Крахмал характеристика: Крахмал и крахмалопродукты

Крахмал

Крахмал представляет собой сложный углевод, находится в клетках растений как запасное вещество, которое используется для дальнейшего развития растения и формирования последующего поколения.

В больших количествах крахмал содержится в семенах, клубнях, корневищах и других частях растений.

Он широко используется в пищу, а также для получения различных пищевых продуктов, обладает большой энергетической ценностью. В России крахмал получают в основном из картофеля и в меньшей степени из кукурузы.

Применяется крахмал в производстве вареных колбас, мороженого, майонеза, в кондитерской, бумажной, медицинской промышленности, а также для продажи населению.

В зависимости от сырья крахмал подразделяется на виды: картофельный кукурузный (маисовый), пшеничный, рисовый, сорговый.

Основные физико-химические свойства крахмала: способности к клейстеризации, вязкость, студнеобразующая способность.

Эти свойства имеют большое значение для приготовления пищевых кулинарных изделий (кисели, соусы, подливки, запеканки, колбасы и др.). Производство картофельного крахмала состоит из операций: мойка картофеля, измельчение, выделение крахмала сначала из кашки, а затем из крахмального молока, промывание и сушка.

После сушки крахмал охлаждают, просеивают, подразделяют на сорта.

Выход крахмала из картофеля составляет около 20%.

Качество крахмала определяется органолептическими и физико-химическими показателями. Картофельный крахмал подразделяют на товарное сорта — экстра, высший, 1 и 2-й; кукурузный — на высший и первый.

Картофельный крахмал 2-го сорта используется для технических целей и промпереработки.

Цвет является важным показателем качества крахмала, зависит от вида крахмала. Картофельный крахмал высшего сорта должен быть чисто белым, второго сорта может иметь темный оттенок. Картофельный крахмал экстра и высшего сорта имеют характерный кристаллический блеск — люстр.

Кукурузный крахмал имеет белый цвет с желтоватым оттенком.

Крахмал всех видов не должен иметь посторонних запахов и привкусов.

Запах картофельного крахмала слабый, специфический, обусловлен наличием эфирного масла в небольшом количестве (0,0001-0,1%).

При оценке качества учитываются также такие физико-химические показатели, как влажность, кислотность, зольность, наличие вредных примесей, количество крапин на 1 дм². Крапины — мелкие оболочки зерен. Чем ниже сорт крахмала, тем больше содержит он крапин. Крапины ухудшают внешний вид крахмала. Содержание вредных примесей (тяжелые металлы, мышьяк) недопустимо.

11 Крахмал как сырье пищевых производств

Тема 9.1.Крахмал как сырье пищевых производств

Крахмально – поточная промышленность выпускают следующие виды крахмала продуктов: – сухой крахмал (картофельный и кукурузный).

– различные виды крахмальных паток;

– модифицированные крахмалы;

– декстрины;

– глюкозид – фруктозные сиропы;

Производство этих продуктов осуществляется путем переработки основных видов крахмалосодержащего сырья; картофеля и кукурузы.

Крахмал – это белый порошкообразный продукт. Используется для приготовления выпеченных полуфабрикатов, так как ограничивает набухание белков муки и придает рассыпчатость изделиям, в кондитерской промышленности.

Крахмалом гигроскопичен и восприимчив к запахам.

Равновесная влажность картофельного крахмала – 20%, кукурузного – 13%. При разжевывании крахмала не должно ощущаться хруста, посторонних запахов. В холодной воде крахмал не растворяется, а в горячей воде превращается в прозрачную студистообразную массу (клейстер)

Крахмал картофельный — описание, состав, калорийность и пищевая ценность

Мелкий сыпучий порошок белого или светло-желтого цвета, получаемый из клубней картофеля.

Изготовление

В картофельных клубнях крахмал содержится в виде так называемых крахмальных зерен. Они имеют овальную форму и размер от 15 мкм до 100 мкм. Считается, что чем больше размер крахмальных зерен, тем качественнее крахмал.

Рафинированный крахмал, изготовленный промышленным способом, получают после его промывки, очищения и измельчения. Чтобы крахмал не приобрел грязный оттенок, в картофельную массу добавляют двуокись серы или сернистокислый натрий. Затем массу отфильтровывают на металлических ситах, обрабатывают на пеногасящей установке, уваривают, рафинируют, охлаждают и очищают с помощью едкой щелочи, а также солью хлорноватистой кислоты. После этого крахмал сушат и просеивают.

Виды

По содержанию влаги в крахмале его делят на два вида: А (38-40%) и Б (50-52%).

Кроме того, выделяют три сорта картофельного крахмала: I, II (однородный порошок белого цвета со слабым запахом) и III (может быть сероватого цвета со слабым кисловатым запахом).

Использование

При взаимодействии с водой картофельный крахмал проявляет клейкие свойства, поэтому широко используется в кулинарии при приготовлении киселей, подливок, соусов, каш, лепешек, блинов, лапши, супов. Он может частично заменить пшеничную муку при изготовлении выпечки. Сдобу крахмал делает особенно пушистой.

Полезные свойства

Картофельный крахмал представляет собой сложный углевод, который хорошо усваивается организмом. Он снижает уровень холестерина в крови, обладает антисклеротическим действием, выводит лишнюю жидкость из организма, является источником энергии, проявляет противовоспалительные и обволакивающие свойства.

Крахмалосодержащие продукты надолго оставляют чувство сытости, помогают обуздать аппетит.

Ограничения по употреблению

Опасность представляет частое потребление рафинированного картофельного крахмала, полученного промышленным способом с использованием опасных химикатов. Он повышает уровень инсулина в крови, вызывает атеросклероз и гормональные нарушения.

Крахмал — Часть I — виды крахмала и особенности: pracooking — LiveJournal

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.

О качестве кукурузного и картофельного крахмала

Крахмал – это высокоочищенный углеводистый продукт. Он образуется в результате фотосинтеза (глюкоза – крахмал) в зернах злаковых, в клубнях овощей и т.д. Крахмал – один из основных источников энергии для организма человека и получают его с пищей (хлеб, крупы, кондитерские изделия). Отличие картофельного и злакового крахмала в свойствах продукта. Кстати, о крахмалах и других загустителях мы также писали в этой статье.

Каким бывает крахмал?

