Что бы там ни говорили диетологи и любители здоровых диет, а крахмал - одно из важнейших в рационе веществ.
В своё время именно начало употребления крахмала привело к тому, что человек начал стремительно покорять дотоле неприступные для него территории планеты: до приручения огня древние люди вынуждены были получать основную часть энергии из мяса животных. И лишь после того, как с помощью огня появилась возможность готовить крахмалосодержащие продукты - зерна и корнеплоды - люди перестали быть привязанными к стадам братьев своих меньших.
Крахмал - основной источник энергии для современного человека. Но по мнению докторов его же свойства являются причиной многочисленных болезней, связанных с нарушением обмена веществ. Рассмотрим химический состав крахмала.
Состав крахмала
С чисто научной точки зрения крахмал - это большое количество простых сахаров, собранные в длинные и иногда разветвленные цепи. Основной единицей одной такой цепи является глюкоза, та самая, которая в организме человека играет роль источника энергии.
Каждая длинная цепочка может многократно изгибаться, извиваться и складываться, в результате чего образуются микроскопические гранулы, напоминающие зерна муки. На самом деле, мука - это тоже смесь крахмала и некоторых сопутствующих веществ.
Если крахмал потереть между пальцами или сжать комок его в ладони, можно услышать характерный скрип. Этот звук создаётся при трении крупиц друг о друга: они достаточно тверды и не разрушаются при таком воздействии.
В природе, в организмах растений, он образуется при последовательном соединении большого числа молекул глюкозы. А глюкоза перед этим синтезируется из воды и углекислого газа.
Для большинства растений крахмал - главный аккумулятор энергетических ресурсов. Именно поэтому его активное запасание происходит в семенах, клубнях и корнях. Состав пшеничного или кукурузного зерна более чем наполовину - крахмал.
Физически он представляет собой белый безвкусный порошок без запаха, нерастворимый в . Однако при попадании в воду он образует многочисленные коллоидные частицы, при большой концентрации создающие густую вязкую массу. Её называют клейстером.
Благодаря тому, что крахмал в больших количествах запасается растениями, его достаточно просто получить уже в готовом виде, нежели синтезировать заново. С этим связаны промышленные методы получения крахмала.
Способы получения
В зависимости от исходного сырья для получения вещества различают картофельный, кукурузный, рисовый, пшеничный, сорговый и другие виды крахмала. Все они немного отличаются друг от друга свойствами и наличием в их составе дополнительных веществ.
При получении крахмала из зерен масса сырья размачивается и перетирается, что позволяет удалить зародыши из семян. Оставшийся эндосперм подвергают повторному измельчению, выделению (физическому иди химическому) содержащихся в нём веществ и сушке. В результате в состав крахмала может входить некоторое количество и .
Аналогичную процедуру проводят для , с той только разницей, что в этой операции процедура удаления зародышей заменяется на отвод картофельного сока и кожуры.
Чаще всего производство крахмала основано именно на переработке картофеля. При этом содержание его в картофельных клубнях составляет не более 25%, в то время как в различных зерновых крахмала содержится от 65% до 80%. Картофель предпочитают по той причине, что его измельчение не приводит к столь быстрому износу оборудования, как перетирание зерновых, и в целом процесс получения крахмала из него оказывается более простым.
Находящийся у всех на слуху модифицированный крахмал ни в коем случае не является ГМО. Крахмал - это не организм, у него нет генов, и модификация в нем происходит только на уровне сахаридной структуры. Никакого вреда изменение этой структуры для человека не имеет.
Применение
А вот используется крахмал в пищевой промышленности не менее широко, чем в природе. Он является необходимым ингредиентом при приготовлении различных киселей, соусов, кремов, колбас и выпечки. В подавляющем большинстве и колбасных изделий содержится крахмал для придания им более плотной консистенции.
Наиболее часто в кулинарных целях этот компонент используется для загущения продукта и связывания части жидкости в нём. Например, при приготовлении желе или . Для этого чаще используют модифицированный крахмал.
Применение крахмала в кулинарии - не единственная форма его использования. Из него изготовляют этанол, патоку и различные клея. В огромных объёмах крахмал используется целлюлозной промышленностью. Порошок служит для наполнения и обработки бумаги. Также его используют для обработки тканей и другой текстильной продукции.
В сумме текстильная и целлюлозная промышленность потребляют больше крахмала, чем пищевая.
Польза и вред
Крахмал - продукт двоякий. С одной стороны его состав - кладезь энергии. Именно благодаря обилию крахмала в зернах и крупах , выпечка и различные каши столь питательны. Кроме того, крахмал, содержащий повышенное количество амилозы, играет роль своеобразного массажера для кишечника. Он расщепляется хуже, чем крахмал с большим содержанием амилопектина, и потому, образуя комок в кишечнике, обладает свойствами стимуляции его работы, улучшения пищеварение и уменьшения всасывания холестерина.
