, то есть получается более экономичным. Этот вид крахмала обычно используют только в кулинарии.
Как выглядит
Крахмал – это белый порошок, похожий на муку, но если сжать его пальцами – захрустит. На самом деле частички крахмала гораздо мельче, чем мука.
Свойства крахмала
Не растворяется в холодной воде, в горячей воде имеет свойство набухать. Так из него делают клейстер.
При контакте с йодом становится синим.
Кулинарное применение
Загустить соус. Главное назначение крахмала – загущение. Крахмал безвкусный, поэтому не повлияет на качество даже самого капризного соуса.
Кисели. Густые ягодные напитки варят в большинстве случаев с добавлением крахмала. Есть старинные рецепты, где в качестве загустителя используются овсяные хлопья.
Добавить в подливу. Если мясо булькает в очень жидком соусе, нужно добавить только ложку крахмала.
Выпечка. В тесто часто добавляют крахмал. Он убирает лишнюю влагу, в результате булочки и пироги становятся более легкими и пышными.
Без глютена. Люди, которые отказываются от продуктов, содержащих глютен (прежде всего это пшеничная и ржаная мука), могут использовать крахмал для выпечки. Из крахмала тапиоки, например, получаются отличные булочки с сыром.
Панировка. Крахмал часто используют для обваливания и последующей жарки котлет, мяса, сырников, овощей. Он дает тонкую корочку и сохраняет сочность продукта.
Промышленность
Пищевая. Его добавляют в колбасно-сосисочные изделия, йогурты. Практически в любом кетчупе и майонезе вы найдете крахмал.
Текстильная. Крахмал применяют для обработки тканей.
Бумажно-целлюлозная. Тут расходуют больше всего крахмала. Он выступает наполнителем для бумаги.
Косметология
Умывание. Люди с чувствительной кожей могут добавить крахмал в воду для умывания. Такой способ поможет сделать кожу более гладкой и белой, крахмал борется с морщинами, расширенными порами и пигментными пятнами. Кроме того, крахмал делает кожу матовой, так как регулирует работу сальных желез.
Сухой шампунь. Можно воспользоваться крахмалом для сухого мытья волос. Нужно просто распределить ложку крахмала по волосам, и они станут гораздо чище, хотя и не будут блестящими.
Быт
Белье. Простыни и пододеяльники теперь крахмалят редко. Но раньше прополоскать их, добавив в воду ложку крахмала, было обязательным. После такой процедуры высохшее белье начинает хрустеть и становится несколько жестким. И оно кажется ну необычайно чистым.
Животные. Если посыпать шерсть крахмалом, то пушистый зверь перенесет процедуру легче, шерсть будет меньше путаться. Также расчесывание с крахмалом может заменить мытье: он соберет жир и грязь с шерсти животного.
Основные виды крахмала:
Картофельный крахмал - получают из клубней картофеля, образует вязкий прозрачный клейстер.
Основная задача производства картофельного крахмала - максимальное извлечение крахмала путем разрыва наибольшего числа клеток клубня и дальнейшая очистка крахмальных зерен от нерастворимых и растворимых примесей.
Для получения высококачественной готовой продукции хорошее качество сырья (сырого картофеля) имеет очень большое, а иногда и решающее значение. Белый цвет крахмала важен при применении его как вспомогательного материала в текстильной, бумажной, полиграфической, пищевой и других отраслях промышленности. Большое значение для многих производств имеет вязкость крахмального клейстера, получаемого при нагревании смеси крахмала с водой. Особенностью картофельного крахмала, отличающей его от многих других крахмалов (например, получаемых из зерна кукурузы, пшеницы и др.), является высокая начальная вязкость крахмального клейстера. Однако при неправильном ведении технологического процесса вязкость такого клейстера может сильно уменьшиться. Главное влияние на это оказывают длительное пребывание крахмальных зерен в воде, содержащей значительную концентрацию клеточного сока, наличие растворенных солей кальция и магния (жесткость воды) и некоторые другие факторы. Сырой крахмал сохраняется плохо из-за высокого содержания влаги. Поэтому сразу после выработки целесообразно обезвоживать его (на центрифугах), а затем или немедленно высушить или перерабатывать для получения других видов готовой продукции.
Выход крахмала больше всего зависит от крахмалистости картофеля и качества его измельчения.
Кукурузный крахмал - молочно-белый непрозрачный клейстер, имеет невысокую вязкость, с запахом и привкусом, характерными для зерен кукурузы.
Производство кукурузного крахмала включает следующие основные технологические операции:
Замачивание зерна в теплом растворе
разбавленной сернистой кислоты с целью размягчения зерна и удаления из
него основной части растворимых веществ;
- дробление замоченного зерна с целью выделения зародыша;
- выделение и промывание зародыша;
- тонкое мокрое измельчение зерновой кашки для освобождения связанных зерен крахмала, заключенных в клетках эндосперма;
- выделение из крахмальной суспензии
частиц оболочек зерна и стеиок клеток эндосперма, отделение от них
свободного крахмала промыванием и мокрым ситованием;
- разделение крахмало-белковой суспензии с целью выделения взвешенных белковых веществ;
- промывание крахмала для очистки его от остатка растворенных в основном азотистых веществ.
Пшеничный крахмал - обладает невысокой вязкостью, клейстер более прозрачный по сравнению с кукурузным.
В настоящее время наиболее широкое распространение получили два способа получения пшеничного крахмала: способ Мартэна («сладкий» способ) и в США способ «взбитого теста».
Способ Мартэна представлен схематически:
Способ «взбитого теста».
Работники Исследовательской лаборатории северных районов (США) предложили непрерывный метод получения пшеничного крахмала и клейковины путем приготовления перед отмывкой более жидкого эластичного теста. В зависимости от качества муки ее смешивают с водой температурой 48-55°С в соотношении от 0,7:1 до 1,8:1 (мука из мягкой пшеницы требует меньшего количества воды). Смешивание производят до получения гладкого эластичного взбитого теста, которое направляют к «режущему» насосу (типа дезинтегратора), куда дополнительно подают воду в таком количестве, чтобы общее соотношение воды и теста было доведено до 3:1.
При интенсивном перемешивании крахмал хорошо отделяется от клейковины, которая измельчается с образованием мелких взвешенных хлопьев. Хлопья отделяют от крахмальной суспензии на сотрясательных ситах и дважды дополнительно промывают. Отделенную клейковину высушивают, а крахмальную суспензию обрабатывают по обычной схеме и также высушивают. Этот метод предусматривает полную механизацию и непрерывность производства. Выходы и потери по методу "взбитого теста" примерно те же, что и по способу Мартэна.
Также существую следующие виды крахмала:
1.
Амилопектиновый крахмал.
Получают из восковидной кукурузы. Клейстер из
такого крахмала обладает хорошей вязкостью и влаго-удерживающей
способностью. С раствором йода амилопектиновый крахмал дает характерное
красно-коричневое окрашивание.
Используют для
стабилизации салатных приправ, соусов, кремов. За рубежом
амилопектиновый крахмал применяют для производства различных клеящих
веществ.
2
. Тапиоковый (маниоковый) крахмал.
Португальское слово
tapioca (на языке индейцев - тупи-гуарани) - маниоковое саго, получаемое
из клубней тропического растения - маниока.
Маниок
(Manihok
utilissima) - растение из семейства молочайных,
произрастает в Южной Америке и представляет собой кустарник высотой
2 - 3
метра. Из корней, богатых крахмалом, получают продукт
кассава
, который используют в диетическом питании, а также для производства крахмала.