Каждый вид крахмала отличается размером и формой крахмальных зерен. Например, самые мелкие зерна многогранной формы имеет рисовый крахмал, и он же дает раствор невысокой вязкости. Если говорить о картофельном крахмале, то у него зерна самые крупные (15-100 мкм), овальной формы с бороздками на поверхности, он может набухать в воде, а при нагревании с ней образует вязкий и прозрачный клейстер. Чем больше зерна – тем качественнее картофельный крахмал. У кукурузного крахмала зерна обычно в виде неправильных шестигранников размеров 5-25 мкм, он образует непрозрачный клейтер невысокой вязкости молочно-белого цвета со специфичным ароматом кукурузы.

Благодаря микропористому строению крахмальных зерен они отличаются высокой сорбцией (то есть способностью к поглощению), а гидрофильные свойства амилозы и амилопектина, содержащиеся в зернах, наделяют зерна крахмала гигроскопичностью, особенно она высока и картофельного крахмала, что обуславливает его способность давать более плотную массу.

Качество крахмала

Органолептические свойства крахмала:

Картофельный крахмал бывает сортов экстра, первым (эти сорта белого цвета и отличаются кристаллическим блеском благодаря наличию крупных зерен) и вторым (сероватого цвета, его используют для технических целей), а кукурузный – высшего и первого сорта белого цвета.

Для крахмала существуют физико – химические показатели нормы:

· Массовая доля влаги в крахмале из картофеля не более 20%, в кукурузном – не более 13%.

· Массовая доля золы в перерасчете на сухое вещество: в картофельном сорта экстра – не более 0,30%, в высшем – 0,35%, в первом – 0,50%; в кукурузном высшего сорта – 0,20%, первого – 0,30%.

· Кислотность крахмала – показатель свежести крахмала. Она может повышаться в результате процессов брожения и должна быть не более: 6,0 в сорте экстра, 10 в высшем сорте и 14 в первом сорте картофельного крахмала, и не более 20 и 25 в высшем и первом сортах соответственно

кукурузного крахмала (см³ 0,1 моль/дм³NaOH).

· Массовая доля сернистого ангидрида в картофельном крахмале всех сортов – не более 0,005%, в кукурузном – 0,008%

· Массовая доля протеина (перерасчет на сухое вещество) в высшем сорте крахмала не более 0,8%, в первом – не более 1,0%.

Как получают крахмал?

Картофельный крахмал образуется из клубней картофеля с содержанием крахмала не ниже 14%. Для получения крахмала клубни моют, измельчают, чтобы вскрыть клетки тканей и высвободить зерна, после промывают водой, после центрифугируют, чтобы отделить сок (он вызывает потемнение крахмала и снижает вязкость крахмала). Крахмальное молочко, полученное из кашки, промывают и очищают, а после из него осаждают сырой крахмал с влажностью до 49%, после крахмал высушивают до влажности 20%.

Кукурузный крахмал изготавливается из белозерных сортов кукурузы, содержание крахмала в которых около 70%. Процесс получения этого сорта крахмала осложнен тем, что крахмальные зерна в кукурузе как бы заточены белком, и для его растворения зерно сначала замачивают в легком растворе сернистой кислоты при температуре 50-65 градусов. Затем зерно дробят, смешивают с водой для образования кашицеобразной массы. Из этой кашки получают крахмальное молочко, из которого после осаждают крахмал, который сушат до влажности 13%.

Что еще можно получить из крахмала?

Из крахмала картофеля или кукурузы для промышленных предприятий также изготавливают саго искусственный – его применяют для начинок пирогов, приготовления пудингов, каш. Для получения саго сырой крахмал делят на кусочки, пропускают через сито с отверстием диаметров в 4 мм и обкатывают в барабане, чтобы получились шарики. После эти шарики запаривают при температуре до 70 градусов, чтобы крахмал клейстеризовался, образуя на поверхности саго корочку. После шарики высушивают до влажности в 16 % (картофельный крахмал) или 13 % (кукурузный), шлифуют для придания блеска. Саго бывает высшего и первого сорта.

Саго высшего сорта из картофельного крахмала отличается матовым белым цветом, саго первого сорта может иметь сероватый оттенок, саго из крахмала из зерен кукурузы имеет желтоватый оттенок.

Из крахмала также изготавливают патоку (продукт неполного гидролиза крахмалов). Это сладкая смесь глюкозы, мальтозы и декстринов напоминающая сироп изготавливается для кондитерских производств карамели, халвы и конфет, для сиропов в хлебопечении. Патока бывает высокосахаренная, карамельная высшего и первого сортов, а также карамельная низкосахаренная. Патока должна быть прозрачной, без посторонних запахов и привкусов. Массовая доля сухих веществ в патоке не менее 78%, редуцирующих веществ – до 50%, золы до 0,55 %.

Купить картофельный и кукурузный крахмал оптом и в розницу можно в нашем интернет-магазине «Айдиго».

Получение и характеристика суперабсорбирующего полимера прививочной полимеризацией крахмала

АННОТАЦИЯ

В этой статье исследуется синтез высоконабухающего суперабсорбентного гидрогеля на основе крахмала, акриламида и каолина. Изучена зависимость влияния каолина, инициатора и концентрация сшиваюшего агента на набухание суперабсорбентного гидрогеля. Состав и структура, полученного суперабсорбента, охарактеризованы методами ИК-спектроскопии и дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК).

ABSTRACT

This article explores the synthesis of a highly swellable superabsorbent hydrogel based on starch, acrylamide and kaolin. The dependence of the effect of kaolin, an initiator, and the concentration of a crosslinking agent on the swelling of a superabsorbent hydrogel was studied. The composition and structure of the obtained superabsorbent were characterized by IR spectroscopy and differential scanning calorimetry (DSC).

Ключевые слова: Крахмал, акриламид, гидрогель, связующий реагент, каолин, инициатор, раствор сополимеризации, реакция омыления.

Keywords: Starch, acrylamide, hydrogel, crosslinking, kaolin, initiator, polymerization of solution, saponification reaction.

