Товароведная характеристика крахмала и крахмалопродуктов

Дикрахмапофосфаты — продукты термической обработки сухого крахмала в присутствии триметафосфата натрия, хлорокиси фосфора. В макромолекулах возникают поперечные эфирные связи (поперечносвязанные крахмалы). Полученный в определенных условиях дикрахмалофосфат образует клейстеры, устойчивые к воздействию высоких температур, кислой среды, перемешиванию.

Его используют для загущения  консервов, подвергающихся стерилизации. В монофосфатах, используемых для  пищевых целей, замещенного фосфора  должно быть не более 0,4%, в дикрахмалофосфатах — не более 0,04%.

Эфиры крахмала и уксусной кислоты характеризуются повышенной стабильностью и прозрачностью растворов, способностью образовывать прочные пленки.

Декстрины. При неполном гидролизе крахмала образуется также некоторое количество полисахаридов — декстринов с меньшим молекулярным весом, чем крахмал. Декстрины растворяются в воде, обладают незначительной редуцирующей способностью, большинство их нерастворимо в спирте. Декстрины различаются по молекулярному весу и, в зависимости от этого, по редуцирующей способности, а также по окраске йодом. Известны следующие виды декстринов; амилодекстрины, эритродекстрины, ахроодекстрины, мальтодекстрины.

Амилодекстрины окрашиваются раствором йода в фиолетово-синий  цвет, осаждаются 40%-м спиртом, молекулярный вес их — около 10000, количество глюкозных единиц — около 60.

Эритродекстрины окрашиваются йодом в красно-бурый цвет, осаждаются 60%-м спиртом, их молекулярный вес  — около 7000, количество глюкозных  единиц — около 40.

Ахроодекстрины не окрашиваются йодом, растворимы в 70%-м спирте, молекулярный вес их — около 3700, количество глюкозных единиц — около 20.

Мальтодекстрины не окрашиваются йодом и не осаждаются спиртом. Редуцирующая способность декстринов увеличивается  с уменьшением их молекулярного  веса. Для амилодекстрина она соответствует 2% редуцирующей способности глюкозы, для эритродекстрина — 4,8%, для ахроодекстрина — 6,2%.

Крахмальная патока. Патока  кислотного  гидролиза.  Превращение крахмала в глюкозу при кислотном гидролизе выражается общим уравнением: (С₆Н_!0О₅)n + nН₂О = nС₆Н₁₂О₆.

Под воздействием ионов  водорода в водной среде разрываются а-1,4- и а-1,6-гликозидные связи. По месту разрыва атом воды водорода с кислородом гликозидного мостика образует у первого углеродного атома остатка глюкозы альдегидную группу в полуацетальной форме. Гидроксил воды в зависимости от а-1,4- или а-1,6-гликозидной связи присоединяется к четвертому или шестому углеродному атому второго остатка глюкозы. С увеличением числа разрывов увеличивается количество образованных свободных альдегидных групп и соответственно возрастает редуцирующая способность продуктов гидролиза.

Гидролиз крахмала, по-видимому, нельзя рассматривать как реакцию, при которой сначала образуются одни продукты, а из них затем другие. Так, от декстринов наряду с отщеплением мальтозы отщепляется и непосредственно молекула глюкозы. При неполном гидролизе среди образовавшихся веществ содержатся глюкоза, мальтоза, мальтотриоза, мальтотетраоза и разные виды декстринов.

В условиях кислотного гидролиза при получении патоки разрыв макромолекул амилозы и амилопектина происходит с образованием продуктов разной степени деполимеризации — декстринов, мальтозы, глюкозы. Однако по мере протекания процесса гидролиза содержание декстринов снижается, а глюкозы — увеличивается. Наряду с основным процессом — гидролизом крахмала — происходят побочные реакции реверсии и разложения глюкозы (рисунок 1).

Наиболее изученные  реакции, происходящие при действии кислоты на крахмал, можно в основных чертах характеризовать следующей схемой:

Рисунок 1. Процессы, происходящие при кислотном гидролизе крахмала

Реверсия глюкозы —  обратимый процесс ее полимеризации  с образованием в основном других дисахаридов — гентиобиозы, изомальтозы и других, а также трисахаридов и более сложных олигосахаридов:

2С₆Н₁₂О₆

2С₆Н₁₂О₆ <=> С₁₂Н₂₀0₁₀+ 2Н₂₀ и другие.

Глюкоза Ревертоза

В гидролизатах крахмала, в зависимости от интенсивности  кислотного гидролиза и содержания свободной воды, продукты реверсии могут составлять до 5% и более.