Самый
чистый, без примесей - тапиоковый крахмал, который получают из клубней
маниоки. Его клейстер более вязкий, чем кукурузный. Этот крахмал
используют весьма активно - правда, только в пищевой промышленности: в
качестве загустителя в готовых супах, соусах и подливках, а также как
связующее вещество при производстве мяса.
3. Рисовый крахмал.
Образует непрозрачные
клейстеры
низкой вязкости обладающие высокой стабильностью при хранении. Рисовый
крахмал используют в качестве стабилизатора белых соусов, придающего им
стойкость к замораживанию и оттаиванию, а также для приготовления
пудингов. Равномерная зернистость, незначительный размер зерен делают
рисовый крахмал удобным для приготовления продукции парфюмерной
промышленности. Его применяют также в текстильной и бумажной
промышленности.
4. Сорговый крахмал
По
физико-химическим свойствам близок к кукурузному. Его используют в тех
же отраслях промышленности и для тех же целей, что и кукурузный крахмал.
Кроме традиционных видов сырья
(картофеля, кукурузы, пшеницы) для производства крахмала в некоторых
регионах используют и такие виды крахмалосодержащего сырья, как
ячмень
,
рожь
,
горох.
Что такое модифицированный крахмал?
Вещество под названием «модифицированный крахмал» не имеет никакого отношения к генетически модифицированным продуктам. Это обычный крахмал с добавками, необходимыми для определенных целей. Например, крахмал с желатином образует желе. А вот генетически модифицированного крахмала не может быть в принципе. И вот почему:
Предположим, что крахмал, который входит в состав купленного нами десерта, получили из кукурузы. Представим также, что эта кукуруза генетически модифицированная. Тогда полученные от нее зерно, мука, крупа и силос тоже будут генетически модифицированными, поскольку содержат ДНК данной кукурузы. Крахмал же хоть и органическое вещество (он представляет собой полимер глюкозы - полисахарид), но не живое образование. В нем нет клеток или частей все той же кукурузы, нет ДНК, а значит, нет генов. Глюкозу синтезируют все растения, и от того, какое именно растение ее синтезировало, вкус глюкозы и ее состав не меняются. Как в химии - формула вещества не меняется от способа его получения. И ядовитый золотарник, и сладкий виноград вырабатывают одну и ту же глюкозу. Чтобы ее удобнее было хранить, организм и создает полимер - крахмал. Растения обычно запасают его в клубнях, корнях, снабжают им семена. Человек может синтезировать крахмал из глюкозы, но гораздо выгоднее получать его из культур, богатых крахмалом, - картофеля, к примеру.
В списке пищевых добавок стабилизаторы и загустители (крахмалы) представлены в группе
E999–E1521.
В РФ разрешено применение более чем 20 видов модифицированных крахмалов. Вот некоторые из них:
E1403 - отбеленный крахмал
(консервированные овощи и грибы, консервированные сардины и аналогичные продукты, ароматизированные йогурты и другие кисломолочные продукты)
Е 1404 – окисленный крахмал
(консервированное детское питание, супы и бульоны)
E1405 - крахмал, обработанный ферментными препаратами
E1410 – монокрахмалфосфат
E1411 - дикрахмалглицерин
Е 1412 – дикрахмалфосфат
Введение
Общие сведения о крахмале
Строение крахмала
2.1 Амилоза и амилопектин
2.2 Образование и структура крахмальных зерен
2.3 Виды крахмальных зерен
Классификация крахмала
Получение
Применение
6.1 В различных видах промышленности
6.2 В фармацевтической химии
6.3 В медицине
6.4 В фармацевтической технологии
Заключение
Список литературы
Введение
Крахмал - главнейший представитель природных углеводов, синтезирующийся в растениях и являющийся основным источником энергии для человеческого организма.
С давних времен крахмал находит широкое применение в медицинской сфере. Во врачебной практике он применяется как обволакивающее средство при воспалительных и язвенных поражениях слизистой оболочки желудка и кишечника. В аналитической и фармацевтической химии это основной индикатор на йод. В фармацевтической технологии крахмал используется как наполнитель, связывающее, опудривающее средство.
Целью курсовой работы является изучение строения крахмала, его физико-химических свойств, получения и применения в различных сферах жизни, в том числе в медицине и фармации.
В нашей стране единственным научным центром крахмалопаточной промышленности России является Всероссийский научно-исследовательский институт крахмалопродуктов (ВНИИК) в Московской области. Основная задача института - разработка новейших технологий получения крахмала из картофеля и зернового сырья (кукурузы, пшеницы, сорго, ржи, ячменя и т.д.), модифицированных крахмалов, патоки, глюкозы, глюкозно-фруктозного сиропа, безбелковых диетических продуктов, а также конструирование оборудования для крахмалопаточной промышленности. ВНИИ крахмалопродуктов проводит весь комплекс работ от научных исследований до освоения производства.
1. Общие сведения о крахмале
Полисахариды - это полимеры углеводов, состоящие из множества (от десятков до нескольких тысяч) моносахаридных звеньев. Многие полисахариды содержат молекулу глюкозы в качестве мономера. Они синтезируются растениями, животными и человеком в качестве запаса питательных веществ и источника энергии.
Растения запасают глюкозу в виде крахмала. Он откладывается преимущественно в клубнях и эндосперме семян в виде зерен. Крахмалоносные растения условно делятся на 2 группы: растения семейства злаковых и растения других семейств. В качестве промышленного продукта крахмал вырабатывается из пшеницы (Triticum vulgare L.), кукурузы (Zea mays L.) и риса (Oryza sativum L.). Из растений других семейств промышленным крахмалоносным растением является картофель (Solanum tuberosum L.).
2. Строение крахмала
2.1 Амилоза и амилопектин
крахмал амилоза амилопектин химия
Крахмал состоит из двух типов молекул, амилозы (в среднем, 20-30%) и амилопектина (в среднем, 70-80%). Оба типа являются полимерами, содержащими в качестве мономера ?-D-глюкозу. Это соединения по своей природе противоположны: амилоза имеет меньшую молекулярную массу и больший объем, тогда как молекулы амилопектина тяжелее, но более компактные.
Амилоза (рис.1, рис.2) состоит из 500-20 000 мономеров, соединенных ?-1,4 связями и образующих длинные цепи, часто образующих левозакрученную спираль.
Рисунок 1. Часть структурной молекулы амилозы
Рисунок 2. Часть цепи амилозы (объемное изображение)
В амилопектине (рис.3, рис.4, рис.5) мономеры также соединены ?-1,4 связями, а также, примерно через каждые 20 остатков, ?-1,6 связями, образуя точки ветвления.
Рисунок 3. Структурная молекула амилопектина
Рисунок 4. Часть структурной молекулы аминопектина
Рисунок 5. Модель разветвленной структуры амилопектина.
Мономеры, соединенные ?(1?4)- гликозидными связями
точки ветвления. Мономеры, соединенные ?(1?6)- гликозидными связями
Различные ветви молекулы амилопектина классифицируются как А-, В-и С-цепи. А-цепи - самые короткие и связаны только с В-цепями, которые могут быть связаны как с А-цепями, так и с другими В-цепями. Соотношение А - и В-цепей для большинства крахмалов составляет от 1:1 до 1,5:1.
В хлоропластах на свету откладываются зерна ассимиляционного (первичного) крахмала, образующиеся при избытке сахаров - продуктов фотосинтеза. Образование осмотически неактивного крахмала предотвращает повышение осмотического давления в хлоропласте. Ночью, когда фотосинтез не происходит, ассимиляционный крахмал с помощью ферментов гидролизуется до сахаров и транспортируется в другие части растения. Запасной (вторичный) крахмал откладывается в амилопластах (особом типе лейкопластов) клеток различных органов растений (корнях, подземных побегах, семенах) из сахаров, притекающих из фотосинтезирующих клеток. При необходимости запасной крахмал также превращается в сахара.
