Модифицированный крахмал способы получения

Модифицированный крахмал способы получения

ПОЛУЧЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ МОДИФИЦИРОВАННЫХ КРАХМАЛОВ

Для различных отраслей промышленности кроме обычного сухого крахмала из картофеля и кукурузы выпускают крахмалы с измененными природными свойствами. Их называют модифицированными. Такие крахмалы получают за счет физических, химических и биохимических воздействий на исходный крахмал. По характеру изменений все модифицированные крахмалы условно делят на две группы: расщепленные крахмалы и замещенные крахмалы, а также сополимеры крахмала.

Расщепленные крахмалы. Группу так называемых расщепленных крахмалов называют еще жидкокипящими, так как клейсте-ры таких крахмалов имеют низкую вязкость. Крахмаль/ этой группы получают путем расщепления полисахаридных цепей кислотой, окислителями, амилазами, некоторыми солями, облучением у-лучами и т. д. В результате указанных воздействий происходит хаотическое или направленное расщепление глюко-зидных и других связей, уменьшается молекулярная масса, возникают внутренние и межмолекулярные связи, появляются новые карбонильные и карбоксильные группы.

Может происходить частичное нарушение структуры зерен крахмала, но зернистая форма крахмала сохраняется. Расщепленные крахмалы находят очень широкое применение. Так, кислотной обработкой получают растворимый крахмал, используемый для химических анализов; крахмал, модифицированный кислотой, используется при проклейке бумаги для улучшения качества печати и увеличения ее прочности; в пищевой промышленности крахмал этого типа используют для приготовления желейных конфет, восточных сладостей и т. д.

Окисленные крахмалы. Получают путем воздействия на крахмал перманганатов, перекисей, йодной кислоты и ее солей и других соединений. В результате происходят гидролитическое расщепление глюкозидных связей с образованием карбо-нильных групп, окисление спиртовых групп в карбонильные,- а затем в карбоксильные. Крахмалы, окисленные йодной кислотой, имеют по две альдегидные группы в глюкозном остатке, подвергнутом действию кислоты, их называют диальдегидными. Такие крахмалы используют в бумажной промышленности, а при низкой степени окисления (до 2 %) — в пищевой. ,

При окислении картофельного или кукурузного крахмала перманганатом калия в кислой среде получают крахмал, используемый в качестве желирующего компонента, как заменитель агара или пектина. Такой крахмал применяют в производстве кондитерских изделий, мороженого, продуктов молочной и гшщекон-центратной, а также текстильной промышленности.

При использовании в качестве окислителя бромата калия, перманганата калия и гипохлорита кальция получают крахмал с невысокой степенью окисления для использования в хлебопечении. Такой крахмал (в количестве 0,5 % к массе муки) улучшает физические свойства теста, его газоудерживающую способность, позволяет сократить время брожения опары, качество хлеба при этом улучшается: увеличивается объемный выход, улучшается структура пористости мякиша, замедляется процесс черствения хлеба. Окисленные крахмалы находят широкое применение в бумажной промышленности для проклейки бумаги; в прачечных — для подкрахмаливания белья, в строительной промышленности — для производства изоляционных материалов. Для получения этих видов крахмалов следует ввести реагент в водную суспензию крахмала определенной плотности, причем температура, при которой идет реакция, должна быть значительно ниже температуры клейстеризации крахмала (28 °С — при модификации крахмала кислотой; 40. 43 °С — при’окислении перманганатом калия и т. д.). Время воздействия реагента меняется в широком диапазоне: так, при кислотной обработке — 19. 20 сут, а при окислительном воздействии для различных окислителей —

15. 40 мин. По окончании реакции суспензию нейтрализуют, разбавляют водой, отделяют жидкую фракцию, а отмытый крахмал обезвоживают и высушивают при 45 °С.

