Особливості, корисні властивості та хімічний склад крохмалю. Фізичні та хімічні властивості крохмалю

Вступ

Загальні відомості про крохмаль

Будова крохмалю

2.1 Амілоза та амілопектин

2.2 Утворення та структура крохмальних зерен

2.3 Види крохмальних зерен

Класифікація крохмалю

Фізико-хімічні властивості

Отримання

Застосування

6.1 У різних видах промисловості

6.2 У фармацевтичній хімії

6.3 У медицині

6.4 У фармацевтичній технології

Висновок

Список літератури

Вступ

Крохмаль - найголовніший представник природних вуглеводів, що синтезується у рослинах і є основним джерелом енергії для людського організму.

З давніх-давен крохмаль знаходить широке застосування в медичній сфері. У лікарській практиці він застосовується як обволікаючий засіб при запальних та виразкових ураженнях слизової оболонки шлунка та кишечника. В аналітичній та фармацевтичній хімії це основний індикатор на йод. У фармацевтичній технології крохмаль використовується як наповнювач, що зв'язує, опудрює засіб.

Метою курсової роботи є вивчення будови крохмалю, його фізико-хімічних властивостей, отримання та застосування у різних сферах життя, у тому числі в медицині та фармації.

У нашій країні єдиним науковим центром крохмалопаткової промисловості Росії є Всеросійський науково-дослідний інститут крохмалопродуктів (ВНДІК) у Московській області. Основне завдання інституту – розробка новітніх технологій отримання крохмалю з картоплі та зернової сировини (кукурудзи, пшениці, сорго, жита, ячменю тощо), модифікованих крохмалів, патоки, глюкози, глюкозно-фруктозного сиропу, безбілкових дієтичних продуктів, а також обладнання для крохмалопаткової промисловості. ВНДІ крохмалопродуктів проводить весь комплекс робіт від наукових досліджень до освоєння виробництва.

1. Загальні відомості про крохмаль

Полісахариди - це полімери вуглеводів, що складаються з множини (від десятків до декількох тисяч) моносахаридних ланок. Багато полісахарид містять молекулу глюкози в якості мономеру. Вони синтезуються рослинами, тваринами та людиною як запас поживних речовин та джерела енергії.

Рослини запасають глюкозу у вигляді крохмалю. Він відкладається переважно у бульбах та ендоспермі насіння у вигляді зерен. Крохмалоносні рослини умовно поділяються на 2 групи: рослини сімейства злакових та рослини інших сімейств. Як промисловий продукт крохмаль виробляється з пшениці (Triticum vulgare L.), кукурудзи (Zea mays L.) та рису (Oryza sativum L.). З рослин інших сімейств промисловою крохмалоносною рослиною є картопля (Solanum tuberosum L.).

2. Будова крохмалю

2.1 Амілоза та амілопектин

крохмаль амілоза амілопектин хімія

Крохмаль складається з двох типів молекул, амілози (у середньому, 20-30%) та амілопектину (в середньому, 70-80%). Обидва типи є полімерами, що містять як мономер ?-D-глюкозу. Ці сполуки за своєю природою протилежні: амілоза має меншу молекулярну масу і більший обсяг, тоді як молекули амілопектину важчі, але компактніші.

Амілоза (рис.1, рис.2) складається з 500-20 000 мономерів, з'єднаних ?-1,4 зв'язками і утворюють довгі ланцюги, що часто утворюють лівозакручену спіраль.

Рисунок 1. Частина структурної молекули амілози

Малюнок 2. Частина ланцюга амілози (об'ємне зображення)

В амілопектині (рис.3, рис.4, рис.5) мономери також з'єднані ?-1,4 зв'язками, а також приблизно через кожні 20 залишків, ?-1,6 зв'язками, утворюючи точки розгалуження.

Малюнок 3. Структурна молекула амілопектину

Рисунок 4. Частина структурної молекули амінопектину

Малюнок 5. Модель розгалуженої структури амілопектину.

Мономери, з'єднані ?(1?4)- глікозидними зв'язками

точки розгалуження. Мономери, з'єднані ?(1?6)-глікозидними зв'язками

Різні гілки молекули амілопектину класифікуються як А-, В-і С-ланцюга. А-ланцюга - найкоротші і пов'язані лише з В-ланцюгами, які можуть бути пов'язані як з А-ланцюгами, так і з іншими В-ланцюгами. Співвідношення А- і В-ланцюгів для більшості крохмалів становить від 1:1 до 1,5:1.

У хлоропластах світла відкладаються зерна асиміляційного (первинного) крохмалю, що утворюються при надлишку цукрів - продуктів фотосинтезу. Освіта осмотично неактивного крохмалю запобігає підвищенню осмотичного тиску в хлоропласті. Вночі, коли фотосинтез не відбувається, асиміляційний крохмаль за допомогою ферментів гідролізується до цукрів та транспортується до інших частин рослини. Запасний (вторинний) крохмаль відкладається в амілопластах (особливому типі лейкопластів) клітин різних органів рослин (коренях, підземних пагонах, насінні) з цукрів, що притікають з фотосинтезуючих клітин. При необхідності запасний крохмаль також перетворюється на цукру.

2 Освіта та структура крохмальних зерен

Крохмальні зерна утворюються в стромі пластид. Утворення крохмальних зерен починається в певних точках строми пластиди, які називаються освітніми центрами. Зростання зерна відбувається шляхом послідовного відкладення шарів крохмалю навколо освітнього центру. Основним ферментом з утворення та формування кристалітів крохмалю є зерноутворююча синтаза (GBSS granule bound synthase). За однією з теорій, біосинтез крохмалю відбувається на поверхні зерен, а молекули амілози та амілопектину орієнтовані перпендикулярно їй та у протилежних напрямках. Так, на поверхні зерен у амілози знаходиться редукуючий кінець, а у амілопектину, навпаки, - нередукуючі кінці, які можуть далі розгалужуватися і подовжуватися ферментом ветвоутворююча синтаза (starch branched enzyme - SBE). У амілози в цьому випадку ланцюг подовжується під дією ферменту розчинна крохмальна синтаза (solub starch synthase - SSS), тому молекули амілози та амілопектину важко сумісні і можуть бути фракціоновані за певних умов. Зерна нативних крохмалів мають кільця росту, які являють собою шари, що чергуються різної щільності, кристалічності і опірності хімічним і ферментним впливам. Широкі шари утворюються в результаті альтернативного наповнення та відведення молекул у пластидах з послідовним відкладенням великих нерозчинних та малих розчинних молекул; при цьому в щільних шарах превалюють високомолекулярні фракції амілопектину. Ступінь кристалічності зерен крохмалю знаходиться в межах 14-42% і залежить від співвідношення вмісту амілози та амілопектину. Короткі ланцюги у молекулі амілопектину утворюють подвійні спіралі, які формують кристалічні ламелі (кристаліти). Вільні подвійні спіралі та кристаліти створюють так звані напівкристали.

Інші молекули амілози та довгі ланцюги амілопектину формують аморфну ​​частину крохмальних зерен.

При синтезі амілопектину та його кристалізації незначна кількість фосфатів залишається пов'язаною з гідроксильною групою 6-го атома вуглецю, їх вміст у картопляному крохмалі досягає 0,2%. Амілозі властиво при утворенні спіралей захоплювати ліпіди, що знаходяться в цитозолі. Вміст пов'язаних ліпідів у крохмалах зернових та зернобобових культур становить 0,2 – 1,3%.

Амілоза та амілопектин формують структурний комплекс зерен, який складається з кристалічної та аморфної частин. (Рис. 6).

Малюнок 6. Структура кристалічної та аморфної частин шарів крохмалю

Сумежні шари в одному зерні можуть мати різний показник заломлення світла, і тоді вони помітні під мікроскопом (рис. 7)

Малюнок 7. Шарова структура крохмального зерна. Стрілкою вказано освітній центр

Форма, розмір, кількість в амілопласті та будова (становище освітнього центру, шаруватість, наявність або відсутність тріщин) крохмальних зерен часто специфічні для виду рослини (рис. 8). Зазвичай крохмальні зерна мають сферичну, яйцеподібну або лінзовидну форму, проте у картоплі вона неправильна. Найбільші зерна (до 100 мкм) характерні для клітин бульб картоплі, у зернівці пшениці вони двох розмірів - дрібні (2-9 мкм) і більші (30-45 мкм). Для клітин зернівки кукурудзи характерні дрібні зерна (5-30 мкм).