2 Образование и структура крахмальных зерен
Крахмальные зерна образуются в строме пластид. Образование крахмальных зерен начинается в определенных точках стромы пластиды, называемых образовательными центрами. Рост зерна происходит путем последовательного отложения слоев крахмала вокруг образовательного центра. Основным ферментом по образованию и формированию кристаллитов крахмала, является зернообразующая синтаза (GBSS granule bound synthase). По одной из теорий, биосинтез крахмала происходит на поверхности зерен, а молекулы амилозы и амилопектина ориентированы перпендикулярно ей и в противоположных направлениях. Так, на поверхности зерен у амилозы находится редуцирующий конец, а у амилопектина, наоборот, - нередуцирующие концы, которые могут дальше ветвиться и удлиняться ферментом ветвеобразующая синтаза (starch branched enzyme - SBE). У амилозы в этом случае цепь удлиняется под действием фермента растворяющая крахмальная синтаза (solub starch synthase - SSS), поэтому молекулы амилозы и амилопектина трудно совместимы и могут быть фракционированы при определенных условиях. Зерна нативных крахмалов имеют кольца роста, которые представляют собой чередующиеся слои различной плотности, кристалличности и сопротивляемости химическим и ферментным воздействиям. Широкие слои образуются в результате альтернативного наполнения и отвода молекул в пластидах с последовательным отложением больших нерастворимых и малых растворимых молекул; при этом в плотных слоях превалируют высокомолекулярные фракции амилопектина. Степень кристалличности зерен крахмала находится в пределах 14-42% и зависит от соотношения содержания амилозы и амилопектина. Короткие цепи в молекуле амилопектина образуют двойные спирали, которые формируют кристаллические ламели (кристаллиты). Свободные двойные спирали и кристаллиты создают так называемые полукристаллы.
Остальные молекулы амилозы и длинные цепи амилопектина формируют аморфную часть крахмальных зерен.
При синтезе амилопектина и его кристаллизации незначительное количество фосфатов остается связанным с гидроксильной группой 6-го атома углерода, их содержание в картофельном крахмале достигает 0,2%. Амилозе присуще при образовании спиралей захватывать находящиеся в цитозоле липиды. Содержание связанных липидов в крахмалах зерновых и зернобобовых культур составляет 0,2 - 1,3%.
Амилоза и амилопектин формируют структурный комплекс зерен, который состоит из кристаллической и аморфной частей. (рис. 6).
Рисунок 6. Структура кристаллической и аморфной частей слоёв крахмала
Смежные слои в одном зерне могут иметь различный показатель преломления света, и тогда они видны под микроскопом (рис. 7)
Рисунок 7. Слоистая структура крахмального зерна. Стрелкой указан образовательный центр
Форма, размер, количество в амилопласте и строение (положение образовательного центра, слоистость, наличие или отсутствие трещин) крахмальных зерен часто специфичны для вида растения (рис. 8). Обычно крахмальные зерна имеют сферическую, яйцевидную или линзовидную форму, однако у картофеля она неправильная. Наиболее крупные зерна (до 100 мкм) характерны для клеток клубней картофеля, в зерновке пшеницы они двух размеров - мелкие (2-9 мкм) и более крупные (30-45 мкм). Для клеток зерновки кукурузы характерны мелкие зерна (5-30 мкм).
Рисунок 8. Различные типы крахмальных зерен. У овса (1), картофеля (2), молочая (3), герани (4), фасоли (5), кукурузы (6) и пшеницы (7)
3 Виды крахмальных зерен
Если в амилопласте имеется один образовательный центр, вокруг которого откладываются слои крахмала, то возникает простое зерно, если два и более - то образуется сложное зерно, состоящее как бы из нескольких простых. Полусложное зерно образуется в том случае, если крахмал сначала откладывается вокруг нескольких точек, а затем, после соприкосновения простых зерен, вокруг них возникают общие слои (рис. 9)
Рисунок 9. Простые, полусложные и сложные крахмальные зерна
3. Классификация крахмала
Все крахмалы подразделяются на две группы: природные (или нативные) и рафинированные.
Рафинированный крахмал - белый порошок без вкуса и запаха. Очищенный от примесей природный крахмал. Его производят из крахмалсодержащих растений путём измельчения, уваривания и очищения. Содержится в муке, хлебе, макаронных изделиях, продаётся как самостоятельный продукт.
Рисунок 10. Классификация крахмала по исходному сырью
Зерно пшеницы является наиболее древним видом сырья для производства крахмала. При использовании такого сырья вырабатывают пшеничный крахмал.
Картофель является одним из основных видов сырья для производства крахмала. Из данного сырья получают картофельный крахмал.
Тапиоковый крахмал - является аналогом картофельного и производится в Азии из корня бобовой культуры кассавы (маниоки).
Для производства кукурузного крахмала используют зерна кукурузы.
При переработке риса получаются мучка и лом (дробленка). Они являются наиболее подходящим сырьем для производства весьма ценного рисового крахмала.
Для производства соргового крахмала используют однолетнее растение рода сорго Sorghum Moench, который относится к семейству злаковых.
В процессе модификации крахмала получаются следующие его виды:
·расщепленный (гидролизованный);
·окисленный;
·набухающий;
·диальдегидный;
·замещенный.
Модифицированный крахмал - это специально обработанный крахмал, который благодаря своему составу лучше усваивается.
Модифицированный крахмал производят из натурального кукурузного или картофельного крахмала, и к генномодифицированным продуктам модифицированный крахмал не относится. Его модифицируют (от немецкого modifizieren - видоизменять, преобразовать) без помощи генетики. Существуют различные физические и химические способы обработки природного крахмала, благодаря которым можно получать его разновидности с заранее заданными свойствами. В результате модификаций крахмал приобретает свойство удерживать влагу в различных средах, что позволяет получить продукт заданной консистенции.
4. Физико-химические свойства
Крахмал - порошок белого или слегка кремоватого цвета. Практически нерастворим в 95% спирте, растворим в кипящей воде с образованием прозрачного или слегка опалесцирующего раствора, не застывающего при охлаждении. Растворимость в воде компонентов крахмала неодинакова. Амилоза хорошо растворяется в теплой воде, а амилопектин - плохо. Он образует коллоидные растворы. На различной растворимости в воде основан метод разделения компонентов крахмала. При растирании крахмала слышится характерный скрип.
Крахмал подвергается кислотному гидролизу, который протекает ступенчато и беспорядочно. При расщеплении он сначала превращается в полимеры с меньшей степенью полимеризации - декстрины, потом в дисахарид мальтозу, и в итоге - в глюкозу. Таким образом, получается целый набор сахаридов.
Крахмал гидролизуется ферментом ?-амилазой (содержится в слюне и выделяется поджелудочной железой), расщепляющей беспорядочно ?(1?4)-гликозидные связи. ?-амилаза (присутствует в солоде) действует на ?(1?4)-гликозидные связи, начиная с невосстанавливающего терминального остатка глюкозы, и последовательно отщепляет от полимерной цепи молекулы дисахарида мальтозы. Глюкоамилаза (содержится в плесневых грибах), подобно двум другим амилазам, гидролизует ?(1?4)-гликозидные связи, последовательно отщепляя остатки D-глюкозы, начиная от невосстанавливающего конца. Селективное расщепление ?(1?6)-гликозидных связей амилопектина происходит ?-1,6-глюкозидазами, например, изоамилазой или пуллуланазой.
Амилаза, выделенная из Bacillus macerans, способна превращать крахмал в циклические продукты (циклодекстрины, декстрины Шардингера), в которых степень полимеризации равна 6-8, а остатки глюкоз связываются ?(1?4)-гликозидными связями.