Набухающие крахмалы. К группе набухающих крахмалов относят модифицированные крахмалы, полученные при влаготермической обработке, вызывающей частичное или полное разрушение структуры зерен крахмала. Технология получения набухающих крахмалов состоит в следующем: в суспензию крахмала концентрацией сухих веществ 40. 42 % в зависимости от назначения получаемых крахмалов вводят химические реагенты (алюмокалиевые квасцы, соли фосфорной кислоты, метил-целлюлозу и др.) и выдерживают 15 мин при температуре

40. 45 “С, после чего подают на вальцовые сушилки для клейстеризации и высушивания. Крахмал сушат в тонком слое, пленку срезают ножом с барабана, измельчают, просеивают, а затем

ютовый крахмал фасуют. Набухающие крахмалы используют для стабилизации грунта при бурении, в литейном производстве и т.д. В пищевой промышленности их применяют для стабилизации влаги кондитерских пен (в этом случае химические реагенты для получения набухающих крахмалов не используются), при приготовлении мороженого, пудингов быстрого приготовления, для получения безбелковых продуктов питания — хлеба, макарон и т. д., продуктов диетического назначения.

По своим свойствам к группе набухающих крахмалов относятся экструзионные крахмалы и крахмалопродукты. Однако по методу обработки — это крахмалы, полученные в условиях интенсивной влаготермической обработки при повышенных (до 35 %) влажности и температуре (до 200 °С) и значительном механическом воздействии. В результате зерна крахмала теряют свою первоначальную структуру и свойства, что позволяет получать новые виды продуктов. Экструзионные крахмалы получают на экструзионных установках. В процессе экструзии предварительно увлажненный материал подвергается сжатию, разогреву с клейстериза-цией крахмала и последующему выдавливанию через сопла матрицы. Экструдаты кукурузного крахмала применяют для производства продуктов из мяса, рыбы и т. д. Экструзионные крахмалопродукты широко используются и в технических целях.

Замещенные крахмалы. К группе замещенных крахмалов и сополимеров крахмала относятся крахмалы, свойства которых изменены в результате присоединения химических радикалов или совместной полимеризации с другими высокомолекулярными соединениями. К ним относятся простые и сложные эфиры, сополимеры крахмала.

Получение модифицированных крахмалов, таких, как простые и сложные эфиры и сополимеры крахмала, основано на возможности реакционноспособных групп — концевых редуцирующих групп, спиртовых групп у второго, третьего и шестого углеродных атомов глюкозных остатков — вступать в реакции замещения с различными органическими и неорганическими соединениями.

Фосфатные крахмалы. В настоящее время получают два вида эфиров крахмала и солей фосфорной кислоты — моно-крахмалофосфаты, когда одна гидроксильная группа глюкозного остатка этерифицирована одной из кислотных групп остатка фосфорной кислоты или ее солей, и дикрахмалофосфаты, в которых произошло взаимодействие гидроксилов глюкозных остатков разных цепей с двумя кислотными группами фосфорной кислоты или ее солей.

Для производства фосфатного кукурузного крахмала (моно-крахмалофосфата) сырой кукурузный крахмал после удаления избыточной влаги смешивают с нужным количеством растворов одно- или двузамещенного фосфата натрия и карбамида (мочевины). Полученную смесь сушат в пневматической сушилке,

просеивают и используют как фосфатный крахмал марки А. Свойства этого крахмала проявляются при тепловой обработке и процессе его использования.

Фосфатный крахмал марки Б получают путем термической обработки при перемешивании фосфатного крахмала марки А при 130 °С в течение 60 мин или при 160. 170 °С в течение 30 мин, после чего продукт охлаждают, просеивают и направляют потребителю. Фосфатные крахмалы образуют клейстеры, стабильные к замораживанию, поэтому их используют при производстве продуктов, сохраняемых в замороженном виде.

Фосфатный крахмал марки А используют при производстве мучных кондитерских изделий, крахмал марки Б — для приготовления майонезов, кремов, соусов, продуктов детского и диетического питания.

