Способы получения модифицированных крахмалов
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
Способ получения модифицированного крахмала
Использование: получение крахмала, в частности, нехимически модифицированного, обладающего повышенной набухаемостью и растворимостью, в пищевой, крахмально-паточной и других отраслях промышленности. Задача изобретения — разработать способ получения модифицированного крахмала с использованием процесса экструзии, обеспечивающего высокие степень клейстеризации, содержание декстринов и набухаемость крахмала, что положительно оказалось бы на его питательных свойствах и усвояемости организмом. Сущность изобретения: способ получения крахмала включает предварительную обработку нативного крахмала и формирование крахмала-экструдата, при этом предварительную обработку ведут раствором крахмального клейстера или желатина, а крахмал-экструдат подвергают вторичному нагреву с использованием в качестве источника тепла ИК-излучателя. При этом используют 0,3 — 0,7%-ный водный раствор крахмального клейстера или желатина, а вторичный нагрев осуществляют при температуре 15 — 18 o C. 2 табл.
Изобретение относится к получению крахмала, в частности, нехимически модифицированного, обладающего повышенной набухаемостью и растворимостью, и может быть использовано в пищевой, крахмало-паточной и других отраслях промышленности.
Способность крахмалов изменять свои свойства в результате физического, химического, биологического или комбинированного воздействия используется для создания новых видов крахмалопродуктов модифицированных крахмалов, что позволяет расширить ассортимент пищевых продуктов, повысить их качество.
Известен способ получения модифицированного набухающего крахмала, который включает в себя приготовление концентрированного крахмального клейстера с последующей сушкой тонкой пленки этого клейстера на паровых вальцевых сушилках [1] Однако данный способ не нашел широкого применения из-за отсутствия высокопроизводительных вальцевых сушилок, их высокой стоимости, а также использования в этих сушилках пара давления до 1,2 МПа.
Наиболее перспективным способом получения модифицированного крахмала является метод экструзии. Экструзионная обработка нативных крахмалов позволяет получить их модификации, близкие по свойствам к набухающим. В то же время она более экономична и проста.
Известен способ получения модифицированной крахмальной крупы саго на отечественном, серийно выпускаемом оборудовании, шнековых прессах [2] Нативный крахмал увлажняют до 35 42% влаги, тщательно перемешивают крахмальное тесто, загружают в шнековый пресс, где оно подвергается тепловой обработке (температура 60 80 o C), затем формированию продавливанием через отверстия необходимой формы и размеров. В процессе экструзионной обработки происходит разрушение крахмальных гранул, клейстеризации и механическая деструкция полисахаридов, и крахмfл приобретает способность набухать в холодной воде, частично растворяясь в ней.
Однако, как показали наши исследования, технологические параметры способа не обеспечивают эффективную модификацию крахмала: крахмал-экструдат обладает недостаточно высокой набухаемостью и растворимостью, что отрицательно сказывается на его питательный свойствах и усвояемости организмом.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения экструзионного крахмала, в котором для повышения набухаемости и растворимости модифицированного крахмала, нативный крахмал подвергали реагентной обработке [3] Сущность способа состоит в следующем. Кукурузный или картофельный крахмал обрабатывали раствором монофосфата натрия из расчета 2 10 мас. к массе крахмала. Экструзию проводили при 170 180 o C, число оборотов шнека 50 мин -1 , диаметр выходного отверстия 3,5 мм. Полученный экструдат измельчали в молотковой дробилке, просеивали через сито с отверстиями 0,5 мм, упаковывали в двойные мешки: бумажный и тканевый.
В данном способе достигается более высокая эффективность процесса получения модифицированного крахмала; согласно нашим данным, степень клейстеризации равна 15,50, содержание декстринов составляет 17,3% набухаемость в воде 2,90 мл за 1 ч, набухаемость в щелочи 7,1 мл за 1 ч.
Однако данные характеристики модифицированного крахмала-экструдата свидетельствуют о недостаточно высоком качестве последнего. Кроме того, для стимулирования процесса модификации крахмала используют химические препараты, что сказывается на чистоте получаемого продукта.
Таким образом, технические решения, характеризующие уровень техники, требуют усовершенствования в направлении повышения качества модифицированного крахмала за счет повышения степени клейстеризации, содержания декстринов, набухаемости.
Задача изобретения разработать такой способ получения модифицирования крахмала с использованием процесса экструзии, в котором проведение предварительной обработки нативного крахмала иной природы реагентом и вторичный нагрев крахмала-экструдата обеспечили бы высокую степень клейстеризации, высокое содержание декстринов и набухаемость модифицированного крахмала, что положительно сказалось бы на его питательных свойствах и усвояемости организмом.
Задача решается способом получения модифицированного крахмала, включающим предварительную обработку нативного крахмала и формирование крахмала-экструдата, в котором согласно изобретению предварительную обработку ведут раствором крахмального клейстера или желатина, а крахмал-экструдат подвергают вторичному нагреву с использованием в качестве источника тепла ИК-излучатель. При этом используют 0,3 0,7%-ный водный раствор крахмального клейстера или желатина, а вторичный нагрев осуществляют при температуре 150 — 180 o C.
Заявляемая совокупность существенных признаков (предварительная обработка нативного крахмала раствором крахмального клейстера, экструзия при повышенной температуре и ИК-облучение крахмала экструдата) создают наиболее благоприятные условия для объемного прогрева набухшего крахмала, влага движется аномально — внутрь массы зерна крахмала, где происходит образование пара, создается его высокое давление, которое в сочетании с высокой температурой приводит к деструкции полимерных цепей крахмала, что обеспечивает высокую степень клейстеризации модифицированного крахмала, высокое содержание декстринов и набухаемость в воде и щелочи. Это наглядно иллюстрируется данными табл. 1.
