Состав и основные свойства крахмала

Модифицированные  крахмалы могут быть получены путем  одного  из указанных  превращений  или в результате  двух и более превращений, протекающих одновременно или последовательно.

   Условно модифицированные крахмалы подразделяют на 2-е большие группы: расщепленные эфиры и сополимеры крахмала.

   Расщепленные  крахмалы приготавливают путем термического, механического   действия,   обработки  полисахарида  кислотами, окислителями, амилазами,  некоторыми солями,  облучения y-лучами, пучком электронов,  ультразвуком  и другими  действиями,вызывающими  деструкцию либо структуры крахмального зерна, либо полисахаридных цепей. В результате подобных воздействий происходит направленное или хаотичное расщепление гликозидных,  а иногда и других валентных связей.   При этом в полисахаридных структурах  происходит  уменьшение  размера  частиц, а

следовательно, и молекулярной массы, появляются новые свободные карбоксильные группы, возникают внутри- и межмолекулярные связи.

   Под  действием  термической   обработки  может  частично  или полностью разрушаться структура крахмальных зерен.  Клейстеры расщепленных крахмалов отличаются пониженной вязкостью, большей прозрачностью и стабильностью при хранении.  Из - за сравнительно низкой вязкости клейстеров расщепленные крахмалы называют жидкокипящими.

   Крахмал, модифицированный кислотой, получают при нагревании слабо подкисленной водной  суспензии  крахмальных  зерен до температуры 45 – 50^о С. В зернах ослабляются межмолекулярные  связи  и  происходит  частичное  расщепление гликозидных связей.  Молекулы амилопектина становятся менее разветвлеными,  вследствие  чего  крахмал  дает более прозрачные студни. Крахмал,  модифицированный  кислотой,  широко применяют в пищевой промышленности: кукурузный и пшеничный – для приготовления  конфет,  рахат-лукума  и других кондитерских изделий; картофельный – для пудинговых смесей.

   Окисленные крахмалы вырабатывают  с применением пергамента, 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 до2%), используют в хлебопечении, он оказывает укрепляющее действие на клейковину муки.

    Набухающие  крахмалы  получают  полной  или  частичной клейстеризацией нативного или модифицированного крахмала в воде при нагревании с последующим высушиванием кле-йстера и измельчением. Они способны в холодной воде, полностью  или  частично  переходить  в растворимое состояние. Набухающие крахмалы вводят в сухие смеси мороженого, пудингов, кремов и других изделий быстрого приготовления.

   Эфиры  и сополимеры  крахмала.  В результате  присоединения химических радикалов или совместной полимеризации с другими высокомолекулярными соединениями крахмал приобретает новые свойства.  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 до 120 – 180^о С. Температура их клейстеризации ниже, а вязкость клейстера выше, чем исходного крахмала.

    Дикрахмалфосфаты –  продукты термической обработки сухого крахмала в присутствии триметафосфата натрия, хлорокиси фосфора.  В макромолекулах возникают поперечные эфирные  связи  (поперечносвязанные  крахмалы).  Полученный  в определенных условиях дикрахмалофосфат  образует клейстеры,  устойчивые к воздействию  высоких температур, кислой среды, перемешиванию. Его используют для загущения консервов, подвергающихся стерилизации. В монофосфатах, используемых для пищевых целей, замещенного фосфора должно быть не более 0,4%, в дикрахмалофосфатах – не более 0,04%.

   Эфиры крахмала и уксусной кислоты характеризуются повышенной стабильностью и прозрачностью растворов,  способностью образовывать прочные пленки.

   При получении сахаристых продуктов крахмала используют его способность гидролизоваться (осахариваться) под действием кислот и ферментов. В зависимости от условий и деятельности кислотного гидролиза получают крахмальные гидролизаты, различающиеся по углеводному составу – содержанию декстринов, сахаридов, мальтозы, глюкозы.

   Содержание редуцирующих веществ  в продуктах гидролиза крахмала  характеризуется  глюкозным  эквивалентом   (ГЭ) .

Крахмальные в соответствии с ГЭ могут быть низкоосахаренными (ниже 40%), среднесахаристыми (40-60%), высокосахаристыми (больше 60%).Гидролизаты с низким ГЭ отличаются высокой вязкостью, антикристаллиизационным действием, способны стабилизировать пены и эмульсии. Гидролизаты с высоким ГЭ сладкие,гигроскопичные, повышают осмотическое давление, обладают консервирующим действием.