ВВЕДЕНИЕ

Гидрофильные полимеры с большими объемами поглощения и хранения воды известны как гидрогель или суперабсорбенты [1]. Гидрогель является трехмерно сшитым и набухшим полимером в воде, и он не растворяется в нем. Влагоудерживающая способность гидрогелей обусловлена наличием гидрофильных групп вдоль полимерной цепи, таких как OH, -CONH, -CONH₂, -COOH [2]. Биоразнообразие гидрогелей имеет важное значение. Многие природные материалы поглощают воду, но их способность набухания и удерживать влагу слабее, чем у синтетических гидрогелей. Однако гидрогели, на основе синтетических материалов, вызывают экологические проблемы. Поэтому, исследования по производству новых продуктов на основе модификации возобновляемых биоматериалов ускоряются. Исследования основаны на сополимеризации природных полимеров, таких как крахмал, целлюлоза и имеют огромные перспективы [3]. Крахмал можно легко получить из различных природных источников, таких как картофель, кукуруза, пшеница. Сополимеризаций крахмала с виниловыми мономерами можно получить гидрогели высокого набухания. Например, было обнаружено, что на основе крахмала и акриламида с различными инициаторами и связующими агентами были получены потенциально эффективные и высоконабухаемые гидрогели [4]. Можно производить биологически разлагаемый, нетоксичный, дешевый гидрогель на основе крахмала. Гидрогели на основе акриламида широко используются в медицине, сельском хозяйстве, промышленности и других отраслях промышленности. Полиакриламид (ПАА) прореагируется крахмалом по схеме свободнорадикальной полимеризации. В процессе гидролиза в основных условиях амидная группа превращается в гидрофильную карбоновую группу. [5]. Использование бентонита в гидрогеле на основе крахмала и сополимера акриламида, увеличивает теплостойкость гидрогеля, а также повышает устойчивость к тепловым и механическим воздействиям, а также снижает стоимость гидрогеля.

Объекты и методы исследования

Исследования являются синтезированные полимерные гидрогели на основе крахмала, акриламида, калий персульфат (КПС), N,N метиленбисакриламида) и использовали Ангренского каолина (Узбекистан), состав которой приведен в таблице 1

Таблица 1.

Химический состав Ангренского каолина после термообработки

Химический состав тонкой фракции

SiO₂

Al₂O₃

TiO₂

CaO

MgO

Fe₂O₃

П.П.П.

Содержание, мас. %

52,62

44,81

0,63

0,31

0,40

0,31

0,02

В четырёхгорлой круглодонной колбе, снабженной механической мешалкой, обратным холодильником, термометром и линией азота 16,2 г кукурузного крахмала диспергировали в 100 мл дистиллированной воды в атмосфере азота. Раствор крахмала нагрели до 90°С на водяной бане в течение 30 минут при перемешивании с образованием суспензии крахмала. Инициатор — калий персульфат – добавили в количестве 0,3 г к крахмальной суспензии и продолжали реакцию при 60°C в течение 10 минут. Когда суспензия крахмала изменила свой цвет с оранжевого на желтый, добавили 14,2 г раствора акриламида, 0,24 г метиленбисакриламида, 1,2 г минерального порошка каолина. и реакционную смесь далее перемешивали ещё в течение 3-х часов при 70°С для обеспечения завершения привитой полимеризации. Атмосфера азота поддерживалась в течение всего периода реакции. Привитой сополимер перенесли в 1000 мл 4%-ный раствор гидроксида натрия и оставили для реакции омыления при 90°С в течение 3 часов.

Омыленный продукт отфильтровали и несколько раз промыли водой для удаления непрореагировавщего исходного вещества, мономера, и промывание продолжали до тех пор, пока основность рН раствора не стала равной 7. Образец сушили при 60°С. Выход продукта 93,8% от теоретического.

Результаты и их обсуждение

Методом ИК-спектроскопии изучена структура и функциональные группы полученного продукта реакции. На рис. 1 показаны ИК-спектры продукта реакции крахмала, акриламида и каолина.

Рисунок 1. ИК-спектр композиционного гидрогеля ППА/Крахмал/бентонит

Как видно на ИК-спектре (рис. 2), полосы поглощения в области 3200.87см⁻¹показывают, что в структуре сырья имеются функциональные группы -ОН и –СОNH₂. Полосы поглощения в области 1548,84-1403,21 см^-1объясняют наличие –COО^— групп. ИК-спектр содержит полосу поглощения в области 1660,71см^-1, соответствующую -NH- группам и полосы поглощения в областях 1035.77 см⁻¹, соответствующие валентным колебаниям Si–O групп. Полосы поглощения в областях 2933,73 см⁻¹ соответствуют асимметричному и симметричному растяжению групп -CH₂.

Вышеуказанные результаты показали, что характерный пик поглощения для ОН-групп на бентоните, крахмале и группе -CONH₂ изменился после реакции сополимеризации.

На рисунке 2 приведены изображения гидрогелей на основе крахмала/акриламида/каолина, полученные на сканирующем электронном микроскопе.

Данные показывают, что непрореагировавшие компоненты минерал в полимерной матрице распределены равномерно.

(а)

(б)

Рисунок 2. СЭМ. Снимок композита Кр/АМ/К (а), и (б) данные элементного анализа Кр/АА/К

Непрореагировавшие компоненты каолина в полимерной матрице распределены равномерно. Как видно на рисунках 2 (а) и (б), синтезированные сорбенты имеют гелевую структуру, которая на поверхности содержит микропоры. Часть минералов, содержащие полярные атомы кислорода, участвующие в адсорбционной реакции с полимером, и остальная часть минералов, не участвующая в реакции, равномерно распределяются по полимеру, образуя мелкие поры. В результате улучщаются водоотнимающие и механические свойства гидрогелей и свойства возврата воды в необходимое время для растений.

Термические свойства полученного гидрогеля изучали с помощью ДСК.

Рисунок 3. Дифференциально-термогравиметрические анализы гидрогеля на основе АА/крахмала/каолина

Отсутствие резкой потери массы гидрогеля на основе крахмала, акриламида и каолина доказано калориметрическим анализом дифференциального сканирования. Потеря массы начинается при температуре выше 70^оС в три стадии. Первая стадия происходит при температуре 70^оС-250 ^оС со скоростью 11.07% /мин, вторая стадия -250^оС-320^оС со скоростью 8.28% /мин и третья -320^оС-350^оС со скоростью 3.71%/мин с разложением. Испытаниями доказано, что потеря массы при температуре выше 70 ^оС протекает за счет малого содержания влаги в составе гидрогеля. А при температуре выше 250^оС — в результате разложения амино групп в составе полимера. Видно, что две потери массы, первая из которых протекает при температуре 70-220^оС со скоростью 12,11% /мин и вторая стадия протекает при температуре 220 – 330^оС со скоростью 9,7%/мин с разложением.

Рисунок 4. Влияние концентрации сшивающего на степень набухания гидрогелей

Рисунок 5. Влияние концентрации инициатора на степень набухания гидрогелей

На рисунках 4 и 5 видно, что набухаемость гидрогелей наблюдается на самом высоком уровне при связывающем агенте равном 0,8 мас.%, а при концентрации инициатора к общей массе мономера при содержании его 1 % приведет к снижению набухаемости гидрогеля. Снижение или повышение концентрации каолина, инициатора и связывающего агента приведёт к снижению набухаемости гидрогеля.

