Физические и химические свойства крахмала. Что такое крахмал? Свойства и применение

Формула крахмала - (С6Н10О5)n. Это полисахарид, состоящий из амилозы и амилопектина. Мономером ее является альфа-глюкоза. Крахмал в природе производится растениями в процессе фотосинтеза, но в разных культурах он отличается по структуре, полимеризации и строению цепей. А иногда и по своим свойствам.

Физические свойства

Крахмал (формула (С6Н10О5)n) представляет собой белый аморфный порошок, который не растворяется в холодной воде, но при нагревании равномерно распределяется в жидкости, образуя мутную клейкую субстанцию.

Если положить небольшое количество порошка под микроскоп, то можно увидеть, что он состоит из небольших отдельных кристалликов или зерен, которые при сжатии издают характерный скрип. Вкуса и запаха не имеет, температура воспламенения равняется четырёхстам десяти градусам по Цельсию.

Химические свойства

Структурная формула крахмала представляет собой соединение глюкозных остатков, которые образуют две комбинации - амилозу и амилопектин. Молекулы его могут быть расположены не только линейно, но и разветвленно, что объясняет его зернистую структуру.

В горячей воде крахмал набухает и превращается в клейстер, но после добавления сильных кислот гидролизуется и полностью растворяется, вплоть до образования молекул глюкозы.

Химическая формула крахмала - С6Н10О5, то есть он относится к органическим веществам. Чтобы выявить его наличие в растворе, необходимо добавить в колбу несколько капель йода. Если жидкость поменяет цвет на синий, значит, реакция положительная. Есть и другие качественные реакции. Так, например, крахмал не восстанавливает серебро из его аммиачного раствора и не проделывает то же самое с трехвалентным оксидом меди.

Биосинтез

Крахмал (формула С6Н10О5), как уже говорилось выше, синтезируется в растительных клетках в процессе фотосинтеза. Глюкоза соединяется с молекулами воды, в результате этой реакции получается молекула крахмала и кислород.

Это вещество является хорошим энергетическим материалом для растений, поэтому они накапливают его на случай возникновения сложных условий жизни. Обычно они хранят его в клубнях (картофель), плодах и семенах (злаковые). Наибольшее количество крахмала находится в зернах риса, на втором месте кукуруза, затем пшеница и только потом - картофель.

Пищевое значение

Крахмал (формула С6Н10О5), попадая в желудок человека или животного, подвергается воздействию соляной кислоты и распадается на молекулы глюкозы, которые способны усваиваться организмом.

В пищевой промышленности он используется для загустения киселей, соусов, различных заправок и так далее. Наиболее распространенными и простыми блюдами, содержащими крахмал, являются хлеб, блины, лапша, каши и многие другие изделия из семян злаковых растений или их производных.

Крахмал в неизмененном виде плохо переваривается в желудке и тонком кишечнике. Для его расщепления необходимы бактерии, которые колонизируют толстую кишку. Но даже в таком виде этот продукт может снижать уровень глюкозы в крови, а также образует органические кислоты, необходимые для построения эпителия толстого кишечника. Поэтому для лучшей усваиваемости необходимо термически обрабатывать продукты, содержащие крахмал.

Применение в промышленных масштабах

Крахмал (химическая формула - С6Р10О5) широко применяется в производстве бумаги, обоев, картона и другой подобной продукции. Ежегодно выпускаются десятки миллионов метрических тонн целлюлозно-бумажной продукции.

Пищевая промышленность использует крахмал как загуститель, а также в качестве сырья для получения глюкозы, патоки и этилового спирта. Известно, что это вещество входит в состав колбасных изделий, майонеза, кетчупа и других соусов. На текстильном производстве крахмалом обрабатывают ткани, делая их более жесткими и прочными.

Модифицированный вариант крахмала широко применяется для производства обойного клея. В фармацевтической отрасли его используют в качестве наполнителя для таблетированных форм лекарственных средств. А также для изготовления оболочек капсул и таких растворов, как гемодез, реополиглюкин и других.

Модификация крахмала

Для того чтобы крахмал превратился обратно в глюкозу, его несколько часов кипятят в растворе серной кислоты. Когда гидролиз произошел, из полученной массы необходимо убрать катализатор. Для этого в жидкость добавляют мел. Серная кислота осаждается, превращаясь в нерастворимый сульфат кальция, а глюкоза остается в виде раствора.

После этого жидкость несколько раз переливают и отфильтровывают, затем выпаривают. В конце процесса получается густая и очень сладкая жидкость - патока. Она используется в дальнейшем для кондитерских и технических нужд.

Если необходимо получить абсолютно чистую глюкозу, без других продуктов гидролиза крахмала, то кипятить его нужно гораздо дольше. Серную кислоту вновь осаждают, раствор фильтруют и сгущают до того момента, пока на стенках посуды не начнут появляться кристаллы глюкозы. На современном этапе чистую глюкозу также можно получить ферментированием. Для этого в раствор крахмала добавляют альфа-амилазу. Она расщепляет молекулы вещества на более простые цепи, получая декстрины и глюкоамилазы.