Дополнительное полезное свойство крахмала - в пищеварительном тракте он способствует восстановлению организма после скачка уровня сахара в крови у страдающих диабетом.
С другой стороны, вред крахмала известен всем следящим за своей фигурой. Во многих случаях именно он является причиной набора веса, даря человеку избыточное количество калорий.
Поэтому как и большинство калорийных продуктов, крахмал ценен для крепкого и подвижного организма, тратящего большое количество калорий и нуждающегося в стабильном получении энергии и хорошей работе пищеварительной системы.
Кукурузный или картофельный крахмал обычно можно найти на полке магазина рядом с мукой, содой, сахаром и солью. Если нет супермаркета в шаговой доступности - посмотрите среди натуральных продуктов для выпечки в интернет-магазине . Одной упаковки обычно хватает очень надолго.
Существуют три вида углеводов: клетчатка, глюкоза и крахмал. В то время как многие диеты для потери веса предлагают ограничить потребление крахмалов и других углеводов, исследователи все чаще говорят, что это не что иное, как миф. А при даже крахмалистое мучное не осядет жиром на боках. Свое слово об этом веществе сказали и медики. Причем оно также неоднозначно. Так что такое крахмал, чем является наиболее популярный – картофельный крахмал, польза и вред которого служат темами научных дискуссий?
Биохимические свойства
Крахмал (формула – (С 6 Н 10 О 5) n) – это белое гранулированное органическое вещество, которое вырабатывается всеми зелеными растениями.
Являет собой безвкусный порошок, нерастворимый в холодной воде, спирте и большинстве других растворителей. Эта субстанция принадлежит к группе полисахаридов. Наипростейшая форма крахмала – линейный полимер амилозы. Разветвленная форма представлена амилопектином. В реакции с водой образовывает клейстер. Гидролиз крахмала происходит при наличии кислот и повышения температуры, в результате образовывается глюкоза. Используя йод, легко проверить завершение реакции гидролиза (больше не будет появляться синий цвет).
В зеленых растениях крахмал производится от избытка глюкозы, полученной в результате фотосинтеза. Для растений это вещество служит источником энергии. Крахмал в форме гранул хранится в хлоропластах. В некоторых растениях наивысшая концентрация вещества содержится в корнях и клубнях, в других – в стеблях, семенах. Если возникает такая необходимость, это вещество может распадаться (под воздействием ферментов и воды), создавая глюкозу, которую растения используют в качестве подпитки. В человеческом организме, а также в телах животных молекула крахмала также распадается на сахара, а они также служат источником энергии.
Как работает в человеческом организме
Углеводы являются главным источником «топлива» для нашего организма. После того как пищеварительная система преобразовала еду в глюкозу, тело использует ее для активации всех клеток и органов. Остатки хранятся в печени и мышцах. В качестве универсального источника «топлива» называют мучные продукты, содержащие крахмалы и клетчатку – углеводы, способствующие здоровому перевариванию пищи и контролирующие сахар в крови. Такие источники углеводов расщепляются медленнее, чем простые, надолго обеспечивают поставки энергии и чувство сытости между приемами пищи.
Функции в организме
Единственная роль крахмала в рационе человека – превращение в глюкозу для получения дополнительной энергии.
Существуют разные сорта риса, и все они полезны для человека, так как содержат витамины, клетчатку и . Этот продукт можно употреблять как в виде горячих блюд, так и холодных закусок. Но дабы он был по-настоящему полезным, лучше повторно не подогревать приготовленное блюдо, а если понадобится, то между разогревами хранить в холодильнике, что убережет от размножения вредных бактерий. Но при любых обстоятельствах готовое рисовое блюдо нельзя хранить дольше 24 часов. А во время повторного разогревания на протяжении 2 минут держать в температуре около 70 градусов по Цельсию (можно над паром).
Макаронные изделия
Лучше отдавать предпочтение тесту, приготовленному из твердых сортов пшеницы и воды. Оно содержит железо и витамины В-группы. Еще более полезными являются макароны из цельнозерновой основы.
| Продукт | Крахмал (в процентах) |
|---|---|
| Рис | 78 |
| Спагетти | 75 |
| Кукурузные хлопья | 74 |
| Мука (пшеничная, ячменная) | 72 |
| Просо | 69 |
| Хлеб свежий | 66 |
| Кукуруза | 65 |
| Лапша | 65 |
| Гречка | 64 |
| Пшеница | 60 |
| Рожь | 54 |
| Чипсы картофельные | 53 |
| Горох | 45 |
| Ржаной хлеб | 45 |
| Слоеное тесто | 37 |
| Картофель фри | 35 |
| Сырая картошка | 15,4 |
| Вареный картофель | 14 |
Акриламид в крахмалистой пище
Акриламид – это химическое вещество, которое можно найти в некоторых видах мучных продуктов, после жарки, запекания на гриле или разогревания при очень высоких температурах.