Являясь многоатомным спиртом, крахмал образует простые и сложные эфиры. Характерной качественной реакцией на крахмал является его реакция с йодом (йодкрахмальная реакция):
При взаимодействии йода с крахмалом образуется соединение включения (клатрат) канального типа. Клатрат - это комплексное соединение, в котором частицы одного вещества ("молекулы-гости") внедряются в кристаллическую структуру "молекул-хозяев". В роли "молекул-хозяев" выступают молекулы амилозы, а "гостями" являются молекулы йода. Молекулы йода располагаются в канале спирали диаметром ~1 нм, создаваемой молекулой амилозы, в виде цепей ×××I×××I×××I×××I×××I×××. Попадая в спираль, молекулы йода испытывают сильное влияние со стороны своего окружения (ОН-групп), в результате чего увеличивается длина связи I-I до 0,306 нм (в молекуле йода длина связи 0,267 нм). Причем эта длина едина для всех атомов йода в цепи (рис. 11). Данный процесс сопровождается изменением бурой окраски йода на сине-фиолетовую (lмакс 620-680 нм). Амилопектин, в отличие от амилозы, дает с йодом красно-фиолетовое окрашивание (lмакс 520-555 нм).
Рисунок 11. Взаимодействие йода с крахмалом
Декстрины, образующиеся при термической обработке крахмала, кислотном или ферментативном гидролизе, также реагируют с йодом. Однако цвет комплекса сильно зависит от молярной массы полимера (табл. 1)
Низкомолекулярные декстрины начинают проявлять внешние признаки реакций альдегидной формы глюкозы, т.к. по мере уменьшения полимерной цепи растет доля восстанавливающих терминальных остатков глюкозы.
Таблица 1 Цветные реакции декстринов с йодом
Декстрин (С6Н10О5)kСтепень полимеризации kОкраска комплекса с йодомАмилодекстрины>30Синяя или фиолетоваяЭритродекстрины25-29КраснаяОхродекстрины21-24Желто-коричневаяМальтодекстрины<20Отсутствие реакции
5. Получение
Основными сырьевыми источниками получения крахмала являются картофель и кукуруза. Процесс производства складывается главным образом из механических операций и основан на двух свойствах зерен крахмала: нерастворимости их в холодной воде и малых размерах при сравнительно большой плотности.
Для получения высококачественной готовой продукции хорошее качество сырья (сырого картофеля) имеет очень большое, а иногда и решающее значение. При переработке сырья вырабатывают сырой крахмал, не пригодный к длительному хранению, затем получают из него сухой крахмал и крахмалопродукты.
Для производства крахмала выращивают картофель крахмалистых высокоурожайных устойчивых к заболеваниям сортов. На качество вырабатываемого крахмала отрицательно влияют повышенное содержание в картофеле растительных белков, аминокислот, соланина. Белки, являясь пенообразователями, затрудняют промывку крахмальных зерен, загрязняют крахмал, осаждаясь на нем в виде хлопьев. Вследствие окисления аминокислоты тирозина образуются меланины. Они адсорбируются крахмалом и ухудшают его цвет. Тирозин также дает окрашенные соединения с ионами железа. Соланин - сильный пенообразователь. Зольные элементы, остающиеся в крахмале, влияют на вязкость и клеящую способность клейстеров.
Технология производства картофельного крахмала включает в себя несколько этапов, таких как: подготовка сырья к переработке (мойка, отделение посторонних примесей); измельчение клубней; выделение из полученной массы (кашки) картофельного сока и разорванных клеточных стенок (мезги); очистка крахмала от примесей; сушка и упаковка крахмала (рис. 12)
этап. Подготовка сырья к переработке: отделение от тяжелых примесей и мойка картофеля. Картофель из оборотного склада подается на камнеловушку барабанного типа, далее на мойку. Клубни картофеля хорошо отмывают от почвы в специальных мойках, отделяя при этом солому, камни и другие загрязнения.
этап. Измельчение картофеля. Отмытые от грязи клубни измельчают методом истирания или тонкого дробления, чтобы вскрыть клетки тканей клубня и высвободить крахмальные зерна. Картофель дважды измельчаются в кашку на скоростных терках или измельчающих машинах ударного действия.
После измельчения клубней, обеспечивающего раскрытия большей части клеток, получают смесь, состоящую из крахмала, почти полностью разрушенных клеточных оболочек, некоторого количества не разрушенных клеток и картофельного сока. Эту смесь называют картофельной кашкой.
3 этап. Выделение из полученной массы (кашки) картофельного сока и разорванных клеточных стенок (мезги). Измельченную массу направляют на центрифуги для отделения сока, способствующего потемнению крахмала, снижению вязкости клейстера, развитию микробиологических процессов. От мезги крахмал отмывают водой на ситовых аппаратах.
Крахмальное молоко, полученное после промывания кашки поступает для отделения соковой воды осадительные центрифуги. Соковую воду удаляют, а сырой крахмал, разбавленный свежей водой, в виде молока направляют на рафинирование
этап. Очистка крахмала от примесей. В рафинированном крахмальном молоке еще содержатся в небольшом количестве остатки растворимых веществ и мельчайших: частичек мезги. Поэтому его направляют на операцию окончательной очистки - промывание в непрерывно действующих гидроциклонных станциях. После механического отделения воды получают сырой крахмал с влажностью около 50 %. часть крахмала с пониженным качеством.
этап. Сушка и упаковка крахмала. Сырой крахмал сохраняется плохо из-за высокого содержания влаги. Поэтому сразу после выработки целесообразно обезвоживать его (на центрифугах), а затем или немедленно высушить или перерабатывать для получения других видов готовой продукции. Сырой крахмал высушивается в распылительной сушилке умеренно горячим воздухом.
Очищенный сухой крахмал фасуют в мешки и мелкую упаковку. Картофельный крахмал упаковывают в двойные тканевые или бумажные мешки, а также мешки с полиэтиленовыми вкладышами массой не более 50 кг. Затем взвешиваются на весах и зашиваются на мешкозашивочной машине.
6. Применение
6.1 В различных отраслях промышленности
Применение крахмала нашло свое место во многих отраслях. Крахмал применяется в пищевой, текстильной, бумажной, химической, резиновой, фармацевтической, парфюмерной и других отраслях промышленности, а также используется населением для личного потребления (приготовление киселей и соусов, крахмаление белья). Бумажная промышленность является крупнейшим потребителем крахмала, благодаря его специфическим свойствам и возобновляемости ресурсов. Различные виды крахмала используются на разных стадиях производства бумаги. Крахмал добавляют для улучшения внешнего вида и типографских свойств бумаги, увеличения прочности. В текстильной промышленности крахмалы используются для шлихтования, аппретирования и приготовления загущающих составов (загусток). Пищевая промышленность является одним из крупнейших потребителей крахмала. Большое количество крахмала продаётся в виде конечного продукта для домашнего использования. Крахмалы используются в пищевой промышленности с одной или несколькими из следующих целей:
·Непосредственно как клейстеризованный крахмал, кисель и т.п.
·В качестве загустителя, благодаря вязким свойствам (в супах, детском питании, соусах, подливах и т.д.)
·Как наполнитель, входящий в состав твёрдого содержимого супов, пирогов
·Как связующее для закрепления массы и предотвращения высыхания в процессе приготовления (колбасы и мясные продукты).
·Как стабилизаторы, благодаря высокой способности крахмала удерживать влагу.
Производство клея.
6.2 В фармацевтической химии
В аналитической и фармацевтической химии крахмал используется в качестве индикатора на йод в методе йодометрии и других титриметрических методах (ГФ XI, вып.2, стр.88-89).