Если нагреть сухой крахмал до температуры более двухсот градусов Цельсия, то он частично распадется на полисахариды, такие как декстрин. Некоторые физические изменения позволяют получить крахмал, который хорошо впитывает и удерживает влагу. Это позволяет загустить продукт до желаемой консистенции.

Безвкусный аморфный порошок белого цвета, нерастворимый в холодной воде. Под микроскопом видно, что это зернистый порошок; при сжатии порошка крахмала в руке он издаёт характерный скрип, вызванный трением частиц.

Энергетическая ценность 100 г крахмала (в ккал/кДж): картофельного -299/1251; кукурузного - 329/1377. Крахмал хорошо усваивается организмом.

Основные виды крахмала: картофельный -- получают из клубней картофеля, образует вязкий прозрачный клейстер; кукурузный -- молочно-белый непрозрачный клейстер, имеет невысокую взякость, с запахом и привкусом, характерными для зерна кукурузы; пшеничный -- обладает невысокой вязкостью, клейстер более прозрачный по сравнению с кукурузным.

Амилопектиновый крахмал получают из восковидной кукурузы. Клейстер из такого крахмала обладает хорошей вязкостью и влаго-удерживающей способностью. С раствором йода амилопектиновый крахмал дает характерное красно-коричневое окрашивание.

Высокоамилозный крахмал получают из высокоамилозных сортов кукурузы. Такой крахмал применяется в виде прозрачных пленок и съедобной пищевой оболочки в пищевой промышленности.

Кроме традиционных видов сырья (Картофеля, кукурузы, пшеницы) для производства крахмала в некоторых регионах используют и такие виды крахмалосодержащего сырья, как ячмень, рожь, рис (рисовая дробленка), горох.

В горячей воде набухает (растворяется), образуя коллоидный раствор -клейстер. В воде, при добавлении кислот (разбавленная H2SO4 и др.) как катализатора, постепенно гидролизуется с уменьшением молекулярной массы, с образованием т. н. «растворимого крахмала», декстринов, вплоть до глюкозы.

Молекулы крахмала неоднородны по размерам. Крахмал представляет собой смесь линейных и разветвлённых макромолекул.

При действии ферментов или нагревании с кислотами подвергается гидролизу. Уравнение:

Крахмал - растительный полисахарид со сложным строением. Он состоит из амилозы и амилопектина; их соотношение различно в различных крахмалах (амилозы 13 - 30%; амилопектина 70 - 85%).

Амилоза и амилопектин (их свойства приведены в таблице 1) в растениях формируются в виде крахмальных зерен, структура которых до конца не выяснена.

Таблица 1. Свойства амилозы и амилопектина

Крахмал является важным компонентом пищевых продуктов, исполняя роль загустителя и связывающего агента.

В одних случаях он присутствует в сырье, которое перерабатывается в пищевые продукты (например, хлебобулочные изделия).

В других его добавляют для придания продукту тех или иных свойств - он используется широко при производстве пудингов, концентратов супов, киселей, соусов, салатных приправ, начинок, майонеза; один из компонентов крахмала - амилоза используется для пищевых оболочек и покрытий.

К основным физико-химическим свойствам крахмала, имеющим большое значение для пищевых продуктов относятся способность крахмала к клейстеризации, вязкость клейстеризованных растворов и их способность давать студни.

Неповрежденные крахмальные зерна нерастворимы в воде, но могут обратимо впитывать влагу и легко набухают. Увеличение диаметра зерен при набухании зависит от вида крахмала. Например, для обычного кукурузного крахмала - 9,1%, для восковидного - 22,7%.

Клейстеризация крахмала проявляется при его нагревании в воде, и эта его способность к клейстерообразованию обусловлена наличием в нем амилопектина. крахмал клейстерообразование амилоза

В первой фазе нагревания вода медленно и обратимо поглощается зернами крахмала, причем происходит их ограниченное набухание.

Вторая фаза характеризуется тем, что зерна быстро набухают, во много раз увеличиваясь, поглощая большое количество влаги и быстро теряя двойное лучепреломление, т. е. свою кристаллическую структуру.

При этом вязкость крахмальной суспензии быстро возрастает, и небольшое количество крахмала растворяется в воде.

В третьей фазе набухания, протекающей при повышенных температурах, зерна становятся почти бесформенными мешочками, из которых вымылась наиболее растворимая часть крахмала.

Как правило, большие крахмальные зерна клейстеризуются при более низкой температуре, чем мелкие.

Температуру, соответствующую разрушению внутренней структуры крахмальных зерен, называют температурой клейстеризации. Она зависит от источника получения крахмала (табл. 2).