Некоторые исследования показали, что это вещество может быть опасным для человека. Поэтому диетологи выступают против поджаривания (и особенно подгорания) крахмалистых продуктов, таких как картофель, гренки, корнеплоды.
Акриламид практически не вырабатывается в процессе варки, пропаривания или запекания в микроволновке. И кстати, хранение картофеля при очень низких температурах, увеличивает в его составе концентрацию сахара, что также способствует выделению большой порции акриламида во время готовки.
Сочетание с другими веществами и усвоение
Крахмалы в плане сочетания с другими питательными веществами весьма требовательны. Обычно, они плохо взаимодействуют с другими продуктами, и хорошо сочетаются только между собой. Для максимальной пользы крахмалистую пищу лучше комбинировать с сырыми овощами в виде салатов. И кстати, организм легче переварит сырой крахмал, нежели после термической обработки. А также это вещество быстрее метаболизуется, если в организме достаточно витаминов В.
Использование в промышленности
В промышленности встречается крахмал рисовый, кукурузный, пшеничный, тапиоковый, но картофельный, пожалуй, наиболее популярный.
Его получают путем измельчения клубней и перемешивания мякоти с водой. Затем мякоть отделяют от жидкости и высушивают. Помимо этого, крахмал применяют в пивоварении, в кондитерских изделиях как загуститель. Также он способен увеличить прочность бумаги, используется для изготовления гофрированного картона, бумажных пакетов, коробок, прорезиненной бумаги. В текстильной промышленности – как проклейка, придающая прочность нитям.
Также в пищевой промышленности активно применяют амилопектиновый крахмал, полученный из восковидной кукурузы. Используется как загуститель в соусах, заправках, фруктово-молочных десертах. В отличие от картофельного аналога, это вещество прозрачное, не имеет привкуса, а его уникальные химические свойства допускают многократное замораживание и нагревание крахмалистого продукта.
Наличие в списке ингредиентов продукта Е1400, Е1412, Е1420 или Е1422 говорит, что при производстве этой пищи использовали модифицированный кукурузный крахмал. От других видов его отличает способность к набуханию и образованию клейстеризованных растворов. В пищевой промышленности применяется как средство против комкования, для создания необходимой текстуры соусов, кетчупов, йогуртов и молочных десертов. Также применяют в хлебобулочных изделиях.
Тапиоковый крахмал также являет собой ингредиент пищевой промышленности. Но в качестве сырья для него используют не привычные нам картофель или кукурузу, а плоды маниока. По своим способностям этот продукт напоминает картофельный. Применяется в качестве загустителя и средства против образования комков.
Крахмал принадлежит к числу продуктов, о пользе и вреде которых пока нет однозначного мнения. Меж тем, существует отличный совет, которым руководствовались люди в разные времена: всего должно быть в меру и тогда пища не будет во вред. Это касается и крахмалов.
Крахмал – растительный полисахарид со сложным строением. Он состоит из амилозы и амилопектина; их соотношение различно в различных крахмалах (амилозы 13 – 30%; амилопектина 70 – 85%).
Амилоза и амилопектин (их свойства приведены в таблице 1) в растениях формируются в виде крахмальных зерен, структура которых до конца не выяснена.
Таблица 1. Свойства амилозы и амилопектина
Крахмал является важным компонентом пищевых продуктов, исполняя роль загустителя и связывающего агента. В одних случаях он присутствует в сырье, которое перерабатывается в пищевые продукты (например, хлебобулочные изделия). В других его добавляют для придания продукту тех или иных свойств – он используется широко при производстве пудингов, концентратов супов, киселей, соусов, салатных приправ, начинок, майонеза; один из компонентов крахмала – амилоза используется для пищевых оболочек и покрытий.
К основным физико-химическим свойствам крахмала, имеющим большое значение для пищевых продуктов относятся способность крахмала к клейстеризации, вязкость клейстеризованных растворов и их способность давать студни.
Неповрежденные крахмальные зерна нерастворимы в воде, но могут обратимо впитывать влагу и легко набухают. Увеличение диаметра зерен при набухании зависит от вида крахмала. Например, для обычного кукурузного крахмала – 9,1%, для восковидного – 22,7%.
Клейстеризация крахмала проявляется при его нагревании в воде, и эта его способность к клейстерообразованию обусловлена наличием в нем амилопектина. В первой фазе нагревания вода медленно и обратимо поглощается зернами крахмала, причем происходит их ограниченное набухание. Вторая фаза характеризуется тем, что зерна быстро набухают, во много раз увеличиваясь, поглощая большое количество влаги и быстро теряя двойное лучепреломление, т. е. свою кристаллическую структуру. При этом вязкость крахмальной суспензии быстро возрастает, и небольшое количество крахмала растворяется в воде. В третьей фазе набухания, протекающей при повышенных температурах, зерна становятся почти бесформенными мешочками, из которых вымылась наиболее растворимая часть крахмала. Как правило, большие крахмальные зерна клейстеризуются при более низкой температуре, чем мелкие. Температуру, соответствующую разрушению внутренней структуры крахмальных зерен, называют температурой клейстеризации. Она зависит от источника получения крахмала (табл. 2).