Реакция реверсии глюкозы обратима, поэтому продукты реакции подвержены снова гидролизу и дают опять глюкозу. В связи с этим равновесие в растворах, содержащих глюкозу и продукты ее реверсии, наступает при сравнительно малых концентрациях продуктов реверсии. В патоке — продукте неполного гидролиза крахмала — количество ревертоз сравнительно меньше, чем в продуктах полного гидролиза крахмала.

В то же время происходит и необратимая  интрамолекулярная дегидратация глюкозы  как вторичная реакция в кислой среде с образованием оксиметилфурфурола, из которого затем получаются левулиновая и муравьиная кислоты. При обычных условиях гидролиза крахмала реакции данного типа занимают незначительное место, а продуктов этих реакций образуется до 1%.

Оксиметилфурфурол — нестойкое  соединение, из которого могут образовываться, помимо указанных выше, и другие соединения. Его присутствие связано с появлением красящих веществ. В то же время при полимеризации оксиметилфурфурола образуются красящие вещества желто-коричневого цвета.

Накапливающиеся в патоке продукты разложения глюкозы ухудшают ее состав, цвет, повышают гигроскопичность. В разных видах патоки обнаружено содержание от 2 до 20 мг% оксиметилфурфурола. Примеси, присутствующие в крахмале, способствуют протеканию и других побочных реакций с образованием темноокрашенных соединений.

Темная окраска гидролизатов крахмала и потемнение патоки в известной  степени связаны также с образованием меланоидинов. Гидролизаты имеют темный цвет за счет образования при взаимодействии редуцирующих Сахаров, альдегидов, в том числе оксиметилфурфурола, с аминокислотами и азотистыми веществами, со держащими  аминогруппы.  Меланоидины  образуются,  например, при наличии глюкозы и аминного азота, т.е. в условиях, встречающихся в патоках, и начинают накапливаться во время гидролиза при рН около 2,2. Присутствие небольших количеств ионов меди (10 мг на 1 кг и более), ионов кальция, а также разложение оксиметилфурфурола, которое ускоряется под действием света, значительно способствуют потемнению патоки. Получению бесцветной и малоокрашенной патоки благоприятствуют такие условия, при которых получается наименьшее количество аминного азота (аминокислот, белковых веществ и прочее), солей кальция, магния, меди и ионов других тяжелых металлов, присутствие сернистой кислоты (H₂SO₃), которая в значительной степени тормозит реакцию образования меланоидинов.

Патоку крахмальную в нашей стране вырабатывают из кукурузного и картофельного крахмала трех видов: карамельная, карамельная низкоосахаренная и глюкозная высокоосахаренная.

Для получения патоки крахмальной  к крахмальной суспензии с  концентрацией сухих веществ  около 40% добавляют соляную кислоту до содержания 0,2—0,25% газообразного НС1 к массе крахмала. Гидролиз протекает при избыточном давлении и температуре около 140°С. По достижении необходимой стадии осахаривания, проверяемой по йодной пробе, гидролизат нейтрализуют раствором соды до рН 4,7—4,9, фильтруют и обрабатывают активированным углем для снижения цветности патоки. Патоку, уваренную в вакуум-аппарате до содержания 78% сухих веществ, быстро охлаждают и направляют на хранение или отгружают потребителям.

Основной потребитель патоки —  кондитерская промышленность (до 90% всей вырабатываемой патоки). Патоку применяют для приготовления карамели, халвы, конфетных масс, сиропов, пряников и других изделий.

На основе глюкозной патоки (75—85%) готовят столовые сиропы. Патоку разбавляют сахарным сиропом или плодово-ягодными соками, добавляют лимонную кислоту, ароматизаторы, красители. Сиропы содержат 70—78% сухих веществ.

Патока ферментативного  гидролиза. В настоящее время все большее значение приобретает гидролиз крахмала под действием ферментов. Для гидролиза крахмала и получения различных продуктов используют следующие виды ферментов: амилазы — а- и в-амилазы, амилосубтилин, амилопектин, глюкоамилазу; гидролазы — мальтазу, инулазу, в-фруктофуранозидазу и другие; изомеразы — глюкоизомераза.

Амилолитические ферменты расщепляют, разжижают и осахаривают крахмал и поскольку они действуют специфично, то получают гидролизаты с заданным углеводным составом. Фермент а-амилаза расщепляет а,-1,4-гликозидные связи преимущественно в середине макромолекул амилозы и амилопектина, образуя низкомолекулярные декстрины и немного мальтозы.