Ацетилированный крахмал (ацетат крахмала). Представляет собой смесь продуктов, обладающих различными свойствами, его получают путем обработки крахмала ледяной уксусной кислотой. Содержание ацетильных групп колеблется от 3 до 6 % в зависимости от дозировки кислоты и времени обработки. Процесс ацетилирования комбинируют с введением в полисахаридные цепи поперечных связей. Такие крахмалы используют при производстве консервированных, замороженных, сухих продуктов питания, а также в сухих смесях кремов и начинок. Ацетилированные крахмалы применяют в текстильной промышленности и бумажном производстве.

Сополимеры крахмала. Эту разновидность модифицированных или поперечносвязанных крахмалов получают путем образования между двумя рядом стоящими полисахаридными цепочками поперечных связей. Свойства крахмалов резко меняются даже при введении незначительного количества радикалов — повышаются вязкость и стабильность клейстера, снижается растворяемость, усиливается способность образовывать пленку и т. д.

Сополимеры получают путем обработки крахмала с помощью формальдегида, хлорокиси фосфора, эпихлоргидрина или триме-тафосфата натрия (дикрахмалофосфат). После окончания реакции суспензию нейтрализуют кислотой, фильтруют, продукт промывают водой и сушат. Сшитые крахмалы используют в пищевой, бумажной, текстильной промышленности для повышения устойчивости полисахаридных цепей при тепловой или механической обработке.

Источник

ГК «Униконс»

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

16.6. Модификация крахмала

Известны разные способы модификации крахмала, и ниже мы постараемся объ­яснить, зачем это делают.

16.6.1. Упрочнение гранул крахмала с помощью сшивки и замещения

Большую часть рынка модифицированных крахмалов занимают сшитые и замещенные крахмалы. Каждая глюкопиранозная единица имеет три реакци- онноспособных центра: С2, СЗ и С6 (рис. 16.12), и теоретически реакция может протекать в любом из них. На практике модификации подвергают не все актив­ные центры. Сшивка с адипиновым ангидридом, при которой образуются адипаты крахмала, или с оксихлоридом фосфора, ведущая к образованию фосфатов крахмала, упрочня­ет гранулы крахмала за счет химического связывания различных частей цепи, про­тиводействует их разрушению при переработке и сохраняет загущающие свойства.

Замещение крахмала предназначено для улучшения его свойств и предотвращения разложения или ретроградации набухшего крахмала, а также снижения загущающей способности. На стабильность, прозрачность и органолептические свойства крахмаль­ного клейтера влияют различные типы замещения, ацетилирование и гидроксипропи- лирование. Замещение встречается и у нативного полимера, где в качестве заместителей выступают амилопектиновые цепи. Этим объясняется тот факт, что для жидких систем больше подходят восковые крахмалы, чем крахмалы с высоким содержанием амилозы.

Рис. 16.12. Реакционноспособные центры
глюкопиранозного фрагмента

Сшивка с адипиновым ангидридом, при которой образуются адипаты крахмала, или с оксихлоридом фосфора, ведущая к образованию фосфатов крахмала, упрочня­ет гранулы крахмала за счет химического связывания различных частей цепи, про­тиводействует их разрушению при переработке и сохраняет загущающие свойства.

Замещение крахмала предназначено для улучшения его свойств и предотвращения разложения или ретроградации набухшего крахмала, а также снижения загущающей способности. На стабильность, прозрачность и органолептические свойства крахмаль­ного клейтера влияют различные типы замещения, ацетилирование и гидроксипропи- лирование. Замещение встречается и у нативного полимера, где в качестве заместителей выступают амилопектиновые цепи. Этим объясняется тот факт, что для жидких систем больше подходят восковые крахмалы, чем крахмалы с высоким содержанием амилозы.

Сшивка увеличивает стабильность при сдвиге, изменении значения рН и при нагревании, а замещение повышает стабильность в циклах замораживания- размораживания и замедляет ретроградацию крахмала (рис. 16.13).

Рис. 16.13. Влияние модификации крахмала на на его стабильность

16.6.2. Ослабление гранул крахмала (окисление и гидролиз)

Если необходимо увеличить скорость гелеобразования, то гранулы крахмала не­обходимо ослабить. Этого можно добиться путем окисления или гидролиза крахма­ла. Реакционноспособными центрами в этом случае выступают связи между глю- копиранозными звеньями (рис. 16.14). Разрушая эти связи, можно получить более короткие цепи, которые легче образуют гель.