Таблица 2. Зависимость температуры клейстеризации крахмала от источника получения

Вязкость крахмальных клейстеров имеет очень важное практическое значение. При этом вязкость амилопектиновой фракции выше, чем амилозной, вследствие своего ветвистого строения молекулы амилопектина (внутреннее трение, у растворов с такими объемистыми молекулами больше).

Затем набухшие крахмальные зерна разрываются и дезинтегрируют, вызывая падение вязкости (рис. 1). Наклон кривых сильно различается для различных краxмалов.

Пищевые кулинарные изделия, получаемые из крахмала (соусы, подливки, кисели и пр.), должны обладать необходимой вязкостью.

Чем большую вязкость имеет клейстер, содержащий определенное количество крахмала, тем меньше его надо расходовать для получения продуктов с требуемой вязкостью.

Картофельный крахмал дает клейстеры со значительно большей (в среднем) вязкостью, чем кукурузный.

Для получения клейстеров с одинаковой вязкостью нужно брать разные количества того или иного крахмала.

Рис. 1.

Клейстеризация крахмала, вязкость крахмальных растворов, характеристика крахмальных гелей зависят не только от температуры, но и от вида и количества других присутствующих компонентов. С этим необходимо считаться, поскольку в процессе производства пищевых продуктов крахмал находится в присутствии таких веществ, как сахар, белки, жиры, пищевые кислоты и вода.

На клейстеризацию крахмала при производстве пищевых продуктов оказывают влияние и липиды - триглицериды (жиры, масла), моно- и диглицериды. Жиры, которые могут давать комплексы с амилозой, тормозят набухание крахмальных зерен. Вследствие этого в белом хлебе, в котором мало жира, 96% крахмала обычно полностью клейстеризовано. При производстве пекарских изделий эти два фактора (большие концентрации жира и низкая аw) вносят большой вклад в неклейстеризацию крахмала.

Моноглицериды жирных кислот (С16 - С18) приводят к увеличению температуры клейстеризации, увеличению температуры, соответствующей пику вязкости, уменьшению силы геля. Это связано с тем, что компоненты жирных кислот в моноацилглицеридах могут образовывать соединения включения с амилозой, а, возможно, и с длинными внешними цепями амилопектина.

Кислоты присутствуют во многих продуктах, где используется крахмал в качестве загустителя. При низких рН (салатные приправы, фруктовые начинки) имеет место значительное снижение пика вязкости крахмальных клейстеров и быстрое снижение вязкости при нагревании.

Поскольку при низких рН имеет место интенсивный гидролиз с образованием незагустевающих декстринов, необходимо, чтобы избежать кислотного разжижения, использовать в качестве загустителя в кислых продуктах модифицированные поперечно-сшитые крахмалы.

Студнеобразующая способность проявляется при достаточном содержании крахмала в клейстерах, а образование и свойства студней из них зависят, в основном, от амилозной фракции. Известно, что студни образуются в тех случаях, когда молекулы имеют цепочное (линейное) строение.

Образование студней используется, например, при изготовлении киселей, запеканок, конфет, колбас и др.

Свойства крахмальных студней зависят от концентрации крахмала, продолжительности выстойки и других факторов. Прочность студней быстро возрастает при их хранении и выстойке, причем наиболее быстро у концентрированных студней.

Студни из крахмалов разных видов по своим свойствам не одинаковы.

Студни, изменившие первоначальную прочность во время хранения, после вторичного нагревания приобретают ее снова, т. е. явления структурообразования обратимы при нагревании, причем у рисовых и пшеничных крахмалов наблюдается полная обратимость, а у картофельных - ограниченная.

У крахмальных студней, особенно из картофельного крахмала, с течением времени наблюдается синерезис, проявляющийся в том, что в результате уплотнения гелевой структуры выделяется свободная вода на поверхности.

В молекуле крахмала имеется много свободных гидроксильных групп, которые способны вступать в химические реакции со многими соединениями и давать эфиры и различные производные. На этом основано получение различных модифицированных его производных.

Модифицированные, или измененные, крахмалы, обладающие новыми свойствами, находят все большее и разнообразное применение в различных отраслях пищевой промышленности.

Модифицированные крахмалы имеют, как правило, такой же внешний вид, как и обычный (нативный) крахмал. Однако, воздействуя на него различными физическими, химическими и биологическими реагентами, изменяющими направленно такие его свойства, как растворимость, вязкость, прозрачность, стабильность клейстеров и другие физико-химические параметры, получают крахмалы с удивительными свойствами. Крахмалы, свойства которых изменены в результате специальной обработки, называют модифицированными крахмалами.

