Строение и физико-химические свойства крахмала. Модифицированный крахмал: виды, свойства и использование. Характеристика крахмала из различных видов сырья

Что бы там ни говорили диетологи и любители здоровых диет, а крахмал - одно из важнейших в рационе веществ.

В своё время именно начало употребления крахмала привело к тому, что человек начал стремительно покорять дотоле неприступные для него территории планеты: до приручения огня древние люди вынуждены были получать основную часть энергии из мяса животных. И лишь после того, как с помощью огня появилась возможность готовить крахмалосодержащие продукты - зерна и корнеплоды - люди перестали быть привязанными к стадам братьев своих меньших.

Крахмал - основной источник энергии для современного человека. Но по мнению докторов его же свойства являются причиной многочисленных болезней, связанных с нарушением обмена веществ. Рассмотрим химический состав крахмала.

Состав крахмала

С чисто научной точки зрения крахмал - это большое количество простых сахаров, собранные в длинные и иногда разветвленные цепи. Основной единицей одной такой цепи является глюкоза, та самая, которая в организме человека играет роль источника энергии.

Каждая длинная цепочка может многократно изгибаться, извиваться и складываться, в результате чего образуются микроскопические гранулы, напоминающие зерна муки. На самом деле, мука - это тоже смесь крахмала и некоторых сопутствующих веществ.

Если крахмал потереть между пальцами или сжать комок его в ладони, можно услышать характерный скрип. Этот звук создаётся при трении крупиц друг о друга: они достаточно тверды и не разрушаются при таком воздействии.

В природе, в организмах растений, он образуется при последовательном соединении большого числа молекул глюкозы. А глюкоза перед этим синтезируется из воды и углекислого газа.

Для большинства растений крахмал - главный аккумулятор энергетических ресурсов. Именно поэтому его активное запасание происходит в семенах, клубнях и корнях. Состав пшеничного или кукурузного зерна более чем наполовину - крахмал.

Физически он представляет собой белый безвкусный порошок без запаха, нерастворимый в . Однако при попадании в воду он образует многочисленные коллоидные частицы, при большой концентрации создающие густую вязкую массу. Её называют клейстером.

Благодаря тому, что крахмал в больших количествах запасается растениями, его достаточно просто получить уже в готовом виде, нежели синтезировать заново. С этим связаны промышленные методы получения крахмала.

Способы получения

В зависимости от исходного сырья для получения вещества различают картофельный, кукурузный, рисовый, пшеничный, сорговый и другие виды крахмала. Все они немного отличаются друг от друга свойствами и наличием в их составе дополнительных веществ.

При получении крахмала из зерен масса сырья размачивается и перетирается, что позволяет удалить зародыши из семян. Оставшийся эндосперм подвергают повторному измельчению, выделению (физическому иди химическому) содержащихся в нём веществ и сушке. В результате в состав крахмала может входить некоторое количество и .

Аналогичную процедуру проводят для , с той только разницей, что в этой операции процедура удаления зародышей заменяется на отвод картофельного сока и кожуры.

Чаще всего производство крахмала основано именно на переработке картофеля. При этом содержание его в картофельных клубнях составляет не более 25%, в то время как в различных зерновых крахмала содержится от 65% до 80%. Картофель предпочитают по той причине, что его измельчение не приводит к столь быстрому износу оборудования, как перетирание зерновых, и в целом процесс получения крахмала из него оказывается более простым.

Находящийся у всех на слуху модифицированный крахмал ни в коем случае не является ГМО. Крахмал - это не организм, у него нет генов, и модификация в нем происходит только на уровне сахаридной структуры. Никакого вреда изменение этой структуры для человека не имеет.

Применение

А вот используется крахмал в пищевой промышленности не менее широко, чем в природе. Он является необходимым ингредиентом при приготовлении различных киселей, соусов, кремов, колбас и выпечки. В подавляющем большинстве и колбасных изделий содержится крахмал для придания им более плотной консистенции.

Наиболее часто в кулинарных целях этот компонент используется для загущения продукта и связывания части жидкости в нём. Например, при приготовлении желе или . Для этого чаще используют модифицированный крахмал.

Применение крахмала в кулинарии - не единственная форма его использования. Из него изготовляют этанол, патоку и различные клея. В огромных объёмах крахмал используется целлюлозной промышленностью. Порошок служит для наполнения и обработки бумаги. Также его используют для обработки тканей и другой текстильной продукции.

В сумме текстильная и целлюлозная промышленность потребляют больше крахмала, чем пищевая.

Польза и вред

Крахмал - продукт двоякий. С одной стороны его состав - кладезь энергии. Именно благодаря обилию крахмала в зернах и крупах , выпечка и различные каши столь питательны. Кроме того, крахмал, содержащий повышенное количество амилозы, играет роль своеобразного массажера для кишечника. Он расщепляется хуже, чем крахмал с большим содержанием амилопектина, и потому, образуя комок в кишечнике, обладает свойствами стимуляции его работы, улучшения пищеварение и уменьшения всасывания холестерина.

Дополнительное полезное свойство крахмала - в пищеварительном тракте он способствует восстановлению организма после скачка уровня сахара в крови у страдающих диабетом.

С другой стороны, вред крахмала известен всем следящим за своей фигурой. Во многих случаях именно он является причиной набора веса, даря человеку избыточное количество калорий.

Поэтому как и большинство калорийных продуктов, крахмал ценен для крепкого и подвижного организма, тратящего большое количество калорий и нуждающегося в стабильном получении энергии и хорошей работе пищеварительной системы.

Кукурузный или картофельный крахмал обычно можно найти на полке магазина рядом с мукой, содой, сахаром и солью. Если нет супермаркета в шаговой доступности - посмотрите среди натуральных продуктов для выпечки в интернет-магазине . Одной упаковки обычно хватает очень надолго.

Физические свойства и нахождение в природе.

Крахмал представляет собой белый порошок, не растворимый в воде.

В горячей воде он набухает и образует коллоидный раствор – клейстер.

Являясь продуктом усвоения оксида углерода (IV) зелеными (содержащими хлорофилл) клетками растений, крахмал распространен в растительном мире.

Клубни картофеля содержат около 20 % крахмала, зерна пшеницы и кукурузы – около 70 %, риса – около 80 %.

Крахмал – одно из важнейших питательных веществ для человека.

