Крахмал и крахмалопродукты
Крахмал издавна применяется в кулинарии, в кондитерской промышленности и для других целей. В настоящее время из крахмала вырабатывают разнообразные по свойствам крахмалопродукты. Их используют в пищевой промышленности в качестве заменителей сахара, эмульгаторов, загустителей, стабилизаторов структуры, наполнителей, снижающих калорийность изделий. В кондитерском производстве необходимым сырьем являются крахмальные патоки, обладающие антикристаллизационным действием.
Для удовлетворения спроса на крахмал и крахмалопродукты создаются новые предприятия крахмалопаточной промышленности, увеличиваются ресурсы сырья.
Крахмал получают из запасающих органов растений, в которых он откладывается как резервный углевод. По внешнему виду - это сыпучий порошок белого или слегка желтоватого цвета. Энергетическая ценность 100 г крахмала (в кДж): картофельного - 1251, кукурузного - 1376. Крахмал хорошо переваривается и легко усваивается организмом.
Состав и основные свойства крахмала. В клетках растений крахмал находится в виде плотных образований, получивших название крахмальных зерен. В зависимости от вида растений, внешних условий в период формирования крахмальные зерна различаются строением, формой и размерами. По их внешнему виду при микроскопировании устанавливают происхождение крахмала или его однородность. Крупные зерна картофельного крахмала (от 15 до 100 мкм и более) имеют овальную форму и на поверхности бороздки, концентрически размещенные вокруг глазка - точки или черточки. Мелкие зерна - круглые. 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. Для пшеничного крахмала характерно присутствие зерен двух фракций: крупных - от 20 до 35 мкм и мелких - от 2 до 10 мкм. Форма их плоская эллиптическая или круглая. Глазок, расположенный в центре, заметен только в крупных зернах. Крахмал ржаной и ячменный сходны по внешнему виду зерен с пшеничным. Рисовый крахмал состоит из наиболее мелких зерен - от 3 до 8 мкм, имеющих многогранную форму.
Плотность зерен крахмала (в кг/м3): картофельного - около 1,65, кукурузного- 1,61. Масса 1 м картофельного крахмала влажностью 20 % - 650 кг.
Крахмал - природный высокополимер, состоящий из ос-Д-ангидроглюкозных остатков. Общая формула крахмала
Важнейшее свойство крахмала - способность подвергаться гидролизу под действием кислот и ферментов.
В состав крахмальных зерен входят две природные фракции крахмала - амилоза и амилопектин. В амилозе остатки глюкозы соединены в основном а-1,4-гликозидными связями.
Линейная или слабо разветвленная цепь амилозы способна благодаря а-1,4-гликозидным связям закручиваться в спираль с периодом в 6-7 остатков глюкозы. Спиралеобразное строение амилозы обусловливает ее способность образовывать комплексные соединения с йодом и некоторыми другими веществами. Полимеризация макромолекул амилозы различна - достигает 1000-6000 и более глюкозных остатков. Для амилопектина характерна разветвленная структура. В линейных участках остатки глюкозы связаны а-1,4, а в точках ответвлений - а-1,6-гликозидными связями. Степень полимеризации амилопектина значительно выше, чем амилозы.
Свойства этих полимеров различаются. Так, амилоза образует в горячей воде гидратированные мицеллы, но со временем ретро-градирует (осаждается) в виде труднорастворимого геля. Амилопектин набухает в воде 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 растворе амилоза окрашивается йодом в чисто синий цвет. Амилопектин дает с йодом фиолетово-красное окрашивание. В крахмале большинства растений на долю амилозы приходится 17-25%. В восковидных зернах кукурузы амилоза почти отсутствует.
В природных крахмалах помимо углеводов содержится 2-4 % Других веществ. Их присутствие существенно влияет на свойства товарного крахмала. В картофельном крахмале фосфорная кислота (0,25 %) образует эфиры с амилопектином и влияет на кислотность крахмала, удерживает катионы щелочных и щелочно-земельных металлов. Щелочные катионы обусловливают прозрачность и повышают вязкость крахмального клейстера, а щелочно-земель-ные снижают прозрачность и вязкость. Злаковые крахмалы содержат жирные кислоты (около 0,6 %), адсорбированные на полиса-харидной фракции. Они влияют на запах и цвет крахмала, ухудшают качество получаемых из него продуктов. В крахмальных зернах содержится аморфный белок. При производстве этих крахмалов, кроме того, частично остаются трудноотделямые примеси азотистых веществ.
Запах крахмала слабый, более выраженный у картофельного, содержащего эфирные масла (0,0001-0,1 %). Крахмал как запасной полисахарид присутствует в растительных клетках в водонера-створимой форме. Поэтому хорошо промытый, не подвергавшийся порче крахмал безвкусен.
Крахмальные зерна имеют кристаллическую структуру, способны к двойному лучепреломлению. Микрокристаллы крахмальных зерен образованы макромолекулами амилозы и амилопектина. На свойства крахмала влияет прочность валентных (водородных, эфирных) связей между ними. Внешний слой крахмальных зерен - оболочка - отличается от внутренних большей плотностью к внешним воздействиям.
В зависимости от строения и степени полимеризации макромолекул, прочности связей между ними, структуры и величины зерен крахмалы разного происхождения различаются по свойствам. 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 высока гигроскопичность картофельного крахмала.
Крахмал - гидрофильный высокополимер, его зерна набухают в воде. Большая набухаемость зерен также характерна для картофельного крахмала. Набухание сопровождается гидратацией макромолекул, ослаблением и разрушением водородных связей между ними. В холодной воде (до 40-45 °С) крахмал набухает ограниченно, зерна сохраняют первоначальный внешний вид. С повышением температуры крахмал поглощает больше воды, многократно увеличиваются объем зерен и вязкость суспензии. При этом структура зерен разрушается. Более растворимая часть крахмала переходит в раствор. Этот процесс получил название клейстеризации, а температура, при которой крахмальная суспензия приобретает наибольшую вязкость,- температуры клейстеризации. Дальнейшее повышение температуры приводит к снижению вязкости клейстера вследствие нарастающего разрушения связей между макромолекулами, их диспергирования. В табл. 23 указывается температура клейстеризации основных видов крахмала.
Углеводный состав крахмала влияет на вязкость клейстера. Амилозная фракция образует менее вязкие клейстеры, чем амило-пектиновая. Вязкость клейстеров картофельного крахмала значительно выше, чем кукурузного и пшеничного.
Крахмальные клейстеры достаточной концентрации (около 6-8%) после охлаждения переходят в студни, устойчивость которых зависит от способности амилозы к ретроградации. С повышением температуры ретроградация крахмального студня замедляется. Амилоза картофеля имеет меньшую скорость ретроградации, чем кукурузы и пшеницы. Студни из картофельного крахмала сохраняются дольше. Важным свойством студней является их прозрачность, определяемая свойствами амилопектина, наличием связанной с ним фосфорной кислоты, ионов щелочных или щелочноземельных металлов. Студень картофельного крахмала - прозрачный, бесцветный, тягучий; кукурузного - молочно-белого цвета, пастообразный. Для кулинарии более ценен картофельный крахмал, кукурузный - больше применяют в кондитерском производстве, перерабатывают в крахмалопродукты.
Производство крахмала. 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.