Малюнок 8. Різні типи крохмальних зерен. У вівса (1), картоплі (2), молоча (3), герані (4), квасолі (5), кукурудзи (6) та пшениці (7)

3 Види крохмальних зерен

Якщо в амілопласті є один освітній центр, навколо якого відкладаються шари крохмалю, виникає просте зерно, якщо два і більше - то утворюється складне зерно, що складається як би з декількох простих. Напівскладне зерно утворюється в тому випадку, якщо крохмаль спочатку відкладається навколо кількох точок, а потім після дотику простих зерен навколо них виникають загальні шари (рис. 9).

Малюнок 9. Прості, напівскладні та складні крохмальні зерна

3. Класифікація крохмалю

Усі крохмалі поділяються на дві групи: природні (або нативні) та рафіновані.

Рафінований крохмаль – білий порошок без смаку та запаху. Очищений від домішок природний крохмаль. Його виробляють з крохмалевмісних рослин шляхом подрібнення, уварювання та очищення. Міститься у борошні, хлібі, макаронних виробах, продається як самостійний продукт.

Рисунок 10. Класифікація крохмалю за вихідною сировиною

Зерно пшениці є найдавнішим видом сировини для крохмалю. При використанні такої сировини виробляють крохмаль пшеничний.

Картопля є одним із основних видів сировини для виробництва крохмалю. З цієї сировини одержують картопляний крохмаль.

Тапіоковий крохмаль - є аналогом картопляного і виробляється в Азії з кореня бобової культури касави (маніокі).

Для виробництва кукурудзяного крохмалю використовують зерна кукурудзи.

При переробці рису виходять мука і брухт. Вони є найбільш підходящим сировиною для дуже цінного рисового крохмалю.

Для виробництва соргового крохмалю використовують однорічну рослину роду сорго Sorghum Moench, який відноситься до сімейства злакових.

У процесі модифікації крохмалю виходять такі його види:

· розщеплений (гідролізований);

В· окислений;

· Набухаючий;

· Діальдегідний;

В· заміщений.

Модифікований крохмаль – це спеціально оброблений крохмаль, який завдяки своєму складу краще засвоюється.

Модифікований крохмаль виробляють із натурального кукурудзяного або картопляного крохмалю, і до генномодифікованих продуктів модифікований крохмаль не відноситься. Його модифікують (від німецької modifizieren - видозмінювати, перетворити) без допомоги генетики. Існують різні фізичні та хімічні способи обробки природного крохмалю, завдяки яким можна отримувати його різновиди із заздалегідь заданими властивостями. В результаті модифікацій крохмаль набуває властивості утримувати вологу в різних середовищах, що дозволяє отримати продукт заданої консистенції.

4. Фізико-хімічні властивості

Крохмаль - порошок білого або трохи кремуватого кольору. Практично нерозчинний у 95% спирті, розчинний у киплячій воді з утворенням прозорого або злегка опалесцентного розчину, що не застигає при охолодженні. Розчинність у воді компонентів крохмалю неоднакова. Амілоза добре розчиняється у теплій воді, а амілопектин – погано. Він утворює колоїдні розчини. На різній розчинності у воді заснований метод поділу компонентів крохмалю. При розтиранні крохмалю чується характерний скрип.

Крохмаль піддається кислотному гідролізу, який протікає східчасто та безладно. При розщепленні він спочатку перетворюється на полімери з меншим ступенем полімеризації - декстрини, потім на дисахарид мальтозу, і в результаті - на глюкозу. Таким чином, виходить цілий набір сахаридів.

Крохмаль гідролізується ферментом ?-амілазою (міститься в слині та виділяється підшлунковою залозою), що розщеплює безладно ?(1?4)-глікозидні зв'язки. ?-амілаза (присутня в солоді) діє на ?(1?4)-глікозидні зв'язки, починаючи з невідновного термінального залишку глюкози, і послідовно відщеплює від полімерного ланцюга молекули дисахариду мальтози. Глюкоамілаза (міститься в пліснявих грибах), подібно до двох інших амілаз, гідролізує ?(1?4)-глікозидні зв'язки, послідовно відщеплюючи залишки D-глюкози, починаючи від кінця, що не відновлює. Селективне розщеплення ?(1?6)-глікозидних зв'язків амілопектину відбувається ?-1,6-глюкозидазами, наприклад, ізоамілазою або пулуланазою.

Амілаза, виділена з Bacillus macerans, здатна перетворювати крохмаль на циклічні продукти (циклодекстрини, декстрини Шардингера), в яких ступінь полімеризації дорівнює 6-8, а залишки глюкоз зв'язуються ?(1?4)-глікозидними зв'язками.

Будучи багатоатомним спиртом, крохмаль утворює прості та складні ефіри. Характерною якісною реакцією на крохмаль є його реакція з йодом (йодкрохмальна реакція):

При взаємодії йоду з крохмалем утворюється поєднання включення (клатрат) канального типу. Клатрат - це комплексне з'єднання, у якому частинки однієї речовини ("молекули-гости") впроваджуються в кристалічну структуру "молекул-господарів". У ролі "молекул-господарів" виступають молекули амілози, а "гостями" є молекули йоду. Молекули йоду розташовуються у каналі спіралі діаметром ~1 нм, створюваної молекулою амілози, як ланцюгів ××× I ××× I ××× I ××× I ××× I ×××. Потрапляючи в спіраль, молекули йоду зазнають сильного впливу з боку свого оточення (ОН-груп), внаслідок чого збільшується довжина зв'язку I-I до 0,306 нм (у молекулі йоду довжина зв'язку 0,267 нм). Причому ця довжина єдина всім атомів йоду в ланцюгу (рис. 11). Цей процес супроводжується зміною бурого забарвлення йоду на синьо-фіолетове (l макс 620-680 нм). Амілопектин, на відміну від амілози, дає з йодом червоно-фіолетове забарвлення. 520-555 нм).

Малюнок 11. Взаємодія йоду з крохмалем

Декстрини, що утворюються при термічній обробці крохмалю, кислотному або ферментативному гідролізі, також реагують з йодом. Однак колір комплексу залежить від молярної маси полімеру (табл. 1)

Низькомолекулярні декстрини починають виявляти зовнішні ознаки реакцій альдегідної форми глюкози, т.к. у міру зменшення полімерного ланцюга зростає частка термінальних відновлювальних залишків глюкози.

Таблиця 1 Кольорові реакції декстринів із йодом

Декстрін (С 6Н 10Про 5)k Ступінь полімеризації kЗабарвлення комплексу з йодомАмілодекстрини>30Синя або фіолетоваЕритродекстрини25-29ЧервонаОхродекстрини21-24Жовто-коричневаМальтодекстрини<20Отсутствие реакции

5. Отримання

Основними сировинними джерелами отримання крохмалю є картопля та кукурудза. Процес виробництва складається головним чином з механічних операцій і заснований на двох властивостях зерен крохмалю: нерозчинності їх у холодній воді та малих розмірах за порівняно великої щільності.

Для отримання високоякісної готової продукції хороша якість сировини (сирої картоплі) має дуже велике, а іноді й вирішальне значення. При переробці сировини виробляють сирий крохмаль, не придатний для тривалого зберігання, потім одержують із нього сухий крохмаль і крохмалопродукти.

Для виробництва крохмалю вирощують картоплю крохмалистих високоврожайних стійких до захворювань сортів. На якість крохмалю, що виробляється негативно впливають підвищений вміст у картоплі рослинних білків, амінокислот, соланіну. Білки, будучи піноутворювачами, ускладнюють промивання крохмальних зерен, забруднюють крохмаль, беручи в облогу у вигляді пластівців. Внаслідок окислення амінокислоти тирозину утворюються меланіни. Вони адсорбуються крохмалем та погіршують його колір. Тирозин також дає забарвлені сполуки з іонами заліза. Соланін – сильний піноутворювач. Зольні елементи, що залишаються в крохмалі, впливають на в'язкість і здатність клейстерів, що клеїть.

Технологія виробництва картопляного крохмалю включає кілька етапів, таких як: підготовка сировини до переробки (мийка, відділення сторонніх домішок); подрібнення бульб; виділення з отриманої маси (кашки) картопляного соку та розірваних клітинних стінок (мізки); очищення крохмалю від домішок; сушіння та упаковка крохмалю (рис. 12)

етап. Підготовка сировини до переробки: відокремлення від важких домішок та миття картоплі. Картопля з оборотного складу подається на камінчик барабанного типу, далі на мийку. Бульби картоплі добре відмивають від ґрунту в спеціальних мийках, відокремлюючи при цьому солому, каміння та інші забруднення.

