Функциональные свойства крахмала, виды модифицированных крахмалов

Клейстеризация. Неповрежденные крахмальные зерна нера­створимы в холодной 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%.

По мере повышения температуры увеличивается колебание крахмаль­ных молекул, разрушаются межмолекулярные связи, что приводит к ос­вобождению мест связывания для взаимодействия с молекулами воды через водородные связи. Это проникновение воды и увеличивающееся разделение больших и длинных сегментов крахмальных цепей увеличи­вает неупорядоченность в общей структуре и уменьшает число и размер кристаллических областей. При дальнейшем нагреве в присутствии боль­шого количества воды происходит полная потеря кристалличности, со­провождающаяся потерей очертания крахмальных зерен. Температуру, соответствующую разрушению внут­ренней структуры крахмальных зерен, называют температурой клейстеризации. Она зависит от источника получения крахмала.

Во время клейстеризации зерна крахмала набухают очень сильно, сначала увеличение температуры ведет к крутому подъему вяз­кости, что связано с набуханием крахмальных зерен. Затем набухшие крахмальные зерна разрываются и дезинтегрируют, вызывая падение вяз­кости.

Факторы, влияющие напроцесс клейстеризации крахмала:

1. Температура.

2. Активность воды (чем выше, тем быстрее процесс, на активность воды влияют связывающие воду компоненты).

3. Высокие содержания сахара уменьшают скорость клейстеризации крахмала, снижают пик вязкости. Дисахариды являются более эффек­тивными с точки зрения замедления клейстеризации и снижения пика вязкости, чем моносахариды.

4. На клейстеризацию крахмала при производстве пищевых продуктов оказывают влияние липиды — триглицериды (жиры, масла), моно- и диацилглицериды. 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 a_w) вносят большой вклад в неклеистеризацию крахмала.

Моноацилглицериды жирных кислот (С_|6—С₁₈) 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.                                                                        

5. Низкие концентрация солей, как правило, не оказывают влияния на клейстеризацию или образование геля. Исключение составляет картофельный амилопектин, ко­торый содержит фосфатные группы. В этом случае соли могут, в зависи­мости от условий, либо увеличивать, либо уменьшать набухание.

6. Кислоты присутствуют во многих продуктах, где используется крахмал в качестве загустителя. Однако большинство пищевых продуктов имеет рН в области 4—7, и эти концентрации ионов Н⁺ не оказывают большого вли­яния на набухание крахмала или его клейстеризацию. При низких рН (салатные приправы, фруктовые на­чинки) имеет место заметное снижение пика вязкости крахмальных клейстеров и быстрое снижение вязкости при нагревании. 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.

7. Присутствие белков. Это в пер­вую очередь важно с точки зрения формирования структуры хлеба, кото­рая связана с образованием клейковины (при перемешивании в процес­се тестоприготовления), клейстеризацией крахмала и денатурацией бел­ка, благодаря нагреванию в присутствии воды.

Необходимо учитывать, что при производстве замороженных пищевых продуктов, в которых крахмал выполняет роль загустителя, необходимо считаться с возмож­ностью ретроградации амилозы в процессе оттаивания. Если в этом слу­чае используется обычный крахмал, то при оттаивании изделия приоб­ретают волокнистую или зерноподобную структуру. Предпочтительнее для таких изделий использовать восковидный кукурузный крахмал, ко­торый практически не содержит амилозы, или фосфатные поперечно-сшитые крахмалы.

У многих крахмалсодержащих пищевых продуктов (в первую очередь, хлебобулочных) при хранении наблюдается черствение, связанное с ассоциацией амилозных молекул. Для предотвращения черствения в таких изделиях целесообразно использовать в качестве добавок жиры, которые образуют комплексы с амилозой, прогрев, смачивание водой.

Модифицированные крахмалы.

Предварительно клейстеризованный крахмал. Его получают путем клейстеризации крахмальной суспензии, помещаемой между двумя обратновращающимися горизонтальными цилиндрами, которые нагреваются паром, последующего высушивания в виде тон­кой пленки и измельчения в порошок. Этот крахмал может быть получен также распылительной сушкой крахмального клейстера. Свойства: способность к быстрой регидратации в воде. Роль -  использование его в качестве загустителя в пищевых продуктах без нагревания (например, в пудин­гах, начинках и т. п.).

Крахмал, модифицированный кислотой. Кислотный гидролиз при температуре ниже температуры клейстеризации путем обра­ботки крахмальной суспензии соляной или серной кислотой при темпе­ратуре 25-55°С 6-24 часа. Свойства - практически нерастворим в холодной воде, но хорошо растворим в ки­пящей воде, более низкая вязкость горячих клейстеров, уменьшение силы геля, уве­личение температуры клейстеризации, способен образовывать горячие концентрированные клейстеры, которые при остывании на холоде дают гель. Роль - применять в качестве умягчителя при производстве желированных конфет, а также для получения защитных пленок.

Этерифицированные крахмалы. Известно, что крахмал мо­жет быть подвергнут этерификации. Поскольку D-гликопиранозилмоно-мер содержит три свободных гидроксила, степень замещения (СЗ) может быть от 0 до 3. А) А) Введение гидроксиэтилгрупп при низ­кой СЗ приводит к снижению температуры клейстеризации, увеличению скорости набухания зерен, уменьшает тенденцию к гелеобразованию и ретроградации. Они находят применение как пищевая добавка-загусти­тель в салатных приправах, начинках и других подобных продуктах.

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.

Монофосфатные эфиры зернового крахмала получают реакцией су­хой смеси крахмала и кислых солей орто-, пиро- или триполифосфата при повышенной температуре (обычно 50—60°С, 1 час). Монофосфатный крахмал применяют в замороженных продук­тах в качестве загустителя, благодаря его исключительной стабильности при замораживании-оттаивании. Предварительно клейстеризованный фосфатный крахмал диспергируется в холодной воде, благодаря чему мо­жет успешно использоваться в мороженом.

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. 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.

Окисленные крахмалы. Они могут быть получены при дей­ствии окислителей (например NaCIO, KMn0₄, КВЮ₃) на водную суспен­зию крахмала при температуре более низкой, чем температура клейсте­ризации. При действии окислителей идет гидролитическое расщепление гликозидных связей с образованием карбонильных групп, окисление спиртовых групп в карбонильные, а затем и в карбоксильные. Обычно окисленный крахмал содержит одну —СООН группу на 25-30 гликозид­ных единиц.

Они используются как низковязкостные наполнители (в частности, например, в салатных приправах, соусах типа «майонез»). Эти крахмалы не проявляют склонности к ретроградации, не образуют непрозрачных гелей. Применение таких крахмалов при производстве хлеба способствует улучшению физических свойств теста, улучшению пористости готовых изделий и замедлению их черствения. Крахмал, модифицированный пер-манганатом калия, находит применение в производстве желейных кон­фет — вместо агара и пектина.