Строение крахмала.

1. Крахмал (С6H10O5)n – природный полимер.

2. Образуется он в результате фотосинтетической деятельности растений при поглощении энергии солнечного излучения.

3. Сначала из углекислого газа и воды в результате ряда процессов синтезируется глюкоза, что в общем виде может быть выражено уравнением: 6СO2 + 6Н2О = С6Н12O6 + 6O2.

5. Макромолекулы крахмала неодинаковы по размерам: а) в них входит разное число звеньев С6H10O5 – от нескольких сотен до нескольких тысяч, при этом неодинакова и их молекулярная масса; б) различаются они и по строению: наряду с линейными молекулами с молекулярной массой в несколько сотен тысяч имеются молекулы разветвленного строения, молекулярная масса которых достигает нескольких миллионов.

Химические свойства крахмала.

1. Одно из свойств крахмала – это способность давать синюю окраску при взаимодействии с йодом. Эту окраску легко наблюдать, если поместить каплю раствора йода на срез картофеля или ломтик белого хлеба и нагреть крахмальный клейстер с гидроксидом меди (II), будет видно образование оксида меди (I).

2. Если прокипятить крахмальный клейстер с небольшим количеством серной кислоты, нейтрализовать раствор и провести реакцию с гидроксидом меди (II), образуется характерный осадок оксида меди (I). То есть при нагревании с водой в присутствии кислоты крахмал подвергается гидролизу, при этом образуется вещество, восстанавливающее гидроксид меди (II) в оксид меди (I).

3. Процесс расщепления макромолекул крахмала водой идет постепенно. Сначала образуются промежуточные продукты с меньшей молекулярной массой, чем у крахмала, – декстрины, затем изомер сахарозы – мальтоза, конечным продуктом гидролиза является глюкоза.

4. Макромолекулы крахмала состоят из остатков молекул циклической L-глюкозы.

Модифицированные крахмалы – это пищевые крахмалы, у которых одна или более начальных характеристик, изменены путём обработки в соответствии с практикой производства пищевых продуктов в одном из физических, химических, биохимических или комбинированных процессов.

Модифицированный крахмал не имеет никакого отношения к генномодифицированным организмам, так как не изменён на генном уровне. Но, хотя модифицированный крахмал и не относится к генетически изменённым продуктам, как указано выше, производителям ничего не стоит получить исходный материал (природный крахмал) из генетически модифицированного картофеля или кукурузы К генно–модифицированным продуктам модифицированный крахмал не относится. Крахмал модифицируют без помощи генетики.

Существуют различные физические и химические способы обработки природного крахмала, благодаря которым можно получать его разновидности с заранее заданными свойствами. Некоторые из модифицированных крахмалов практически почти не отличаются по составу и свойствам от своих натуральных «родителей». Это крахмалы лишённые запаха, рассыпчатые, с изменённым цветом и другие. Первые добавляются к порошкообразным пищевым продуктам для предупреждения их комкования. Например к таким как: пекарные порошки (химические разрыхлители), сахарная пудра или детская присыпка, а крахмалы с изменённым цветом больше используют для технических целей.

Известны и многие другие модифицированные крахмалы с сильно изменёнными природными свойствами: набухающие, термически расщеплённые, жидко кипящие и некоторые другие. Набухающие широко применяют в пищевой промышленности для приготовления соусов, кетчупов, майонезов, йогуртов, пудингов и кремов; входят в состав полуфабрикатов для тортов и пирожных, десертов, молочных напитков, сухих концентратов супов. Их употреблют и для улучшения качеств хлебобулочных изделий. Термически расщеплённые крахмалы (декстрины) известны уже много столетий, их начали получать, когда о генной инженерии ещё никто и не задумывался.

Продукты питания без загустителей и стабилизаторов сегодня почти не доступны жителям городов. Гуаровая камедь и другие виды камеди, модифицированный крахмал, агар, желатин, пектин – наиболее часто встречающиеся представители группы «Е» добавок. В списке пищевых добавок стабилизаторы и загустители представлены в группе E400–E499.

Они также входят в группу «Е» добавок E999–E1521.

В современном производстве загустители и стабилизаторы необходимы для получения продуктов заданной консистенции. Разнообразные виды крахмалов – необходимый ингредиент продуктов питания, обладающий свойствами стабилизаторов, загустителей и наполнителей.

В РФ разрешено применение более чем 20 видов модифицированных крахмалов.

Модифицированный крахмал применяется:

Для производства мясных продуктов низкого ценового сегмента из второсортного сырья, для связывания свободной влаги, которая выделяется при нагреве;

Для производства соусов, кетчупов, майонезов в качестве загустителя;

Для производства йогуртов и других молочных напитков в качестве загустителя;

Для улучшения качества хлебобулочных и кондитерских изделий

Использование крахмалов в мясной промышленности обусловлено тем, что часто предприятиям отрасли приходится перерабатывать мясо с неудовлетворительной функциональной характеристикой – подвергавшееся длительному хранению в замороженном виде и имеющее низкую водосвязывающую способность (ВСС), а также, содержащее большое количество соединительной ткани. Кроме этого, на рынке мясопродуктов очень велика доля продукции эконом–класса, для производства которой крахмал оказывается одним из самых незаменимых ингредиентов, так как стоимость его в 3 – 3,5 раза ниже, чем говядины 2–го сорта и в 2 раза ниже соевого изолята. Использование крахмала наиболее эффективно в технологии низкосортных колбас, для связывания свободной влаги, выделяющейся после нагрева, но оно ограничено 10% к массе сырья.

Более высокое содержание приводит:

К появлению резиноподобной консистенции;

К изменению вкусовых свойств;

К нарушению кислотно–щелочного баланса в пищеварительном тракте из–за усиления бактериального брожения и снижения рН.

Крахмалы, по своим технологическим функциям, играют роль стабилизатора, загустителя и наполнителя. Они не обладают эмульгирующей способностью, но имеют выраженную ВСС, проявляющуюся в результате термообработки при развитии процесса клейстеризации.

Молекула крахмала построена из большого числа остатков простых сахаров и представляет собой смесь двух типов полимеров: амилозы и амилопектина. Их соотношение определяет способность крахмала растворяться при нагревании с образованием вязких коллоидных систем, называемых клейстерами.