етап. Подрібнення картоплі. Відмиті від бруду бульби подрібнюють методом стирання або тонкого дроблення, щоб розкрити клітини тканин бульби та вивільнити крохмальні зерна. Картопля двічі подрібнюються в кашку на швидкісних тертках або машинах, що подрібнюють ударної дії.

Після подрібнення бульб, що забезпечує розкриття більшості клітин, отримують суміш, що складається з крохмалю, майже повністю зруйнованих клітинних оболонок, деякої кількості не зруйнованих клітин і картопляного соку. Цю суміш називають картопляною кашкою.

3 етап. Виділення з отриманої маси (кашки) картопляного соку та розірваних клітинних стінок (мізки). Подрібнену масу направляють на центрифуги відділення соку, що сприяє потемнінню крохмалю, зниження в'язкості клейстеру, розвитку мікробіологічних процесів. Від мезги крохмаль відмивають водою на ситових апаратах.

Крохмальне молоко, отримане після промивання кашки, надходить для відділення сокової води осаджувальні центрифуги. Сокову воду видаляють, а сирий крохмаль, розбавлений свіжою водою, у вигляді молока направляють на рафінування

етап. Очищення крохмалю від домішок. У рафінованому крохмальному молоці ще містяться в невеликій кількості залишки розчинних речовин і найдрібніших частинок мезги. Тому його направляють на операцію остаточного очищення - промивання в безперервно діючих гідроциклонних станціях. Після механічного відділення води одержують сирий крохмаль з вологістю близько 50%. частина крохмалю зі зниженою якістю.

етап. Сушіння та упаковка крохмалю. Сирий крохмаль зберігається погано через високий вміст вологи. Тому відразу після виробітку доцільно зневоднювати його (на центрифугах), а потім або негайно висушити або переробляти для отримання інших видів готової продукції. Сирий крохмаль висушується в розпилювальній сушарці помірно гарячим повітрям.

Очищений сухий крохмаль фасують у мішки та дрібну упаковку. Картопляний крохмаль пакують у подвійні тканинні або паперові мішки, а також мішки з поліетиленовими вкладишами масою не більше 50 кг. Потім зважуються на терезах і зашиваються на мішкозашивальної машині.

6. Застосування

6.1 У різних галузях промисловості

Застосування крохмалю знайшло своє місце у багатьох галузях. Крохмаль застосовується у харчовій, текстильній, паперовій, хімічній, гумовій, фармацевтичній, парфумерній та інших галузях промисловості, а також використовується населенням для особистого споживання (приготування киселів та соусів, крохмалення білизни). Паперова промисловість є найбільшим споживачем крохмалю, завдяки його специфічним властивостям та відновлюваності ресурсів. Різні види крохмалю застосовуються на різних стадіях виробництва паперу. Крохмаль додають для покращення зовнішнього вигляду та друкарських властивостей паперу, збільшення міцності. У текстильній промисловості крохмалі використовуються для шліхтування, апретування та приготування складів, що загущають (загусток). Харчова промисловість є одним із найбільших споживачів крохмалю. Велика кількість крохмалю продається у вигляді кінцевого продукту домашнього використання. Крохмалі використовуються в харчовій промисловості з однією або декількома з таких цілей:

· Безпосередньо як клейстеризований крохмаль, кисіль тощо.

· Як загусник, завдяки в'язким властивостям (у супах, дитячому харчуванні, соусах, підливах і т.д.)

· Як наповнювач, що входить до складу твердого вмісту супів, пирогів

· Як сполучна для закріплення маси та запобігання висиханню в процесі приготування (ковбаси та м'ясні продукти).

· Як стабілізатори, завдяки високій здатності крохмалю утримувати вологу.

Виробництво клею.

6.2 У фармацевтичній хімії

В аналітичній та фармацевтичній хімії крохмаль використовується як індикатор на йод у методі йодометрії та інших титриметричних методах (ГФ XI, вип.2, стор.88-89).

Розчин індикатора. 1 г крохмалю розчинного змішують з 5 мл води до отримання однорідної кашки і суміш повільно вливають при постійному розмішуванні 100 мл окропу. Кип'ятять протягом 2 хв до одержання злегка опалесцентної рідини.

Термін придатності розчину 3 діб.

Примітка. При приготуванні розчину індикатора з картопляного крохмалю клейстер, отриманий вказаним вище чином, додатково нагрівають в автоклаві при 120° С протягом 1 год.

Розчин крохмалю з йодидом калію. Розчиняють 0,5 г калію йодиду у 100 мл свіжоприготовленого розчину крохмалю. Термін придатності розчину 1 добу.

Йодкрохмальний папір. Знедолені паперові фільтри просочують розчином крохмалю з йодидом калію і сушать у темному приміщенні на повітрі, що не містить пар кислот. Папір розрізають на смужки довжиною близько 50 мм та шириною близько 6 мм. Смужка йодкрохмального паперу не повинна відразу синіти при змочуванні її 1 краплею розчину хлористоводневої кислоти (0,1 моль/л).

Йодкрохмальний папір зберігають у банках оранжевого скла з притертою пробкою у захищеному від світла місці.

3 У медицині

Крохмаль застосовують як обволікаючу та захищає слизову оболонку шлунка у формі відвару при отруєннях (після звільнення шлунка) і у вигляді клізм при гастриті, виразковій хворобі шлунка, ентероколіті. Крохмальний розчин утворює колоїдну плівку на запалених ділянках, виразках і таким чином оберігає тканини і закінчення чутливих нервів, що знаходяться в них, від роздратування.

Також крохмаль використовується у вигляді присипки при опіках та попрілості шкіри у дітей. Крохмаль у ваті, у вигляді сухого компресу, рекомендується при бешихі. З конопляною чи соняшниковою олією у формі мазі застосовується при запаленні грудної залози (мастит).

4 У фармацевтичній технології

Крохмаль широко використовується при виготовленні різних лікарських форм у вигляді самостійної лікарської речовини та як допоміжний компонент. Він є діючою або індиферентною речовиною в порошках, наповнювачем, що зв'язує і опудрює в таблетках, емульгатором в емульсіях, як склеювальна речовина при виробництві таблеток.

Висновок

Крохмаль має високу харчову цінність, широко використовується у різних галузях промисловості. Величезне його значення в хімії та фармації. Без вивчення фізико-хімічних властивостей крохмалю неможливе вдосконалення методів дослідження та виготовлення лікарських препаратів, технологій харчових виробництв.

У ході проведення цієї роботи було вивчено:

1.будова крохмалю, його мікроструктура, складові компоненти (амілоза та амілопектин), їх характеристики, що впливають на властивості крохмалю;

2.процес синтезу крохмалю в рослинах та утворення крохмальних зерен;

.види крохмальних зерен та їх різноманітність у різних видах рослин;

.класифікація крохмалю за вихідною сировиною;

.фізико-хімічні властивості, що сприяють його використанню людиною у різних сферах життя;

.технологія отримання крохмалю з бульб картоплі;

.застосування крохмалю в медицині, хімічній, фармацевтичній, харчовій, текстильній та інших видах промисловості.

В даний час удосконалюються технології картоплелекрахмального та кукурудзянокрахмального виробництва, розроблено та впроваджено нові типи відцентрових подрібнювальних машин, дугових сит, у тому числі напірних, гідроциклонів, пневматичних сушарок.

Епохальними стали розробки щодо використання ферментних препаратів для гідролізу крохмалю. Головний підсумок досліджень у цій галузі – створення нової технології глюкози із застосуванням ферментних препаратів та одностадійною кристалізацією глюкози.

З впровадженням нового способу гідролізу крохмалю були розроблені технології таких цукристих крохмалопродуктів, як гранульована глюкоза, мальтин, глюкозно-фруктозні сиропи та ін.

У 2001 та 2003 роках. у Москві успішно пройшли міжнародні конференції з крохмалю. У роботі брали участь фахівці багатьох країн світу.

Список літератури

1.Державна фармакопея СРСР. 11-те вид. Вип. 2. М.: Медицина

2.Микола Руфійович Андрєєв. Основи виробництва нативних крохмалів

3.Технологія переробки продукції рослинництва/Под ред. М. М. Лічко. - М.: Колос 2000 Серія "Підручники та навч. Посібники для студентів ВНЗ".