Таблица 2. Зависимость температуры клейстеризации крахмала от источника получения
|
Источник |
Температуры клейстеризации, °С |
|
|
Кукуруза |
||
|
Картофель |
||
| Рожь | ||
| Ячмень | ||
| Овес | ||
| Сорго | ||
| Горох | ||
| Фасоль | ||
| Восковидная кукуруза |
Вязкость крахмальных клейстеров имеет очень важное практическое значение. При этом вязкость амилопектиновой фракции выше, чем амилозной, вследствие своего ветвистого строения молекулы амилопектина (внутреннее трение, у растворов с такими объемистыми молекулами больше).
Кривые вязкости, полученные на ротационном вискозиметре, показывают, что сначала увеличение температуры ведет к крутому подъему вязкости, что связано с набуханием крахмальных зерен. Затем набухшие крахмальные зерна разрываются и дезинтегрируют, вызывая падение вязкости (рис. 1). Наклон кривых сильно различается для различных краxмалов.
Рис. 1. Изменение вязкости в процессе клейстеризации крахмальной суспензии.
Пищевые кулинарные изделия, получаемые из крахмала (соусы, подливки, кисели и пр.), должны обладать необходимой вязкостью. Чем большую вязкость имеет клейстер, содержащий определенное количество крахмала, тем меньше его надо расходовать для получения продуктов с требуемой вязкостью. Картофельный крахмал дает клейстеры со значительно большей (в среднем) вязкостью, чем кукурузный. Для получения клейстеров с одинаковой вязкостью нужно брать разные количества того или иного крахмала.
Клейстеризация крахмала, вязкость крахмальных растворов, характеристика крахмальных гелей зависят не только от температуры, но и от вида и количества других присутствующих компонентов. С этим необходимо считаться, поскольку в процессе производства пищевых продуктов крахмал находится в присутствии таких веществ, как сахар, белки, жиры, пищевые кислоты и вода.
На клейстеризацию крахмала при производстве пищевых продуктов оказывают влияние и липиды – триглицериды (жиры, масла), моно- и диглицериды. Жиры, которые могут давать комплексы с амилозой, тормозят набухание крахмальных зерен. Вследствие этого в белом хлебе, в котором мало жира, 96% крахмала обычно полностью клейстеризовано. При производстве пекарских изделий эти два фактора (большие концентрации жира и низкая а w) вносят большой вклад в неклейстеризацию крахмала.
Моноглицериды жирных кислот (С 16 – С 18) приводят к увеличению температуры клейстеризации, увеличению температуры, соответствующей пику вязкости, уменьшению силы геля. Это связано с тем, что компоненты жирных кислот в моноацилглицеридах могут образовывать соединения включения с амилозой, а, возможно, и с длинными внешними цепями амилопектина.
Кислоты присутствуют во многих продуктах, где используется крахмал в качестве загустителя. При низких рН (салатные приправы, фруктовые начинки) имеет место значительное снижение пика вязкости крахмальных клейстеров и быстрое снижение вязкости при нагревании.
Поскольку при низких рН имеет место интенсивный гидролиз с образованием незагустевающих декстринов, необходимо, чтобы избежать кислотного разжижения, использовать в качестве загустителя в кислых продуктах модифицированные поперечно-сшитые крахмалы.
Студнеобразующая способность проявляется при достаточном содержании крахмала в клейстерах, а образование и свойства студней из них зависят, в основном, от амилозной фракции. Известно, что студни образуются в тех случаях, когда молекулы имеют цепочное (линейное) строение.
Образование студней используется, например, при изготовлении киселей, запеканок, конфет, колбас и др.
Свойства крахмальных студней зависят от концентрации крахмала, продолжительности выстойки и других факторов. Прочность студней быстро возрастает при их хранении и выстойке, причем наиболее быстро у концентрированных студней.
Студни из крахмалов разных видов по своим свойствам не одинаковы.
Студни, изменившие первоначальную прочность во время хранения, после вторичного нагревания приобретают ее снова, т. е. явления структурообразования обратимы при нагревании, причем у рисовых и пшеничных крахмалов наблюдается полная обратимость, а у картофельных – ограниченная.
У крахмальных студней, особенно из картофельного крахмала, с течением времени наблюдается синерезис, проявляющийся в том, что в результате уплотнения гелевой структуры выделяется свободная вода на поверхности.
В молекуле крахмала имеется много свободных гидроксильных групп, которые способны вступать в химические реакции со многими соединениями и давать эфиры и различные производные. На этом основано получение различных модифицированных его производных.
Модифицированные, или измененные, крахмалы, обладающие новыми свойствами, находят все большее и разнообразное применение в различных отраслях пищевой промышленности.