Основными превращениями, которые претерпевают крахмалы:

1. Расщепление (деполимеризация) полисахаридных компонентов крахмала с сохранением или без сохранения зернистой структуры.
2. Увеличение количества существующих или появление новых функциональных групп, перестройка структуры полисахаридных цепей в результате трансгликолизирования.
3. Потеря зернами крахмала первоначальной структуры и приобретение ими после дегидратации новой структуры.
4. Взаимодействие гидроксильных групп крахмала с различными химическими веществами с образованием эфирных связей и присоединением их остатков.
5. Одновременная полимеризация блоков частичного гидролиза крахмала и других мономеров (сополимеризация) с образованием новых соединений.

Модифицированные крахмалы могут быть получены путем одного из указанных превращений или в результате двух и более превращений, протекающих одновременно или последовательно.

Набухающие крахмалы получают полной или частичной клейстеризацией нативного или модифицированного крахмала в воде при нагревании с последующим высушиванием клейстера и измельчением. Они способны набухать в холодной воде, полностью или частично переходить в растворимое состояние. Набухающие крахмалы вводят в сухие смеси мороженного, пудингов, кремов и других изделий быстрого приготовления.

Крахмал, модифицированный кислотой, получают при нагревании слабо подкисленной водной суспензии крахмальных зерен до температуры 45 - 50 °С. В зернах ослабляются межмолекулярные связи и происходит частичное расщепление гликозидных связей. Молекулы амилопектина становятся менее разветвленными, вследствие чего крахмал дает более прозрачные студни. Этот крахмал практически нерастворим в холодной воде, но хорошо растворим в кипящей воде. Для этого крахмала, по сравнению с исходным, характерна более низкая вязкость горячих клейстеров, уменьшение силы геля, увеличение температуры клейстеризации. Крахмал, модифицированный кислотой, широко применяют в пищевой промышленности: кукурузный и пшеничный - для приготовления конфет, рахат-лукума и других кондитерских изделий; картофельный - для пудинговых смесей.

Этерифицированные крахмалы. Известно, что крахмал может быть подвергнут этерификации. В пищевой промышленности чаще применяют крахмалофосфаты - эфиры крахмала и солей фосфорной кислоты. Их используют в качестве загустителей, стабилизаторов, эмульгаторов, не имеющих запаха и вкуса

Монофосфаты получают при нагревании крахмала с водорастворимыми фосфатами, солями орто-, пиро- или метафосфорной кислоты в течение 1 - 6 ч при повышенной температуре (обычно 50 - 60 °С). По сравнению с обычным крахмалом этот крахмал имеет более низкую температуру клейстеризации, набухает в холодной воде (СЗ = 0,07 и выше), имеет пониженную способность к ретроградации. Характеристика фосфатных зерновых крахмалов в принципе подобна картофельному крахмалу, который тоже содержит фосфатные группы. Монофосфатный крахмал применяют в замороженных продуктах в качестве загустителя, благодаря его исключительной стабильности при замораживании-оттаивании. Предварительно клейстеризованныи фосфатный крахмал диспергируется в холодной воде, благодаря чему может успешно использоваться в инстант-десертных порошкообразных продуктах и в мороженом.

В отличие от монофосфатного крахмала, в дифосфатном крахмале фосфат этерифицируется с двумя гидроксильными группами, часто из двух соседних крахмальных цепей. Таким образом, образуется химический мост между близлежащими цепями, и эти крахмалы относят к поперечно-сшитым крахмалам. Наличие ковалентной связи между двумя крахмальными цепями предохраняет крахмальные зерна от набухания, дает большую стабильность при нагревании и возможном гидролизе.

Поперечно-сшитые крахмалы могут быть получены реакцией крахмала (R-ОН) с би- и полифункциональными агентами, такими как триметафосфат натрия, оксихлорид фосфора, смешанные ангидриды уксусной и дикарбоновой (например, адипиновой) кислот.

Наиболее значительное изменение в свойствах поперечно-сшитого крахмала - высокая стабильность при повышенных температурах, низких значениях рН, механических воздействиях, снижение способности к ретроградации, стабильность при замораживании - оттаивании; при хранении клейстеров поперечно-сшитых крахмалов не наблюдается синерезис. Благодаря этим свойствам поперечно-сшитые крахмалы применяют в детском питании, салатных приправах, фруктовых начинках, в кремах.

Ацетаты крахмала низкой степени замещения получают путем обработки зерен крахмала уксусной кислотой или, предпочтительнее, ацетангидридом в присутствии катализатора (как правило при рН 7-11; t = 25 °С; СЗ = 0,5). Растворы ацетатов крахмала очень стабильны, поскольку наличие ацетил-групп препятствует ассоциации двух амилозных молекул и длинных боковых цепей амилопектина. Ацетаты крахмала по сравнению с обычным кукурузным крахмалом имеют пониженную температуру клейстеризации, пониженную способность к ретроградации, образуют прозрачные и стабильные клейстеры. Благодаря этим качествам ацетаты крахмала применяют в замороженных продуктах, пекарских изделиях, инстант-порошках и т.д.

