Нагревание крахмала в присутствии воды вызывает его клейстеризацию, т.е. разрушение нативной (кристаллической) структуры крахмальных зерен, сопровождаемое набуханием.
Процесс клейстеризации эндотермический и складывается из ряда последовательно протекающих и накладывающихся друг на.друга процессов.
Способность крахмала к набуханию и клейстеризации является одним из важнейших технологических свойств крахмала, т.к. определяет консистенцию, объем и выход изделий из крахмалсодержащего сырья и в свою зависит от условий нагревания (температуры, продолжительности) и соотношения продукт: вода (или крахмал: во да), а также нативных свойств крахмала.
Нагревание малоконцентрированных суспензий крахмала (1%) до температуры около 55°С сопровождается небольшим обратимым поглощением зернами влаги без разрушения их нативной структуры. При дегидратации структура крахмальных зерен восстанавливается до исходного состояния.
При дальнейшем нагревании суспензии до 60 оС и выше свойства крахмала изменяются необратимо – нативная структура крахмальных зерен нарушается, оптическая анизотропия исчезает. Крахмальное зерно сильно набухает, увеличиваясь в объеме в несколько раз (зерна кукурузного крахмала – на 300%). Диссоциированные молекулы горячей воды проникают внутрь крахмального зерна, разрыхляют упорядоченную структуру крахмальных полисахаридов. В «точке роста» в результате разрыва и ослабления некоторой части водородных связей между цепями крахмальных полисахаридов образуется полость или пузырек. Образование полости называется кавитацией. По мере повышения температуры исчезает и слоистость (частично – при 60°С) а затем – полностью). Но форма зерна сохраняется.
Вода, поступающая внутрь зерен, растворяет некоторое количество полисахаридов. Часть из них (амилоза) переходят из зерен в окружающую среду. Подобное изменение структуры крахмальных зерен часто определяют как первую стадию процесса клейстеризации, а температуру, при которой оно наблюдается, как температуру клейстеризации (либо как интервал температур, либо как среднюю температуру клейстеризации).
Вследствие прошедшей клейстеризации суспензия превращается в клейстер – дисперсию, состоящую из набухших крахмальных зерен и растворенных в воде полисахаридов (амилоза). Значительно возрастает вязкость системы.
Процесс этот идет в интервале температур от 55 до 30°С. Последующее нагревание системы (клейстера) влечет за собой более глубокое изменение нативной структуры зерен. Слоистое строение исчезает, объем резко увеличивается (до 1000%), что является следствием разрыва связей между макромолекулами полисахаридов и их гидратации. Часть полисахаридов растворяется и остается в подсети крахмального зерна, а часть (гл. образом амилоза) – диффундирует в окружающую среду. Вязкость клейстера значительно возрастает. Часто эту стадию клейстеризации крахмала определяют как вторую. Такое определение очень условно.
Нагревание клейстера картофельного крахмала до 95-98оС сопровождается разрушением набухших зерен и переходом содержимого в окружающую среду. Процесс идет тем интенсивнее, чем выше температура и длительнее нагрев. Считается, что вязкость клейстеров при нагревании объясняется не набуханием зерен крахмала, а свойствами извлекаемой из них водорастворимой фракции, образующей в растворе трехмерную сетку и удерживающую больше влаги, чем набухшие крахмальные зерна.
Как было отмечено выше, консистенция готового кулинарного изделия из крахмалсодержащего сырья зависит от соотношения крахмал: вода. Крахмал в виде клейстера находится в таких кулинарных изделиях как кисели жидкие и средней консистенции, соусы, супы-пюре, концентрация крахмала в которых составляет 2-5%.Во всех других кулинарных изделиях крахмал и вода находятся в соотношении от 1:2 до 1:5, поэтому крахмал образует гелеподобные или студнеобразные системы значительной вязкости. Это наблюдается при варке картофеля, круп, бобовых и макаронных изделий. Объясняется это тем, что крахмальные зерна набухают внутри клетки, поглощая сравнительно небольшое количество воды по отношению к своей массе. Так в картофеле 3-4-х кратное количество воды, поэтому набухать неограниченно крахмальные зерна не могут. Внутри клетки крахмальные зерна тесно соприкасаются друг с другом, накладываются друг на друга, а полисахариды, извлеченные из зерна водой, скрепляют систему и она приобретает определенную прочность. При охлаждении прочность системы возрастает.
В изделиях из теста крахмал еще менее обводнен, соотношение крахмал: вода составляет 1:0,7 или 1:0,8. Недостаточное количество влаги позволяет крахмальным зернам при повышении температуры сохранять свою форму и структуру, т.е. речь идет об ограниченном набухании крахмальных полисахаридов.
Однако вязкость клейстеров и стабильность системы зависит не только от концентрация крахмала, но и от наличия сопутствующих веществ.
Факторы, оказывающие влияние на процесс клейстеризацни крахмалов
а) Поваренная соль, даже в малых концентрациях, повышает температуру клейстеризации и уменьшает набухаемость крахмальных зерен, следствием чего является понижение вязкости клейстера. Видимо, это связано с разрывом водородных связей – падает молекулярная масса, увеличивается растворимость.
б) Сахар в концентрации до 20%увеличивает вязкость клейстера (идет дегидратация и взаимодействие).
в) Подкисление системы снижает вязкость клейстера. При рН 7-4 незначительно, а далее, особенно при рН 2,5, резко (гидролиз).
г) Поверхностноактивные вещества, в частности глицериды, снижают вязкость клейстера, но одновременно являются их стабилизаторами. Моноглицериды снижают липкость макаронных изделий, предупреждают образование студня в супах и соусах, задерживают черствение хлеба.
д) Белки стабилизируют крахмальный клейстер подобно сахару. Белые соусы значительно стабильнее, чем соответствующие клейстеры.
е) Длительное кипячение приводит к снижению вязкости клейстера (гидролиз полисахаридов).
[1] 1 нм = 10-9