Модифицированные крахмалы имеют, как правило, такой же внешний вид, как и обычный (нативный) крахмал. Однако, воздействуя на него различными физическими, химическими и биологическими реагентами, изменяющими направленно такие его свойства, как растворимость, вязкость, прозрачность, стабильность клейстеров и другие физико-химические параметры, получают крахмалы с удивительными свойствами. Крахмалы, свойства которых изменены в результате специальной обработки, называют модифицированными крахмалами.
Основными превращениями, которые претерпевают крахмалы в
1. Расщепление (деполимеризация) полисахаридных компонентов крахмала с сохранением или без сохранения зернистой структуры.
2. Увеличение количества существующих или появление новых функциональных групп, перестройка структуры полисахаридных цепей в результате трансгликолизирования.
3. Потеря зернами крахмала первоначальной структуры и приобретение ими после дегидратации новой структуры.
4. Взаимодействие гидроксильных групп крахмала с различными химическими веществами с образованием эфирных связей и присоединением их остатков.
5. Одновременная полимеризация блоков частичного гидролиза крахмала и других мономеров (сополимеризация) с образованием новых соединений.
Модифицированные крахмалы могут быть получены путем одного из указанных превращений или в результате двух и более превращений, протекающих одновременно или последовательно.
Набухающие крахмалы получают полной или частичной клейстеризацией нативного или модифицированного крахмала в воде при нагревании с последующим высушиванием клейстера и измельчением. Они способны набухать в холодной воде, полностью или частично переходить в растворимое состояние. Набухающие крахмалы вводят в сухие смеси мороженного, пудингов, кремов и других изделий быстрого приготовления.
Крахмал, модифицированный кислотой , получают при нагревании слабо подкисленной водной суспензии крахмальных зерен до температуры 45 – 50 °С. В зернах ослабляются межмолекулярные связи и происходит частичное расщепление гликозидных связей. Молекулы амилопектина становятся менее разветвленными, вследствие чего крахмал дает более прозрачные студни. Этот крахмал практически нерастворим в холодной воде, но хорошо растворим в кипящей воде. Для этого крахмала, по сравнению с исходным, характерна более низкая вязкость горячих клейстеров, уменьшение силы геля, увеличение температуры клейстеризации. Крахмал, модифицированный кислотой, широко применяют в пищевой промышленности: кукурузный и пшеничный – для приготовления конфет, рахат-лукума и других кондитерских изделий; картофельный – для пудинговых смесей.
Этерифицированные крахмалы. Известно, что крахмал может быть подвергнут этерификации. В пищевой промышленности чаще применяют крахмалофосфаты – эфиры крахмала и солей фосфорной кислоты. Их используют в качестве загустителей, стабилизаторов, эмульгаторов, не имеющих запаха и вкуса
Монофосфаты получают при нагревании крахмала с водорастворимыми фосфатами, солями орто-, пиро- или метафосфорной кислоты в течение 1 – 6 ч при повышенной температуре (обычно 50 – 60 °С). По сравнению с обычным крахмалом этот крахмал имеет более низкую температуру клейстеризации, набухает в холодной воде (СЗ = 0,07 и выше), имеет пониженную способность к ретроградации. Характеристика фосфатных зерновых крахмалов в принципе подобна картофельному крахмалу, который тоже содержит фосфатные группы. Монофосфатный крахмал применяют в замороженных продуктах в качестве загустителя, благодаря его исключительной стабильности при замораживании-оттаивании. Предварительно клейстеризованныи фосфатный крахмал диспергируется в холодной воде, благодаря чему может успешно использоваться в инстант-десертных порошкообразных продуктах и в мороженом.
В отличие от монофосфатного крахмала, в дифосфатном крахмале фосфат этерифицируется с двумя гидроксильными группами, часто из двух соседних крахмальных цепей. Таким образом, образуется химический мост между близлежащими цепями, и эти крахмалы относят к поперечно-сшитым крахмалам. Наличие ковалентной связи между двумя крахмальными цепями предохраняет крахмальные зерна от набухания, дает большую стабильность при нагревании и возможном гидролизе.
Поперечно-сшитые крахмалы могут быть получены реакцией крахмала (R-ОН) с би- и полифункциональными агентами, такими как триметафосфат натрия, оксихлорид фосфора, смешанные ангидриды уксусной и дикарбоновой (например, адипиновой) кислот.
Наиболее значительное изменение в свойствах поперечно-сшитого крахмала – высокая стабильность при повышенных температурах, низких значениях рН, механических воздействиях, снижение способности к ретроградации, стабильность при замораживании – оттаивании; при хранении клейстеров поперечно-сшитых крахмалов не наблюдается синерезис. Благодаря этим свойствам поперечно-сшитые крахмалы применяют в детском питании, салатных приправах, фруктовых начинках, в кремах.