Заключение

Был синтезирован сверхпоглощающий композит, синтезированный путем реакции привитой сополимеризации акриламида и картофельного крахмала в соотношении 2:1, на основе крахмала, акриламида, каолина. Скорость набухания гидрогеля была определена и показано, что влагопоглощение гидрогеля достигает 860 г. Такой подход к получению суперабсорбирующих композитов с использованием природных ресурсов, таких как крахмал, каолин, безусловно, уменьшает стоимость производства, а также сделает материал экологически чистым.

Список литературы:

D. C. Hwang, S. Damodaran, “Synthesis and Properties of Fish Protein-Based Hydrogel,” Journal of the American Oil Chemists’ Society, Vol. 74, No. 9, 1997, pp. 1165-1171.
D. W. Lim, H. S. Whang and K. J. Yoon, “Synthesis and Absorbency of a Superabsorbent from Sodium Starch Sulfate-g-Polyacrylonitrile,” Journal of Applied Polymer Science, Vol. 79, No. 8, 2001.
Cadar, O., Paul, M., Roman, C.,Miclean, M., Majdik, C. (2012).Biodegradation of poly(lactic acid) and (lactic acid-ethylene-malonic or succinic acid) copolymers under controlled composting conditions in a laboratory system. Polym. Degrad. Stab., 97, 354–357.
Pourjavadi, A.; Barzegar, S.; Mahdavinia, G.R. Mba-crosslinked na-alg/cmc as a smart full-polysaccharide superabsorbent hydrogels. Carbohydr. Polym. 2006, 66, 386–395. [CrossRef]
Холназаров Б.А., Тўраев Х.Х., Джалилов А.Т., Ширинов Ш.Д. “Исследование нового гидрогеля, синтезированного на основе крахмала, акриламида и бентонит”. Научный журнал «Universum: технические науки» Моква № 4/61 Апрель 2019., C. 52-55.
Холназаров Б.А., Тўраев Х.Х., Ширинов Ш.Д., Джалилов А.Т. “Синтез суперабсорбентного гидрогеля на основе крахмала, акриловой кислоты и монтмориллонита”. Научный журнал «Universum: технические науки» Москва № 8/65 Август 2019., C. 11-16.

Применение крахмала в пищевой промышленности

Пищевая промышленность является одним из крупнейших потребителей крахмала и крахмалопродуктов. Кроме того, большое количество крахмала продаётся в виде конечного продукта для домашнего использования. Крахмалы кассавы, саго и других тропических источников широко использовались до Второй мировой войны, но их потребление снизилось из-за разрушения мировой торговли. Для замены обычных крахмалов из незернового сырья попытались использовать крахмал восковидной кукурузы. В последние годы наблюдается увеличение интереса к крахмалу кассавы.

Немодифицированные и модифицированные крахмалы и глюкоза используются в пищевой промышленности с одной или несколькими из следующих целей:

Непосредственно как клейстеризованный крахмал, кисель и т.п.
В качестве загустителя, благодаря вязким свойствам (в супах, детском питании, соусах, подливах и т.д.)
Как наполнитель, входящий в состав твёрдого содержимого супов, пирогов
Как связующее для закрепления массы и предотвращения высыхания в процессе приготовления (колбасы и мясные продукты).
Как стабилизаторы, благодаря высокой способности крахмала удерживать влагу.

Функциональные свойства крахмалов, имеющие значение для пищевой промышленности приведены в таблице

Cвойства крахмалов, важные для пищевых продуктов
Специфическая вязкость	Вкусовые ощущения, скользкость, послевкусие
Жидкое кипение	Характеристики суспензии
Устойчивость к обработке кислотой и механическому сдвигу	Клейкость (адгезивность)
Стабильность при замораживании-оттаивании	Кристалличность
Текстура и консистенция геля при различных температурах	Нейтральный вкус
Прозрачность или матовость	Долгий срок хранения
Устойчивость к условиям переработки	Гигроскопичность
Спосоность удерживать жиры	Цвет
Устойчивость геля к ретроградации	Неслёживаемость
Блеск	Диспергируемость или набухаемость в холодной воде
Свойства текучести гелей	Набухаемость и устойчивость к набуханию
Способность стабилизировать эмульсии	Плёнкообразующие свойства

Ниже даны примеры применения крахмала его производных в некоторых продуктах

Хлебобулочные изделия

Хотя крахмал и так является основным компонентом муки, искусство хлебопечения не только от оборудования для пекарен, но в большой степени зависит от характеристик белка муки. Крахмал используется в печенье, увеличивая объём и придавая хрусткость. В Малайзии тапиоковый крахмал используется в сладком и несладком печенье и сэндвичах в количестве 5-10% для смягчения текстуры, добавления вкуса и делать печенья не слипающимися. Применение глюкозы в некоторых сортах дрожжевого хлеба и хлебобулочных изделий обладает несомненными преимуществами, так как глюкоза напрямую усваивается дрожжевыми клетками, вследствие чего, ферментация проходит полнее и быстрее. Она, кроме того, придаёт золотистый цвет корочке и продлевает срок хранения хлеба.

Кондитерские изделия

Патока и глюкоза широко применяются в качестве подсластителей в кондитерских изделиях. Кроме этих широко распространённых в кондитерской промышленности крахмалопродуктов, в ней также используются нативные и модифицированные крахмалы для производства многих видов конфет, таких как желейные конфеты, ирис, твёрдые и мягкие жевательные резинки, карамель, помадка и рахат-лукум. Основное применение крахмала в кондитерской промышленности состоит в производстве карамелей, кондитерской массы и других видов сладостей как ингредиент и при изготовлении изделий из расплава или для посыпки сладостей, чтобы предотвратить их слипание. Глюкоза предотвращает кристаллизацию леденцовой карамели и снижает гигроскопичность конечного продукта.

Консервированные фрукты, джемы и пресервы

Последнее достижение в этой области заключается в частичном замещении сахарозы глюкозой или патокой, не содержащей диоксида серы. Это помогает поддерживать необходимое соотношение твёрдых веществ без добавления избыточного количества подсластителей и, таким образом, подчеркнуть натуральный вкус фруктов. При этом снижается также склонность варенья к засахариванию (кристаллизации сахаров).