Фармацевтична розробка. За ред. Краснюка І.І. та Михайлової Г.В. М: Академія, 2007

5.Харкевич Д.А. Фармакологія М: ГЕОТАР-Медіа, 2006.

Кретович В.Л. Основи біохімії рослин. М: Вища школа, 1971.

Машковський М.Д. Лікарські засоби. М: Медицина, 2002.

8.A. Buléon, P. Colonna, V. Planchot і 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 та M. C. Tang, Форма та функціональність зірки, Food Hydrocolloids 2009

11.Крахмаль. Будова, фізико-хімічні властивості. http://www.sev-chem.narod.ru/spravochnik/teoriya/krahmal.htm

Синтез, утворення зерен крохмалю http://www.sergey-osetrov.narod.ru/Raw_material/Structure_characteristic_categorization_starch.htm

Будова амілози та амілопектину http://www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/547starch.html

Структура, властивості крохмалю http://www.lsbu.ac.uk/water/hysta.html

Сайт Всеросійського науково-дослідного інституту крохмалопродуктів (ВНДІК) http://www.arrisp.ru/index.shtml

Репетиторство

Потрібна допомога з вивчення якоїсь теми?

Наші фахівці проконсультують або нададуть репетиторські послуги з цікавої для вас тематики.
Надішліть заявкуіз зазначенням теми прямо зараз, щоб дізнатися про можливість отримання консультації.

Формула крохмалю - (С6Н10О5)n. Це полісахарид, що складається з амілози та амілопектину. Мономером її є альфа-глюкоза. Крохмаль у природі виробляється рослинами в процесі фотосинтезу, але в різних культурах він відрізняється за структурою, полімеризацією та будовою ланцюгів. А іноді й за своїми властивостями.

Фізичні властивості

Крохмаль (формула (С6Н10О5)n) є білим аморфним порошком, який не розчиняється в холодній воді, але при нагріванні рівномірно розподіляється в рідині, утворюючи каламутну клейку субстанцію.

Якщо покласти невелику кількість порошку під мікроскоп, можна побачити, що він складається з невеликих окремих кристаликів або зерен, які при стисканні видають характерний скрип. Смаку і запаху немає, температура займання дорівнює чотирьохстам десяти градусів за Цельсієм.

Хімічні властивості

Структурна формула крохмалю є сполукою глюкозних залишків, які утворюють дві комбінації - амілозу і амілопектин. Молекули його можуть бути розташовані не лише лінійно, а й розгалужено, що пояснює його зернисту структуру.

У гарячій воді крохмаль набухає і перетворюється на клейстер, але після додавання сильних кислот гідролізується і повністю розчиняється, аж до утворення молекул глюкози.

Хімічна формула крохмалю - С6Н10О5, тобто він відноситься до органічних речовин. Щоб виявити його наявність у розчині, необхідно додати до колби кілька крапель йоду. Якщо рідина змінить колір на синій, значить, позитивна реакція. Є й інші якісні реакції. Так, наприклад, крохмаль не відновлює срібло з його аміачного розчину і не робить те саме з тривалентним оксидом міді.

Біосинтез

Крохмаль (формула С6Н10О5), як говорилося вище, синтезується у рослинних клітинах у процесі фотосинтезу. Глюкоза з'єднується з молекулами води, в результаті цієї реакції виходить молекула крохмалю та кисень.

Ця речовина є добрим енергетичним матеріалом для рослин, тому вони накопичують її на випадок виникнення складних умов життя. Зазвичай вони зберігають його в бульбах (картопля), плодах і насінні (злакові). Найбільша кількість крохмалю знаходиться в зернах рису, на другому місці – кукурудза, потім пшениця і лише потім – картопля.

Харчове значення

Крохмаль (формула С6Н10О5), потрапляючи в шлунок людини або тварини, піддається впливу соляної кислоти та розпадається на молекули глюкози, які здатні засвоюватися організмом.

У харчовій промисловості він використовується для загусання киселів, соусів, різних заправок тощо. Найбільш поширеними та простими стравами, що містять крохмаль, є хліб, млинці, локшина, каші та багато інших виробів з насіння злакових рослин або їх похідних.

Крохмаль у незміненому вигляді погано перетравлюється у шлунку та тонкому кишечнику. Для його розщеплення потрібні бактерії, які колонізують товсту кишку. Але навіть у такому вигляді цей продукт може знижувати рівень глюкози в крові, а також утворює органічні кислоти, необхідні побудови епітелію товстого кишечника. Тому для кращого засвоюваності необхідно термічно обробляти продукти, що містять крохмаль.

Застосування у промислових масштабах

Крохмаль (хімічна формула - С6Р10О5) широко застосовується у виробництві паперу, шпалер, картону та іншої подібної продукції. Щорічно випускають десятки мільйонів метричних тонн целюлозно-паперової продукції.

Харчова промисловість використовує крохмаль як загусник, а також як сировину для отримання глюкози, патоки та етилового спирту. Відомо, що ця речовина входить до складу ковбасних виробів, майонезу, кетчупу та інших соусів. На текстильному виробництві крохмалем обробляють тканини, роблячи їх більш жорсткими та міцними.

Модифікований варіант крохмалю широко застосовується для шпалерного клею. У фармацевтичній галузі його використовують як наповнювач для таблетованих форм лікарських засобів. А також для виготовлення оболонок капсул та таких розчинів, як гемодез, реополіглюкін та інших.

Модифікація крохмалю

Для того, щоб крохмаль перетворився назад на глюкозу, його кілька годин кип'ятять у розчині сірчаної кислоти. Коли гідроліз стався, з отриманої маси необхідно видалити каталізатор. Для цього в рідину додають крейду. Сірчана кислота осаджується, перетворюючись на нерозчинний сульфат кальцію, а глюкоза залишається як розчину.

Після цього рідину кілька разів переливають та відфільтровують, потім випарюють. Наприкінці процесу виходить густа та дуже солодка рідина – патока. Вона використовується надалі для кондитерських та технічних потреб.

Якщо необхідно отримати абсолютно чисту глюкозу, без інших продуктів гідролізу крохмалю, кип'ятити його потрібно набагато довше. Сірчану кислоту знову беруть в облогу, розчин фільтрують і згущують до того моменту, поки на стінках посуду не почнуть з'являтися кристали глюкози. На сучасному етапі чисту глюкозу можна отримати ферментуванням. Для цього розчин крохмалю додають альфа-амілазу. Вона розщеплює молекули речовини на простіші ланцюги, отримуючи декстрини та глюкоамілази.

Якщо нагріти сухий крохмаль до температури понад двісті градусів Цельсія, він частково розпадеться на полісахариди, такі як декстрин. Деякі фізичні зміни дозволяють отримати крохмаль, який добре вбирає та утримує вологу. Це дозволяє загуснути продукт до бажаної консистенції.

Несмачний аморфний порошок білого кольору нерозчинний у холодній воді. Під мікроскопом видно, що це зернистий порошок; при стисканні порошку крохмалю в руці він видає характерний скрип, спричинений тертям частинок.

Енергетична цінність 100 г крохмалю (у ккал/кДж): картопляного -299/1251; кукурудзяного – 329/1377. Крохмаль добре засвоюється організмом.

Основні види крохмалю: картопляний - одержують із бульб картоплі, утворює в'язкий прозорий клейстер; кукурудзяний - молочно-білий непрозорий клейстер, що має невисоку хабар, із запахом і присмаком, характерними для зерна кукурудзи; пшеничний - має невисоку в'язкість, клейстер більш прозорий в порівнянні з кукурудзяним.

Амілопектиновий крохмаль одержують із воскоподібної кукурудзи. Клейстер з такого крохмалю має гарну в'язкість і волого-утримуючу здатність. З розчином йоду амілопектиновий крохмаль дає характерне червоно-коричневе фарбування.

Високоамілозний крохмаль одержують із високоамілозних сортів кукурудзи. Такий крохмаль застосовується у вигляді прозорих плівок та їстівної харчової оболонки у харчовій промисловості.

Окрім традиційних видів сировини (Картоплі, кукурудзи, пшениці) для виробництва крохмалю в деяких регіонах використовують і такі види крохмалевмісної сировини, як ячмінь, жито, рис (рисовий дроблянка), горох.

У гарячій воді набухає (розчиняється), утворюючи колоїдний розчин-клейстер. У воді, при додаванні кислот (розбавлена ​​H2SO4 та ін) як каталізатора, поступово гідролізується зі зменшенням молекулярної маси, з утворенням т.з. «Розчинного крохмалю», декстринів, аж до глюкози.

