Структурные особенности крахмала разных растений

Продвижение и реализация комплексных пищевых добавок, антисептиков и др. продукции.

«Антисептики Септоцил»

Септоцил. Бытовая химия, антисептики.

«Петритест»

Микробиологические экспресс-тесты. Первые результаты уже через 4 часа.

«АльтерСтарт»

Закваски, стартовые культуры. Изготовление любых заквасок для любых целей.

• Вы здесь:
• Библиотека технолога
• Пищевые добавки и ингредиенты
• Аймесон А. — Пищевые загустители, стабилизаторы, гелеобразователи

16.4. Состав и структура крахмала

Выделяют три структурных уровня крахмала — молекулярный, микроскопиче­ский и макроскопический. Рассмотрим их в указанной последовательности.

16.4.1. Молекулярная структура

Крахмалы — это высокомолекулярные полимеры, состоящие из Р-глюкопиранозных звеньев. Особенности крахмалов разных видов формируются в процессе роста рас­тений и определяют свойства этих полимеров. Из тех же мономеров формируется и целлюлоза, однако между ней и крахмалом есть существенное различие: в крахмале мономеры соединены а-связями, а в целлюлозе — (3-связями (рис. 16.3). Это различие приводит к очень важным последствиям: а-связанные фрагменты усваиваются челове­ком, а (3-связанные — не усваиваются. Кроме того, крахмал и целлюлоза различаются и по технологическим свойствами [2].

Рис. 16.3. а- и ᵝ-связанные глюкопиранозные звенья

В реакциях полимеризации активными могут быть три центра: С1, С4 и С6. В крахмалах наиболее важной является связь а-1,4, участвующая в построении кар­каса молекулы крахмала (рис. 16.4). Трехмерный спиралевидный каркас крахмала отличается от линейного каркаса целлюлозы, образуемого ᵝ-1,4-связями.

Рис. 16.4. а-1 ,4- и а-1,6-связанные звенья

Второй по важности является (3-1,6-связь, создающая точки разветвления, от ко­торых начинаются новые линейные цепи (рис. 16.4 и 16.5).

Рис. 16.5. Точки линейности (а-1 ,4) и разветвления (а-1,6) полимеров

Хотя каркас молекулы крахмала образуется множеством 1,4-связей, различия между крахмалами обусловлены именно связями 1,6. Хотя теоретически у крахма­лов возможно большое число комбинаций 1,4 и 1,6-связей и, соответственно, бес­конечно большое число продуктов, в результате биосинтеза получаются только два основных типа соединений — амилоза и амилопектин. Амилоза имеет в основном линейную структуру с небольшим числом боковых цепей, а для амилопектина ха­рактерна намного более разветвленная структура (рис. 16.6).

Рис. 16.6. Амилоза с длинной цепью и амилопектин с высокоразветвленной цепью

Соотношение амилозы и амилопектина в некоторых промышленно выпускае­мых типах крахмала приведено в табл. 16.3. Количество О-глюкопиранозных единиц в каждом компоненте называют степенью полимеризации (СП). Именно различия в величине СП и в соотношении амилозы и амилопектина определяют особенности тех или иных крахмалов. Следует отметить, что поскольку крахмал является при­родным полимером, всегда существует некоторый диапазон длины цепи и вариа­ции состава каждой цепи, определяющие различия в структуре гранул крахмала.

Содержание амилозы и амилопектина в различном крахмалосодержащем сырье

16.4.2. Микроскопическая структура

На молекулярном уровне полимерные цепи группируются в микроскопические структуры (рис. 16.7), обусловливающие физические различия между крахмалами разных типов [7]. Полученные по различным путям биосинтеза крахмалы с разным содержанием амилозы и амилопектина образуют неодинаковые гранулы, а грану­лы разного размера и структуры обусловливают различие технологических свойств крахмалов. Некоторые основные различия в гранулярном составе крахмалов отра­жены в табл. 16.4, где видно, что помимо крахмала в гранулах содержатся и другие обычно не удаляемые компоненты — белки, жиры, соли и вода.