Окисленные крахмалы вырабатывают с применением перманганата, гипохлорита, перекисей, йодной кислоты. Окислители вызывают гидролитическое расщепление гликозидных связей, окисление спиртовых групп в карбонильные и карбоксильные. Крахмал окисляют в водных суспензиях и полусухой. Окисленные крахмалы, по сравнению с исходным, способны давать менее вязкие, но более прозрачные и стабильные клейстеры. Их применяют в качестве заменителей агара, агароида при производстве желейных кондитерских изделий, для стабилизации мороженого и др. Диальдегидный крахмал, полученный под действием йодной кислоты (со степенью окисления до 2%), используют в хлебопечении, он оказывает укрепляющее действие на клейковину муки.

Большинство наших современников воспринимает крахмал исключительно как стабилизатор, применяемый в кулинарных целях. Многие женщины оценили свойства вещества с точки зрения косметологии, и почти все, хотя бы однажды, слышали о якобы непоправимом вреде, наносимом данным полисахаридом человеческому организму. Однако так ли это на самом деле и что такое крахмал, каким мы его не знаем?

Характеристика вещества

Что такое крахмал с точки зрения химической формулы? Один из самых простейших полисахаридов, представленный в виде мелкого однородного порошка, без выраженного вкуса и запаха. Самая элементарная форма вещества - это линейный полимер амилозы, разветвление которого представлено амилопектином (сложным углеводом).

Взаимодействие крахмала с жидкими растворителями неоднозначно, даже в отношении самого базового катализатора - воды. Для того чтобы крахмал преобразовался в результате гидролиза в клейстер, воду для смеси требуется разогреть, причем разным типам крахмальных зерен будет соответствовать своя предельно-низкая температура клейстеризации:

пшеничный +55 °C;
кукурузный +67 °C.

Конечным результатом гидролиза крахмального вещества являются знакомые всем необходимые для нормальной жизнедеятельности любого организма сахара. Расщепление полисахарида до состояния конечного продукта происходит по одинаковому алгоритму, как в искусственной среде, так и в естественной - при контакте с водой и ферментами молекулярная составляющая крахмала распадается на мальтозу и глюкозу.

Применение крахмала

Крахмальный вклад в непродовольственную промышленность почти вдвое превышает все варианты его использования в качестве пищевого стабилизатора. Формула крахмала лежит в основе клееварения, всех этапов производства и конечной обработки бумаги (начиная от мелованной и заканчивая гофрой), а также в окрашивании и структурировании различных тканей. Крахмал добавляют в пластичные массы для детского творчества, краски для рисования. Его используют для декорирующих смесей в дизайне интерьеров.

В приготовлении пищевых продуктов задействовано основное свойство крахмала как загустителя и уплотнителя различных кондитерских и кулинарных масс. Без данного вещества колбасные и даже многие сырные изделия не имели бы своего привычного вида, а различные соусы, майонезы, кисели и кондитерские кремы не заполняли бы магазинные полки в таком обилии.

О присутствии в пищевом продукте модифицированного крахмала, отвечающего за повышенную однородность и плотность готового вещества, вам подскажут маркировки Е1400, Е1420, Е1422.

Воздействие крахмала на организм

Первичное преобразование крахмала происходит сразу после контакта вещества с ферментами, находящимися в слюнной жидкости человека. То есть еще до попадания в тонкий кишечник структура вещества изменяется на простейшее соединение - мальтозу. На данном этапе преобразования вещество пребывает недолго, уже находясь в тонком кишечнике, расщепляется до еще более простого составляющего - глюкозы. Только в этом состоянии крахмал начинает активно поглощаться организмом, в неиспользованном виде осаждаясь в мышцах и клетках печени. Здесь вещество, законсервированное в гликоген, хранится достаточно длительное время, выступая в роли запасного источника питания, когда у организма наступает энергетический кризис.

В результате усвоения крахмала организмом человека происходят процессы, значение которых трудно переоценить. Достаточно сказать, что большинство функций пищеварения и обмена веществ без участия этого элемента было бы невозможным. Ведь что такое крахмал, если абстрагировать это понятие от всего, что доходит до нас из различных источников? Это - чистое углеводистое соединение, практически не образующее побочных продуктов и участвующее во всех без исключения процессах жизнедеятельности: в функциях мозговой активности, в работе сердечно-сосудистой, мочевыводящей, пищеварительной и репродуктивной систем.

Что такое резистентный крахмал

Что такое крахмал резистентный? Это та часть вещества из общего количества крахмала, которая, проходя через пищевод, не трансформируется в простейшие элементы, то есть не переваривается, а действует как растворимая клетчатка, ферментирующаяся в виде разбухших волокон в толстом кишечнике. Основную часть пользы крахмалов приписывают именно резистентному виду, оказывающему на организм следующее положительное влияние:

регулировка сахара в крови;
продление чувства сытости;
снижение влияния ЛПНП (плохой холестерин).