Глутамат натрия

Глутамат натрия 1-замещённый широко используется во многих регионах в виде кристаллического порошка как усилитель вкуса в мясных и овощных блюдах, супах, соусах и подливах. Крахмал кассавы и меласса являются основными растительными материалами в производстве глутамата натрия в странах Дальнего Востока и Латинской Америки. Крахмал обычно гидролизуют до глюкозы кипячением с растворами соляной или серной кислот в закрытых конвертерах под давлением. Глюкозу отфильтровывают и превращают в глутаминовую кислоту путём микробиологического синтеза. Образованную глутаминовую кислоту очищают, фильтруют и воздействуют на неё каустической содой для получения глутамата натрия, который затем сентрифугируют и высушивают в сушильных барабанах. Конечный продукт обычно содержит не меньше 99% вещества. Для получения 1 т глутамата натрия требуется 2,4 т крахмала (тапиокового) или 7 т мелассы.

Карамельный сахар

Карамельный сахар является пищевым красителем, используется для подкрашивания алкогольных и безалкогольных напитков и других пищевых продуктов. Получают чаще из патоки, чем из сахарозы, благодаря меньшей стоимости. Если инвертированный сахар, сироп глюкозы и т.п. нагревать без добавления других веществ, получается материал, используемый для подкрашивания, однако если нагревание проводить в присутствии различных катализаторов, окрашивание гораздо интенсивнее, получается вещество более тёмного коричневого цвета, используемое для окрашивания многих пищевых продуктов и напитков. Для доведения процесса до состояния вещества, когда весь сахар разрушен без обугливания, требуется равномерное управляемое нагревание и перемешивание.

Глюкоза из крахмала: гидролиз крахмала

Глюкоза встречается в природе в сладких фруктах, например, в винограде, и в мёде. Она менее сладкая, чем сахароза (тростниковый или свекловичный сахар) и менее растворима в воде; однако, при использовании совместно с сахарозой, конечная сладость часто даже выше расчётной. Товарное производство глюкозы (глюкозных сахаров) из крахмала впервые было организовано во время войны Наполеона с Англией, когда Франция оказалась отрезанной от производителей сахара (сахарозы) в результате морской блокады. В середине 19 века быстрый прогресс этого производства происходил в США. В настоящее время глюкоза вырабатывается в виде сиропа или в виде твёрдого вещества. Физические свойства сиропа изменяются в зависимости от декстрозного эквивалента (ДЭ) и способа производства. Декстрозный эквивалент выражает количество альдегидных групп — редуцирующих концов — относительно чистой глюкозы в той же концентрации. В англоязычном варианте глюкозой (glucose) обычно называют сиропы, а сухой сахар — декстрозой (dextrose). Глюкоза, иногда называемая виноградным сахаром, является D-глюкозой, получаемой при полном гидролизе крахмала. В настоящее время для получения глюкозы применяют два промышленных способа: кислотный гидролиз и частичный кислотный гидролиз, за которым следует ферментация.

Крахмал — США зернобобовые

Желатинизация крахмала

Крахмал — это самый распространенный углевод в семенах бобовых (от 22 до 45 процентов). Общий уровень углеводов зависит от сорта. Среди сухих сортов гороха сорта Майами и Нитуш имеют самое высокое содержание крахмала (44,7 процента и 43,5 процента соответственно), а сорта Мажорет — самое низкое (примерно 40 процентов).

Крахмал состоит из двух основных молекулярных компонентов: амилозы и амилопектина (т.е.е. нерастворимый или гелеобразный компонент крахмала). Хотя они идентичны по своему основному компоненту (глюкозе), они различаются по своей структурной организации или связям, что влияет на их функциональность в пищевых продуктах. Кроме того, каждый из них по-разному гидролизуется, переваривается и всасывается.

И амилоза, и амилопектин находятся в гранулах крахмала, причем размер, форма и характеристики гранул варьируются в зависимости от растительного источника. Рост и развитие гранулы начинается на hilum (т.е., центр гранулы). Под увеличением и поляризованным светом гранулы нативного крахмала обычно имеют крестообразную структуру, размер и форма которой варьируются в зависимости от источника крахмала.

Использование крахмала в пищевых продуктах

Крахмал — это основной углевод, содержащийся в растениях, и основной источник питания для людей и животных. В результате высокого содержания амилопектина некоторые бобовые крахмалы демонстрируют ограниченное набухание и повышенную общую стабильность во время обработки.Это и другие полезные физико-химические свойства делают их очень подходящими для использования в различных пищевых продуктах.

Одним из важных функциональных свойств крахмала является склеивание, то есть образование высоковязкого раствора после нагревания в воде. Эта характеристика используется во многих пищевых продуктах, а также в непищевых продуктах, таких как адгезивы. Другой важной функциональной характеристикой является способность крахмала образовывать гели, которые также используются в ряде пищевых и непищевых продуктов.

Поскольку экологические проблемы привели к растущему интересу к возобновляемому сырью, исследователи искали новые источники крахмала и разрабатывали новые методы его модификации. Это стремление привело многих к созданию зернобобовых растений, которые становятся все более востребованным источником крахмала благодаря целому ряду уникальных преимуществ.

Бобовый крахмал доступен в основном как побочный продукт экстракции белка и поэтому считается относительно дешевым источником крахмала по сравнению с кукурузным, пшеничным и картофельным крахмалом.

Гороховый крахмал обладает многочисленными особенностями (например, образование паст с высокой вязкостью, более прочных гелей и т. Д.), Которые могут принести пользу пищевой технологии, особенно в качестве альтернативы химически модифицированному крахмалу. Основная причина — высокое содержание амилозы в горохе.

Все чаще бобовый крахмал используется для изменения текстуры пищевых продуктов, таких как замороженные продукты, экструдированные закуски, макаронные изделия, лапша, печенье, крекеры, соусы и супы. Из-за его важности для обработки пищевых продуктов и принятия потребителями исследования характеристик крахмала (например,g., профили склеивания, термическое поведение, загущающие и гелеобразующие свойства, факторы набухания и т. д.) в пищевой промышленности США продолжает расти.

Новые патенты разрабатываются для продуктов, направленных на модификацию крахмала бобовых (в основном горохового крахмала). Среди них новый текстурирующий агент на основе крахмала был получен из крахмала с высоким содержанием амилозы. Он был создан путем растворения крахмала в воде в кислых условиях, при перемешивании при повышенной температуре и давлении, с последующей ретроградацией при низкой температуре и сушкой.