Молекули крохмалю неоднорідні за розмірами. Крохмаль є сумішшю лінійних і розгалужених макромолекул.

При дії ферментів чи нагріванні з кислотами піддається гідролізу. Рівняння:

Крохмаль – рослинний полісахарид зі складною будовою. Він складається з амілози та амілопектину; їх співвідношення по-різному в різних крохмалях (амілози 13 - 30%; амілопектину 70 - 85%).

Амілоза та амілопектин (їхні властивості наведені в таблиці 1) у рослинах формуються у вигляді крохмальних зерен, структура яких до кінця не з'ясована.

Таблиця 1. Властивості амілози та амілопектину

Крохмаль є важливим компонентом харчових продуктів, виконуючи роль загусника та зв'язуючого агента.

В одних випадках він присутній у сировині, яка переробляється у харчові продукти (наприклад, хлібобулочні вироби).

В інших його додають для надання продукту тих чи інших властивостей – він використовується широко при виробництві пудингів, концентратів супів, киселів, соусів, салатних приправ, начинок, майонезу; один з компонентів крохмалю – амілоза використовується для харчових оболонок та покриттів.

До основних фізико-хімічних властивостей крохмалю, що мають велике значення для харчових продуктів, належать здатність крохмалю до клейстеризації, в'язкість клейстеризованих розчинів та їх здатність давати колодці.

Неушкоджені крохмальні зерна нерозчинні у воді, але можуть оборотно вбирати вологу і легко набухають. Збільшення діаметра зерен при набуханні залежить від виду крохмалю. Наприклад, для звичайного кукурудзяного крохмалю – 9,1%, для воскоподібного – 22,7%.

Клейстеризація крохмалю проявляється при його нагріванні у воді, і ця його здатність до клейстероутворення обумовлена ​​наявністю в ньому амілопектину. крохмаль клейстероутворення амілоза

У першій фазі нагрівання вода повільно і оборотно поглинається зернами крохмалю, причому відбувається їхнє обмежене набухання.

Друга фаза характеризується тим, що зерна швидко набухають, у багато разів збільшуючись, поглинаючи велику кількість вологи і швидко втрачаючи подвійне променезаломлення, тобто свою кристалічну структуру.

При цьому в'язкість крохмальної суспензії швидко зростає і невелика кількість крохмалю розчиняється у воді.

У третій фазі набухання, що протікає при підвищених температурах, зерна стають майже безформними мішечками, з яких вимилася найрозчинніша частина крохмалю.

Як правило, великі крохмальні зерна клейстеризуються при нижчій температурі, ніж дрібні.

Температуру, що відповідає руйнуванню внутрішньої структури крохмальних зерен, називають температурою клейстеризації. Вона залежить від джерела одержання крохмалю (табл. 2).

Таблиця 2. Залежність температури клейстеризації крохмалю від джерела одержання

В'язкість крохмальних клейстерів має дуже важливе практичне значення. При цьому в'язкість амілопектинової фракції вища, ніж амілозна, внаслідок своєї гіллястої будови молекули амілопектину (внутрішнє тертя, у розчинів з такими об'ємними молекулами більше).

Криві в'язкості, отримані на ротаційному віскозиметрі, показують, що на початку збільшення температури веде до крутого підйому в'язкості, що пов'язане з набуханням крохмальних зерен.

Потім набряклі крохмальні зерна розриваються і дезінтегрують, викликаючи падіння в'язкості (рис. 1). Нахил кривих сильно відрізняється для різних крахмалів.

Харчові кулінарні вироби, що отримуються з крохмалю (соуси, підливи, киселі тощо), повинні мати необхідну в'язкість.

Чим більшу в'язкість має клейстер, що містить певну кількість крохмалю, тим менше його треба витрачати для отримання продуктів з необхідною в'язкістю.

Картопляний крохмаль дає клейстери із значно більшою (в середньому) в'язкістю, ніж кукурудзяний.

Для отримання клейстерів з однаковою в'язкістю потрібно брати різні кількості того чи іншого крохмалю.

Рис. 1.

Клейстеризація крохмалю, в'язкість крохмальних розчинів, характеристика крохмальних гелів залежать не тільки від температури, а й від виду та кількості інших компонентів. З цим необхідно зважати, оскільки в процесі виробництва харчових продуктів крохмаль знаходиться в присутності таких речовин, як цукор, білки, жири, харчові кислоти та вода.

На клейстеризацію крохмалю при виробництві харчових продуктів впливають і ліпіди – тригліцериди (жири, олії), моно- та дигліцериди. Жири, які можуть давати комплекси з амілозою, гальмують набухання крохмальних зерен. Внаслідок цього у білому хлібі, у якому мало жиру, 96% крохмалю зазвичай повністю клейстеризовано. При виробництві пекарських виробів ці два фактори (великі концентрації жиру і низька аw) роблять великий внесок у неклейстеризацію крохмалю.

Моногліцериди жирних кислот (С16 - С18) призводять до збільшення температури клейстеризації, збільшення температури, що відповідає піку в'язкості, зменшення сили гелю. Це пов'язано з тим, що компоненти жирних кислот у моноацилгліцеридах можуть утворювати сполуки включення з амілозою, а можливо, і з довгими зовнішніми ланцюгами амілопектину.

Кислоти присутні в багатьох продуктах, де використовується крохмаль як загусник. При низьких рН (салатні приправи, фруктові начинки) має місце значне зниження піку крохмальних в'язкості клейстерів і швидке зниження в'язкості при нагріванні.

Оскільки при низьких рН має місце інтенсивний гідроліз з утворенням декстринів, що не загусають, необхідно, щоб уникнути кислотного розрідження, використовувати як загусник в кислих продуктах модифіковані поперечно-зшиті крохмалі.

Студнеутворююча здатність проявляється при достатньому вмісті крохмалю в клейстерах, а освіта та властивості холодців з них залежать, в основному, від амілозної фракції. Відомо, що колодці утворюються в тих випадках, коли молекули мають ланцюжкову (лінійну) будову.

Освіта колодязів використовується, наприклад, при виготовленні киселів, запіканок, цукерок, ковбас та ін.

Властивості крохмальних холодців залежать від концентрації крохмалю, тривалості вистоювання та інших факторів. Міцність холодців швидко зростає при їх зберіганні та вистійці, причому найбільш швидко у концентрованих холодців.

Колодязі з крохмалів різних видів за своїми властивостями не однакові.

Колодязі, що змінили початкову міцність під час зберігання, після вторинного нагрівання набувають її знову, тобто явища структуроутворення оборотні при нагріванні, причому у рисових та пшеничних крохмалів спостерігається повна оборотність, а у картопляних - обмежена.

У крохмальних холодців, особливо з картопляного крохмалю, з часом спостерігається синьорезис, що виявляється в тому, що в результаті ущільнення структури гелю виділяється вільна вода на поверхні.

У молекулі крохмалю є багато вільних гідроксильних груп, які здатні вступати в хімічні реакції з багатьма сполуками та давати ефіри та різні похідні. На цьому ґрунтується отримання різних модифікованих його похідних.

Модифіковані, або змінені, крохмалі, що мають нові властивості, знаходять все більше і різноманітне застосування в різних галузях харчової промисловості.

Модифіковані крохмалі мають, як правило, такий самий зовнішній вигляд, як і звичайний (нативний) крохмаль. Однак, впливаючи на нього різними фізичними, хімічними та біологічними реагентами, що змінюють спрямовано такі властивості, як розчинність, в'язкість, прозорість, стабільність клейстерів та інші фізико-хімічні параметри, отримують крохмалі з дивовижними властивостями. Крохмалі, властивості яких змінені внаслідок спеціальної обробки, називають модифікованими крохмалями.

Основними перетвореннями, які зазнають крохмалі:

• 1. Розщеплення (деполімеризація) полісахаридних компонентів крохмалю із збереженням або без збереження зернистої структури.
• 2. Збільшення кількості існуючих чи поява нових функціональних груп, перебудова структури полісахаридних ланцюгів внаслідок трансгліколізування.
• 3. Втрата зернами крохмалю початкової структури та придбання ними після дегідратації нової структури.
• 4. Взаємодія гідроксильних груп крохмалю з різними хімічними речовинами з утворенням ефірних зв'язків та приєднанням їх залишків.
• 5. Одночасна полімеризація блоків часткового гідролізу крохмалю та інших мономерів (співполімеризація) з утворенням нових сполук.