Неперевариваемые крахмалы делятся по 4 типам и присутствуют в большинстве продуктов в качестве непостоянного изменяемого фактора. Так, по мере созревания или термической обработки некоторые фрукты и овощи теряют или, наоборот, приобретают резистентные свойства.

Крахмал и диабет

Последние данные по исследованию крахмала в области его влияния на состояние диабетических больных или людей, склонных к диабету, подтвердили, что заболевание второго типа грозит как раз тем людям, в рационе которых крахмала недостаточно. На фоне безуглеводных диет, исключающих употребление мучных и других крахмалистых блюд, восприимчивость организма к гормону инсулину резко понижается.

В то же время люди, употребляющие в ходе эксперимента по 20 г крахмала в сутки, уже через месяц демонстрировали в крови высокую (на 40 % выше относительно прошлого уровня) индексацию инсулина.

Крахмал в косметологии

Применение крахмала для лица в качестве лифтинг-омоложения обусловлено действием пантотеновой кислоты, входящей почти во все современные средства для разглаживания морщин. Иначе этот элемент называется витамином В5. Конечно, ботокс из крахмала получить вряд ли удастся, да и длительность эффекта красоты не так продолжительна, как в оригинальной процедуре, но при регулярном применении крахмальная подтяжка способна вернуть несколько лет визуальной молодости.

Помимо часто используемого свойства крахмала от морщин, порошок нередко добавляют в противоугревые маски и пилинги. Тут вступает в действие еще один важный витамин из группы В - тиамин. Маска из крахмала с тиамином снимает воспаление, а благодаря мельчайшим частицам, проникающим в глубокие слои эпидермиса, поры основательно вычищаются и становятся менее заметны.

Вред крахмала

Конечно, данный продукт не может обладать одними достоинствами, и недаром диетологи стремятся вычеркнуть из рациона пациентов с избыточной массой тела большую часть современных лакомств, содержащих в том числе и столь полезный крахмал. Все дело в технологии производства полуфабрикатного продукта - то есть муки и круп моментального приготовления, из которых затем получают готовое блюдо в виде тающего пирожного или рассыпчатой и красивой, но совершенно бесполезной в энергетическом плане каши.

В результате многократного термического воздействия, неправильного дробления и отсеивания ценных частиц в пользу внешней привлекательности на прилавки магазинов попадают вкусности, лишенные целостной крахмальной формулы. Они обладают ярко выраженной пышностью, красивым внешним видом и только одним неискаженным свойством всех крахмалов - чрезвычайной калорийностью. В этом и заключается основной вред вещества исправленного вида - в воздействии на организм ударной дозой тяжелых калорий без компенсирующего обогащения клеток энергией.

Как приготовить картофельный крахмал

Как сделать крахмал самому в домашних условиях? Для получения всего 170 г крахмала (средняя пачка), понадобится обработать целых 4 кг картофеля. Это потребует некоторых усилий, но зато полученное сухое вещество будет гарантированно цельным и без дополнительных примесей.

Процесс приготовления:

нужно вымыть весь картофель под проточной водой, очистить его и измельчить на мелкой терке или с помощью блендера;
полученную кашицу опрокидывают на сито или дуршлаг, выстланный двойной марлей и хорошо отжимают;
сухую картофельную массу можно использовать для приготовления вторых блюд, а слитый сок убрать в открытой емкости в сторону на несколько часов;
весь крахмал в жидкости за 3-4 часа осядет на дно, а сверху образуется полупрозрачная водичка, которую нужно осторожно слить, не поднимая осадка;
осадок заливается очищенной холодной водой, хорошо взбалтывается вилкой и вновь емкость убирается на 3-4 часа;
манипуляции с промыванием крахмала следует повторить не менее трех раз;
когда вещество на дне станет совершенно белым, а водичка над ним прозрачной, воду сливают в последний раз, а осадок выкладывают ложкой на выстланный пергаментом противень, который затем на 2-3 дня выставляется в хорошо проветриваемое, сухое помещение (можно вблизи радиатора отопления, но не сверху на него);
каждые последующие 8 часов крахмал перемешивается, и так до того момента, когда порошок совершенно не высохнет.

Высыхая, порошок будет образовывать жесткие комочки, которые нужно разбивать сразу. Если некоторые крупные крупинки высохнут и превратятся в плотные кристаллы, весь полученный крахмал нужно будет провернуть в кофемолке.

Домашний рисовый крахмал

Рис - это рекордсмен среди круп по содержанию крахмала. В 1 кг самого простого риса-сечки прячется 780 г сухого вещества, но, так как в домашних условиях извлечь его весь не удастся, допускается погрешность до 600 г выхода крахмала, что тоже очень значительно.