Целью текстурирующих агентов является создание жироподобных свойств, таких как структура, вязкость, гладкость и непрозрачность, чтобы уменьшить или заменить фактическое содержание жира в продуктах питания, включая жидкие заправки для салатов, йогурт, творог, сметану, сливки. сыр, арахисовое масло, глазурь, чизкейк, мусс и соусы.

Текстурирующий агент также может эффективно использоваться в полножирных пищевых продуктах в качестве стабилизатора и в качестве глушителя, например, в нежирных и обезжиренных продуктах и напитках, таких как сливки для кофе, творожная заправка, пищевые напитки и лед. кремовый цвет.

Кроме того, бобовые крахмалы могут использоваться при приготовлении пищи с пониженным содержанием липидов (то есть органического соединения группы жиров). В этом случае липидная часть в пище заменяется негелеобразующим, предварительно желатинизированным крахмалом.

Нативный и модифицированный бобовые крахмалы могут использоваться в различных областях, включая приготовление следующих продуктов:

Гели (например, пудинги), которые можно приготовить с примерно на 50 процентов меньше крахмала по сравнению с кукурузным крахмалом
Экструдированные продукты и быстрорастворимые крахмалы, которые можно производить без значительного снижения вязкости, которое происходит с другими крахмальными продуктами
Сушеные в рулонах крахмалы и фруктовые и овощные хлопья, имеющие мясистую консистенцию после регидратации и значительную стабильность при температурах варки
Продукты с мякотью, полученные путем замораживания-оттаивания, которые сохраняют свою мясистую текстуру даже после длительного приготовления
Сушеные в рулонах крахмалы быстрого приготовления с гелеобразующими свойствами при холодном набухании, которые можно использовать в быстрорастворимых десертах для получения хлопьевидной текстуры

Уже проведены обширные исследования картофельного, кукурузного, зернового и маниока крахмалов, поскольку они широко используются в пищевой и непищевой промышленности.Различия в реологических свойствах крахмалов могут быть результатом различного количества некрахмальных компонентов (например, белков и липидов) в каждом из них. Чтобы продолжать находить новые применения, необходимо расширить использование реометров для исследования реологии желатинизированного горохового крахмала.

Что такое желатинизация?

Амилоза и амилопектин крахмала плотно упакованы в гранулы, отмеченные высокой степенью молекулярного порядка. Нерастворимые в холодной воде гранулы крахмала нагреваются в воде выше критической температуры, их организованная молекулярная структура разрушается.В результате гранула впитывает большое количество воды и подвергается необратимому набуханию, во много раз превышающему первоначальный размер. Это преобразование называется желатинизацией.

Более конкретно, клейстеризация крахмала представляет собой фазовый переход от порядка к беспорядку, который начинается в аморфных областях гранул крахмала из-за наличия слабых водородных связей. Эти межмолекулярные водородные связи разрушаются в присутствии воды и высоких температур. Нагревание обездвиживает глюкан (т.е.е. полисахарид, который представляет собой полимер сегментов цепи глюкозы) гранулы и обеспечивает абсорбцию воды, что приводит к уменьшению упорядоченной структуры, выщелачиванию амилозы и дестабилизации амилопектина.

Во время клейстеризации горохового крахмала молекулярное разрушение начинается в области ворот, а затем быстро распространяется по центральной части гранулы, вызывая набухание центральной части гранулы. Только после достижения более высоких температур внешняя часть гранулы не разрушается и желатинизация не завершается.В присутствии достаточной концентрации крахмала амилаза затем образует эластичный гель при охлаждении.

Температура

Различия в температурах желатинизации муки можно объяснить различиями в размере, форме и распределении гранул крахмала в муке, а также внутренним расположением крахмала в гранулах. Крахмалы с низким содержанием белка и высоким содержанием амилозы требуют больших затрат энергии для желатинизации крахмала. Крахмал с низким содержанием амилопектина имеет более высокую температуру желатинизации и более устойчив к ферментативному и кислотному перевариванию по сравнению с другими крахмалом.

Гладкий гороховый крахмал, например, имеет более высокую энергоемкость, но, как было показано, также имеет более высокие температуры желатинизации. Процесс желатинизации происходит при температуре от 149 до 158 ° по Фаренгейту (от 65 до 70 ° по Цельсию) для гладкого гороха и крахмала из нута. Гороховый крахмал с более высоким содержанием амилозы требует температуры выше 212 ° по Фаренгейту (100 ° Цельсия).

Препятствия желатинизации и усвояемости

Некрахмальные компоненты, такие как сахара, соли, белки и липиды, влияют на клейстеризацию крахмала и, как следствие, на поведение крахмала в пищевых продуктах.Например, присутствие липидов влияет на водопоглощение, что влияет на желатинизацию. Это влияет на образование устойчивого крахмала и его восприимчивость к ферментативному перевариванию.

Во многих обычных растительных продуктах крахмал желатинизируется лишь частично из-за ограниченного содержания воды во время обработки. Гранулы крахмала лишь слегка набухают, а внутренняя структура остается частично неизменной.

Например, некоторые хлебобулочные изделия и сухие завтраки содержат неполные желатинизированные гранулы крахмала из-за более низкого водопоглощения.Если такие продукты или некоторые предварительно приготовленные полуфабрикаты производятся в более жестких условиях (повышенные температуры и давление, а также варка с экструзией или лопание), они обычно достигают полной желатинизации, несмотря на низкое содержание воды.

Клеточные стенки могут также ингибировать клейстеризацию крахмала, ограничивая как степень набухания гранул крахмала, так и движение воды. Измельчая сырые бобовые для разрушения клеточных стенок, а затем готовя их, можно увеличить набухание гранул.Исследователи предполагают, что такая практика также может увеличить скорость переваривания крахмала и гликемический ответ.

Разница в степени клейстеризации бобовых после обработки была предложена как возможное объяснение наблюдаемых различий в перевариваемости крахмала. Предполагается, что низкий метаболический ответ и усвояемость крахмала in vitro бобовых могут быть вызваны захватом крахмала клетками.

Влияние полной желатинизации на метаболический ответ изучалось и продолжает изучаться на людях, как у больных диабетом, так и у недиабетиков, а также у животных.Крахмал из картофеля и кукурузы, например, дает гораздо более низкий постпрандиальный ответ глюкозы и инсулина в сыром виде, чем после приготовления. Фактически, сырой кукурузный крахмал клинически использовался для обеспечения глюкозы с пролонгированным всасыванием при лечении гликогеноза 1 типа (т. Е. Наследственного нарушения метаболизма гликогена, которое приводит к избыточному накоплению гликогена в различных органах тела).