При обычной температуре крахмальные зёрна не растворяются в воде.

Нагрев крахмала в присутствии воды вызывает его клейстеризацию: разрушается внутренняя структура крахмальных зёрен, растворяется и частично выходит во внешнюю среду полисахарид амилоза и сильно набухает другой полисахарид – амилопектин.

К большому сожалению, производители не всегда указывают наличие модифицированного крахмала на упаковке. При целиакии безопасны только готовые мясные изделия со специальной маркировкой – «без глютена» (например, Sin Gluten). Ещё одной из причин отсутствия упоминания модифицированного крахмала в составе изделия, может быть использование комбинированного стабилизатора, состав которого не расшифровывается.

Чаще всего для производства мясопродуктов применяют следующие модификации:

E 1404 – окисленные крахмалы;

E 1412 – дикрахмалфосфат, этерифицированный тринатрийфосфатом или хлорокисью фосфора;

E 1414 – ацетилированный дикрахмалфосфат;

E 1420 – ацетатный, этерифицированный уксусным ангидридом;

E 1422 – ацетилированный дикрахмаладипат.

Крахмал, модифицированный кислотой, широко применяют в пищевой промышленности, но, к сожалению, без указания из какого растения его произвели. Кукурузный и пшеничный применяется для приготовления конфет, рахат–лукума и других кондитерских изделий; картофельный – для пудинговых сантиметровесей.

Молочная промышленность так же широко применяет крахмалы, модифицированные кислотой. Производство сметанных продуктов, йогуртов, сладких сырков, мороженого и т.д. Широко применяются в изготовлении молочных продуктов гидроксипропилдикрахмалфосфат E 1442 или Е 1422 – ацетилированный дикрахмаладипат

В 1841 году в США было запатентовано производство крахмала. С тех пор в наших домах живет скромный, но очень ценный помощник.

Крахмал – что мы знаем про него? Навскидку вспомним про накрахмаленные воротнички и в лучшем случае клейстер? А между тем он является незаменимым помощником на кухне. И все из-за его особенности набухать и становиться очень вязким в горячей воде.

Какой бывает?

Крахмал делают из разных культур: картофеля, кукурузы, риса, пшеницы, корня маниоки, сои. Самый популярный и доступный – картофельный крахмал, но продвинутые хозяйки используют также кукурузный и крахмал тапиоки (из корня маниоки).

Картофельный широко используют в кулинарии, а также для приготовления клейстеров. Кукурузный крахмал нежнее, чем картофельный, его советуют использовать для приготовления молочных блюд. Крахмал тапиоки очень похож на картофельный, но он дает более вязкий клейстер и за счет того, что имеет меньшую влажность весит меньше, чем картофельный, то есть получается более экономичным. Этот вид крахмала обычно используют только в кулинарии.

Как выглядит

Крахмал – это белый порошок, похожий на муку, но если сжать его пальцами – захрустит. На самом деле частички крахмала гораздо мельче, чем мука.

Свойства крахмала

Не растворяется в холодной воде, в горячей воде имеет свойство набухать. Так из него делают клейстер.

При контакте с йодом становится синим.

Кулинарное применение

Загустить соус. Главное назначение крахмала – загущение. Крахмал безвкусный, поэтому не повлияет на качество даже самого капризного соуса.

Кисели. Густые ягодные напитки варят в большинстве случаев с добавлением крахмала. Есть старинные рецепты, где в качестве загустителя используются овсяные хлопья.

Добавить в подливу. Если мясо булькает в очень жидком соусе, нужно добавить только ложку крахмала.

Выпечка. В тесто часто добавляют крахмал. Он убирает лишнюю влагу, в результате булочки и пироги становятся более легкими и пышными.

Без глютена. Люди, которые отказываются от продуктов, содержащих глютен (прежде всего это пшеничная и ржаная мука), могут использовать крахмал для выпечки. Из крахмала тапиоки, например, получаются отличные булочки с сыром.

Панировка. Крахмал часто используют для обваливания и последующей жарки котлет, мяса, сырников, овощей. Он дает тонкую корочку и сохраняет сочность продукта.

Промышленность

Пищевая. Его добавляют в колбасно-сосисочные изделия, йогурты. Практически в любом кетчупе и майонезе вы найдете крахмал.

Текстильная. Крахмал применяют для обработки тканей.

Бумажно-целлюлозная. Тут расходуют больше всего крахмала. Он выступает наполнителем для бумаги.

Косметология

Умывание. Люди с чувствительной кожей могут добавить крахмал в воду для умывания. Такой способ поможет сделать кожу более гладкой и белой, крахмал борется с морщинами, расширенными порами и пигментными пятнами. Кроме того, крахмал делает кожу матовой, так как регулирует работу сальных желез.

Сухой шампунь. Можно воспользоваться крахмалом для сухого мытья волос. Нужно просто распределить ложку крахмала по волосам, и они станут гораздо чище, хотя и не будут блестящими.

Быт

Белье. Простыни и пододеяльники теперь крахмалят редко. Но раньше прополоскать их, добавив в воду ложку крахмала, было обязательным. После такой процедуры высохшее белье начинает хрустеть и становится несколько жестким. И оно кажется ну необычайно чистым.

Животные. Если посыпать шерсть крахмалом, то пушистый зверь перенесет процедуру легче, шерсть будет меньше путаться. Также расчесывание с крахмалом может заменить мытье: он соберет жир и грязь с шерсти животного.

(лат. Amylum), (С 6 Н 10 О 5) n — растительный высокомолекулярный полисахарид амилозы и амилопектина, мономером которых является глюкоза. Резервный Гомополисахариды растений. Накапливается в результате фотосинтеза в плодах, зерне, корнях и клубнях некоторых растений как запасная форма углеводов.

Виды крахмала: картофельный, кукурузный, амилопектинового, пшеничный, рисовый, гороховый, тапиоковый, модифицированный и др.

Этимология

Происходит от нем. Kraftmehl «крахмал». К русского, украинского и белорусского языков это слово пришло из польского (krochmal).

Биологические особенности

Богатый крахмалом зерно злаковых растений: риса (до 86%), пшеницы (до 75%), кукурузы (до 72%), а также клубни картофеля (до 24%) и зерно ячменя.