Алгоритм добывания крахмала из риса такой:

берут 1 кг обычного риса, промывают его и заливают холодной водой до покрытия на два пальца;
в ту же емкость вводят 3 полные столовые ложки соды, перемешивают все и убирают на 12-14 часов;
после вымачивания рис опять промывают и подсушивают, разложив в один слой на доске;
теперь все количество риса дробят на 7-9 частей и каждую по-отдельности измельчают в блендере;
всю рисовую кашицу выкладывают в миску с холодной водой, взбалтывают смесь и оставляют на 8 часов, при периодическом перемешивании;
после отстаивания смесь опять хорошо взбалтывают и процеживают, причем водичка бережно собирается, а гуща из сита выбрасывается;
через 4 часа, когда слитая жидкость поделится на осадок и водичку, жидкость нужно осторожно слить, а осадок выложить на пергамент для просушки.

Готовый домашний порошок можно использовать в тех же рецептах с крахмалом, к которым вы привыкли, покупая сухой продукт в магазине, только в качестве вещества собственного приготовления уверенности будет больше.

Крахмал – растительный полисахарид со сложным строением. Он состоит из амилозы и амилопектина; их соотношение различно в различных крахмалах (амилозы 13 – 30%; амилопектина 70 – 85%).

Таблица 1. Свойства амилозы и амилопектина

Крахмал является важным компонентом пищевых продуктов, исполняя роль загустителя и связывающего агента. В одних случаях он присутствует в сырье, которое перерабатывается в пищевые продукты (например, хлебобулочные изделия). В других его добавляют для придания продукту тех или иных свойств – он используется широко при производстве пудингов, концентратов супов, киселей, соусов, салатных приправ, начинок, майонеза; один из компонентов крахмала – амилоза используется для пищевых оболочек и покрытий.

К основным физико-химическим свойствам крахмала, имеющим большое значение для пищевых продуктов относятся способность крахмала к клейстеризации, вязкость клейстеризованных растворов и их способность давать студни.

Клейстеризация крахмала проявляется при его нагревании в воде, и эта его способность к клейстерообразованию обусловлена наличием в нем амилопектина. В первой фазе нагревания вода медленно и обратимо поглощается зернами крахмала, причем происходит их ограниченное набухание. Вторая фаза характеризуется тем, что зерна быстро набухают, во много раз увеличиваясь, поглощая большое количество влаги и быстро теряя двойное лучепреломление, т. е. свою кристаллическую структуру. При этом вязкость крахмальной суспензии быстро возрастает, и небольшое количество крахмала растворяется в воде. В третьей фазе набухания, протекающей при повышенных температурах, зерна становятся почти бесформенными мешочками, из которых вымылась наиболее растворимая часть крахмала. Как правило, большие крахмальные зерна клейстеризуются при более низкой температуре, чем мелкие. Температуру, соответствующую разрушению внутренней структуры крахмальных зерен, называют температурой клейстеризации. Она зависит от источника получения крахмала (табл. 2).

Таблица 2. Зависимость температуры клейстеризации крахмала от источника получения

Источник		Температуры клейстеризации, °С
Кукуруза
Картофель



Рожь
Ячмень
Овес
Сорго
Горох
Фасоль
Восковидная кукуруза

Вязкость крахмальных клейстеров имеет очень важное практическое значение. При этом вязкость амилопектиновой фракции выше, чем амилозной, вследствие своего ветвистого строения молекулы амилопектина (внутреннее трение, у растворов с такими объемистыми молекулами больше).

Кривые вязкости, полученные на ротационном вискозиметре, показывают, что сначала увеличение температуры ведет к крутому подъему вязкости, что связано с набуханием крахмальных зерен. Затем набухшие крахмальные зерна разрываются и дезинтегрируют, вызывая падение вязкости (рис. 1). Наклон кривых сильно различается для различных краxмалов.

Рис. 1. Изменение вязкости в процессе клейстеризации крахмальной суспензии.

Пищевые кулинарные изделия, получаемые из крахмала (соусы, подливки, кисели и пр.), должны обладать необходимой вязкостью. Чем большую вязкость имеет клейстер, содержащий определенное количество крахмала, тем меньше его надо расходовать для получения продуктов с требуемой вязкостью. Картофельный крахмал дает клейстеры со значительно большей (в среднем) вязкостью, чем кукурузный. Для получения клейстеров с одинаковой вязкостью нужно брать разные количества того или иного крахмала.

На клейстеризацию крахмала при производстве пищевых продуктов оказывают влияние и липиды – триглицериды (жиры, масла), моно- и диглицериды. Жиры, которые могут давать комплексы с амилозой, тормозят набухание крахмальных зерен. Вследствие этого в белом хлебе, в котором мало жира, 96% крахмала обычно полностью клейстеризовано. При производстве пекарских изделий эти два фактора (большие концентрации жира и низкая а w) вносят большой вклад в неклейстеризацию крахмала.