Как видно из данных таблицы, предварительная обработка крахмала раствором крахмального клейстера в сочетании только с экструзией является мало эффективной (см. позицию 1). Немного улучшает качество модифицированного крахмала сочетание ИК-облучения с предварительной обработкой раствором крахмального клейстера или с экструзией (позиции 2 и 3 соответственно) и только использование всей совокупности существенных признаков приводит к резкому изменению качества модифицированного крахмала в сторону значительного увеличения степени клейстеризации 21,8% содержанию декстринов 23,8% и набухаемости в воде 3,9 мл, в щелочи 8,2 мл за 1 ч (позиция 4).
Технология реализации способа состоит в следующем. Кукурузный или картофельный крахмал предварительно заливают теплым 30 40 o C 0,3 — 0,7%-ным водным раствором крахмального клейстера или желатина. При этом на одну весовую часть крахмала приходится 20 50 частей клейстера или желатина. Образовавшийся раствор непрерывно перемешивают в течение 5 7 мин. Затем отстаивают 10 15 мин и сливают избыток воды. Набухший крахмал подают в экструдер A1-KX, где проводят экструзию при 50 60 o C, число оборотов шнека 50 мин -1 , диаметр выходного отверстия 3,5 мм. Полученный крахмал-экструдат подвергают вторичному нагреву, используя в качестве источника тепла ИК-излучатель. Для этого крахмал-экструдат помещают на поддон слоем толщиной в одну гранулу и обрабатывают ИК-излучением в резонансном режиме с длиной волны 0,8 1,2 мкм и плотностью потока 20 -22 кВт/м 2 в течение 60 70 с при температуре 150 180 o C.
Далее, обработанный в резонансном режиме крахмал-экструдат подвергают дроблению до требуемого размера.
Пример. 100 г. картофельного крахмала помещают в сосуд, заливают 2500 мл 0,5% -ного крахмального клейстера и непрерывно перемешивают в течение 7 мин. Затем раствор отстаивают в течение 12 мин и сливают избыток воды. Набухший крахмал подают в экструдер А1-КХП, где проводят экструзию при 60 o C, число оборотов шнека 50 мин -1 , диаметр выходного отверстия 3,5 мм. Полученные гранулы крахмала помещают на поддон слоем толщиной в одну гранулу и подвергают обработке ИК-излучением с длиной волны 1,2 мкм, плотностью потока излучения 22 кВт/м 2 в течение 70 с при температуре 180 o C. Качество полученного модифицированного крахмала характеризуется содержанием декстринов 25,1% степень клейстеризации 23,2% набуханием в воде 4,3 мл за 1 ч, в щелочи 0,05 н 9,0 мл за 1 ч (табл. 2, пример 2).
Установлено, что заявляемые параметры процесса получения модифицированного крахмала (заявляемое вещество и его концентрация в процессе предварительной обработки, режимные параметры ИК-облучения) выбраны из условий, обеспечивающих эффективное проведение процесса модификации крахмала и получение высокого качества крахмала-экструдата: содержание декстринов составляет 18,9 25,1% степень клейстеризации 16,1 23,2% набухаемость в воде 3,2 4,3 мл на 1 ч, набухаемость в 0,05 н. NaOH 7,6 9,0 мл за 1 ч (табл. 2, примеры 1 12).
При найденных оптимальных значениях таких параметров ИК-облучения, как длина волны 
= 0,8 — 1,2 мкм,, плотность потока излучения 20 22 кВт/м 2 и время облучения 60 70 с, оптимальной концентрацией раствора крахмального клейстера или желатина является 0,3 0,7 мас. а температура ИК-обработки составляет 150 180 o C. Запредельное снижение концентрации крахмального клейстера и температуры ИК-обработки, также как и запредельное повышение указанных параметров приводит к резкому снижению качества модифицированного крахмала: характеристики полученного крахмала снижаются до уровня прототипа (табл. 2, примеры 13, 14).
Использование предложенного способа получения модифицированного крахмала обеспечивает повышение качества полученного крахмала-экструдата по сравнению с крахмалом, полученными по известному способу: содержание декстринов увеличивается с 17,3% до 18,9 25,1% т.е. в 1,1 1,45 раза; степень клейстеризации возрастает с 15,5% до 16,1 23,2% т.е. в 1 1,5 раза; набухаемость в воде с 2,9 мл до 3,2 4,3 мл за 1 ч, т.е. в 1,1 1,5 раза, набухаемость в 0,05 н, NaOH с 7,1 мл до 7,6 9,0 мл за 1 ч, т.е. в 1,1 — 1,2 раза.
Предложенный способ позволяет получить модифицированный крахмал по простой технологии, не требующей больших затрат энергии и без применения химических препаратов, стимулирующих протекание процессов декстринизации, клейстеризации и степени набухаемости. Полученный продукт обладает высокими потребительскими качествами и является экологически чистым.
Способ получения модифицированного крахмала, включающий обработку крахмала водным раствором реагента с последующей экструзией, отличающийся тем, что в качестве реагента используют крахмальный клейстер или желатин с начальной концентрацией 0,3 0,7% раствор реагента добавляют к крахмалу в массовом соотношении 20 50:1, экструзию осуществляют при 50 60 o С, полученный крахмал-экструдат нагревают в течение 60 70 с ИК-излучением с длиной волны 0,7 1,2 мкм при плотности потока 20 22 кВт/м 2 и при температуре 150 180 o С.
Источник