Для организма человека крахмал рядом с сахарозой служит основным поставщиком углеводов — одного из важнейших компонентов пищи. Под действием ферментов крахмал гидролизуется до глюкозы, которая окисляется в клетках до углекислого газа и воды с выделением энергии, необходимой для функционирования живого организма.

Известно, что крахмал активизирует обмен желчных кислот и способствует выведению холестерина из организма.

Физические свойства

Белый, хрустящий, аморфный и очень гигроскопичен порошок без вкуса и запаха. Обычно содержит 10-20% связанной воды, которую можно удалить высушиванием при 100-110 ° C. Под микроскопом — зернистый (гранулы) порошок. Нерастворимый в холодной воде, эфире, спирте; в горячей воде набухает, и образует коллоидный раствор, при охлаждении которого образуется устойчивый гель — крахмальный клейстер; с раствором йода дает синее окрашивание (амилоза дает синюю окраску, а амилопектин — от красного до фиолетового). Реакция с йодом дает возможность выявить даже миллионную часть крахмала в растворе. Молекулы крахмала неодинаковые по размерам.

Гранулы крахмала

Крахмал содержится в растениях в виде гранул. В зерновых культурах и других высших растениях гранулы крахмала образуют пластиды. Пластиды, из которых состоит крахмал называют амилопласты. В зерновых культурах (пшеница, кукуруза, рожь, ячмень, сорго и просо) крахмал представлен простыми гранулами — каждый амилопласты состоит из одной гранулы. В черта и овса гранулы составлены — каждый амилопласты содержит много гранул.

В ржи, пшеницы и ячменя различают два типа гранул крахмала: крупные — двояковипукли (линзовидные) гранулы, и небольшие — сферической формы. В ячменя двояковипукли гранулы формируются в перид первых 15 дней после опыления, а с 18-го по 30-й день — после опыления появляются маленькие гранулы, которые составляют 88% от общего количества гранул. В пшеницы и ячменя каждый пластид сначала формирует большую двояковипуклу гранулу крахмала. После этого пластиды образуют выпуклости, в которых происходит формирование маленьких гранул крахмала. Эти значительно более меньшие амилопласты отделяются от материнского пластида перетяжкой-стриктурой. Крахмал синтезируется в пластидах.

Кристалличность

О том, что крахмал является полукристаллического материалом известно еще с 1930-х годов. По форме рентгенограмм цельных гранул крахмала, они подразделяются на три типа, которые обозначают буквами А, В и С. Крахмал большинства зерновых культур относится к типу А, крахмал картофеля и других корнеплодов, а также ретроградуйований крахмал — к типу В, а крахмал гороха и бобов — до типа С, который представляет собой промежуточную форму между типами А и В. Под действием тепла картофельный крахмал типа В превращается в тип А. Более короткие декстрины (12-15 глюкозных единиц) могут принадлежать к любому из этих трех типов в зависимости от характера их кристаллизации. Одним из инструментальных способов исследования крахмала эффективно используется метод дифракции рентгеновских лучей.

Двойное преломление света

При рассмотрении крахмала в поляризованном свете наблюдается двойное преломление лучей, которое имеет характерную форму «мальтийского креста». Причиной такого преломления является высокоорганизованная структура гранул крахмала, которую не надо путать с кристалличность. Даже очень хорошо организованы молекулярные структуры могут не быть кристаллическими, но они обладают свойством двойного преломления лучей — целлюлоза в листе бумаги является полукристаллического, а кристаллы сами по себе являются двоякопереломляючимы (упорядоченными), но в силу того, что кристаллы ориентированы неупорядоченным образом, бумага свойством двойного променезаломлювання не обладает.

Химический состав крахмала

Крахмал содержит полисахарида 97-99%, белковых веществ 0,3-1,5%, клетчатки 0,2-0,7%, зольных веществ (фосфаты, силикатные кислоты) 0,3-0,6%.

В составе товарного крахмала могут присутствовать второстепенные компоненты, но они присутствуют в столь малых количествах, что не совсем ясно, являются ли они составляющими крахмала, представленными в нем очень малых количествах, или примесями, недостаточно тщательно удаленными в процессе выделения. Тем не менее, такие второстепенные компоненты, несмотря на их очень малое количество, могут существенно влиять на качестве крахмала.

В крахмале найдено 0,6% жирных кислот (пальмитиновой, стеариновой и др.). В крахмала, которые выпускаются промышленным способом из зерновых культур, содержится малое количество липидов, которые, как правило, являются полярными. Для их выделения необходимы полярные растворители, водный раствор метилового спирта. Обычно, содержание липидов в крахмале из зерновых культур составляет 0,5-1%, а изготовленных из незерновой сырья — почти не содержит.

Кроме того, в состав крахмала входят в незначительных количествах фосфор и азот. В зерновых культурах основная масса фосфора представлена ​​в виде фосфолипидов. Известно, что картофельный крахмал етерификуеться к глюкозных остатков, тогда как с крахмалами зерновых культур этого не происходит. Во всех видах крахмалов содержится очень небольшое количество азота (менее 0,05%), часть которого входит в состав липидов, часть — в состав белков и, возможно, в состав остатков ферментов, участвующих в синтезе крахмала.

Крахмал в основном представляет собой полимеры α-D-глюкозы, которые с химической точки зрения можно разделить как минимум на два типа: амилозы (в целом линейный полимер) и амилопектин (сильно разветвленный полимер). То есть, молекула крахмала состоит из двух химически независимых частей (полисахариды): амилозы (20-30%) и амилопектина (70-80%), соотношение которых зависит от природы растений:

— В кукурузном крахмале амилоза составляет 25% всей массы вещества, а амилопектин — 75%. В восковидная кукурузе — более 95% амилопектина. Выращивают кукурузу и с 75% амилозы. — В картофельном крахмале амилозы — 20%, а амилопектина — 80%, что придает ему специфических свойств. — Крахмал яблок — с 100% амилозы.

Амилоза и амилопектин различаются между собой химическому строению. Однако, оба полисахариды состоят из глюкозных остатков, соединенных между собой образуя линейные или разветвленные цепи. В зернах крахмала молекулы амилозы и амилопектина образуют слои с кристаллической и аморфной строением. Энергия взаимодействия отдельных групп атомов в зерне крахмала зависит от расположения амилозы и амилопектина и их соотношение.