Модифіковані крохмалі можуть бути отримані шляхом одного із зазначених перетворень або в результаті двох і більше перетворень, що протікають одночасно або послідовно.

Набухають крохмалі отримують повною або частковою клейстеризацією нативного або модифікованого крохмалю у воді при нагріванні з подальшим висушуванням клейстеру та подрібненням. Вони здатні набухати в холодній воді, повністю або частково переходити до розчинного стану. Набухають крохмалі вводять у сухі суміші морозива, пудингів, кремів та інших виробів швидкого приготування.

Крохмаль, модифікований кислотою, одержують при нагріванні слабо підкисленої водної суспензії крохмальних зерен до температури 45 - 50 °С. У зернах послаблюються міжмолекулярні зв'язки та відбувається часткове розщеплення глікозидних зв'язків. Молекули амілопектину стають менш розгалуженими, внаслідок чого крохмаль дає прозоріші колодці. Цей крохмаль практично нерозчинний у холодній воді, але добре розчинний у киплячій воді. Для цього крохмалю, порівняно з вихідним, характерна нижча в'язкість гарячих клейстерів, зменшення сили гелю, підвищення температури клейстеризації. Крохмаль, модифікований кислотою, широко застосовують у харчовій промисловості: кукурудзяний та пшеничний – для приготування цукерок, рахат-лукуму та інших кондитерських виробів; картопляний – для пудингових сумішей.

Етерифіковані крохмалі. Відомо, що крохмаль може бути підданий етерифікації. У харчовій промисловості частіше застосовують крохмалофосфати – ефіри крохмалю та солей фосфорної кислоти. Їх використовують як загусники, стабілізатори, емульгатори, що не мають запаху і смаку

Монофосфати одержують при нагріванні крохмалю з водорозчинними фосфатами, солями орто-, піро- або метафосфорної кислоти протягом 1-6 годин при підвищеній температурі (зазвичай 50-60 °С). Порівняно із звичайним крохмалем цей крохмаль має нижчу температуру клейстеризації, набухає в холодній воді (СЗ = 0,07 і вище), має знижену здатність до ретроградації. Характеристика фосфатних зернових крохмалів у принципі подібна до картопляного крохмалю, який теж містить фосфатні групи. Монофосфатний крохмаль застосовують у заморожених продуктах як загусник, завдяки його винятковій стабільності при заморожуванні-відтаванні. Попередньо клейстеризований фосфатний крохмаль диспергується в холодній воді, завдяки чому може успішно використовуватися в інстант-десертних порошкоподібних продуктах і в морозиві.

На відміну від монофосфатного крохмалю, у дифосфатному крохмалі фосфат етерифікується з двома гідроксильними групами, часто із двох сусідніх крохмальних ланцюгів. Таким чином, утворюється хімічний міст між довколишніми ланцюгами, і ці крохмалі відносять до поперечно-зшитих крохмалів. Наявність ковалентного зв'язку між двома крохмальними ланцюгами оберігає крохмальні зерна від набухання, дає більшу стабільність при нагріванні та можливому гідролізі.

Поперечно-зшиті крохмалі можуть бути отримані реакцією крохмалю (R-ОН) з бі- та поліфункціональними агентами, такими як триметафосфат натрію, оксихлорид фосфору, змішані ангідриди оцтової та дикарбонової (наприклад, адипінової) кислот.

Найбільша зміна у властивостях поперечно-зшитого крохмалю - висока стабільність при підвищених температурах, низьких значеннях рН, механічних впливах, зниження здатності до ретроградації, стабільність при заморожуванні - відтаванні; при зберіганні клейстерів поперечно-зшитих крохмалів немає синерезис. Завдяки цим властивостям поперечно-зшиті крохмалі застосовують у дитячому харчуванні, салатних приправах, фруктових начинках, кремах.

Ацетати крохмалю низького ступеня заміщення одержують шляхом обробки зерен крохмалю оцтовою кислотою або, переважно, ацетангідридом у присутності каталізатора (як правило при рН 7-11; t = 25 ° С; СЗ = 0,5). Розчини ацетатів крохмалю дуже стабільні, оскільки наявність ацетил-груп перешкоджає асоціації двох амілозних молекул та довгих бічних ланцюгів амілопектину. Ацетати крохмалю в порівнянні зі звичайним кукурудзяним крохмалем мають знижену температуру клейстеризації, знижену здатність до ретроградації, утворюють прозорі та стабільні клейстери. Завдяки цим якостям ацетати крохмалю застосовують у заморожених продуктах, пекарських виробах, інстант-порошках тощо.

Окислені крохмалі виробляють із застосуванням перманганату, гіпохлориту, перекисів, йодної кислоти. Окислювачі викликають гідролітичне розщеплення глікозидних зв'язків, окислення спиртових груп у карбонільні та карбоксильні. Крохмаль окислюють у водних суспензіях та напівсухою. Окислені крохмалі, в порівнянні з вихідним, здатні давати менш в'язкі, але більш прозорі та стабільні клейстери. Їх застосовують як замінники агару, агароїду при виробництві желейних кондитерських виробів, для стабілізації морозива та ін.

Крохмаль – рослинний полісахарид зі складною будовою. Він складається з амілози та амілопектину; їх співвідношення по-різному в різних крохмалях (амілози 13 - 30%; амілопектину 70 - 85%).

Амілоза та амілопектин (їхні властивості наведені в таблиці 1) у рослинах формуються у вигляді крохмальних зерен, структура яких до кінця не з'ясована.

Таблиця 1. Властивості амілози та амілопектину

Крохмаль є важливим компонентом харчових продуктів, виконуючи роль загусника та зв'язуючого агента. В одних випадках він присутній у сировині, яка переробляється у харчові продукти (наприклад, хлібобулочні вироби). В інших його додають для надання продукту тих чи інших властивостей - він використовується широко при виробництві пудингів, концентратів супів, киселів, соусів, салатних приправ, начинок, майонезу; один із компонентів крохмалю – амілоза використовується для харчових оболонок та покриттів.

До основних фізико-хімічним властивостям крохмалю, що має велике значення для харчових продуктів відносяться здатність крохмалю до клейстеризації, в'язкість клейстеризованих розчинів та їх здатність давати колодці.

Неушкоджені крохмальні зерна нерозчинні у воді, але можуть оборотно вбирати вологу і легко набухають. Збільшення діаметра зерен при набуханні залежить від виду крохмалю. Наприклад, для звичайного кукурудзяного крохмалю – 9,1%, для воскоподібного – 22,7%.

Клейстеризація крохмалю проявляється при його нагріванні у воді, і ця його здатність до клейстероутворення обумовлена ​​наявністю в ньому амілопектину. У першій фазі нагрівання вода повільно і оборотно поглинається зернами крохмалю, причому відбувається їхнє обмежене набухання. Друга фаза характеризується тим, що зерна швидко набухають, у багато разів збільшуючись, поглинаючи велику кількість вологи і швидко втрачаючи подвійне променезаломлення, тобто свою кристалічну структуру. При цьому в'язкість крохмальної суспензії швидко зростає і невелика кількість крохмалю розчиняється у воді. У третій фазі набухання, що протікає при підвищених температурах, зерна стають майже безформними мішечками, з яких вимилася найрозчинніша частина крохмалю. Як правило, великі крохмальні зерна клейстеризуються при нижчій температурі, ніж дрібні. Температуру, що відповідає руйнуванню внутрішньої структури крохмальних зерен, називають температурою клейстеризації. Вона залежить від джерела одержання крохмалю (табл. 2).

Таблиця 2. Залежність температури клейстеризації крохмалю від джерела одержання

Джерело		Температури клейстеризації, °С
Кукурудза
Картопля
Жито
Ячмінь
Овес
Сорго
Горох
Квасоля
Воскоподібна кукурудза

В'язкість крохмальних клейстерів має дуже важливе практичне значення. При цьому в'язкість амілопектинової фракції вища, ніж амілозна, внаслідок своєї гіллястої будови молекули амілопектину (внутрішнє тертя, у розчинів з такими об'ємними молекулами більше).

Криві в'язкості, отримані на ротаційному віскозиметрі, показують, що на початку збільшення температури веде до крутого підйому в'язкості, що пов'язане з набуханням крохмальних зерен. Потім набряклі крохмальні зерна розриваються і дезінтегрують, викликаючи падіння в'язкості (рис. 1). Нахил кривих сильно відрізняється для різних крахмалів.

Рис. 1. Зміна в'язкості у процесі клейстеризації крохмальної суспензії.