Раствор индикатора. 1 г крахмала растворимого смешивают с 5 мл воды до получения однородной кашицы и смесь медленно вливают при постоянном размешивании в 100 мл кипящей воды. Кипятят в течение 2 мин до получения слегка опалесцирующей жидкости.
Срок годности раствора 3 сут.
Примечание. При приготовлении раствора индикатора из картофельного крахмала клейстер, полученный указанным выше образом, дополнительно нагревают в автоклаве- при 120° С в течение 1 ч.
Раствор крахмала с калия йодидом. Растворяют 0,5 г калия йодида в 100 мл свежеприготовленного раствора крахмала. Срок годности раствора 1 сут.
Йодкрахмальная бумага. Обездоленные бумажные фильтры пропитывают раствором крахмала с калия йодидом и сушат в темном помещении на воздухе, не содержащем паров кислот. Бумагу разрезают на полоски длиной около 50 мм и шириной около 6 мм. Полоска йодкрахмальной бумаги не должна тотчас синеть при смачивании ее 1 каплей раствора хлористоводородной кислоты (0,1 моль/л).
Йодкрахмальную бумагу хранят в банках оранжевого стекла с притертой пробкой в защищенном от света месте.
3 В медицине
Крахмал применяют как обволакивающее и защищающее слизистую оболочку желудка в форме отвара при отравлениях (после освобождения желудка) и в виде клизм при гастрите, язвенной болезни желудка, энтероколите. Крахмальный раствор образует коллоидную пленку на воспаленных участках, язвах и таким образом предохраняет ткани и находящиеся в них окончания чувствительных нервов от раздражения.
Также крахмал используется в виде присыпки при ожогах и опрелости кожи у детей. Крахмал в вате, в виде сухого компресса, рекомендуется при роже. С конопляным или подсолнечным маслом в форме мази применяется при воспалении грудной железы (мастит).
4 В фармацевтической технологии
Крахмал широко используется при изготовлении различных лекарственных форм в виде самостоятельного лекарственного вещества и как вспомогательный компонент. Он является действующим или индифферентным веществом в порошках, наполнителем, связывающим и опудривающим средством в таблетках, эмульгатором в эмульсиях, как склеивающее вещество при производстве пилюль.
Заключение
Крахмал имеет высокую пищевую ценность, широко используется в различных областях промышленности. Огромно его значение в химии и фармации. Без изучения физико-химических свойств крахмала невозможно совершенствование методов исследования и изготовления лекарственных препаратов, технологий пищевых производств.
В ходе проведения данной работы было изучено:
1.строение крахмала, его микроструктура, составляющие компоненты (амилоза и амилопектин), их характеристики, влияющие на свойства крахмала;
2.процесс синтеза крахмала в растениях и образование крахмальных зерен;
.виды крахмальных зерен и их разнообразие в различных видах растений;
.классификация крахмала по исходному сырью;
.физико-химические свойства, способствующие его использованию человеком в различных сферах жизни;
.технология получения крахмала из клубней картофеля;
.применение крахмала в медицине, химической, фармацевтической, пищевой, текстильной и других видах промышленности.
В настоящее время совершенствуются технологии картофелекрахмального и кукурузнокрахмального производства, разработаны и внедрены новые типы центробежных измельчающих машин, дуговых сит, в том числе напорных, гидроциклонов, пневматических сушилок.
Эпохальными стали разработки по использованию ферментных препаратов для гидролиза крахмала. Главный итог исследований в этой области - создание новой технологии глюкозы с применением ферментных препаратов и одностадийной кристаллизацией глюкозы.
С внедрением нового способа гидролиза крахмала были разработаны технологии таких сахаристых крахмалопродуктов, как гранулированная глюкоза, мальтин, глюкозно-фруктозные сиропы и др.
В 2001 и 2003 гг. в Москве успешно прошли международные конференции по крахмалу. В их работе принимали участие специалисты многих стран мира.
Список литературы
1.Государственная фармакопея СССР. 11-е изд. Вып. 2. М.:Медицина
2.Николай Руфеевич Андреев. Основы производства нативных крахмалов
3.Технология переработки продукции растениеводства / Под ред. Н. М. Личко. - М.: Колос 2000 Серия "Учебники и учеб. Пособия для студентов ВУЗов".
Фармацевтическая технология. Под ред. Краснюка И.И. и Михайловой Г.В. М.: Академия, 2007
5.Харкевич Д.А. Фармакология. М.: ГЕОТАР-Медиа, 2006.
Кретович В.Л. Основы биохимии растений. М.: Высшая школа, 1971.
Машковский М.Д. Лекарственные средства. М.: Медицина, 2002.
8.A. Buléon, P. Colonna, V. Planchot and S. Ball, Starch granules: structure and biosynthesis, Int. J. Biol. Macromol. 1998
9.S. Jobling, Improved starch for food and industrial applications, Curr. Opin. Plant Biol. 2004
L. Copeland, J. Blazek, H. Salman and M. C. Tang, Form and functionality of starch, Food Hydrocolloids 2009
11.Крахмал. Строение, физико-химические свойства. http://www.sev-chem.narod.ru/spravochnik/teoriya/krahmal.htm
Синтез, образование зерен крахмала http://www.sergey-osetrov.narod.ru/Raw_material/Structure_characteristic_categorization_starch.htm
Строение амилозы и амилопектина http://www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/547starch.html
Структура, свойства крахмала http://www.lsbu.ac.uk/water/hysta.html
Сайт Всероссийского научно-исследовательского института крахмалопродуктов (ВНИИК) http://www.arrisp.ru/index.shtml
Репетиторство
Нужна помощь по изучению какой-либы темы?
Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку
с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.
Крахмал. Он представляет собой сыпучий порошок белого или слегка желтоватого цвета. Энергетическая ценность 100 г крахмала (в ккал/кДж): картофельного - 299/1251; кукурузного - 329/1377. Крахмал хорошо усваивается организмом.
Основные виды крахмала: картофельный - получают из клубней картофеля, образует вязкий прозрачный клейстер; кукурузный - молочно-белый непрозрачный клейстер, имеет невысокую взякость, с запахом и привкусом, характерными для зерна кукурузы; пшеничный - обладает невысокой вязкостью, клейстер более прозрачный по сравнению с кукурузным.
Амилопектиновый крахмал получают из восковидной кукурузы. Клейстер из такого крахмала обладает хорошей вязкостью и влаго-удерживающей способностью. С раствором йода амилопектиновый крахмал дает характерное красно-коричневое окрашивание.
Высокоамилозный крахмал получают из высокоамилозных сортов кукурузы. Такой крахмал применяется в виде прозрачных пленок и съедобной пищевой оболочки в пищевой промышленности.
Кроме традиционных видов сырья (Картофеля, кукурузы, пшеницы) для производства крахмала в некоторых регионах используют и такие виды крахмалосодержащего сырья, как ячмень, рожь, рис (рисовая дробленка), горох. i
Химический состав и свойства крахмала. В клетках растений крахмал находится в виде плотных образований, получивших название крахмальных зерен. По внешнему виду зерен при микроскопирова-нии устанавливают происхождение крахмала и его однородность. Зерна картофельного крахмала от 15 до 100 мкм и более имеют овальную форму и на поверхности бороздки, концентрически размещенные вокруг глазка - точки или черточки. Более мелкие зерна имеют округлую форму. Крахмал, состоящий из крупных зерен, отличается
более высоким качеством. Зерна крахмала, выделенные из роговидной части эндосперма кукурузы - многогранные, из мучнистой - круглые. Товарный кукурузный крахмал составляют зерна величиной от 5 до 25 мкм, с большим круглым глазком на поверхности. Зерна пшеничного крахмала имеют плоскую эллиптическую или круглую форму с глазком, расположенным в центре. Пшеничный крахмал содержит фракции крупных зерен (от 20 до 35 мкм) и мелких (от 2 до 10 мкм).