В горячей воде крахмал набухает. При этом амилоза переходит в раствор, а амилопектин образует коллоидный раствор (клейстер). Амилоза растворяется в горячей воде, не образует клейстера; с йодом дает синий цвет. Амилопектин не растворяется в воде, а набухает и образует клейстер. При окрашивание амилопектина йодом он принимает от красного до фиолетового цвет. Молекулы этих двух полисахаридов состоят из остатков глюкозы, соединенных в длинные цепочки. Чем длиннее цепочки амилозы, тем хуже она растворяется. В молекуле амилозы таких остатков в среднем более 1000, в молекуле амилопектина — намного больше.

Под действием ферментов или нагрева с кислотами — подвергается гидролизу.

В качестве растворителей крахмала используют холодную соляную, надхлорного, трихлоруксусной, сульфосалициловую кислоты, растворы CaCl 2, ZnCl 2, MgCl 2, щелочи, глицерин, формамид и др..

При полном гидролизе в промышленности получают глюкозу, а промежуточными продуктами могут быть олигосахариды, мальтоза (К.Кирхгофф, 1814 гг.):

Под действием амилаз в пищеварительном канале человека и животных крахмал подвергается гидролизу и расщепляется с образованием глюкозы и мальтозы, что расщепляется Мальтаза к глюкозе, которая усваивается организмом.

Название растения	Часть растения	Содержание крахмала (до)	Содержание сахара	Примечания
Рогоз широколистный (Typha latifolia)	сухие корневища	58% (25-58%)	10%	—
Цетрария исландский (Cetraria islandica)	наземная часть	44%	%	(крахмал: лихенин)
Глицерия (Glyceria)	зерновки	75%	?	—
Кукуруза (Zea mays L.)	семян	71%	?	—
Хлебное дерево (Artocarpus altilis)	сушеная мякоть плодов	80% (60-80%)	14%	—
Кувшинка белая (Nymphaea alba)	корневище	49%	20%
Овес (Avena)	зерно	60%	?	Овес посевной (Avena sativa L.)
Сусак (Butómus umbellátus)	корневище	60%	?
Водяной орех (Trapa natans)	орех	55%	?
Батат (Ipomoea batatas L.)	клубни	72%	?
Сорго (Sorghum)	?	74%	?
Маниок (Manihot)	?	77%	?
Горох (Pisum)	зерно	40%	?
Ячмень (Hordeum L.)	зерно	75%	?
Картофель (Solanum tuberosum)	клубни (в сухом веществе)	82%	?
Саговые пальмы (род. Латов. Cycas)	сердцевина пальмы	?	?
Рис (Oryza)	зерно	89%	?
Рожь (Secale)	зерно	72%	?
Пшеница (Triticum L)	зерно	74%	?
Алтея лекарственная (Althaea officinalis L.)	корни	37%	10%	(10% сахарозы)
Стрелолист обыкновенная (Sagittaria sagittifolia L.)	клубни	35%

Получение крахмала

Крахмал получают из картофеля и риса, реже — из других зерновых. Саго — крахмалистые продукты из древесины саговой пальмы, а также некоторых саговников.

В тропиках выращивают много крохмалоносних растений: батат, ямс, таро, маниок и другие.

Чтобы добыть крахмал, нужно разрушить клеточные стенки и добыть сок. Для этого сырье измельчают на терках, получая кашицу. Чтобы выделить свободный крахмал, кашицу многократно промывают на ситах в ситовых аппаратах. Ситовые аппараты в пять степеней проводят разделение продукта на мезгу и крахмальную суспензию (крахмальное молоко) различной концентрации. Крахмальное молоко рафинируют (очищают). После этого выделенный крахмал многократно промывают чистой водой на специальных центрифугах-пурификаторах или гидроциклонах.

В производстве картофельного крахмала применяют процессы очистки картофеля от легких и тяжелых примесей, мойки, измельчения, выделения клеточного сока, ситування и промывки, центрифугирования и сушки.

Из картофельного крахмала можно получить отдельно амилозы (суперлозу) и амилопектин (ромалин). Для этого на крахмал действуют растворами солей MgSO 4, (NH 4) 2 SO 4, Na 2 SO 4, содержащие н-бутиловый спирт, при 120 ° С. После этого амилозы осаждают при 70 ° С, а амилопектин — 20 ° С.

В производстве кукурузного крахмала существует два способа: сирчистокислотний и щелочной. По первому способу кукурузное зерно замачивают в 0,1-0,2% водном растворе сернистой кислоты при 48-50 ° С в течение двух суток, зерно промывают, грубо измельчают, выделяют зародыш, тонко измельчают, промывают крахмал на ситовых аппаратах, отделяют от мелкой и крупной мезги, глютена (на сепараторах), промывают на вакуум-фильтрах, центрифугируют, высушивают или перерабатывают на крахмало-продукты. По второму способу кукурузу замачивают в водном растворе щелочи, промывают, измельчают, крахмал выделяют и проходят мимо на ситовых аппаратах, центрифугируют, высушивают или направляют без высушивания на переработку.

Фракционирования крахмала

Для разделения крахмала на его компоненты, амилозы и амилопектин, используют два основных способа. Амилозы можно выборочно выщелачиваться из гранул, нагретых чуть выше температуры клейстеризации. При более высоких температурах выщелачиваются не только амилоза, но и амилопектин, из-за чего требуется дополнительное очищение. Фракции, получаемые выщелачивания, трудно поддаются количественной оценке, но если перед процессом водного выщелачивания обработать крахмал горячим водным раствором бутанола, то способность амилопектнна до растворения снизится, в результате чего будет выделено большее количество амилозы.

Другим методом является полное диспергирование гранул с последующим разделением компонентов. Крахмалы злаков очень трудно диспергировать полностью — для этого необходимо, чтобы смесь в течение нескольких часов находилась в автоклаве при температуре около 130 ° С. В этих условиях необходимо предотвратить расщеплению крахмала, то есть обезжирить его, буферизацию и защитить от воздействия кислорода. Существует несколько видов предварительной обработки крахмала, что позволяет его диспергировать полностью. Для этого можно использовать, например, жидкий аммиак, диметилсульфоксид или щелочной раствор. После полного диспергирования крахмала чаще всего для выделения амилозм ее осаждают в виде комплексов с n-бутанолом или тимолом. Для получения чистой амилозы необходимо несколько раз выполнить повторное осаждение. Амилопектин можно получить лиофилизацией или осадить спиртом.