Харчові кулінарні вироби, що отримуються з крохмалю (соуси, підливи, киселі тощо), повинні мати необхідну в'язкість. Чим більшу в'язкість має клейстер, що містить певну кількість крохмалю, тим менше його треба витрачати для отримання продуктів з необхідною в'язкістю. Картопляний крохмаль дає клейстери із значно більшою (в середньому) в'язкістю, ніж кукурудзяний. Для отримання клейстерів з однаковою в'язкістю потрібно брати різні кількості того чи іншого крохмалю.

Клейстеризація крохмалю, в'язкість крохмальних розчинів, характеристика крохмальних гелів залежать не тільки від температури, а й від виду та кількості інших компонентів. З цим необхідно зважати, оскільки в процесі виробництва харчових продуктів крохмаль знаходиться в присутності таких речовин, як цукор, білки, жири, харчові кислоти та вода.

На клейстеризацію крохмалю при виробництві харчових продуктів впливають і ліпіди – тригліцериди (жири, олії), моно- та дигліцериди. Жири, які можуть давати комплекси з амілозою, гальмують набухання крохмальних зерен. Внаслідок цього у білому хлібі, у якому мало жиру, 96% крохмалю зазвичай повністю клейстеризовано. При виробництві пекарських виробів ці два фактори (великі концентрації жиру і низька а w) роблять великий внесок у неклейстеризацію крохмалю.

Моногліцериди жирних кислот (16 - 18) призводять до підвищення температури клейстеризації, підвищення температури, що відповідає піку в'язкості, зменшення сили гелю. Це пов'язано з тим, що компоненти жирних кислот у моноацилгліцеридах можуть утворювати сполуки включення з амілозою, а можливо, і з довгими зовнішніми ланцюгами амілопектину.

Кислоти присутні в багатьох продуктах, де використовується крохмаль як загусник. При низьких рН (салатні приправи, фруктові начинки) має місце значне зниження піку крохмальних в'язкості клейстерів і швидке зниження в'язкості при нагріванні.

Оскільки при низьких рН має місце інтенсивний гідроліз з утворенням декстринів, що не загусають, необхідно, щоб уникнути кислотного розрідження, використовувати як загусник в кислих продуктах модифіковані поперечно-зшиті крохмалі.

Студнеутворююча здатність проявляється при достатньому вмісті крохмалю в клейстерах, а освіта та властивості колодців з них залежать, в основному, від амілозної фракції. Відомо, що колодці утворюються в тих випадках, коли молекули мають ланцюжкову (лінійну) будову.

Освіта колодязів використовується, наприклад, при виготовленні киселів, запіканок, цукерок, ковбас та ін.

Властивості крохмальних холодців залежать від концентрації крохмалю, тривалості вистоювання та інших факторів. Міцність холодців швидко зростає при їх зберіганні та вистійці, причому найбільш швидко у концентрованих холодців.

Колодязі з крохмалів різних видів за своїми властивостями не однакові.

Колодязі, що змінили початкову міцність під час зберігання, після вторинного нагрівання набувають її знову, тобто явища структуроутворення оборотні при нагріванні, причому у рисових та пшеничних крохмалів спостерігається повна оборотність, а у картопляних – обмежена.

У крохмальних холодців, особливо з картопляного крохмалю, з часом спостерігається синьорезис, що виявляється в тому, що в результаті ущільнення структури гелю виділяється вільна вода на поверхні.

У молекулі крохмалю є багато вільних гідроксильних груп, які здатні вступати в хімічні реакції з багатьма сполуками та давати ефіри та різні похідні. На цьому ґрунтується отримання різних модифікованих його похідних.

Модифіковані, або змінені, крохмалі, що мають нові властивості, знаходять все більше і різноманітне застосування в різних галузях харчової промисловості.

Модифіковані крохмалі мають, як правило, такий самий зовнішній вигляд, як і звичайний (нативний) крохмаль. Однак, впливаючи на нього різними фізичними, хімічними та біологічними реагентами, що змінюють спрямовано такі властивості, як розчинність, в'язкість, прозорість, стабільність клейстерів та інші фізико-хімічні параметри, отримують крохмалі з дивовижними властивостями. Крохмалі, властивості яких змінені внаслідок спеціальної обробки, називають модифікованими крохмалями.

Основними перетвореннями, які зазнають крохмалі в

1. Розщеплення (деполімеризація) полісахаридних компонентів крохмалю із збереженням або без збереження зернистої структури.

2. Збільшення кількості існуючих чи поява нових функціональних груп, перебудова структури полісахаридних ланцюгів внаслідок трансгліколізування.

3. Втрата зернами крохмалю початкової структури та придбання ними після дегідратації нової структури.

4. Взаємодія гідроксильних груп крохмалю з різними хімічними речовинами з утворенням ефірних зв'язків та приєднанням їх залишків.

5. Одночасна полімеризація блоків часткового гідролізу крохмалю та інших мономерів (співполімеризація) з утворенням нових сполук.

Модифіковані крохмалі можуть бути отримані шляхом одного із зазначених перетворень або в результаті двох і більше перетворень, що протікають одночасно або послідовно.

Набухають крохмаліодержують повною або частковою клейстеризацією нативного або модифікованого крохмалю у воді при нагріванні з подальшим висушуванням клейстеру та подрібненням. Вони здатні набухати в холодній воді, повністю або частково переходити до розчинного стану. Набухають крохмалі вводять у сухі суміші морозива, пудингів, кремів та інших виробів швидкого приготування.

Крохмаль, модифікований кислотою, Отримують при нагріванні слабо підкисленої водної суспензії крохмальних зерен до температури 45 - 50 °С. У зернах послаблюються міжмолекулярні зв'язки та відбувається часткове розщеплення глікозидних зв'язків. Молекули амілопектину стають менш розгалуженими, внаслідок чого крохмаль дає прозоріші колодці. Цей крохмаль практично нерозчинний у холодній воді, але добре розчинний у киплячій воді. Для цього крохмалю, порівняно з вихідним, характерна нижча в'язкість гарячих клейстерів, зменшення сили гелю, підвищення температури клейстеризації. Крохмаль, модифікований кислотою, широко застосовують у харчовій промисловості: кукурудзяний та пшеничний – для приготування цукерок, рахат-лукуму та інших кондитерських виробів; картопляний – для пудингових сумішей.

Етерифіковані крохмалі.Відомо, що крохмаль може бути підданий етерифікації. У харчовій промисловості частіше застосовують крохмалофосфати – ефіри крохмалю та солей фосфорної кислоти. Їх використовують як загусники, стабілізатори, емульгатори, що не мають запаху і смаку

Монофосфати одержують при нагріванні крохмалю з водорозчинними фосфатами, солями орто-, піро- або метафосфорної кислоти протягом 1-6 годин при підвищеній температурі (зазвичай 50-60 °С). Порівняно із звичайним крохмалем цей крохмаль має нижчу температуру клейстеризації, набухає в холодній воді (СЗ = 0,07 і вище), має знижену здатність до ретроградації. Характеристика фосфатних зернових крохмалів у принципі подібна до картопляного крохмалю, який теж містить фосфатні групи. Монофосфатний крохмаль застосовують у заморожених продуктах як загусник, завдяки його винятковій стабільності при заморожуванні-відтаванні. Попередньо клейстеризований фосфатний крохмаль диспергується в холодній воді, завдяки чому може успішно використовуватися в інстант-десертних порошкоподібних продуктах і в морозиві.

На відміну від монофосфатного крохмалю, у дифосфатному крохмалі фосфат етерифікується з двома гідроксильними групами, часто із двох сусідніх крохмальних ланцюгів. Таким чином, утворюється хімічний міст між довколишніми ланцюгами, і ці крохмалі відносять до поперечно-зшитих крохмалів. Наявність ковалентного зв'язку між двома крохмальними ланцюгами оберігає крохмальні зерна від набухання, дає більшу стабільність при нагріванні та можливому гідролізі.

Поперечно-зшиті крохмалі можуть бути отримані реакцією крохмалю (R-ОН) з бі- та поліфункціональними агентами, такими як триметафосфат натрію, оксихлорид фосфору, змішані ангідриди оцтової та дикарбонової (наприклад, адипінової) кислот.

Найбільша зміна у властивостях поперечно-зшитого крохмалю – висока стабільність при підвищених температурах, низьких значеннях рН, механічних впливах, зниження здатності до ретроградації, стабільність при заморожуванні – відтаванні; при зберіганні клейстерів поперечно-зшитих крохмалів немає синерезис. Завдяки цим властивостям поперечно-зшиті крохмалі застосовують у дитячому харчуванні, салатних приправах, фруктових начинках, кремах.