Крахмалы ржаной и ячменный сходны по внешнему виду зерен с пшеничным. Рисовый крахмал состоит из наиболее мелких зерен - от 3 до 8 мкм.
Зерна рисового крахмала имеют многогранную форму. Плотность зерен крахмала: картофельного - около 1,65 кг/м 3 , кукурузного - 1,61, кг/м 3 .
Крахмал по химическому составу и строению относится к углеводам. Он представляет собой природный высокополимер, состоящий из сс-Д-ангидроглкжозных остатков.
Крахмальные зерна состоят из двух природных фракций - амилозы и амилопектина. Свойства этих полимеров различаются. Амилоза образует в горячей воде гидратированные мицеллы, но со временем ретроградирует (осаждается) в виде труднорастворимого геля. Амилопектин набухает вводе и дает стойкие вязкие коллоидные растворы: он препятствует ретроградации амилозы в растворах крахмала. Благодаря способности амилозы образовывать упорядоченные кристаллические структуры из амилозной фракции крахмала получают эластичные пленки.
В зависимости от строения и степени полимеризации макромолекул, прочности связей между ними, структуры и величины зерен крахмалы разного происхождения различаются свойствами. Особенно значительны различия между крахмалом картофельным и злаковым - пшеничным, кукурузным и др. Микропористое строение крахмальных зерен обусловливает их высокую сорбционную способность.
Благодаря гидрофильным свойствам амилозы и амилопектина крахмальные зерна при тонкопористой структуре очень гигроскопичны, особенно высокая гигроскопичность картофельного крахмала.
Основы производства картофельного крахмала. Производство картофельного крахмала условно можно разделить на четыре стадии. Первая стадия -подготовка сырья к переработке: мойка, отделение посторонних примесей и т. д. Во время второй стадии производства картофель измельчают методом истирания или тонкого дробления, чтобы вскрыть клетки тканей клубня и высвободить крахмальные зерна. Далее измельченную массу направляют на центрифуги для отделения сока, способствующего потемнению крахмала, снижению вязкости клейстера, развитию микробиологических процессов. От мезги крахмал отмывают водой на ситовых аппаратах в несколько стадий. Для разделения измельченной картофельной массы применяют гидроциклонные установки, на которых под действием центробежной силы разделяют водную крахмальную суспензию и смесь мезги с картофельным соком. Последняя стадия включает очистку от мелких частиц мезги, остатков картофельного сока и прочих примесей, в том числе и песка.
Основы производства кукурузного крахмала. Начальная стадия производства кукурузного крахмала заключается в замачивании очищенного от посторонних примесей зерна в растворе сернистой кислоты (0,2-0,3%) при температуре 50 °С для размягчения и извлечения из него экстрактивных веществ. На второй стадии замоченное зерно дробят на крупные части. Следующий этап производства кукурузного крахмала заключается в вымывании свободного крахмала водой и отделении зародыша. Путем тонкого измельчения оставшихся частей зерна освобождают связанные крахмальные зерна. Полученную кашку промывают водой, отделяя мезгу на ситах. Содержащийся в крахмальной суспензии глютен (нерастворимый белок) отделяют, применяя центробежные сепараторы, флотационные машины. Растворимые вещества удаляют, промывая крахмал на вакуум-фильтрах или шнековых центрифугах.
Сырой крахмал высушивают подогретым воздухом и просеивают для отделения крупки (слипшихся оклейстеризованных зерен), крупных комочков, случайных примесей и пропускают через магнитные сепараторы.
Показатели качества. Крахмал в зависимости от органолептических показателей и его состава подразделяют на сорта: картофельный - экстра, высший, 1-й и 2-й (для технических целей); кукурузный - высший, 1-й, амилопектиновый; пшеничный - экстра, высший, 1-й.
Качество картофельного крахмала оценивают согласно ГОСТ 7699-78, кукурузного - ГОСТ 7697-82.
Крахмал независимо от вида и сорта должен быть без посторонних привкусов и запахов. По цвету устанавливают вид и сорт крахмала. Картофельный крахмал сортов экстра и высший белого цвета с кристаллическим блеском; 1-го сорта имеет белый цвет; 2-го сорта - белый с сероватым оттенком. Кукурузный и пшеничный крахмалы имеют характерный природный желтоватый оттенок. .
Независимо от сорта и вида крахмала не допускаются примеси других видов крахмала и присутствие металломагнитных примесей. При просеивании 100 г крахмала через шелковое сито № 55 не должно оставаться песка. По физико-химическим показателям крахмал должен соответствовать требованиям и нормам, указанным в табл. 5.1.
Дефекты крахмала возникают в основном при нарушении технологии производства или условий хранения. К ним относятся наличие механических и посторонних примесей, запаха и вкуса испорченного продукта (брожения), хруста при разжевывании от минеральных примесей (песка), серый цвет крахмала и его повышенная влажность. Крахмал с наличием таких дефектов не допускается к реализации в торговой сети, но может быть использован для технических целей.
Упаковка и маркировка. Упаковывают крахмал в мешки льняные, кенафные, джутовые новые или бывшие в употреблении, чистые, сухие, I или II категории массой нетто от 15 до 60 кг. Крахмал, упакованный в двойные бязевые или бумажные многослойные мешки, размещают в наружные мешки из ткани. Для розничной торговли крахмал может быть расфасован массой нетто от 250 до 1000 г в тару из бумаги, полиэтилена и других полимерных материалов. Пачки и пакеты с крахмалом укладывают в чистые ящики по 30 кг.
На каждом мешке с крахмалом должен быть ярлык, на ящиках - этикетка с маркировкой, характеризующей продукцию; наименование организации, в систему которой входит предприятие-изготовитель; наименование предприятия-изготовителя, его местонахождение и товарный знак; наименование продукции с указанием вида и сорта; номер партии; масса нетто; дата выработки; количество единиц потребительской тары (для крахмала в пачках или пакетах); обозначение стандарта. На каждую пачку или пакет наклеивают этикетку, на которой указывают вышеперечисленные характеристики товара, но вместо количества единиц потребительской тары и номера партии обозначают срок хранения.
Хранят крахмал при относительной влажности воздуха не более 75%. Гарантийный срок хранения кукурузного и картофельного крахмала - 2 года, пшеничного - год. Крахмал хранят в упакованном виде на хорошо проветриваемых, -без посторонних запахов, не зараженных мучными вредителями складах.
Крахмалопродукты. Крахмалопаточная промышленность вырабатывает крахмалопродукты более сотни наименований. К крахмало-продуктам, используемым для пищевых целей, относятся: саго искусственное, модифицированные крахмалы, сахаристые гидролизаты крахмала - крахмальная патока, глюкоза и т. д.
Саго выпускают трех видов: натуральное - получают из сердцевины саговых пальм; искусственное - из картофельного и кукурузного крахмала высшего и 1-го сортов; саго-тапиока - из крахмала корней маниоки.
Саго имеет нежный вкус и хорошо усваивается. Из него готовят каши, начинки и др.
Выпускают искусственное саго с зернами диаметром (в мм): мелкое - от 1,5 до 2,1 и крупное - от 2,1 до 3,1. Крупного саго в мелком и мелкого в крупном допускается не более 10%.
По качеству саго делят на высший и 1-й сорта. Саго высшего сорта из картофельного крахмала матово-белое, 1-го сорта может иметь сероватый оттенок. Саго из кукурузного крахмала имеет желтоватый оттенок. В саго не допускаются посторонние привкусы, запахи, хруст при кулинарной пробе. Нормируются влажность (картофельного саго - не более 16%, кукурузного - не более 13%), зольность, кислотность, набухаемость саго, содержание в нем мелочи (частичек менее 1,4 мм).