Объект продолжающегося исследования

Крахмал является отличным сырьем для изменения текстуры и консистенции пищевых продуктов, а также для улучшения пищевой ценности, среди других преимуществ.Поэтому исследования, посвященные сбору информации о свойствах крахмала, таких как термическое поведение, реологические свойства пасты, загущения и желатинизации, имеют непреходящее значение как для производителей пищевых продуктов, так и для потребителей.

Приготовление и характеристики сложных эфиров крахмала и его влияние на физико-химические свойства теста

В качестве перерабатываемого природного материала крахмал является важным сырьем в пищевой и других областях. Натуральный крахмал путем этерификации может улучшить характеристики исходного крахмала и расширить область его применения.В этой статье рассматривается процесс получения ацетилированного адипата дистахмала, октенилсукцината крахмала, ацетата крахмала, гидроксипропилкрахмала и фосфата крахмала, а также исследования влияния сложных эфиров крахмала на тесто. В то же время он прогнозирует тенденцию изменения эфиров крахмала и перспективы применения в будущих исследованиях.

1. Введение

Крахмал — это натуральный, возобновляемый, биоразлагаемый полимер, богатый ресурсами, которые широко содержатся в различных растениях. Многие из его уникальных физико-химических свойств широко применяются в пищевой и других отраслях [1, 2], но большая часть самого нативного крахмала не может быть использована напрямую [3].После модификации свойства крахмала улучшаются и могут соответствовать требованиям многоуровневой обработки.

Этерификация — один из эффективных способов денатурации, и крахмал можно модифицировать физическими, химическими или ферментативными методами, которые эффективно применяются в пищевой, текстильной, бумажной, нефтехимической и фармацевтической промышленности в зависимости от его различных свойств. Применение сложного эфира крахмала в зарубежных странах было раньше, и налажено крупномасштабное промышленное производство.Некоторые сложные эфиры крахмала для пищевых продуктов в основном включают ацетат крахмала, ацетилированный адипат крахмала, октенилсукцинат крахмала, фосфат монокрахмала, фосфат крахмала, фосфат фосфат крахмала, фосфат ацетилированного крахмала, фосфат гидроксипропилкрахмала и гидроксипропилкрахмал в США, 5 странах ЕС [4, 5] ]. Хотя исследования в Китае проводятся относительно поздно, исследования и разработка сложных эфиров крахмала постепенно развивались в последние два десятилетия. В настоящее время сложные эфиры крахмала в качестве пищевых добавок в основном включают в себя фосфатный дистрахмал, ацетатный крахмал, фосфат натрия крахмала, ацетилированный адипат дистахмала, фосфорилированный фосфат дистрахмала, ацетилированный фосфат дистхмала и фосфат гидроксипропилдистхмала в Китае [6].Поскольку многие ученые уже исследовали процесс получения, технология синтеза в основном была сосредоточена на увеличении степени замещения (DS), которая определила направление применения этерифицированного крахмала [7, 8]. Ниже приводится краткое изложение обычных сложных эфиров крахмала органических кислот и сложных эфиров крахмала неорганических кислот (таблица 1).

в сочетании со сложным эфиром 9010 Устойчивость к кислотному, термическому и механическому разложению и замедленной ретроградации во время хранения, пониженная вязкость при замораживании Используется в широком спектре пищевых продуктов, таких как подливки, соусы, соусы, начинки для фруктовых пирогов и пудинги


Типы	Препарат	Свойства	Применения

Этерификация	Температура ацетата крахмала 9012 — этерификация винилацетатного ангидрида 9010 или этерификация 9012 с помощью винилацетатного ангидрида 9010 ретроградация, меньшая склонность к образованию гелей и более высокая прозрачность пасты	Используется в охлажденных и замороженных пищевых продуктах, в качестве стабилизаторов эмульсий и для инкапсуляции
	Ацетилированный адипат дистрахмала — этерификация уксусным ангидридом и адипиновым ангидридом
	Крахмал октенилсукцина ангидридом октенилянтарной кислоты

Сшивание	Монокрахмалфосфат — этерификация ортофосфорной кислотой, или ортофосфатом натрия или калия, или триполифосфатом натрия	Высшая стабильность склонность гранул к набуханию, высокой температуре, высокому сдвигу и кислым условиям	Используется в качестве загустителей и текстуризаторов в супах, соусах, подливках, выпечке и молочных продуктах
	Дистрахмалфосфат — этерификация триметафосфатом натрия или оксихлоридом фосфора
	Фосфатированный фосфат дистрахмала — комбинация обработок монокрахмального фосфата и фосфата дистхмала

Двойная модификация	Ацетилированный фосфат дистрахмала — этерификация триметафосфатом натрия или оксихлоридом фосфора 9 или оксихлоридом фосфора 9010 в сочетании с анэфиром	Используется в консервированных продуктах, охлажденных и замороженных продуктах, заправках для салатов, пудингах и подливках
	Гидроксипропилдистрахмалфосфат — этерификация натрием tr иметафосфат или оксихлорид фосфора в сочетании с этерификацией пропиленоксидом

Этерификация	Гидроксипропиловый крахмал — этерификация пропиленоксидом	Повышенная прозрачность крахмальной пасты, более высокая вязкость к тарезу

2.Получение сложных эфиров крахмала и свойства

2.1. Ацетилированный адипат дистрахмала

Ацетилированный адипат дистрахмала (ADiSP) представляет собой сшитый композитный модифицированный крахмал, полученный этерификацией крахмала адипиновой кислотой и уксусным ангидридом. Продукт имеет характеристики сшитого и этерифицированного крахмала, а также термостойкость, высокое сопротивление сдвигу и кислотостойкость. Ацетилированный адипинат дистахмала может быть использован в качестве загустителя, стабилизатора и связующего в пищевой промышленности [9].Ацетилированный фосфат дистрахмала — это модифицированный крахмал, который используется в некоторых продуктах для детского питания. Биодоступность ADiSP и нативного (немодифицированного) крахмала оценивалась у 20 здоровых младенцев и 21 малыша в возрасте 8–24 мес. С хронической неспецифической диареей [10].