Рис. 16.7. Макроскопическая, микроскопическая и молекулярная структура крахмала

Различия между крахмалосодержащим сырьем

16.4.3. Макроскопическая структура

Гранулы крахмала из разного сырья имеют неодинаковую форму (рис. 16.8). Форма гранул влияет на свойства крахмала на макроскопическом уровне, что обыч­но используется при разработке новых пищевых продуктов. С этого замечания мы и начнем знакомство с крахмалами как загустителями и гелеобразователями.

Рис. 16.8. Форма гранул крахмала из различного сырья

Источник

7.1. Физико-химические свойства крахмала, выделенного из различных растений

ре в виде изогнутых нитей, отличающихся по конформации от спиралей. Хотя амилоза составляет меньшую часть крахмально­го зерна, но именно она определяет его основные свойства — способность к набуханию и вязкость клейстеров.

В табл. 7.1 приведены данные о примерном содержании ами­лозы в крахмале различного происхождения, температуре его клейстеризации и степени набухания в горячей воде (90 °С), опре­деляемой объемным методом, а также рассчитанные по вязкости коэффициенты замены одного вида крахмала другим при изго­товлении клейстеров. При этом за единицу принимается вязкость клейстера картофельного крахмала 2%-ной концентрации.

Отдельные виды крахмала содержат неодинаковое количест­во амилозы, имеют разные температуру клейстеризации и спо­собность к набуханию. Коэффициент замены крахмала показы­вает, каким количеством крахмала других видов можно заменить картофельный для получения клейстеров одинаковой вязкости.

Из различных видов крахмала в основном образуются два типа клейстеров: из клубневых — прозрачный бесцветный желе­образной консистенции, из зерновых — непрозрачный молочно-белый пастообразной консистенции. Клейстер кукурузного ами-лопектинового крахмала по своим свойствам ближе к клейстеру картофельного. Физико-химические свойства необходимо учи­тывать при замене одного вида крахмала другим.

Крахмальные клейстеры служат основой многих кулинарных изделий. Клейстеры в киселях, супах-пюре обладают относитель­но жидкой консистенцией из-за невысокой концентрации в них крахмала (2. 5 %). Более плотную консистенцию имеют клейсте­ры в густых киселях (до 8 % крахмала). Еще более плотная конси­стенция клейстеров в клетках картофеля, подвергнутого тепловой обработке, кашах, в отварных бобовых и макаронных изделиях, так как соотношение крахмала и воды в них 1 : 2. 1 : 5.

В изделиях из теста, содержащих, как правило, небольшое ко­личество воды (менее 100 % массы крахмала), состояние крахма­ла отличается от его состояния в упомянутых выше изделиях. Крахмальные зерна в них мало обводнены, частично сохраняют форму и структуру; в окружающую среду переходит незначитель­ное количество растворимых полисахаридов.

На вязкость клейстеров влияют не только концентрация крахмала, но и другие факторы. Например, сахароза в концент­рациях до 20 % увеличивает вязкость клейстеров, натрия хлорид даже в очень незначительных концентрациях — уменьшает.

Уменьшение вязкости клейстеров наблюдается также при снижении рН. Причем, в интервале рН от 4 до 7, характерном для многих кулинарных изделий, вязкость клейстеров снижается не­значительно. Однако при более низких значениях рН (около 2,5) она резко падает.

На вязкость клейстеров оказывают влияние поверхностно-активные вещества, в частности глицериды, которые снижают вязкость клейстеров, но являются их стабилизаторами. Причем моноглицериды проявляют эту способность в большей степени, чем диглицериды. Моноглицериды снижают липкость макарон­ных изделий, предупреждают образование студня в супах, соусах, задерживают черствение хлеба.

Белки оказывают стабилизирующее влияние на крахмальные клейстеры. Например, соусы с мукой более стабильны при хране­нии, замораживании и оттаивании, чем клейстеры на крахмале, вы­деленном из муки. В охлажденном состоянии крахмальный клей­стер относительно высокой концентрации превращается в студень.