Ацетати крохмалю низького ступеня заміщення одержують шляхом обробки зерен крохмалю оцтовою кислотою або, переважно, ацетангідридом у присутності каталізатора (як правило при рН 7-11; t = 25 ° С; СЗ = 0,5). Розчини ацетатів крохмалю дуже стабільні, оскільки наявність ацетил-груп перешкоджає асоціації двох амілозних молекул та довгих бічних ланцюгів амілопектину. Ацетати крохмалю в порівнянні зі звичайним кукурудзяним крохмалем мають знижену температуру клейстеризації, знижену здатність до ретроградації, утворюють прозорі та стабільні клейстери. Завдяки цим якостям ацетати крохмалю застосовують у заморожених продуктах, пекарських виробах, інстант-порошках тощо.

Окислені крохмалі виробляютьіз застосуванням перманганату, гіпохлориту, перекисів, йодної кислоти. Окислювачі викликають гідролітичне розщеплення глікозидних зв'язків, окислення спиртових груп у карбонільні та карбоксильні. Крохмаль окислюють у водних суспензіях та напівсухою. Окислені крохмалі, в порівнянні з вихідним, здатні давати менш в'язкі, але більш прозорі та стабільні клейстери. Їх застосовують як замінники агару, агароїду при виробництві желейних кондитерських виробів, для стабілізації морозива та ін.



Існують три види вуглеводів: клітковина, глюкоза та крохмаль. У той час як багато дієт для втрати ваги пропонують обмежити споживання крохмалів та інших вуглеводів, дослідники все частіше говорять, що це не що інше, як міф. А навіть при крохмалистому борошні не осяде жиром на боках. Своє слово про цю речовину сказали й медики. Причому воно також неоднозначне. Так що таке крохмаль, чим є найпопулярніший – картопляний крохмаль, користь та шкода якого слугують темами наукових дискусій?

Біохімічні властивості

Крохмаль (формула – (С 6 Н 10 Про 5) n) – це біла гранульована органічна речовина, що виробляється усіма зеленими рослинами.

Є несмачним порошком, нерозчинним у холодній воді, спирті та більшості інших розчинників. Ця субстанція належить до групи полісахаридів. Найпростіша форма крохмалю - лінійний полімер амілози. Розгалужена форма представлена ​​амілопектіном. У реакції з водою утворює клейстер. Гідроліз крохмалю відбувається за наявності кислот та підвищення температури, у результаті утворюється глюкоза. Використовуючи йод, легко перевірити завершення реакції гідролізу (більше не буде синій колір).

У зелених рослинах крохмаль виробляється від надлишку глюкози, отриманої внаслідок фотосинтезу. Для рослин ця речовина є джерелом енергії. Крохмаль у формі гранул зберігається у хлоропластах. У деяких рослинах найвища концентрація речовини міститься в корінні та бульбах, в інших – у стеблах, насінні. Якщо виникає така необхідність, ця речовина може розпадатися (під впливом ферментів та води), створюючи глюкозу, яку рослини використовують як підживлення. У людському організмі, а також у тілах тварин молекула крохмалю також розпадається на цукри, а вони також служать джерелом енергії.

Як працює в людському організмі

Вуглеводи є основним джерелом «палива» для нашого організму. Після того як система травлення перетворила їжу в глюкозу, тіло використовує її для активації всіх клітин і органів. Залишки зберігаються в печінці та м'язах. Як універсальне джерело «палива» називають борошняні продукти, що містять крохмалі та клітковину – вуглеводи, що сприяють здоровому перетравленню їжі та контролюють цукор у крові. Такі джерела вуглеводів розщеплюються повільніше, ніж прості, надовго забезпечують постачання енергії та почуття ситості між їдою.

Функції в організмі

Єдина роль крохмалю в раціоні людини – перетворення на глюкозу для отримання додаткової енергії.

Існують різні сорти рису, і всі вони корисні для людини, оскільки містять вітаміни, клітковину та . Цей продукт можна вживати як гарячих страв, так і холодних закусок. Але щоб він був по-справжньому корисним, краще повторно не підігрівати блюдо, а якщо знадобиться, то між розігрівами зберігати в холодильнику, що вбереже від розмноження шкідливих бактерій. Але за будь-яких обставин готову рисову страву не можна зберігати довше 24 годин. А під час повторного розігріву протягом 2 хвилин тримати у температурі близько 70 градусів за Цельсієм (можна над парою).

Макаронні вироби

Краще віддавати перевагу тісту, приготованому із твердих сортів пшениці та води. Воно містить залізо та вітаміни В-групи. Ще кориснішими є макарони із цільнозернової основи.

Таблиця вмісту крохмалів у продуктах

Продукт	Крохмаль (у відсотках)
Рис	78
Спагетті	75
Кукурудзяні пластівці	74
Борошно (пшеничне, ячмінне)	72
Просо	69
Хліб свіжий	66
Кукурудза	65
Локшина	65
Гречка	64
Пшениця	60
Жито	54
Чіпси картопляні	53
Горох	45
Житній хліб	45
Листкове тісто	37
Картопля фрі	35
Сира картопля	15,4
Варена картопля	14

Акриламід у крохмалистій їжі

Акриламід – це хімічна речовина, яку можна знайти в деяких видах борошняних продуктів після смаження, запікання на грилі або розігрівання при дуже високих температурах.

Деякі дослідження показали, що ця речовина може бути небезпечною для людини. Тому дієтологи виступають проти підсмажування (і особливо підгоряння) крохмалистих продуктів, таких як картопля, грінки, коренеплоди.

Акриламід практично не виробляється в процесі варіння, пропарювання або запікання в мікрохвильовій печі. І до речі, зберігання картоплі за дуже низьких температур, збільшує в її складі концентрацію цукру, що також сприяє виділенню великої порції акриламіду під час готування.

Поєднання з іншими речовинами та засвоєння

Крохмалі щодо поєднання з іншими поживними речовинами дуже вимогливі. Зазвичай вони погано взаємодіють з іншими продуктами, і добре поєднуються тільки між собою. Для максимальної користі крохмалисту їжу краще поєднувати з сирими овочами у вигляді салатів. До речі, організм легше перетравить сирий крохмаль, ніж після термічної обробки. А також ця речовина швидше метаболізується, якщо в організмі достатньо вітамінів.

Використання в промисловості

У промисловості зустрічається крохмаль рисовий, кукурудзяний, пшеничний, тапіоковий, але картопляний, мабуть, найпопулярніший.

Його отримують шляхом подрібнення бульб та перемішування м'якоті з водою. Потім м'якоть відокремлюють від рідини та висушують. Крім цього, крохмаль застосовують у пивоварінні, в кондитерських виробах як загусник. Також він здатний збільшити міцність паперу, що використовується для виготовлення гофрованого картону, паперових пакетів, коробок, прогумованого паперу. У текстильній промисловості – як проклеювання, що надає міцність ниткам.

Також у харчовій промисловості активно застосовують амілопектиновий крохмаль, отриманий з воскоподібної кукурудзи. Використовується як загусник у соусах, заправках, фруктово-молочних десертах. На відміну від картопляного аналога, ця речовина прозора, не має присмаку, а її унікальні хімічні властивості допускають багаторазове заморожування та нагрівання крохмалистого продукту.

Наявність у списку інгредієнтів продукту Е1400, Е1412, Е1420 або Е1422 каже, що при виготовленні цієї їжі використовували модифікований кукурудзяний крохмаль. Від інших видів його відрізняє здатність до набухання та утворення клейстеризованих розчинів. У харчовій промисловості застосовується як засіб проти комкування для створення необхідної текстури соусів, кетчупів, йогуртів і молочних десертів. Також застосовують у хлібобулочних виробах.

Тапіоковий крохмаль також є інгредієнтом харчової промисловості. Але як сировину для нього використовують не звичні нам картопля чи кукурудзу, а плоди маніока. За своїми здібностями цей продукт нагадує картопляний. Застосовується як загусник і засоби проти утворення грудок.

Крохмаль належить до продуктів, про користь і шкоду яких поки що немає однозначної думки. Тим часом, існує відмінна порада, якою керувалися люди в різні часи: всього має бути в міру, і тоді їжа не буде на шкоду. Це стосується й крохмалів.

Facebook

Twitter

Вконтакте

Однокласники

Google+