Упаковывают саго в мешки массой по 50 кг или фасуют в мелкую тару.
Модифицированный крахмал - с направленно измененными свойствами, бывает следующих разновидностей.
Набухающий крахмал получают высушиванием клейстера на специальных сушилках и измельчением пленки в порошок, частицы которого набухают при смачивании водой и увеличиваются в объеме.
Окисленный крахмал получают способом окисления различными окислителями; в зависимости от степени окисления можно получить крахмал с различной вязкостью и желирующей способностью.
Желирующий крахмал - один из видов окисленного крахмала; получают обработкой (КМп0 4) крахмальной суспензии в кислой среде. Применяют в качестве желирующего средства взамен агара и агароида; картофельный желирующий крахмал марок А и Б - в кондитерской промышленности, картофельный и кукурузный желирующий крахмал.- в холодильной промышленности.
Крахмальную патоку вырабатывают из злакового и картофельного крахмала. Представляет собой сладкую, очень густую и вязкую жидкость, бесцветную с желтоватым оттенком. Вырабатывают патоку кислотного гидролиза (гидролиз крахмала под действием соляной кислоты при избыточном давлении и температуре около 140 °С) и патоку ферментативного гидролиза (гидролиз под действием ферментов проросших зерен злаковых культур, плесневых грибов и бактерий при температуре около 60 °С). Используют патоку в основном в кондитерском производстве.
Мальтодекстрины относятся к продуктам ферментативного гидролиза крахмала. Они представляют собой полимеры, молекула которых составлена из пяти-десяти глюкозных остатков. Мальтодекстрины не имеют вкуса и запаха, при концентрации свыше 30% образуют вязкие растворы, способные замедлять кристаллизацию. Их используют при производстве пищевых продуктов в качестве наполнителей, как добавку при выработке мороженого, кремов.
Глюкоза - продукт полного гидролиза крахмала. Вырабатывают глюкозу кристаллическую, медицинскую, пищевую, техническую. Используют при производстве детских кондитерских изделий, напитков, мороженого.
Крахмал – растительный полисахарид со сложным строением. Он состоит из амилозы и амилопектина; их соотношение различно в различных крахмалах (амилозы 13 – 30%; амилопектина 70 – 85%).
Амилоза и амилопектин (их свойства приведены в таблице 1) в растениях формируются в виде крахмальных зерен, структура которых до конца не выяснена.
Таблица 1. Свойства амилозы и амилопектина
Крахмал является важным компонентом пищевых продуктов, исполняя роль загустителя и связывающего агента. В одних случаях он присутствует в сырье, которое перерабатывается в пищевые продукты (например, хлебобулочные изделия). В других его добавляют для придания продукту тех или иных свойств – он используется широко при производстве пудингов, концентратов супов, киселей, соусов, салатных приправ, начинок, майонеза; один из компонентов крахмала – амилоза используется для пищевых оболочек и покрытий.
К основным физико-химическим свойствам крахмала, имеющим большое значение для пищевых продуктов относятся способность крахмала к клейстеризации, вязкость клейстеризованных растворов и их способность давать студни.
Неповрежденные крахмальные зерна нерастворимы в воде, но могут обратимо впитывать влагу и легко набухают. Увеличение диаметра зерен при набухании зависит от вида крахмала. Например, для обычного кукурузного крахмала – 9,1%, для восковидного – 22,7%.
Клейстеризация крахмала проявляется при его нагревании в воде, и эта его способность к клейстерообразованию обусловлена наличием в нем амилопектина. В первой фазе нагревания вода медленно и обратимо поглощается зернами крахмала, причем происходит их ограниченное набухание. Вторая фаза характеризуется тем, что зерна быстро набухают, во много раз увеличиваясь, поглощая большое количество влаги и быстро теряя двойное лучепреломление, т. е. свою кристаллическую структуру. При этом вязкость крахмальной суспензии быстро возрастает, и небольшое количество крахмала растворяется в воде. В третьей фазе набухания, протекающей при повышенных температурах, зерна становятся почти бесформенными мешочками, из которых вымылась наиболее растворимая часть крахмала. Как правило, большие крахмальные зерна клейстеризуются при более низкой температуре, чем мелкие. Температуру, соответствующую разрушению внутренней структуры крахмальных зерен, называют температурой клейстеризации. Она зависит от источника получения крахмала (табл. 2).
Таблица 2. Зависимость температуры клейстеризации крахмала от источника получения
|
Источник |
Температуры клейстеризации, °С |
|
|
Кукуруза |
||
|
Картофель |
||
| Рожь | ||
| Ячмень | ||
| Овес | ||
| Сорго | ||
| Горох | ||
| Фасоль | ||
| Восковидная кукуруза |
Вязкость крахмальных клейстеров имеет очень важное практическое значение. При этом вязкость амилопектиновой фракции выше, чем амилозной, вследствие своего ветвистого строения молекулы амилопектина (внутреннее трение, у растворов с такими объемистыми молекулами больше).
Кривые вязкости, полученные на ротационном вискозиметре, показывают, что сначала увеличение температуры ведет к крутому подъему вязкости, что связано с набуханием крахмальных зерен. Затем набухшие крахмальные зерна разрываются и дезинтегрируют, вызывая падение вязкости (рис. 1). Наклон кривых сильно различается для различных краxмалов.
Рис. 1. Изменение вязкости в процессе клейстеризации крахмальной суспензии.
Пищевые кулинарные изделия, получаемые из крахмала (соусы, подливки, кисели и пр.), должны обладать необходимой вязкостью. Чем большую вязкость имеет клейстер, содержащий определенное количество крахмала, тем меньше его надо расходовать для получения продуктов с требуемой вязкостью. Картофельный крахмал дает клейстеры со значительно большей (в среднем) вязкостью, чем кукурузный. Для получения клейстеров с одинаковой вязкостью нужно брать разные количества того или иного крахмала.
Клейстеризация крахмала, вязкость крахмальных растворов, характеристика крахмальных гелей зависят не только от температуры, но и от вида и количества других присутствующих компонентов. С этим необходимо считаться, поскольку в процессе производства пищевых продуктов крахмал находится в присутствии таких веществ, как сахар, белки, жиры, пищевые кислоты и вода.
На клейстеризацию крахмала при производстве пищевых продуктов оказывают влияние и липиды – триглицериды (жиры, масла), моно- и диглицериды. Жиры, которые могут давать комплексы с амилозой, тормозят набухание крахмальных зерен. Вследствие этого в белом хлебе, в котором мало жира, 96% крахмала обычно полностью клейстеризовано. При производстве пекарских изделий эти два фактора (большие концентрации жира и низкая а w) вносят большой вклад в неклейстеризацию крахмала.
Моноглицериды жирных кислот (С 16 – С 18) приводят к увеличению температуры клейстеризации, увеличению температуры, соответствующей пику вязкости, уменьшению силы геля. Это связано с тем, что компоненты жирных кислот в моноацилглицеридах могут образовывать соединения включения с амилозой, а, возможно, и с длинными внешними цепями амилопектина.
Кислоты присутствуют во многих продуктах, где используется крахмал в качестве загустителя. При низких рН (салатные приправы, фруктовые начинки) имеет место значительное снижение пика вязкости крахмальных клейстеров и быстрое снижение вязкости при нагревании.
Поскольку при низких рН имеет место интенсивный гидролиз с образованием незагустевающих декстринов, необходимо, чтобы избежать кислотного разжижения, использовать в качестве загустителя в кислых продуктах модифицированные поперечно-сшитые крахмалы.