Хранение

Хранят крахмал в чистых, сухих, хорошо проветриваемых складах, без постороннего запаха, не зараженных вредителями. Оптимальной для хранения считают 70% -ную относительную влажность воздуха, хотя допускается до 75%, и температуру около 10 ° C. В этих условиях стандарты предусматривают хранение картофельного и кукурузного крахмала 2 года, а пшеничной — 1 год. Длительное хранение существенно снижает клейстеризуючу способность крахмала. В помещениях с повышенной относительной влажностью воздуха он увлажняется, а вследствие микробиологических процессов и порчи приобретает сначала кисловатый, затхлого, а затем и гнилостного запаха.

Применение

Крахмал сельскохозяйственных культур является ведущим компонентом рациона человека, важным сырьем для пищевой, фармацевтической и технических отраслей промышленности: текстильной, нефтяной, бумажной и др.

Крахмал широко применяется в пищевой отрасли как загуститель (E1404), при производстве патоки различного углеводного состава, для получения декстринов, глюкозы (кристаллической глюкозы, глюкозного концентрата, глюкозно-фруктозного сиропа, этанола и других продуктов брожения. Крахмал со степенью гидролиза (по глюкозе) меньше 5% — мальтодекстрин — используется в качестве стабилизатора в производстве майонеза. В производстве сахарных кондитерских изделий крахмал используют как рецептурный компонент рахат-лукума, а также как формовочный компонент для конфет и драже.

Комплексная переработка крахмала крахмал гидролизуется до глюкозы, которая изомеризуется в фруктозу и гидрированием превращается в сорбит, или идет на получение других продуктов — этанола, молочной кислоты, лимонной кислоты; гидролизат смешивается с волокнами для кормов скоту.

Сырьем для производства кристаллической глюкозы является крахмал, полученный из кукурузы, или пшеницы, хотя может быть использован и картофельный крахмал. Однако картофельный крахмал является незаменимым сырьем в других отраслях промиисловости и для производства глюкозы не используется. Основное сырье для производства кристаллической глюкозы — кукурузный крахмал.

Крахмал используют как клей, как микробиологическая среда при получении различных энзимов, антибиотиков, витаминов, а также как основа искусственных биоразлагаемых биополимеров.

Во врачебной практике крахмал очень часто используют как наполнитель и субстрат для изготовления таблеток (в качестве наполнителя в твердых лекарственных формах) и облаток и в пастах, в присыпках и мазях применяют при болезнях кожи, в виде отвара (клейстера) — при заболеваниях желудочно-кишечного тракта как обволакивающим средство. Крахмал и декстрины (продукты неполного гидролиза линейных полисахаридов) положительно влияют на холестериновый обмен, улучшают пищеварение. Он входит как важный компонент практически до всех диет. Также растворы крахмала является частью инфузионных растворов, которые используют для лечения неотложных состояний.

Основной объем крахмалопродуктов готовят из кукурузы, на долю которой приходится 45 млн т, остальные сырьевой базы составляет тапиока (5 млн т), пшеница (4 млн т) и картофель (2500000 т).

Амилопектин пригоден для производства пленок и упаковочного материала, которые можно после использования полностью компостировать.

Изменения крахмала

Клейстеризация

Нагрев крахмала при наличии воды вызывает клейстеризации, то есть разрушения нативной структуры крахмальных зерен. Этот процесс проходит тремя стадиями:

1. Во нагрева суспензии до температуры 50-55 ° С крохмальнi эерна набухают, поглощая до 50% воды от массы крахмала, но сохраняют форму и шаровую строение. Нарушение внутренней структуры незначительно.
2. При дaльшому нагревании (до температуры 60-80 ° С) происходит сильное повреждение нативной структуры крахмальных зерен. Исчезает слойная строение, зерна увеличиваются в объеме вдекилька десятков раз и превращаются в пузырьки, наполненные раствором амилозы и амилопектина, а вязкость суспензии резко увеличивается и она превращается в клейстер. Поэтому этот процесс называется клейстеризации. Часть раствора переходит в окружающую среду. В результате все большее набухание крахмальных пузырьков количество воды извне сильно уменьшается, а клейстер становится более вязким. Для каждого вида крахмала характерна своя температура клейстеризации, при которой большинство зерен в суспензии поглощает максимальное количество воды.
3. Нагрев клейстера выше 80 о С избытком воды приводит к распаду крахмальных зерен — пузырьки лопаются и вязкость клейстера снижается.

Наличие в воде солей, сахаров, спиртов и других веществ влияет на температуру клейстеризации. Поваренная соль даже в малых концентрациях повышает температуру клейстеризации и уменьшает набухание зерен.

В зависимости от соотношения крахмала и воды получают клейстер в виде геля или золя.

В кулинарии

Клейстер в виде геля образуется когда крахмальные пузырьки тесно скреплены между собой в результате почти полного поглощения ими воды. В приготовлении пищи плотные гели могут быть в киселях при наличии в них 6-8% крахмала, а еще плотные гели образуются в процессе варки круп, бобовых, макаронных изделий, картофеля, когда крахмал поглощает максимальное количество воды.

Крахмальные золе различной вязкости служат основой киселей жидкой и средней консистенции (содержание крахмала от 2 до 5%), сладких супов, соусов (содержание крахмала до 2%).

В тесте, при выпечке кондитерских изделий, воды мало, поэтому крахмал достигает лишь первой стадии клейстеризации.

Крахмал с картофеля дает прозрачный клейстер, а из зерновых (кукурузы) — непрозрачный.

Во время тепловой обработки картофеля клейстеризация крахмала происходит за счет влаги, которую выделяют белки клейковины, что зсилися. Во время варки каш, макаронных изделий крахмал клейстеризуется за счет влаги окружающей среды. Этим объясняется увеличение массы крупы и макаронных изделий во время варки.

При охлаждении и хранении в охлажденном состоянии крахмалосодержащие изделий содержание в них растворенного амилозы уменьшается и изделия черствеют (хлеб, каши, мучные изделия), то есть происходит старение оклейстеризованого крахмала.

Декстринизация

Декстринизация происходит во время сухого нагрева крахмала при температуре выше 120 ° С.