Ацетаты крахмала низкой степени замещения получают путем обработки зерен крахмала уксусной кислотой или, предпочтительнее, ацетангидридом в присутствии катализатора (как правило при рН 7-11; t = 25 °С; СЗ = 0,5). Растворы ацетатов крахмала очень стабильны, поскольку наличие ацетил-групп препятствует ассоциации двух амилозных молекул и длинных боковых цепей амилопектина. Ацетаты крахмала по сравнению с обычным кукурузным крахмалом имеют пониженную температуру клейстеризации, пониженную способность к ретроградации, образуют прозрачные и стабильные клейстеры. Благодаря этим качествам ацетаты крахмала применяют в замороженных продуктах, пекарских изделиях, инстант-порошках и т.д.
Окисленные крахмалы вырабатывают с применением перманганата, гипохлорита, перекисей, йодной кислоты. Окислители вызывают гидролитическое расщепление гликозидных связей, окисление спиртовых групп в карбонильные и карбоксильные. Крахмал окисляют в водных суспензиях и полусухой. Окисленные крахмалы, по сравнению с исходным, способны давать менее вязкие, но более прозрачные и стабильные клейстеры. Их применяют в качестве заменителей агара, агароида при производстве желейных кондитерских изделий, для стабилизации мороженого и др. Диальдегидный крахмал, полученный под действием йодной кислоты (со степенью окисления до 2%), используют в хлебопечении, он оказывает укрепляющее действие на клейковину муки.
Химические свойства крахмала
Крахмал по химическому составу и строению относится к нередуцирующим углеводам. Химическая формула крахмала - (С6Н10О5)n - свидетельствует о том, что его основой является глюкозный остаток С6Н10О5.
Основной химической реакцией является гидролиз крахмала. Он протекает при каталитическом действии кислот до конечного продукта - глюкозы
(C6Hl0O5)n + n Н2О = n С6Н12О6.
Схема постепенного гидролиза крахмала в присутствии кислот, являющихся катализаторами, или при его ферментативном гидролизе имеет вид
(СH10О5)n ------ (С6H10O5)х -------- C12H22O11 ------ C6H12O6 .
крахмал ряд декстринов мальтоза глюкоза
Быстрое нагревание обычного крахмала вызывает расщепление его молекулы до декстринов, которые имеют меньшую молекулярную массу, но тот же химический состав. В зависимости от размера молекул их называют амилодекстринами, эритродекстринами или ахродекстринами .
Добавление в крахмальный клейстер даже незначительного количества раствора йода приводит к интенсивному синему окрашиванию, исчезающему при нагревании и вновь появляющемуся при охлаждении. По изменению окраски йодного раствора судят о глубине осахаривания крахмала при производстве крахмальной патоки. Йодная реакция настолько чувствительна, что появляется в растворе крахмала в разведении 1:500 000. Реакция воздействия йода протекает в две стадии. Первая стадия характеризуется комплексообразованием, что обусловлено началом воздействия йода на полисахариды. На второй стадии происходит процесс адсорбции йода. Эта стадия непродолжительна.
По мере уменьшения молекулярной массы, получаемые декстрины изменяют цвет окрашивания с йодом в следующей последовательности: сине-фиолетовое, красно-фиолетовое, красно-оранжевое, оранжевое и желтое.
Характеристика крахмала из различных видов сырья
Картофельный крахмал
Сыпучий порошок белого или слегка желтого цвета. Хорошо усваивается организмом. Картофель содержит много калия, который помогает выводить лишнюю воду из организма, что особенно важно, например, для больных с заболеваниями почек. При растворении крахмала в воде образуется вязкий прозрачный клейстер. Картофельный крахмал используют при выработке фруктово-ягодных киселей для загущения супов, соусов, подливок, в производстве некоторых видов колбасных изделий, сосисок и сарделек, для стабилизации кондитерских кремов, изготовления клеящих веществ, выработки искусственного саго. Кроме этого картофельный крахмал широко применяется в текстильной, бумажной, полиграфической и ряде других отраслей промышленности.
Известно также, что картофельный крахмал снижает содержание холестерина в печени и сыворотке крови, то есть обладает антисклеротическимии свойствами.
Кукурузный крахмал
Он образует молочно-белый непрозрачный клейстер, имеет невысокую вязкость, с запахом и привкусом характерным для зерна кукурузы. Применяют в производстве соусов, начинок для пирогов, пудингов. Его используют, как добавку при выпечке булочных и кондитерских изделий в тех случаях, когда необходимо ослабить действие клейковины и придать большую мягкость и нежность продукту с одновременным уменьшением добавки сахара и жира (бисквитный полуфабрикат, вафельные стаканчики для мороженого, печенье, пекарские смеси и т.п.). Пересушенный кукурузный крахмал с пониженной влажностью используют в кондитерской промышленности при отливке мягких конфет и корпусов шоколадных конфет. Кукурузный крахмал применяют в консервном производстве. Этот крахмал используют в технических целях в бумажном производстве, в текстильной и медицинской промышленности.
Сорговый крахмал
По своим свойствам близок к кукурузному. В нем в общем сходное соотношение амилозы и амилопектина, поэтому сферы использования этих крахмалов также совпадают.