 

5.2 Крахмальная патока.

5.2.1 Факторы, формирующие  качество патоки.

 

   Патока кислотного гидролиза. Превращение крахмала в глюкозу при кислотном гидролизе выражается общим уравнением:

 

                              (С₆Н₁₀ О₅)_n + nН₂О = nС₆Н₁₂ О₆.

 

   Под  действием  ионов   водорода в водной среде разрываются а-1,4-  и  а-1,6-гликозидные связи.  По месту разрыва атом воды водорода  с кислородом гликозидного мостика образует у  пер вого углеродного атома остатка глюкозы альдегидную группу в

полуацетальной  форме. Гидроксил воды в зависимости  от а-1,4-или а-1,6-  гликозидной связи  присоединяется к четвертому или шестому углеродному атому второго остатка глюкозы. С увеличением числа разрывов  увеличивается  количество  образован ных свободных альдегидных групп и соответственно возрастае редуцирующая способность продуктов гидролиза.  Гидролиз  крахмала, по-видимому,  нельзя  рассматривать как

реакцию, при которой сначала образуются одни продукты,  а из них затем другие. Так, от декстринов наряду с отщеплением мальтозы отщепляется и непосредственно молекула глюкозы. При неполном гидролизе среди образовавшихся веществ содержатся

глюкоза, мальтоза, мальтотриоза,  мальтотетраоза  и разные виды декстринов.  В условиях кислотного  гидролиза  при получении  патоки   разрыв  макромолекул  амилозы  и   амилопектина происходит  с образованием продуктов разной степени  деполимеризации – декстринов,  мальтозы,  глюкозы. Однако  по  мере протекания процесса гидролиза содержание  декстринов снижается, а глюкозы увеличивается. Наряду с основным процессом-гидролизом крахмала–происходят побочные реакции реверсиии разложения глюкозы.

   Реверсия  глюкозы – обратимый   процесс  ее полимеризации  с  образованием  в основном  других  дисахаридов – гентиобиозы, изомальтозы  и других,  а также трисахаридов  и более сложных олигосахаридов:

 

   2С₆Н₁₂ О₆  ó С₁₂Н₂₂ О₁₁ + Н₂₀

   2С₆Н₁₂ О₆  ó С₁₂Н₂₀ О₁₀ + 2Н₂₀  и др.

   Глюкоза            Ревертоза

 

  В  гидролизатах крахмала, в зависимости от интенсивности кислотного гидролизата и содержания свободной воды, продукты реверсии могут составлять до 5% и более.

   Реакция реверсии глюкозы обратима, поэтому продукты реакподвержены снова гидролизу и дают опять глюкозу. В связи с этим равновесие  в растворах,  содержащих глюкозу  и продукты реверсии, наступает при сравнительно малых концентрациях продуктов  реверсии.  В патоке – продукте неполного гидролиза крахмала – количество  ревертоз  сравнительно  меньше,чем в продуктах полного гидролиза крахмала.

   В то же время происходит  и необратимая интрамолекулярная дегидратация глюкозы как вторичная реакция в кислой среде  с образованием оксиметилфурфурола, из которого затем получаются левулиновая и муравьиная кислоты. При обычных условиях гидролиза крахмала реакции данного типа  занимают  незначительное место, а продуктов этих реакций образуется до 1%.

   Оксиметилфурфурол – нестойкое соединение, из которого могут образовываться, помимо указанных выше,и другие соединения.  Его присутствие  связано с появлением красящих веществ. В то же время при полимеризации оксиметилфурфурола образуются красящие вещества желто-коричневого цвета.Накапливающиеся  в  патоке  продукты  разложения  глюкозы ухудшают ее состав, цвет, повышают гигроскопичность. В разных видах патоки обнаружено содержание от 2 до 20мг% оксиметилфурфурола.  Примеси,  присутствующие  в крахмале, способствуют протеканию и других побочных реакций с образованием темноокрашенных соединений.Темная окраска  гидролизатов  крахмала и потемнение патоки в известной степени связаны также  с образованием меланоидинов.  Гидролизаты имеют темный цвет  за счет образования при  взаимодействии редуцирующих сахаров, альдегидов, в том числе  оксиметилфурфурола,  с аминокислотами  и азотистыми  веществами, содержащими  аминогруппы.  Меланоидины образуются, например, при наличии глюкозы и аминного азота, т. е. в