В кулинарии декстринизация осуществляется на поверхности изделий с образованием желтовато-коричневой корочки при жарке картофеля, мучных изделий, пассировки муки.

Гидролиз

Гидролиз — распад крахмальных полисахаридов с приенанням воды. Он может происходить при нагревании с водой в присутствии кислот (кислотный гидролиз) или под действием ферментов амилозы (ферментативный). Конечными продуктами гидролиза крахмала является глюкоза и фруктоза.

Ферментативный гидролиз происходит во время варки картофеля, замешивания и выпечки теста. При этом сахара переходят в отвар. Кислотный гидролиз крахмала происходит при варке соусов, киселей из ягод.

При гидролизе крахмала последовательно образуются дисахариды и декстрины, что в дальнишому превращаются в моносахариды, из которых преобладает глюкоза.

Крахмал при быстром нагревании расщепляется до декстринов формулы (С 6 Н 10 О 5) х, где х — число глюкозных остатков в декстрины гораздо меньше, чем в формуле крахмала. При добавлении кислот процесс ускоряется. В зависимости от глубины гидролиза (температуры, концентрации и вида кислоты, ферментов), крахмал расщепляется до декстринов, мальтозы, глюкозы. Во время гидролиза крахмала постепенно образуется растворимый крахмал, декстрины, ди- и моносахара.

В гидролизата различают следующие декстрины: амилодекстрины — растворяются 25% -ным, а осаждаются 40% -ным этиловым спиртом, с йодом дают фиолетово-синюю окраску; эритродекстрины — растворяются 55% -ным раствором, а осаждаются в 65% этиловом спирте; ахродекстрины — растворяются в 70% -ном этиловом спирте, йодом НЕ окрашиваются; мальтодекстрин — спирт не осаждаются, йодом НЕ окрашиваются.

Незначительно дикстринизований крахмал, который дает с йодом синее окрашивание, лучше растворяется в воде, по сравнению с обычным крахмалом, называют растворимым крахмалом.

В промышленности применяется гидролиз, который имеет ступенчатый характер.

Частичный гидролиз крахмала до декстринов, для которых уже характерные свойства восстановителя, происходит при быстром нагревании крахмала с небольшим количеством воды (10-20%).

Декстрины образуются при выпечке хлеба (появление корочки), или при воздействии горячего утюга на накрахмаленное ткань, в результате чего она сверкает. При этом, основная задача процесса хлебопечения заключается в преобразовании нерастворимого крахмала в растворимые декстрины, которые лучше усваиваются человеком в процессе пищеварения.

При неполном гидролизе крахмала получают крахмальную патоку (содержание глюкозы составляет 60%) или крахмальный сахар (содержание глюкозы 70%) для пищевых потребностей.

Модификация крахмала

Модифицированный крахмал — это продукт с заданными свойствами. В технике превращения крахмала в глюкозу (процесс осахаривания) происходит путем кипячения его в течение нескольких часов с раствором серной кислоты (каталитический влияние серной кислоты на осахаривания крахмала был изобретен в 1811 К. С. Кирхгофом). Чтобы с образованного раствора удалить серную кислоту в него добавляют мел, образуя с серной кислоты нерастворимый сульфат кальция. Последний отфильтровывают и вещество упаривают. Образуется густая сладкая масса — крахмальная патока, кроме глюкозы имеет значительное количество других продуктов гидролиза крахмала.

Патока используется для приготовления кондитерских изделий и для различных технических целей.

Если нужно получить чистую глюкозу, то кипячение крахмала ведут дольше, чем достигается более полное превращение его в глюкозу. Полученный после нейтрализации и фильтрования раствор сгущают, пока из него не начнут выпадать кристаллы глюкозы.

Также в наше время проводят энзиматический гидролиз крахмала, с использованием альфа-амилазы для получения декстринов различной длины, и глюкоамилазы — для дальнейшего их гидролиза с получением глюкозы.

При нагревании сухого крахмала до 200-250 ° C происходит частичное его разложение и получается смесь менее сложных чем крахмал полисахаридов (декстрин и другие).

Физическое изменение позволяет получать крахмал с высокой способностью удерживать влагу, что в свою очередь придает конечному продукту желаемую консистенцию.

Крахмал осаждается этиловым спиртом, образует комплексы с йодом, очень легко меняет ряд своих свойств при воздействии температуры, кислот, щелочей, солей и других химических реагентов. Основываясь на этом, разработано много видов модифицированных крахмалов (фосфатные, оксиетилкрохмаль, диальдегидний поперечно связан, желирующий, предварительно клейстеризований, гипохлоритний др.)

Селекция растений

Так как амилоза и амилопектин имеют различные потребительские свойства, селекцией пытаются создать сорта, содержащие или амилозы, или амилопектин. Использование таких сортов, которые содержат только одну форму крахмала является очень выгодным, ведь отпадают затратные химические и физические способы воздействия на их разделение.

В Украине селекционерами Селекционно-генетического института национального центра насиннезнавства и сортоизучения создана перспективная пшеница Вакс, которая в строении молекул крахмала имеет амилозы 0% и 100% амилопектина. Крахмал пшеницы Вакс имеет 10 ° C ниже обычный крахмал температуру клейстеризации, выдерживает процесс замораживания-размораживания и лучше усваивается организмом человека.

Крахмал — пищевой продукт, относящийся к группе высокомолекулярных углеводов полисахаридов. Крахмал откладывается в луковицах, клубнях, плодах, ягодах, а также в листьях и стеблях.

Для чего нужен крахмал в кулинарии?

Крахмал используется повсеместно как загуститель, он легок в использовании, доступен и используется практически во всех кухнях мира. Самые известные его виды - кукурузный крахмал, мука, тапиока, картофельный крахмал. Несмотря на то, что есть разница в размере гранул, длине молекулярной структуры и разница в кристаллической структуре, принцип действия у всех крахмалов одинаковый. Крахмал смешивается с водой, смесь нагревают, затем остужают, при этом смесь (например, соус) загущается.

Крахмал состоит из повторяющихся связей амилопектина и амилозы, которые формируют его кристаллическую структуру. Температура желатинизации - температура, при которой кристаллическая структура тает, впитывает воду и набухает - может варьироваться в зависимости от соотношения амилопектина и амилозы.