Студнеобразующая способность проявляется при достаточном содержании крахмала в клейстерах, а образование и свойства студней из них зависят, в основном, от амилозной фракции. Известно, что студни образуются в тех случаях, когда молекулы имеют цепочное (линейное) строение.
Образование студней используется, например, при изготовлении киселей, запеканок, конфет, колбас и др.
Свойства крахмальных студней зависят от концентрации крахмала, продолжительности выстойки и других факторов. Прочность студней быстро возрастает при их хранении и выстойке, причем наиболее быстро у концентрированных студней.
Студни из крахмалов разных видов по своим свойствам не одинаковы.
Студни, изменившие первоначальную прочность во время хранения, после вторичного нагревания приобретают ее снова, т. е. явления структурообразования обратимы при нагревании, причем у рисовых и пшеничных крахмалов наблюдается полная обратимость, а у картофельных – ограниченная.
У крахмальных студней, особенно из картофельного крахмала, с течением времени наблюдается синерезис, проявляющийся в том, что в результате уплотнения гелевой структуры выделяется свободная вода на поверхности.
В молекуле крахмала имеется много свободных гидроксильных групп, которые способны вступать в химические реакции со многими соединениями и давать эфиры и различные производные. На этом основано получение различных модифицированных его производных.
Модифицированные, или измененные, крахмалы, обладающие новыми свойствами, находят все большее и разнообразное применение в различных отраслях пищевой промышленности.
Модифицированные крахмалы имеют, как правило, такой же внешний вид, как и обычный (нативный) крахмал. Однако, воздействуя на него различными физическими, химическими и биологическими реагентами, изменяющими направленно такие его свойства, как растворимость, вязкость, прозрачность, стабильность клейстеров и другие физико-химические параметры, получают крахмалы с удивительными свойствами. Крахмалы, свойства которых изменены в результате специальной обработки, называют модифицированными крахмалами.
Основными превращениями, которые претерпевают крахмалы в
1. Расщепление (деполимеризация) полисахаридных компонентов крахмала с сохранением или без сохранения зернистой структуры.
2. Увеличение количества существующих или появление новых функциональных групп, перестройка структуры полисахаридных цепей в результате трансгликолизирования.
3. Потеря зернами крахмала первоначальной структуры и приобретение ими после дегидратации новой структуры.
4. Взаимодействие гидроксильных групп крахмала с различными химическими веществами с образованием эфирных связей и присоединением их остатков.
5. Одновременная полимеризация блоков частичного гидролиза крахмала и других мономеров (сополимеризация) с образованием новых соединений.
Модифицированные крахмалы могут быть получены путем одного из указанных превращений или в результате двух и более превращений, протекающих одновременно или последовательно.
Набухающие крахмалы получают полной или частичной клейстеризацией нативного или модифицированного крахмала в воде при нагревании с последующим высушиванием клейстера и измельчением. Они способны набухать в холодной воде, полностью или частично переходить в растворимое состояние. Набухающие крахмалы вводят в сухие смеси мороженного, пудингов, кремов и других изделий быстрого приготовления.
Крахмал, модифицированный кислотой , получают при нагревании слабо подкисленной водной суспензии крахмальных зерен до температуры 45 – 50 °С. В зернах ослабляются межмолекулярные связи и происходит частичное расщепление гликозидных связей. Молекулы амилопектина становятся менее разветвленными, вследствие чего крахмал дает более прозрачные студни. Этот крахмал практически нерастворим в холодной воде, но хорошо растворим в кипящей воде. Для этого крахмала, по сравнению с исходным, характерна более низкая вязкость горячих клейстеров, уменьшение силы геля, увеличение температуры клейстеризации. Крахмал, модифицированный кислотой, широко применяют в пищевой промышленности: кукурузный и пшеничный – для приготовления конфет, рахат-лукума и других кондитерских изделий; картофельный – для пудинговых смесей.
Этерифицированные крахмалы. Известно, что крахмал может быть подвергнут этерификации. В пищевой промышленности чаще применяют крахмалофосфаты – эфиры крахмала и солей фосфорной кислоты. Их используют в качестве загустителей, стабилизаторов, эмульгаторов, не имеющих запаха и вкуса
Монофосфаты получают при нагревании крахмала с водорастворимыми фосфатами, солями орто-, пиро- или метафосфорной кислоты в течение 1 – 6 ч при повышенной температуре (обычно 50 – 60 °С). По сравнению с обычным крахмалом этот крахмал имеет более низкую температуру клейстеризации, набухает в холодной воде (СЗ = 0,07 и выше), имеет пониженную способность к ретроградации. Характеристика фосфатных зерновых крахмалов в принципе подобна картофельному крахмалу, который тоже содержит фосфатные группы. Монофосфатный крахмал применяют в замороженных продуктах в качестве загустителя, благодаря его исключительной стабильности при замораживании-оттаивании. Предварительно клейстеризованныи фосфатный крахмал диспергируется в холодной воде, благодаря чему может успешно использоваться в инстант-десертных порошкообразных продуктах и в мороженом.
В отличие от монофосфатного крахмала, в дифосфатном крахмале фосфат этерифицируется с двумя гидроксильными группами, часто из двух соседних крахмальных цепей. Таким образом, образуется химический мост между близлежащими цепями, и эти крахмалы относят к поперечно-сшитым крахмалам. Наличие ковалентной связи между двумя крахмальными цепями предохраняет крахмальные зерна от набухания, дает большую стабильность при нагревании и возможном гидролизе.
Поперечно-сшитые крахмалы могут быть получены реакцией крахмала (R-ОН) с би- и полифункциональными агентами, такими как триметафосфат натрия, оксихлорид фосфора, смешанные ангидриды уксусной и дикарбоновой (например, адипиновой) кислот.
Наиболее значительное изменение в свойствах поперечно-сшитого крахмала – высокая стабильность при повышенных температурах, низких значениях рН, механических воздействиях, снижение способности к ретроградации, стабильность при замораживании – оттаивании; при хранении клейстеров поперечно-сшитых крахмалов не наблюдается синерезис. Благодаря этим свойствам поперечно-сшитые крахмалы применяют в детском питании, салатных приправах, фруктовых начинках, в кремах.
Ацетаты крахмала низкой степени замещения получают путем обработки зерен крахмала уксусной кислотой или, предпочтительнее, ацетангидридом в присутствии катализатора (как правило при рН 7-11; t = 25 °С; СЗ = 0,5). Растворы ацетатов крахмала очень стабильны, поскольку наличие ацетил-групп препятствует ассоциации двух амилозных молекул и длинных боковых цепей амилопектина. Ацетаты крахмала по сравнению с обычным кукурузным крахмалом имеют пониженную температуру клейстеризации, пониженную способность к ретроградации, образуют прозрачные и стабильные клейстеры. Благодаря этим качествам ацетаты крахмала применяют в замороженных продуктах, пекарских изделиях, инстант-порошках и т.д.
Окисленные крахмалы вырабатывают с применением перманганата, гипохлорита, перекисей, йодной кислоты. Окислители вызывают гидролитическое расщепление гликозидных связей, окисление спиртовых групп в карбонильные и карбоксильные. Крахмал окисляют в водных суспензиях и полусухой. Окисленные крахмалы, по сравнению с исходным, способны давать менее вязкие, но более прозрачные и стабильные клейстеры. Их применяют в качестве заменителей агара, агароида при производстве желейных кондитерских изделий, для стабилизации мороженого и др. Диальдегидный крахмал, полученный под действием йодной кислоты (со степенью окисления до 2%), используют в хлебопечении, он оказывает укрепляющее действие на клейковину муки.