Ретроградация. При охлаждении крахмалсодержащих изделий может происходить ретроградация крахмальных полиса­харидов — переход их из растворимого состояния в нераствори­мое вследствие агрегации молекул, обусловленной появлением вновь образующихся водородных связей. При этом наблюдается выпадение осадка полисахаридов, в основном амилозы. Процесс может происходить и без видимого образования осадка. Полисахариды в крахмальных студнях высокой концентрации (изделия из теста) быстро ретроградируют, что приводит к увеличению их жесткости — черствению. Объясняется это тем, что физически связанная с полисахаридами вода вытесняется из студня, вследст­вие чего изделия приобретают более жесткую консистенцию.

Ретроградация полисахаридов усиливается при замораживании изделий. Неоднократные замораживание и оттаивание приводят к полной и необратимой ретроградации полисахаридов и, как след­ствие, к резкому ухудшению качества кулинарных изделий.

Растворы амилопектина ретроградируют значительно медлен­нее, чем амилозы. Это позволяет использовать их в процессе при­готовления изделий, подлежащих длительному хранению, напри­мер соусов для замороженных блюд. Применяемый в этом случае амилопектиновый крахмал способствует длительному (в течение нескольких месяцев) сохранению исходной консистенции соуса.

Ретроградированный крахмал менее чувствителен к действию ферментов. Ретроградацию полисахаридов можно частично уст­ранить нагреванием. Ретроградированная амилоза растворяется хуже, чем амилопектин.

Деструкция. Под деструкцией крахмала понимают как разрушение крахмального зерна, так и деполимеризацию содер­жащихся в нем полисахаридов.

В процессе кулинарной обработки крахмалсодержащих про­дуктов деструкция крахмала происходит при нагревании его в присутствии воды и при сухом нагреве (температура выше 100°С). Кроме того, крахмал может подвергаться деструкции под действием амилолитических ферментов. Изменения крахмала при сухом нагреве называют декстринизацией.

В результате деструкции способность крахмала к набуханию в горячей воде и клейстеризации снижается. Степень деструкции крахмала характеризуется так называемым коэффициентом де­струкции

где K_v1 и K_v2 —степени набухания продукта соответственно до обработ­ки и после, %.

Коэффициенты деструкции крахмала при изготовлении раз­личных кулинарных изделий неодинаковы и зависят от вида про­дукта и условий его обработки (табл. 7.2).

Деструкцию крахмала хорошо иллюстрируют данные, полу­ченные при пропускании через те же колонки из окиси алюми-

Источник

Характеристика Крахмала

Крахмал (C6H10O5)n — полисахариды амилозы и амилопектина, мономером которых является альфа-глюкоза. Крахмал, синтезируемый разными растениями в хлоропластах, под действием света при фотосинтезе, несколько различается по структуре зёрен, степени полимеризации молекул, строению полимерных цепей и физико-химическим свойствам.

Молекулярная формула: (С6Н10O5)n

Особенности строения: Структурное звено – остаток циклической молекулы — глюкозы. Степень полимеризации от нескольких сотен до нескольких тысяч. Молярная масса достигает нескольких сотен тысяч г/моль. Структура макромолекул: линейная (амилоза) и разветвленная (амилопектин) . В крахмале на долю амилозы приходится 10–20 %, а на долю амилопектина – 80–90 %

Нахождение в природе и биологические функции: В цитоплазме растительных клеток в виде зерен запасного питательного вещества. Содержание (по массе) : в рисе – до 80 %, в пшенице и кукурузе – до 70 %, в картофеле – до 20 %

Физические свойства: Белый аморфный порошок, не растворяется в холодной воде, в горячей воде разбухает и образует коллоидный раствор – крахмальный клейстер (при этом амилоза, как составная часть крахмала, растворяется в горячей воде, а амилопектин только набухает)

Химические свойства:
1) Образование глюкозы в результате полного гидролиза:
(С6Н10O5)n + nН2О —> nС6Н12O6.
2) Образование сложных эфиров за счет гидроксигрупп (практического значения не имеет) .
3) Качественная реакция с йодом – синее окрашивание

Источник