5422

Во время набухания крахмала в воде амилозная и амилопектиновая фазы разделяются. Амилоза, как более подвижная по сравнению с амилопектином, легко диффундирует из зёрен.

При повышении температуры зёрна крахмала деформируются и растворимый крахмал (главным образом амилаза) оказывается в растворе. Увеличение вязкости объясняется поступлением в воду растворённой амилозы и поглощением воды оставшимися после её выделения зурнами крахмала.

Изменения, происходящие в крахмале после исчезновения двойного лучепреломления, называется клейстеризацией, а температура, при которой это явление происходит, называется температурой клейстеризации. В процессе клейстеризации происходит разрушение нативной структуры крахмальных зёрен, вызываемое набуханием. Отмечается, что крупные зёрна крахмала клейстеризуются при более низкой температуре, чем мелкие. Поскольку этот процесс протекает не одновременно у всех зёрен крахмала, фиксируют начальную и конечную температуру клейстеризации.

Изменение крахмальных зёрен (на примере 1%-ной суспензии картофельного крахмала). При набухании вода проникает в макромолекулы, разрушает водородные связи, что приводит к увеличению объёма крахмальных зёрен. При нагревании структура крахмальных зёрен, суспензированных в большом количестве воды. При температуре 20… С поглощение воды происходит медленно и заканчивается в течение 1ч,

объём зёрен увеличивается при этом до 50% от исходного: повышение вязкости суспензии не отмечается; крахмальные зёрна сохраняют свой внешний вид и двойное лучепреломление. На начальных стадиях нагревания вязкость не меняется, так как гидратация происходит на молекулярном уровне внутри зерна (гранулы). На этой стадии гидратация и набухание являются обратимыми, так как сохраняется молекулярная память, достаточная для возвращения к первоначальному состоянию после охлаждения и высушивания.

55

Дальнейшее повышение температуры крахмальной суспензии в интервале от 50 до С (для различных крахмалов) обусловливает уже значительное повышение растворимости крахмала (амилазной фракции), крахмальные зёрна значительно увеличиваются в объёме, их форма сохраняется, слоистость выражена в меньшей степени, чем у исходного крахмала, оптическая анизотропия исчезает, вязкость крахмальной суспензии возрастает. Некоторая часть крахмала (главным образом амилаза) переходит в раствор, что можно обнаружить реакцией с разбавленным раствором йода в осветлённой тем или иным способом жидкости и подтверждается данными хроматографического анализа крахмального центрифугита по его окрашиванию йодом. В крахмальной суспензии, нагретой до С, крахмальные зёрна увеличены в несколько раз, они превращаются в пузырьки (мешочки), наполненные растворённой амилазой, набухшим и частично растворённым амилопектином, значительная часть растворённого крахмала (главным образом амилаза и небольшие амилопектиновые единицы размером около 400 нм) переходит из крахмальных зёрен (пузырьков, мешочков) в окружающую их воду, количество которых вне зёрен уменьшается, что приводит к увеличению вязкости образовавшегося клейстера. На этой стадии нагревания целостность крахмальных зёрен сохраняется.

Нагревание клейстера выше С вызывает дальнейшее поглощение воды, приводящие к разрыву и дезинтеграции крахмальных зёрен, вызывающих снижение вязкости клейстера. Особенно эти процессы протекают при С (при кипении). Из кулинарной практики известно, что длительное кипячение киселя приводит к его разжижению, т.е. к резкому падению вязкости.

Консистенция и прозрачность получаемых клейстеров зависит от вида крахмала. Клейстеры из клубневых крахмалов имеют прозрачную, бесцветную, желеобразную консистенцию, а из зерновых непрозрачную, молочно-белую, пастообразную консистенцию. Клейстер кукурузного амилопектинового крахмала по своим свойствам ближе к клейстеру из картофельного крахмала. В кулинарной практике для приготовления

56

киселей из свежих плодов и ягод используют картофельный крахмал, а при приготовлении молочных киселей можно использовать крахмал из зерновых.

В результате гидротермической обработке в крахмалосодержащих продуктах увеличивается содержание водорастворимых веществ вследствие растворения амилозы, что оказывает положительное влияние на качество кулинарной продукции.

На температуру клейстеризации крахмала и вязкость получаемых клейстеров оказывает влияние присутствие в системе солей (например хлорид натрия), сахаров (сахарозы), белков, жиров, органических кислот и воды.

