Общие теоретические сведения о нативном крахмале

Для крахмала характерна зернистая структура, при этом каждый его вид отличается от другого размером и формой зерен. Нативный крахмал имеет двойное лучепреломление, в зернах крахмала наблюдается чередование кристаллических и аморфных слоев.

По химическому составу молекула крахмала является смесью двух гомополисахаридов – амилозы и амилопектина. Его химическая эмпирическая формула (С₆H₁₀O₅)n свидетельствует о том, что основой молекулы крахмала является глюкозидный остаток С₆H₁₀O₅.

Крахмалы разных крахмалопродуктов содержат от 10 до 30% амилозы и 70–90% амилопектина. Картофельный крахмал содержит в среднем на сухую массу 21% амилозы и 79% амилопектина.

Молекула амилозы представляет собой линейный полисахарид крахмала, состоящий из глюкопиранозных остатков, соединенных в цепях a-1, 4 глюкозидными связями. Молекулярная масса амилозы в зависимости от происхождения крахмала равна 10⁵ – 10⁶. Молекула амилозы с йодом образует устойчивые комплексные соединения, дающие синее окрашивание. Растворы амилозы в воде нестабильны, легко образуют агрегаты, вызывающие помутнение, образование осадка или студня.

Амилопектин существенно отличается от амилозы как по структуре, так и по свойствам. Амилопектин имеет многократно разветвленную молекулу, также состоящую из глюкозных остатков. В цепочках молекул амилопектина глюкопиранозные остатки связаны a-1, 4-глюкозидной связью, а в точках ветвления – связью a-1, 6, которая более прочна к внешним воздействиям, чем связь a-1, 4. Молекулярная масса амилопектина составляет 10⁷–10⁸. Молекула амилопектина дает с йодом фиолетово-красное окрашивание. Водные дисперсии амилопектина стабильны. Молекулы амилопектина не осаждаются спиртами, адсорбируются на кислой окиси алюминия, нерастворимы в холодной воде, но в горячей набухают, образуя высоковязкие, стабильные при хранении клейстеры.

Нативный крахмал нерастворим в холодной воде, но имеет свойство адсорбировать ее в количестве 25–30%, при этом заметно не набухая.

В горячей воде крахмал сначала набухает, а при повышении температуры образует вязкий коллоидный раствор, что характеризует его как гидрофильный высокополимер.

Вязкость крахмальных клейстеров обусловлена способностью растворенных в воде полисахаридов образовывать трехмерную сетку, удерживающую большее количество воды, чем крахмальные зерна. Этой способностью в наибольшей степени обладает амилоза. Именно она определяет такие основные свойства крахмала как способность к набуханию и вязкость клейстеров.

Крахмалы при гидротермической обработке подвергаются клейстеризации, т.е. разрушению нативной структуры крахмальных зерен, сопровождаемому их набуханием.

Температуру и интервал клейстеризации, в котором происходит разрушение всех зерен крахмала, определяют природа крахмала и особенности строения его зерен. Например, клейстеризация картофельного крахмала происходит в интервале температур 53 – 70°С и зависит от величины зерен и содержания примесей.

Температура клейстеризации может изменяться под влиянием добавок солей и сахаридов. Галоидные соединения натрия снижают температуру клейстеризации крахмала по мере увеличения порядкового номера аниона. Также ее снижают нитраты и перхлораты металлов, а сульфаты, фосфаты и пирофосфаты сильно увеличивают ее, также сахариды (глюкоза, мальтоза, сахароза) повышают ее.

При охлаждении крахмальных клейстеров наблюдается определенное упорядочение его структуры и при достаточно высокой концентрации – затвердевание с образованием гелеобразной системы. Свойства гелей и их прочность зависят от вида крахмала, наличия и характера предварительной обработки его, продолжительности и температуры варки клейстера, а также хранения клейстера, перемешивания его в процессе варки, присутствия в системе других компонентов и т.д.

Линейные молекулы амилозы обладают склонностью быстро ассоциировать и образовывать мицеллы с упорядоченной структурой.

В отличие от молекул амилозы молекулы амилопектина обладают пониженной способностью к комплексообразованию. Разветвленные молекулы амилопектина затрудняют процесс упорядочения структуры и создание кристаллических областей как внутри набухших зерен крахмала, так и между ними.

Длительное хранение гелей крахмалов приводит к дальнейшему упорядочению структуры и повышению кристалличности или к образованию нерастворимого микрокристаллического осадка при низкой концентрации клейстера. Эти изменения называют ретроградацией.

Свойства как картофельного нативного крахмала, так и других нативных крахмалов, вырабатываемых в производственных условиях, как правило, не полностью отвечают всем требованиям, предъявляемым к ним как к вспомогательным материалам в ряде технологических процессов других отраслей промышленности. Природные свойства крахмалов могут быть изменены в результате физического, химического, биологического или комбинированного воздействия. Крахмалы, свойства которых изменены в результате специальной обработки, называются модифицированными. Модификация крахмала позволяет экономить значительное количество сырьевых ресурсов, заменять некоторые дефицитные виды сырья и создавать новые виды пищевых продуктов.

Далее в работе рассмотрено получение и свойства этих крахмалов.