Рис. 16.14. Центры окисления/гидролиза глюкопиранозных звеньев

Различия в свойствах крахмалов разных типов можно представить в виде вискози- грамм Брабендера (рис. 16.15). Нативные гранулы крахмала ведут себя ожидаемо — упрочненные гранулы остаются неповрежденными, и вязкость сохраняется. Осла­бленные гранулы быстро снижают вязкость, образуя гель только при охлаждении.

Рис. 16.15. Вискозиграммы Брабендера для нативных,
упрочненных и ослабленных гранул крахмала

Основными продуктами с уменьшенной длиной цепи являются мальтодекстри- ны, глюкоза расылительной сушки и декстроза. Мальтодекстрин образуется в ре­зультате ферментативной реакции, при этом повышается декстрозный эквивалент (ДЭ) — мера редуцирующей способности данного крахмала. ДЭ крахмала и декстро­зы (глюкозы) равен соответственно 1 и 42. Мальтодекстрины, особенно с низким ДЭ, способны образовывать слабые гели с очень интересными и полезными свой­ствами. Многие свойства мальтодекстринов зависит от величины ДЭ (рис. 16.16).

16.6.3. Уменьшение длины цепи

Рис. 16.16. Влияние декстрозного эквивалента (ДЭ)
на текстурные свойства

16.6.4. Новые сочетания свойств

В последние годы ученым удалось изменить свойства крахмалосодержащего сы­рья и получить новые неожиданные эффекты (рис. 16.17). Во многих случаях эти разработки охраняются законами о защите авторских прав. С помощью инноваци­онных методов можно сделать крахмал более универсальным материалом с улуч­шенными гелеобразующими и загущающими свойствами.

Рис. 16.17. Изменение поведения крахмалов, способствующие появлению новых продуктов

16.6.5. Способы модификации крахмала для получения новых продуктов

Поскольку в настоящее время существуют четыре основных источника крахма­ла — кукуруза, картофель, тапиока и пшеница, в принципе можно создать четыре загущающие системы и четыре гелеобразующие со множеством промежуточных систем. Существует целый ряд различных текстур и структур, полученных путем модификации крахмалосодержащего сырья. Используются также химические, фи­зические и ферментативные способы модификации. Рассмотрим каждый из этих способов и предоставляемые ими преимущества.

16.6.5.7. Модификация крахмалосодержащего сырья

Расширению круга источников крахмала способствуют достижения агрономии. Так, в последние годы получены новые данные о полезных свойствах белка гороха. Этот белок стали получать в промышленных масштабах, и на рынке появился по­бочный продукт его производства — гороховый крахмал с технологическими свой­ствами, отличающимися от свойств традиционных крахмалов.

С помощью методов селекции в природных условиях и методов современной биотехнологии можно получать крахмал с различным содержанием амилозы и амилопектина и, следовательно, с разными технологическими свойствами. Так, путем селекции удалось создать содержащий только амилопектин низкокрахмалистый картофель и получить из него крахмал. Аналогичным образом был получен крахмал из пшеницы восковой спелости, который известен уже несколько десятилетий. Су­ществуют и примеры кукурузных крахмалов с повышенным содержанием амилозы. При этом модифицированные крахмалы были получены из традиционного сырья.

16.6.5.2. Химически модифицированные крахмалы

Поскольку прилагательное «модифицированный» применительно к крахмалу звучит очень часто, необходимо знать, что именно оно означает. Вообще говоря, обозначение «модифицированный крахмал» на упаковке относится к химически модифицированному крахмалу, гранулы которого подверглись упрочнению или ослаблению. Эффекты, вызванные химической модификацией крахмала, зачастую невозможно обеспечить другими методами. Перечень химических реагентов, ис­пользуемых в процессах модификации крахмала, строго контролируется в целях обеспечения безопасности готового продукта для здоровья.