Содержащаяся в пищевых системах вода должна быть доступной для участия в превращениях, она характеризуется показателем “активность воды” (). На активность воды оказывают влияние соли, сахара и другие связывающие воду компоненты. При значительных количествах таких веществ активность воды снижается и клейстеризация крахмала будет тормозиться, так как они связывают воду и уменьшают таким образом количество воды, доступное для участия в клейстеризации.

Хлорид натрия даже в небольших количествах повышает температуру клейстеризации и снижает набухаемость крахмальных зёрен. Вязкость таких клейстеров ниже по сравнению с клейстерами, не содержащих поваренную соль. Увеличение концентрации хлорида натрия сопровождается возрастанием критической концентрации гелеобразования (ККГ), причём для каждого вида крахмала эти изменения имеют свои особенности. Для картофельного крахмала минимум гелеобразующих свойств наблюдается при исходном значении pH и концентрации соли 2,5% , а гель-точка при этом составляет 5% . Для кукурузного крахмала минимум гелеобразующих свойств имеет место при pH = 6,0, концентрации соли 2,5% и соответствует гель-точке, равной 7,7%.

Повышение концентрации сахара (особенно сахарозы) уменьшают скорость клейстеризации крахмала и снижает пик вязкости. Это связано с тем, что сахара связывают доступные молекулы воды и тем самым

57

уменьшают их количество для взаимодействия их с крахмалом. К тому же сахара уменьшают силу крахмального геля, играя роль пластификатора.

Жиры, которые могут давать комплексы с амилазой, тормозят набухание крахмальных зёрен. Поэтому в хлебобулочных изделиях с низким содержанием жира 96% крахмала обычно полностью клейстеризовано. Повышают температуру клейстеризации также моноацилглицериды () вследствие образования соединений с амилазой, которые препятствует доступу воды в зёрна крахмала.

Концентрации ионов водорода, характерные для диапазона pH от 4 до 7, которые присущи большинству кулинарной продукции, не оказывает существенного влияния на степень набухания и клейстеризацию крахмала. В сильнощелочной среде (pH 10) скорость набухания крахмала сильно увеличивается. Однако такое значение pH находится вне зоны, характерной для пищевых продуктов. Клейстеры, полученные при низких значениях pH, характеризуются пониженной вязкостью, что обусловлено образованием незагустевающих декстринов в результате гидролиза крахмала.

3.6. Состояние крахмальных клейстеров в крахмалосодержащей кулинарной продукции

Крахмальные клейстеры обусловливают качество многих кулинарных изделий и блюд, а также мучных, кондитерских и булочных изделий. В них в зависимости от соотношения воды и крахмала образующийся клейстер имеет характер золя или геля (студня).

Крахмальные золи различной вязкости являются основой киселей полужидких и средней густоты (содержание крахмала 3…5%), соусов на мучной основе (содержание крахмала 2,5…3,5%), а также супов-пюре (содержание крахмала 1,5…2%).

В густых киселях и густом молочном соусе, содержание 8 и 9% крахмала соответственно, клейстеры представляют собой достаточно прочные гели. Крахмальные гели в варёном картофеле, кашах, отварных макаронных изделиях и отварных бобовых характеризуются ещё большой

58

структурой. В клетках варёного картофеля клейстер представляет собой гель, состоящий из зёрен крахмала полностью поглотивших свою воду и превратившихся в плотно соприкасающиеся между собой пузырьки.

В мучных изделиях, несмотря на то что они прогреваются почти на С, крахмальные зёрна не претерпевают существенных изменений, так как тесто, из которого они приготовлены, содержит мало воды (не более 100% массы крахмала), что тормозит процесс клейстеризации. Крахмальные зёрна сохраняют форму и слоистое строение.

В результате деструкции способность крахмала к набуханию в горячей воде и клейстеризации снижается. Степень деструкции крахмала характеризуется так называемым коэффициентом деструкции.

КД= ,

где − степень набухания продукта соответственно до обработки и после, %.

Коэффициенты деструкции крахмала при изготовлении различных кулинарных изделий неодинаковы и зависят от вида продукта и условий его обработки.

Ферментативный гидролиз крахмала. Ферменты, осуществляющие гидролиз крахмала, относятся к подклассу гликозидаз. Представителями этой группы амилолитических ферментов являются ( амилазы, глюкоамилаза и др.). Под действием названых ферментов происходит гидролиз крахмала с образованием декстринов и сахаров, соотношение между которыми зависит от вида фермента и условий его действия.

Продукты ферментативного расщепление крахмала оказывают большое влияние на качество мякиша выпеченных мучных кулинарных изделий и булочных изделий из дрожжевого теста.