Моноглицериды жирных кислот (С 16 – С 18) приводят к увеличению температуры клейстеризации, увеличению температуры, соответствующей пику вязкости, уменьшению силы геля. Это связано с тем, что компоненты жирных кислот в моноацилглицеридах могут образовывать соединения включения с амилозой, а, возможно, и с длинными внешними цепями амилопектина.

Студнеобразующая способность проявляется при достаточном содержании крахмала в клейстерах, а образование и свойства студней из них зависят, в основном, от амилозной фракции. Известно, что студни образуются в тех случаях, когда молекулы имеют цепочное (линейное) строение.

Образование студней используется, например, при изготовлении киселей, запеканок, конфет, колбас и др.

Студни из крахмалов разных видов по своим свойствам не одинаковы.

Основными превращениями, которые претерпевают крахмалы в

1. Расщепление (деполимеризация) полисахаридных компонентов крахмала с сохранением или без сохранения зернистой структуры.

2. Увеличение количества существующих или появление новых функциональных групп, перестройка структуры полисахаридных цепей в результате трансгликолизирования.

3. Потеря зернами крахмала первоначальной структуры и приобретение ими после дегидратации новой структуры.

4. Взаимодействие гидроксильных групп крахмала с различными химическими веществами с образованием эфирных связей и присоединением их остатков.

5. Одновременная полимеризация блоков частичного гидролиза крахмала и других мономеров (сополимеризация) с образованием новых соединений.

Набухающие крахмалы получают полной или частичной клейстеризацией нативного или модифицированного крахмала в воде при нагревании с последующим высушиванием клейстера и измельчением. Они способны набухать в холодной воде, полностью или частично переходить в растворимое состояние. Набухающие крахмалы вводят в сухие смеси мороженного, пудингов, кремов и других изделий быстрого приготовления.

Крахмал, модифицированный кислотой , получают при нагревании слабо подкисленной водной суспензии крахмальных зерен до температуры 45 – 50 °С. В зернах ослабляются межмолекулярные связи и происходит частичное расщепление гликозидных связей. Молекулы амилопектина становятся менее разветвленными, вследствие чего крахмал дает более прозрачные студни. Этот крахмал практически нерастворим в холодной воде, но хорошо растворим в кипящей воде. Для этого крахмала, по сравнению с исходным, характерна более низкая вязкость горячих клейстеров, уменьшение силы геля, увеличение температуры клейстеризации. Крахмал, модифицированный кислотой, широко применяют в пищевой промышленности: кукурузный и пшеничный – для приготовления конфет, рахат-лукума и других кондитерских изделий; картофельный – для пудинговых смесей.

Этерифицированные крахмалы. Известно, что крахмал может быть подвергнут этерификации. В пищевой промышленности чаще применяют крахмалофосфаты – эфиры крахмала и солей фосфорной кислоты. Их используют в качестве загустителей, стабилизаторов, эмульгаторов, не имеющих запаха и вкуса

Монофосфаты получают при нагревании крахмала с водорастворимыми фосфатами, солями орто-, пиро- или метафосфорной кислоты в течение 1 – 6 ч при повышенной температуре (обычно 50 – 60 °С). По сравнению с обычным крахмалом этот крахмал имеет более низкую температуру клейстеризации, набухает в холодной воде (СЗ = 0,07 и выше), имеет пониженную способность к ретроградации. Характеристика фосфатных зерновых крахмалов в принципе подобна картофельному крахмалу, который тоже содержит фосфатные группы. Монофосфатный крахмал применяют в замороженных продуктах в качестве загустителя, благодаря его исключительной стабильности при замораживании-оттаивании. Предварительно клейстеризованныи фосфатный крахмал диспергируется в холодной воде, благодаря чему может успешно использоваться в инстант-десертных порошкообразных продуктах и в мороженом.

Наиболее значительное изменение в свойствах поперечно-сшитого крахмала – высокая стабильность при повышенных температурах, низких значениях рН, механических воздействиях, снижение способности к ретроградации, стабильность при замораживании – оттаивании; при хранении клейстеров поперечно-сшитых крахмалов не наблюдается синерезис. Благодаря этим свойствам поперечно-сшитые крахмалы применяют в детском питании, салатных приправах, фруктовых начинках, в кремах.

Окисленные крахмалы вырабатывают с применением перманганата, гипохлорита, перекисей, йодной кислоты. Окислители вызывают гидролитическое расщепление гликозидных связей, окисление спиртовых групп в карбонильные и карбоксильные. Крахмал окисляют в водных суспензиях и полусухой. Окисленные крахмалы, по сравнению с исходным, способны давать менее вязкие, но более прозрачные и стабильные клейстеры. Их применяют в качестве заменителей агара, агароида при производстве желейных кондитерских изделий, для стабилизации мороженого и др. Диальдегидный крахмал, полученный под действием йодной кислоты (со степенью окисления до 2%), используют в хлебопечении, он оказывает укрепляющее действие на клейковину муки.

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

Понравилась статья? Поделитесь ей

Распечатать статью