В настоящее время существуют два способа химической модификации крахмала. В первом способе используют разрешенные химикаты, но новым способом или по моди­фицированной технологии. Так, изменение порядка или уровня внесения ингредиентов может повлиять на скорость набухания гранул крахмала, позволяя получить при этом новый продукт. Во втором способе для модификации крахмала используют новые веще­ства. Для полноценного применения данного метода требуется гораздо больше времени, так как предварительно необходимо доказать безопасность этого вещества для здоровья.

16.6.5.3. Физически модифицированные крахмалы

Известно несколько способов физической модификации крахмалов, которые можно разделить на следующие группы: предварительная клейтеризация в целях получения набухающего в холодной воде крахмала, что позволяет устранить необходимость нагревания;

• изменение формы гранул (например, за счет агломерации), создание крахма­лов с более мелкими или, наоборот, более крупными гранулами;
• получение крахмалов с заданным распределением размеров гранул;
• получение крахмалов с пониженным содержанием влаги и увеличенным сро­ком хранения;
• получение крахмалов с измененной набухаемостью путем тепловой обработ­ки, изменения содержания влаги или значения рН.

Интерес к физически модифицированным крахмалам в последние годы возрос, что обусловлено стремлением к «экологически чистой маркировке». Физические способы модификации применимы к крахмалам из разных источников.

16.6.5.4. Ферментативная обработка

Сначала ферменты использовались для уменьшения длины цепи, но в последнее время разрабатываются ферментативные методы, при использовании которых длина цепи оста­ется неизменной или увеличивается. Известен целый ряд ферментов, действие которых по­зволяет уменьшить длину каркаса молекулы крахмала в разной степени и получить крах­мал с новыми технологическими свойствами. При удлинении цепи фермент селективно присоединяет цепи к специфическим участкам уже имеющейся амилопектиновой фрак­ции, в результате чего полученный продукт приобретает новые технологические свойства.

Способы модификации и крахмалы, получаемые в результате этих процессов, показаны на схеме, приведенной на рис. 16.18. Не следует забывать, что эти способы модификации зачастую могут применяться в различных сочетаниях.

Рис. 16.18. Основные способы модификации крахмала

Некоторые примеры инноваций в производстве крахмала приведены в табл. 16.5. Получаемые продукты с их названиями являются объектами интеллектуальной собственности, и поэтому правами на них владеет какой-то один производитель.

Примеры инноваций в технологии крахмала

16.6.5.5. Физические взаимодействия крахмалов

В заключение данного раздела отметим, что крахмалы обычно используют в сочетании с другими ингредиентами и, следовательно, важно знать, какие взаи­модействия в этих смесях могут происходить. Наиболее важными являются эф­фекты наполнения или блокировки, а также электростатические взаимодействия.

Первый эффект наблюдается, когда другой ингредиент уменьшает свободное пространство для крахмала, влияя тем самым на вязкость и текстуру системы. Вто­рой эффект оказывает значительно большее воздействие, и его можно разделить на несколько составных частей. Внесение водорастворимых ингредиентов (например, Сахаров) приводит к снижению в системе содержания влаги, необходимой для ги­дратации крахмала и проявления его технологических свойств. Противоположный эффект оказывает добавление воды или изменение порядка внесения ингредиентов, позволяющее крахмалу гидратироваться первым. Увеличение содержания СВ повышает температуру гелеобразования. Если к системе добавляется электролит (напри­мер, соль), то его ионы взаимодействуют с крахмалом, и это приводит к снижению набухаемости последнего.

Крахмалы эффективно взаимодействуют с другими гидроколлоидами, причем преимущественно посредством водородных связей. Показательным примером может служить взаимодействие крахмала с ксантановой камедью. Вязкость их смеси больше, чем сумма вязкостей индивидуальных компонентов, то есть в данной системе проявля­ется синергизм. В смеси с желатином при определенных концентрациях наблюдается расслоение системы, причем одна часть смеси образует дискретные частицы в непре­рывной фазе другой. Любое подобное взаимодействие осуществляется в определен­ных условиях, что следует учитывать при использовании смесей гидроколлоидов.

Источник