Именно поведение крахмала в горячей воде делает его таким полезным в кулинарии.
Смешайте кукурузный крахмал с холодной водой, и ничего особенного не произойдет. С увеличением температуры гранулы крахмала могут впитывать больше воды и набухают. Уже при 50-60°C они теряют свою организованную текстуру, впитывая все больше воды. Внешне это определяется тем, что смесь жидкости и крахмала становится более прозрачной. После того как смесь достигнет своей самой густой консистенции, она начнет разжижаться.

Есть три причины, по которым это может произойти:

1. Нагревание в течение слишком длительного периода после загущения
2. Нагревание до температуры кипения
3. Слишком энергичное перемешивание

Когда повар решает, что соус достаточно загустел, он прекращает приготовление, и температура соуса начинает падать. При этом соус становится гуще. Жидкость даже может превратиться в желе при достаточно низкой температуре. Таким способом готовят начинки для пирогов, пудинги, рахат-лукум и т.п.

Для повара очень важно уметь оценить правильный момент прекращения теплового воздействия, учитывая, что при остывании жидкость, например соус, загустеет сильнее. Поэтому соусы должны быть жиже в кастрюле, чем вы ожидаете увидеть их в соуснике. Лучший способ понять достаточно ли загустел соус, налить ложечку на холодную тарелку.
Виды крахмалов и их свойства

Мы можем выбирать из двух семейств крахмала:

1. Крахмал из зерен - мука, кукурузный крахмал

Общая характеристика : требуется более высокая температура для их желатинизации, и они застывают при охлаждении. Соусы с ними менее прозрачные.

пшеничная мука - содержит только 75% крахмала, поэтому она является менее эффективным загустителем, чем кукурузный или картофельный крахмал. Вам понадобится большее количество муки, чтобы загустить соус. У муки есть отличительный вкус, поэтому повара часто предварительно подготавливают ее перед использованием. Например, готовят Ру. Мука придает соусам матовость и непрозрачность, если только соус не варится несколько часов, и с него снимается пена, чтобы избавится от клейковины.

Кукурузный крахмал - является практически чистым крахмалом, поэтому является более эффективным загустителем, чем мука. Имеет свой специфический вкус.

2. Корневой и клубневый крахмал - картофельный крахмал, амаранта (аррорут), тапиока

Общая характеристика: Эти крахмалы готовятся быстрее и начинают работать при более низких температурах, у них менее выраженный вкус. Соусы, приготовленные с этим крахмалом имеют прозрачную блестящую текстуру. Крахмал этого типа подходит для корректировки соуса в последний момент. Меньшее количество требуется, чтобы получить нужную консистенцию, они быстро загущаются, и не нуждаются в предварительной подготовке, чтобы улучшить их вкус.

Картофельный крахмал - загущающая сила этого крахмала гораздо выше других крахмалов, но он придает бОльшую зернистость соусам. Кроме того, гранулы этого крахмала хрупки, при достижении пика густоты, соус с картофельным крахмалом начинает разжижаться. Соусы с картофельным крахмалом имеют меньшую тенденцию к застыванию.

Аррорут - извлекается из западно-индийского растения Маранта. Не разжижается так сильно как картофельный крахмал, имеет менее зернистую текстуру. Его температура желирования выше, чем у других корневых крахмалов, она ближе к кукурузному крахмалу.

Тапиока - извлекается из корня растения маниок. Используется в основном в пудингах. Особенно ценится за свой нейтральный вкус. В воде он слишком крупянист, поэтому продается уже в больших застывших шариках, которые потом достаточно долго разогреваются, чтобы их смягчить.

Модифицированный крахмал - производители пищевой продукции придумали модифицированный крахмал, так как натуральный не имеет необходимой стабильности для целей производства, хранения, распространения и использования потребителем. Модифицированный крахмал помогает получить соус, который не застынет и не расслоиться. Кроме того многие из них не нуждаются в нагреве для того чтобы равномерно соединиться с жидкостью. Они менее склоны к расслаиванию и при тепловом воздействии, более эффективно загущают соусы и имеют другие качества отличающие их от натуральных собратьев. Если крахмал модифицированный, обычно об этом написано на упаковке.

Свойства крахмала, приготовляемого в воде

Крахмал	Температура желатинизации	Максимальная густота	Консистенция	Устойчивость к длительному тепловому воздействию	Внешний вид	Специфический вкус
Пшеничный	52-85 °C		гладкая	хорошая	непрозрачный	сильный
Кукурузный	62-80 °C		гладкая	средняя	непрозрачный	сильный
Картофельный	58-65 °C	+++++	крупянистая	плохая	прозрачный	средний
Тапиока	52-65 °C		крупянистая	плохая	прозрачный	нейтральный
Арроурут	60-68 °C		крупянистая	хорошая	прозрачный	нейтральный

Влияние других ингредиентов на крахмал

Соль, Сахар, Кислота

Вода и крахмал - базовые ингредиенты соуса, другие ингредиенты имеют вторичное влияние на его текстуру. Соль, сахар и кислота часто добавляются для улучшения вкуса соуса. Соль слегка понижает температуру желирования крахмала, а вот сахар ее увеличивает. Кислота в виде вина приводит к тому, что крахмал желируется при более низких температурах, поэтому готовый соус менее крепкий при использованном количестве крахмала, чем он был бы без вина. Корневые крахмалы заметно изменяют своё поведение даже при скромной кислотности (pH ниже чем 5), в то время как зерновой крахмал может выдерживать кислотность типичную для йогурта и многих фруктов (pH 4). Нежное и быстрое тепловое воздействие минимизирует распад кислоты.

Протеины и жиры

Мука содержит приблизительно 10% протеина, большая его часть нерастворимая клейковина. Клейковина слегка увеличивает крепость раствора, тем не менее, чистый крахмал - более эффективный загуститель. Соусы, в основе которых бульон, содержат большое количество желатина, но желатин и крахмал похоже никак не взаимодействуют друг с другом.
Часто в соусах присутствует жир в том или ином виде. Жиры замедляют проникновения жидкости в гранулы крахмала. Жир способствует однородности и «сочности» соуса, и когда он используется для обработки муки в Ру, он обволакивает частицы крахмала, предотвращает дальнейшее образование комков в воде.

В следующем посте про крахмал, я расскажу вам, как грамотно использовать крахмал в кулинарии: в соусах, супах, десертах и т.д.