Пшеничный крахмал
Он обладает невысокой вязкостью, его клейстер более прозрачный по сравнению с кукурузным. Студни пшеничного крахмала отличаются значительной мягкостью, эластичностью. Основное применение крахмал находит хлебопекарной и кондитерской промышленности.
В процессе приготовления хлеба крахмал выполняет следующие функции:
Является источником сбраживаемых углеводов в тесте, подвергаясь гидролизу под действием амилолитических ферментов поглощает воду при замесе, участвует в формировании теста;
Клейстеризуется при выпечке, поглощая воду и участвуя в формировании мякиша хлеба (связывает до 80% влаги, находящейся в тесте);
Является ответственным за черствение хлеба при его хранении (при хранении хлеба крахмальный клейстер подвергается старению-синерезису, что является основной причиной черствения хлеба).
Амилопектиновый крахмал
Его получают из восковидной кукурузы. Клейстер из такого крахмала обладает хорошей вязкостью и влагоудерживающей способностью. С раствором йода амилопектиновый крахмал дает характерное красно-коричневое окрашивание. Используют для стабилизации салатных приправ, соусов, кремов. За рубежом амилопектиновый крахмал применяют для производства различных клеящих веществ.
Крахмал высокоамилозной кукурузы
Его получают из высокоамилозных сортов кукурузы. Он отличается высоким содержанием линейной фракции - амилозы. Высокоамилозному крахмалу присущи следующие свойства:
Повышенная растворимость в воде;
Низкая вязкость клейстеров, склонность полисахаридов к ретроградации и быстрому студнеобразованию;
Более ограниченное по сравнению с обычными крахмалами набухание зерен.
Для высокоамилозных крахмалов отмечены явно пониженные значения степени кристалличности и повышенные на 15-17°С значения максимальной температуры плавления зерен. Предполагается, что это обусловлено образованием амилозо-липидных комплексов. От содержания амилозо-липидных комплексов во многом определяются функциональные свойства высокоамилозных крахмалов. Клейстеры этого крахмала или его модификаций при высушивании образуют тонкие, эластичные, прозрачные, жиростойкие прочные пленки и покрытия, обладающие различной растворимостью в воде .
Амилозный крахмал используют для приготовления съедобной пленки и покрытий, а также в кондитерской промышленности в качестве основы для приготовления желейных изделий.
Рисовый крахмал
Рис дает самые большие урожаи среди всех зерновых культур. Он образует непрозрачные клейстеры низкой вязкости, обладающие высокой стабильностью при хранении. Рисовый крахмал содержит значительное количество белка, при их сушке в производственных условиях характерно образование из зерен конгломератов размерами до 500 мкм. Рисовый крахмал используют в качестве стабилизатора белых соусов, придающего им стойкость к замораживанию и оттаиванию, а также для приготовления пудингов. Коэффициент усвояемости риса самый высокий и достигает до 95,9%.
Гороховый крахмал
Его вырабатывают из гороха, который известен высоким содержанием белковых веществ, что в два-три раза превышает их содержание в зернах злаковых культур. Поэтому горох рассматривают и как источник растительного белка.
Гороховому крахмалу присущи те же свойства, что и высокоамилозному. Он интересен с точки зрения его непосредственного использования и дальнейших модификаций, так как от других видов крахмала отличается повышенным содержанием амилозы - 35-75%. Например, канадскими учеными разработана упаковка на 90% состоящая из горохового крахмала с добавкой 1% лизозима, которая показала не только большую прочность и устойчивость к температурным изменениям, но и высокие антибактериальные свойства. Предполагается, что использование горохового крахмала в производстве пищевой и органической упаковки, позволит сократить расходы и защитит продукт от воздействия бактерий.
Тапиоковый (маниоковый) крахмал
Вырабатывается из клубней маниоки. Его клейстер более вязкий, чем у зерновых крахмалов (кукурузный, пшеничный), что объясняется высоким содержанием в тапиоковом крахмале амилопектина (до 80%). Тапиоковый крахмал используют в пищевой промышленности в качестве загустителя в готовых супах, соусах и подливах, а также как связующее вещество при производстве мяса. По своим показателям он очень близок к картофельному крахмалу. Однако по отдельным из них он превосходит картофельный крахмал за счет меньшей влажности - на 6-7%. Тапиоковый крахмал имеет невысокую зольность и поэтому считается чистым. В зависимости от используемой концентрации тапиоковый крахмал может образовывать как гель, так и пасту. Он адекватно заменяет кукурузный крахмал во всех возможных областях применения. При его производстве не используется генетически измененное сырье .
Формула крахмала - (С6Н10О5)n. Это полисахарид, состоящий из амилозы и амилопектина. Мономером ее является альфа-глюкоза. Крахмал в природе производится растениями в процессе фотосинтеза, но в разных культурах он отличается по структуре, полимеризации и строению цепей. А иногда и по своим свойствам.
