Краткая характеристика основных фракций крахмала

Особенности химического строения и свойств этих фракций, а также их соотношение в нативном крахмале, зависящее от вида растительного источника (картофель, рис, кукуруза и т. п.), определяют основное технологическое свойство, которое нативный крахмал проявляет в пищевых системах. Этим свойством является способность крахмала растворяться при нагревании в воде с образованием вязких коллоидных растворов, называемых клейстерами. Однако свойства таких клейстеров часто не соответствуют необходимым требованиям, например, нативные кукурузные крахмалы в процессе тепловой обработки образуют слабые резиноподобные клейстеры и нежелательные гели. Типичным для клейстеров, образованных нативными крахмалами, является также синерезис — необратимый процесс упорядочения структуры геля сжатием сетки с сохранением первоначальной формы и выделением из нее жидкой фазы.

Различные способы обработки (физические, химические, биологические) нативных крахмалов позволяют существенно изменить их строение и свойства, к которым в первую очередь относятся гидрофильность (в частности, способность растворяться в холодной воде), способность к клейстеризации и гелеобразованию, устойчивость к нагреванию и воздействию кислот и т. п.

Реакционноспособные центры в полимерных молекулах крахмалов:

• гидроксильные группы глюкозных структурных единиц, активность которых по отношению к химическим реагентам изменяется в ряду ОН при С₆ > ОН при С₂ > ОН при С₃;

• α -гликозидные связи, соединяющие глюкозные структурные единицы в полимерные цепи;

• концевые остатки D-глюкопираноз, обладающие восстанавливающей способностью.

По изменениям, происходящим в нативных крахмалах, можно выделить четыре основные модификации:

• набухание;

• деполимеризацию;

• стабилизацию (образование производных без поперечного сшивания молекул);

• образование поперечно сшитых полимерных цепей.

Во многих случаях модифицированные крахмалы могут быть одновременно стабилизированными и поперечно сшитыми.

В мировой практике для получения модифицированных пищевых крахмалов разрешены пять видов химической обработки, а также их различные комбинации:

• этерификация уксусным и янтарным ангидридами, смесью ангидридов уксусной и адипиновой кислот, ангидридом октенилянтарной кислоты, фосфорилилхлоридом, триметафосфатом и триполифосфатом натрия, а также однозамещенным ортофосфатом натрия с образованием сложноэфирных производных;

• этерификация окисью пропилена с образованием простых эфиров;

• кислотная модификация хлористо-водородной и серной кислотами с образованием гидролизованных продуктов;

• отбеливание пероксидом водорода, надуксусной кислотой, пер-манганатом калия или гипохлоритом натрия;

• окисление гипохлоритом натрия.

Химическая модификация нативных крахмалов с образованием простых и сложных эфирных связей по свободным гидроксильным группам D-глюкопиранозных остатков позволяет получить два различных типа модифицированных крахмалов: стабилизированные и сшитые.

Стабилизированными являются крахмалы, полученные при взаимодействии с монофункциональными (монореакционноспособными) реагентами, например ангидридами карбоновых кислот и содержащие единичные замещенные гидроксильные группы.

Сшитыми называются модифицированные крахмалы, образованные взаимодействием с бифункциональными реагентами.

Как правило, в коммерческих препаратах модифицированных крахмалов степень замещения (среднее число замещенных гидро-ксильных групп, приходящееся на один глюкозный остаток) лежит в интервале 0,002—0,2 (обычно менее 0,1), т. е. в среднем одна замещенная гидроксильная группа приходится на каждые 500 — 5 глюкозных остатков. Такой, на первый взгляд, незначительной степени замещения оказывается достаточно для того, чтобы существенным образом изменить свойства молекул крахмалов, например ингибировать процесс межмолекулярной ассоциации с образованием стыковых зон. Клейстеры таких крахмалов стабильны и не подвергаются синерезису.

Нативные крахмалы обычно модифицируют в виде 30—40%-ной суспензии, которую получают путем мокрого помола исходного материала. Для осуществления процессов этерификации суспензию помещают в емкость с мешалкой, добавляют сульфат или хлорид натрия для предотвращения гелеобразования, с помощью гидроксида натрия доводят рН суспензии до 8—12, добавляют химический реагент, после чего осуществляют непосредственно реакцию модификации до достижения заданной степени замещения.

Для сохранения способности модифицированного продукта к гранулированию температуру процесса поддерживают на уровне 60 °С. По окончании реакции модифицированный крахмал выделяют из реакционной среды фильтрованием или центрифугированием, затем его промывают и высушивают.

В соответствии с Codex Alimentarius статус пищевых добавок включает девятнадцать видов модифицированных крахмалов, условная классификация которых приведена в табл. 3.8.

Таблица 3.8