В-амилаза гидролизует также  а-1,4-гликозидные связи крахмала, но отщепляет последовательно с нередуцирующих концов цепей по два остатка глюкозы — мальтозу. Этот фермент гидролизует амилозу почти полностью, амилопектин — на 50—55%, так как прекращает свое воздействие у ответвлений макромолекул со связью    а-1,6-,    оставляя   нерасщепленными   высокомолекулярные декстрины.

Глюкоамилаза полностью гидролизует крахмал. Применяют ферменты проросших зерен злаковых культур и плесневых грибов или бактерий. С использованием ферментных препаратов вырабатывают патоку низко- и высокоосахаренную, декстрин-мальтозную и мальтозную.

При получении низкоосахаренной патоки (28—34% редуцирующих веществ) крахмал подвергают ферментативному осахариванию при 55—65°С. Через 3—4 ч инактивируют фермент, нагревая гидролизат до кипения. Из такой патоки получают малогигроскопичную карамель.

Высокоосахаренную патоку вырабатывают при совмещенном кислотно-ферментативном гидролизе. Вначале крахмал гидролизуют соляной кислотой до содержания 42—50% редуцирующих веществ, затем в нейтрализованный и охлажденный до 55°С гидролизат добавляют ферментный препарат и доводят содержание глюкозы до 41—43%. При этом способе уменьшается образование продуктов реверсии и разложения глюкозы.

Декстрин-мальтозную патоку получают преимущественно из картофельного крахмала под действием ферментов солодовой вытяжки.

Из декстрин-мальтозной патоки готовят  продукты для питания детей раннего  возраста, например, ее добавляют в  детские молочные смеси.

Мальтозная патока вырабатывается обычно из кукурузной муки, также может применяться сорго, просо, сырой крахмал.

Для получения ферментативной вытяжки используют солод. В солоде во время проращивания образуется в 30—40 раз больше амилолитических  ферментов, чем в зерне ячменя. Полученный солод дробят (например, на вальцах) и получают из него водную вытяжку, заливая на 3—4 часа водой (при 20—25°С); отношений воды к солоду 4:1.

Кукурузную муку разваривают, при этом происходит клейстеризация крахмала и выделение его из клеток. Полученную массу — чатор охлаждают (под вакуумом, в заторном чане) до температуры около 65—70°С, при которой уже не происходит разрушения ферментов, затем добавляют солодовую вытяжку и выдерживают при температуре около 65°С, наиболее благоприятной для действия амилолитических ферментов а- и в-амилазы. Под их влиянием происходит разжижение, а затем и осахаривание крахмала с образованием мальтозы. Конец гидролиза определяют по йодной пробе. Далее гидролизат нагревают до кипения для разрушения ферментов и фильтруют. Сироп очищают активированным углем, выпаривают до содержания сухих веществ около 45%, фильтруют и окончательно уваривают до получения патоки содержанием сухих веществ около 81%. Патоку упаковывают в деревянные бочки емкостью до 300 кг.

Мальтозная патока — ценный в пищевом отношении, хорошо усвояемый продукт. Может быть использована непосредственно как столовый продукт, употребляется также в хлебопечении и для изготовления пряников, безалкогольных напитков и т.п.

Мальц-экстракт представляет собой также патокообразный продукт, получаемый из солода. Из измельченного солода делают водяную вытяжку при повышенной, благоприятной для действия амилазы температуре. При этом крахмал солода осахаривается, и продукты гидролиза переходят в вытяжку. После очистки углем вытяжку уваривают до плотности 1,4 (при 20°С).

Мальц-экстракт — прекрасный диетический пищевой продукт, особенно ценный для выздоравливающих больных, а также для детей.

Глюкозно-фруктозный сироп. Это группа новых продуктов, в состав которых наряду с глюкозой входит фруктоза, повышающая сладость. Превращение части глюкозы патоки во фруктозу осуществляется путем ее изомеризации при использовании иммобилизованного (закрепленного) фермента. Получаемый продукт по сладости и вязкости близок к инвертному сиропу, поскольку в своем составе он содержит 42—55% фруктозы. Входящие в него сахара (глюкоза и фруктоза) создают повышенное осмотическое давление. Его применяют при производстве, например, «Марсов», «Сникерсов», безалкогольных напитков, фруктовых консервов.

Высокофруктозные  сиропы получают путем дальнейшей изомеризации глюкозы во фруктозу. Применяя иммобилизованные ферменты, доводят содержание фруктозы в сиропе до 95%, многократно пропуская сироп через колонки с иммобилизованными ферментами.

Глюкоза, фруктоза Виды глюкозы и ее свойства. В зависимости от качества взятого сырья (крахмала) и способа производства различают глюкозный сахар (пищевую глюкозу), кристаллическую, техническую глюкозу, фруктозу.