Физические свойства
Крахмал (формула (С6Н10О5)n) представляет собой белый аморфный порошок, который не растворяется в холодной воде, но при нагревании равномерно распределяется в жидкости, образуя мутную клейкую субстанцию.
Если положить небольшое количество порошка под микроскоп, то можно увидеть, что он состоит из небольших отдельных кристалликов или зерен, которые при сжатии издают характерный скрип. Вкуса и запаха не имеет, температура воспламенения равняется четырёхстам десяти градусам по Цельсию.
Химические свойства
Структурная формула крахмала представляет собой соединение глюкозных остатков, которые образуют две комбинации - амилозу и амилопектин. Молекулы его могут быть расположены не только линейно, но и разветвленно, что объясняет его зернистую структуру.
В горячей воде крахмал набухает и превращается в клейстер, но после добавления сильных кислот гидролизуется и полностью растворяется, вплоть до образования молекул глюкозы.
Химическая формула крахмала - С6Н10О5, то есть он относится к органическим веществам. Чтобы выявить его наличие в растворе, необходимо добавить в колбу несколько капель йода. Если жидкость поменяет цвет на синий, значит, реакция положительная. Есть и другие качественные реакции. Так, например, крахмал не восстанавливает серебро из его аммиачного раствора и не проделывает то же самое с трехвалентным оксидом меди.
Биосинтез
Крахмал (формула С6Н10О5), как уже говорилось выше, синтезируется в растительных клетках в процессе фотосинтеза. Глюкоза соединяется с молекулами воды, в результате этой реакции получается молекула крахмала и кислород.
Это вещество является хорошим энергетическим материалом для растений, поэтому они накапливают его на случай возникновения сложных условий жизни. Обычно они хранят его в клубнях (картофель), плодах и семенах (злаковые). Наибольшее количество крахмала находится в зернах риса, на втором месте кукуруза, затем пшеница и только потом - картофель.
Пищевое значение
Крахмал (формула С6Н10О5), попадая в желудок человека или животного, подвергается воздействию соляной кислоты и распадается на молекулы глюкозы, которые способны усваиваться организмом.
В пищевой промышленности он используется для загустения киселей, соусов, различных заправок и так далее. Наиболее распространенными и простыми блюдами, содержащими крахмал, являются хлеб, блины, лапша, каши и многие другие изделия из семян злаковых растений или их производных.
Крахмал в неизмененном виде плохо переваривается в желудке и тонком кишечнике. Для его расщепления необходимы бактерии, которые колонизируют толстую кишку. Но даже в таком виде этот продукт может снижать уровень глюкозы в крови, а также образует органические кислоты, необходимые для построения эпителия толстого кишечника. Поэтому для лучшей усваиваемости необходимо термически обрабатывать продукты, содержащие крахмал.
Применение в промышленных масштабах
Крахмал (химическая формула - С6Р10О5) широко применяется в производстве бумаги, обоев, картона и другой подобной продукции. Ежегодно выпускаются десятки миллионов метрических тонн целлюлозно-бумажной продукции.
Пищевая промышленность использует крахмал как загуститель, а также в качестве сырья для получения глюкозы, патоки и этилового спирта. Известно, что это вещество входит в состав колбасных изделий, майонеза, кетчупа и других соусов. На текстильном производстве крахмалом обрабатывают ткани, делая их более жесткими и прочными.
Модифицированный вариант крахмала широко применяется для производства обойного клея. В фармацевтической отрасли его используют в качестве наполнителя для таблетированных форм лекарственных средств. А также для изготовления оболочек капсул и таких растворов, как гемодез, реополиглюкин и других.
Модификация крахмала
Для того чтобы крахмал превратился обратно в глюкозу, его несколько часов кипятят в растворе серной кислоты. Когда гидролиз произошел, из полученной массы необходимо убрать катализатор. Для этого в жидкость добавляют мел. Серная кислота осаждается, превращаясь в нерастворимый сульфат кальция, а глюкоза остается в виде раствора.
После этого жидкость несколько раз переливают и отфильтровывают, затем выпаривают. В конце процесса получается густая и очень сладкая жидкость - патока. Она используется в дальнейшем для кондитерских и технических нужд.
Если необходимо получить абсолютно чистую глюкозу, без других продуктов гидролиза крахмала, то кипятить его нужно гораздо дольше. Серную кислоту вновь осаждают, раствор фильтруют и сгущают до того момента, пока на стенках посуды не начнут появляться кристаллы глюкозы. На современном этапе чистую глюкозу также можно получить ферментированием. Для этого в раствор крахмала добавляют альфа-амилазу. Она расщепляет молекулы вещества на более простые цепи, получая декстрины и глюкоамилазы.
Если нагреть сухой крахмал до температуры более двухсот градусов Цельсия, то он частично распадется на полисахариды, такие как декстрин. Некоторые физические изменения позволяют получить крахмал, который хорошо впитывает и удерживает влагу. Это позволяет загустить продукт до желаемой консистенции.