условиях, встречающихся в патоках, и начинают накапливаться во время гидролиза при  рН около 2,2.  Присутствие небольших количеств ионов меди (10мг  на 1 кг  и более), ионов кальция, а также  разложение   оксиметилфурфурола,  которое  ускоряется под  действием  света,  значительно  способствуют потемнению патоки. Получению бесцветной и малоокрашенной патоки бла-гоприятствуют такие условия, при которых получается наименьшее количество аминного азота (аминокислот, белковых веществ и пр.), солей кальция, магния, меди  и ионов других тяжелыхметаллов, присутствие сернистой кислоты (SO₂),  которая в зна-чительной степени тормозит реакцию образования меланоидинов.

   Патоку крахмальную  в нашей стране  вырабатывают из кукурузного и картофельного крахмала трех видов: карамельная, карамельная  низкоосахаренная  и глюкозная  высокоосахаренная.Карамельная патока, в зависимости от показателей,качества,вырабатывается высшего и первого сортов.

   Для получения патоки крахмальной  к крахмальной суспензии с концентрацией сухих веществ около 40% добавляют соляную кислоту до содержания 0,2 – 0,25%  газообразного НС1  к массе крахмала. Гидролиз протекает при избыточном давлении и температуре около 140^оС. По достижении необходимой стадии осахаривания, проверяемой по  йодной  пробе,  гидролизат нейтрализуют раствором соды до рН 4,7 – 4,9, фильтруют и обрабатывают  активированным  углем  для  снижения цветности патоки. Патоку, уваренную в  вакуум-аппарате до содержания 78 %  су-хих веществ, быстро охлаждают и направляют на хранение илиотгружают потребителям.

   Основной  потребитель  патоки  –  кондитерская  промышленность (до 90% всей  вырабатываемой патоки). Патоку применяют для приготовления карамели,  халвы, конфетных масс, сиропов, пряников и других изделий.Наряду со сладким  вкусом патока  обладает свойствами антикристаллизатора и регулятора гигроскопичности продуктов, что

оказывает влияние  на  их  консистенцию.  Эти свойства патоки определяются входящими в ее состав углеводами. Так, декстрины придают  патоке  высокую  вязкость,  обусловливая  ее антикристаллизационные  свойства,  а продукты  реверсии  глюкозы задерживают процессы кристаллизации сахарозы и поэтому кристаллизация сахарозы  в сахаропаточных  сиропах  затруднена по  сравнению  с  чистыми  растворами  вследствие  повышения

вязкости  и растворимости смеси сахаров. С увеличением содержания  редуцирующих  веществ  возрастает   гигроскопичность кондитерских и других изделий, изготовленных с ее добавлением.

    Патока  должна быть  бесцветной  или окрашенной до темно желтого цвета и прозрачной.  Цвет  патоки зависит главным образом от  качества  применяемых крахмалов и осветляющих адсорбентов, без посторонних привкусов и запахов. По органолептическим и физико-химическим показателям крахмальная должна соответствовать требованиям ГОСТ 5194-91.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                     Таблица 10

 

          Физико-химические свойства патоки.

 

 

Показатель	Крахмаль- ная низко-осахаренная патока (КН)	Крахмальная патока			Глюкозная высоко-осахарен-ная (ГВ)
		Высшего сорта (КВ)	Первого сорта (КI)
Прозрачность	Прозрачная. Допускается  небольшая опалесценция. Леденец, получаемый при варке карамельной пробы, должен быть прозрачным
Вкус и запах	Свойственные патоке, без посторонних  оттенков
Содержание сухих веществ, не менее	78	78		78		78
Содержание редуцирующих веществ ( в пересчете на сухое  вещество),%	30-34	38-42		34-44		44-60
Кислотность патоки ( в пересчете на сухое вещество), мл 0,1 н. раствора NaOН, не более:  картофельной кукурузной	25 12	25 12		27 15		- -
pH картофельной и кукурузной патоки, не ниже	4,6	4,6		4,6		-
Температура карамельной  пробы, 0С	155	145		140		-
Цветность по эталону, мл, не более	-	3		6		-
Присутствие тяжелых металлов и мышьяка, свободных минеральных  кислот, механических примесей	Не допускается