В сырье (муке, дрожжах) могут содержаться собственные эндогенные амилолитические ферменты (ɑ - и ß- амилазы), или они могут вводится отдельно в тесто для интенсификации ферментативного расщепления крахмала (глюкоамилаза, -амилаза). Характер действия названных амилаз неодинаков.

59

Количество и вид продуктов гидролиза крахмалов зависит от количества амилолитических ферментов в системе, а так же от размеров, характера и состояния частиц муки и крахмальных зёрен в этих частицах.

Схематично действие -амилазы на крахмал можно представить в следующем виде:

Крахмал ß-амилаз 54…58% мальтозы + 42…46% декстрина. Оптимальной температурой для действия ß-амилазы в тесте из

пшеничной муки (pH 5,9) является температура С, а полная инактивация при этом происходит при С.

-амилаза гидролизует -1,4 − связи внутри молекулы крахмала с образованием декстрина и небольшого количества мальтозы. Сначала крахмал расщепляется на декстрины с высокой молекулярной массой, а затем образовавшиеся декстрины частично гидролизуются, но уже с меньшей скоростью, до сахаров (мальтозы).

В общем виде схему гидролиза крахмала − ɑ -амилазой можно представить в следующем виде:

Крахмал ɑ -амилаза декстрины(много) + мальтоза(мало) + глюкоза(мало)

Скорость расщепления крахмала -амилазой зависит от многих ферментов: вида и состояния крахмала, pH и температуры, концентрации ферментов. Наличие в молекуле фермента одного атома Са стабилизирует вторичную и третичную структуру молекулы -амилазы и тем самым предохраняет её от действия протеолитических ферментов и тепловой денатурации.

Модификация крахмала

Крахмальные полисахариды – весьма лабильные, реакционноспособные соединения, активно взаимодействующие с ионами металлов, кислотами, окислителями, поверхностно-активными веществами. Это позволяет модифицировать молекулы крахмала – изменять их гидрофильность, способность к клейстеризации и студнеобразованию.

При охлаждении и хранении крахмальных клейстеров в них происходит уменьшение содержания растворимых веществ вследствие

60

ретроградации крахмальных полисахаридов, и в первую очередь амилозы. Известно, что явление ретроградации является результатом образования водородных связей между выровненными цепями амилозы в растворе.

Вытянутая линейная структура молекулы амилозы предопределяет образование большого числа водородных связей по сравнению с разветвлённой компактной молекулой амилопектина. Поэтому ретроградируют, соединяются в агрегаты почти исключительно молекулы амилозы. Ретроградарованная амилоза нерастворима в воде и не поддаётся действию амилолитических ферментов. Процесс отделения воды, который сопровождает ретроградацию, называют синерезисом.

Кукурузный и пшеничный крахмалы значительно быстрее ретроградируют, чем крахмал картофельный.

На скорость ретроградации оказывают влияние многие факторы. Так, скорость ретроградации сильно увеличивается с возрастанием концентрации и со снижением температуры. При С ретроградации нет. Максимальной величины ретроградация достигает при pH 7, при pH свыше 10 этого процесса не наблюдается вовсе, а ниже pH 2 скорость его чрезвычайно мала.

Процесс ретроградации крахмала оказывает негативное влияние на качество (в первую очередь на органолептические показатели) крахмалосодержащих кулинарных изделий, например (каш, отварных макаронных изделий) вследствие снижения содержания в них растворимых веществ. Причиной черствения мучных кулинарных (пирожков, ватрушек, пирогов и др.) и булочных изделий является ретроградация содержащегося в них клейстеризованного крахмала.

Ретроградацию крахмальных клейстеров в кулинарной продукции можно затормозить совсем или свести к минимуму посредством её хранения в горячем состоянии (С).

При производстве замороженных кулинарных изделий и блюд необходимо использовать крахмалы с возможно более низким содержанием амилозы (амилопектиновые крахмалы), так как при размораживании происходить процесс ретроградации амилозы.

61

3.7. Декстринизация крахмала При нагревании свыше С крахмал претерпевает сложные

превращения, в результате которых образуются вещества с более низкой, чем исходный крахмал, молекулярной массой, называемые пиродекстринами. На первых этапах нагревания крахмала (до С) идёт простое высушивание с потерей всей капиллярной и части связанной влаги. Декстринизация крахмала начинается при температуре около С и остаточном содержании влаги не более 3%. Дальнейшие повышение температуры приводит к ускорению расщепления полисахаридных молекул, необратимому отделению воды, изменению структуры углеводов.

Наряду с декстринами образуются также летучие вещества (углекислый газ, окись углерода, пары воды и др.). Декстринизация сопровождается разрушением нативной структуры крахмальных зёрен. Микроскопические наблюдения над декстринами, размешанными в воде, показывают, что при обработке зёрна претерпевают существенные изменения, в результате чего в воде они распадаются на осколки, частично растворяются и внутренняя часть зерна отслаивается от наружной поверхности.

Вначальный период процесса преобладает реакция расщепления полисахаридов, сопровождаемая увеличением редуцирующей способности. С увеличением продолжительности декстринизации происходит ускорение процесса рекомбинации структуры полисахаридов и образование молекул декстрина.

Впроцессе декстринизации крахмала растёт его растворимость и цветность, падает вязкость дисперсии.

Также механические характеристики студней. Одни виды модификации способствуют повышению растворимости крахмала в воде, другие ограничивают набухание.

Обширную группу продуктов получают из обычных или модифицированных крахмалов путём деструкции с помощью кислот,

62

щелочей и др., а также в результате действия физических факторов: температуры, механической обработке и др.

Если реакция протекает в кислой среде, то наблюдаются процессы деструкции, которые приводят к получению ряда продуктов – жидкокипящего крахмала (с низкой вязкостью), патоки, глюкозы.

Вкачестве примера действия механической обработки можно сухое расщепление крахмала вибрационным потоком, при котором на ряду с механическим изменением крахмальных зёрен происходит процесс деструкции молекул.

Врезультате реакции гидроксильных групп крахмала с органическими

инеорганическими веществами образуются простые и сложные эфиры, в том числе амилофосфорнокислые сложные эфиры, которые часто называют фосфатно-модифицированными крахмалами, а также продукты окисления крахмала.

Взависимости от назначения крахмала разработаны различные варианты проведения клейстеризации , введение добавок (соли, жиров, белков) или наполнителей как отдельно, так и в комбинации с друг другом.

Модифицированный крахмал применяют при изготовлении желейных изделий, мучных кондитерских изделий, отделочных полуфабрикатов типа кремов, в качестве загустителей и стабилизаторов для соусов, мороженого

идр. Крахмалопродукты со структурой, подобной образующейся при выпечке хлеба, получают в результате нескольких циклов замораживания

иоттаивания крахмальной дисперсии, при этом образуется пористый крахмал, нерастворимый в холодной воде. Его применяют после пропитывания сиропами в качестве начинки для конфет.

63

Работа 2. Изменение вязкости крахмального клейстера

Разрушение нативной структуры или клейстеризация крахмальных зёрен при нагревании с водой, протекает в несколько стадий и сопровождается набуханием.

Клейстеризация крахмала происходит в определённом интервале температур, обычно от 55 до 88ºС и более 100ºС.

Одним из признаков клейстеризации является значительное повышение вязкости крахмальной суспензии. Вязкость клейстера обусловлена не только присутствием набухших крахмальных зёрен, сколько способностью растворённых в воде полисахаридов образовывать трёхмерную сетку геля, удерживающую большое количество воды, чем крахмальные зерна. Этой способностью в наибольшей степени обладает амилоза, так как её молекулы находятся в растворе в виде изогнутых нитей, отличающейся по конформации от спирали. Хотя амилоза составляет меньшую часть крахмального зерна. Но именно она определяет его основные свойства – способность зёрен к набуханию и стабилизировать вязкость клейстеров.

Из различных видов крахмала в основном образуется два типа клейстеров − из клубневых – прозрачный бесцветный желеобразный консистенции, из зерновых – непрозрачный молочно-белый пастообразной консистенции. Физико-химические свойства необходимо учитывать при замене одного вида крахмала другим. Зёрна картофельного и других клубневых крахмалов менее устойчивы к нагреванию в воде, чем зерновых крахмалов: они сильнее набухают и быстрее распадаются.

Крахмальные клейстеры служат основой многих кулинарных изделий. Клейстеры в киселях, супах-пюре обладают относительно жидкой консистенцией вследствие невысокой концентрации в них крахмала (2 − 5%). Более плотную консистенцию имеют клейстеры в густых киселях (до 8% крахмала). Ещё более плотная консистенция в клетках картофеля, подвергнутого тепловой обработке, в кашах, в отварных бобовых и макаронных изделиях, т.к. соотношение крахмала и воды в них 1:2 – 1:5.

64