Ацетилированные, поперечно-сшитые и прежелатинизированные крахмалы из маниоки получали в одношнековом экструдере с различным содержанием влаги (180, 220 и 260 г / кг), различными концентрациями смешанного ангидрида адипиновой уксусной кислоты (4, 11 и 18 г). / кг) и скорости шнека (100, 130 и 160 об / мин).Стадии ацетилирования, сшивания и предварительного желатинизации увеличивают вязкость на холоду, индекс водопоглощения и твердость геля, а также снижают когезионную способность геля, прозрачность пасты и ретроградацию полученных крахмалов. Продукты, изготовленные в менее жестких условиях эксплуатации (влажность 260 г / кг и скорость вращения шнека 100 об / мин) и с более высокой концентрацией реагентов (18 г / кг), имели основную группу функциональных характеристик, предпочтительных для пудингов, десертов быстрого приготовления и пищевых продуктов, подвергнутых воздействию высоких температур. низкотемпературное хранение.При использовании 260 г / кг влаги, концентрации реагента 11 г / кг и скорости вращения шнека 160 об / мин крахмальные продукты давали высокую прозрачность и отсутствие синерезиса, и их можно было использовать в начинках для фруктовых пирогов, супов и консервов [11].

Ацетилированный адипат дистрахмала тапиоки получали путем реакции ацетилирования и поперечного сшивания с использованием крахмала тапиоки в качестве исходного материала и смеси уксусного ангидрида и адипиновой кислоты в качестве ацеталирующего и сшивающего агента, соответственно, и влажным способом. Систематически изучалось влияние факторов модификации, таких как количество уксусного ангидрида и адипиновой кислоты, значение pH и время реакции на реакции этерификации.Оптимальные условия, необходимые для получения ацетилированного адипинат дистрахмала тапиоки, составляли 0,050% адипиновой кислоты, 3% уксусного ангидрида, pH 8,0 и 90 мин. Пиковая вязкость и холодная вязкость ацетилированного тапиокового адипината дистахрама составляли 1141 BU и 1695 BU, соответственно, что было выше, чем у нативного крахмала тапиоки. Температура желатинизации ацетилированного адипата дистрахмала тапиоки снизилась, но стабильность вязкости повысилась. Сопротивление сдвигу и стабильность при замораживании-оттаивании были значительно улучшены, но прозрачность снизилась [12, 13].

2.2. Крахмал-октенилсукцинат натрия

Натрий-октенилсукцинат крахмала является одним из наиболее широко используемых сложных эфиров крахмала. Впервые он был успешно синтезирован Колдуэллом и Вюрцбургом в США и запатентован в 1953 г. [14]. Крахмал-октенилсукцинат натрия — одна из ранее использовавшихся пищевых добавок и своего рода безопасный и надежный загуститель эмульгатора. Когда октенилянтарный ангидрид реагирует с крахмалом, кольцо ангидрида раскрывается в щелочных условиях: один конец которого соединяется с гидроксидом натрия с образованием натриевой соли, а другой конец реагирует с крахмалом и удаляет одну молекулу воды.PH всей реакции непрерывно снижается по мере протекания реакции, поэтому он непрерывно нейтрализуется щелочным раствором, чтобы обеспечить pH всей реакционной системы, так что реакция протекает эффективно. Поскольку реакция этерификации и реакция гидролиза протекают одновременно, реакция этерификации преобладает в начале фазы реакции, и реакция переходит в реакцию этерификации; когда реакция достигает определенного времени, реакция гидролиза будет преобладающей из-за уменьшения концентрации субстрата, поэтому время реакции не настолько велико, насколько это возможно, поэтому вы должны контролировать время реакции.Для получения октенилсукцината крахмала существуют в основном мокрые, сухие и физические методы экструзии [15].

Конкретная операция синтеза заключается в размещении определенной концентрации суспензии в реакционном сосуде и использовании 2% раствора NaOH для регулирования pH раствора крахмала. Обработанный крахмал-октенилсукцинат натрия медленно добавляли к смешанному раствору по частям, поддерживая pH системы на уровне 8,0 ± 0,2 во время добавления. По окончании реакции pH реакционной смеси снова доводили до 6.5 с использованием 2% HCl. Полученный продукт промывали и центрифугировали, трижды сушили в сушильном шкафу при 45 ° C и сушили с получением крахмала октенилсукцината [10]. Таким образом, Yoshimura et al. [16] использовали метод органической фазы для синтеза октенилсукцината крахмала с использованием 4-диметиламинопиридина (DMAP) в качестве катализатора этерификации и диметилсульфоксида в качестве растворителя.

Сухой метод смешивает крахмал со щелочью, разбрызгивает воду до содержания воды в крахмале 25%, распыляет ангидрид, разбавленный органическим растворителем, вступает в реакцию после смешивания или крахмал сначала суспендируется в растворе с массовой долей , а затем фильтруют до тех пор, пока крахмал не высохнет до требуемой влажности, и распыляют на ангидрид, разбавленный органическим растворителем и нагретый в сухом смесителе.Этот метод позволяет процессу быть простым, высокоэффективным и недорогим, но неоднородным и легко приводит к местной бурной реакции [17].

В обычном влажном методе (метод водной фазы) степень замещения и эффективность этерификации зависят от типа крахмала и параметров реакции, а также от структуры поверхности гранул крахмала. Из-за низкой растворимости крахмала октенилсукцината натрия в воде реакция этерификации с крахмалом в основном происходит на поверхности частиц, и легко возникают такие проблемы, как неравномерное распределение ангидрида кислоты и низкая эффективность реакции.С другой стороны, использование гидроксида натрия, пиридина и ангидрида при высокой температуре часто приводит к образованию других побочных продуктов в процессе химической реакции [18]. В последние годы за счет совершенствования традиционной синтетической технологии была предпринята попытка достичь более высокой эффективности и степени замещения за более короткое время. Основные методы включали механическую активацию, микроволновые и ферментативные методы. Ферментативный метод позволяет реализовать реакцию в мягких условиях и является экологически чистым.Кроме того, благодаря высокой эффективности фермента скорость реакции может быть значительно повышена, а качество продукта также может быть улучшено. Этерификация, конъюгированная с липазой, может резко сократить время реакции с нескольких часов до 30 минут, что делает биоферментный метод технически осуществимым в крупномасштабном производстве октенилсукцината крахмала [19]. Xu et al. [20] исследовали высокоскоростной синтез OS-крахмала с помощью сдвига и охарактеризовали его модифицированные свойства. По сравнению с контрольным образцом DS крахмала увеличилась с 0.0182 до 0,0202, и термическая стабильность, прозрачность и стабильность при замораживании-оттаивании также улучшились. Высокоскоростной сдвиг ослабляет кристаллические области гранул крахмала без изменения типа кристаллизации, в то время как эффект кавитации увеличивает площадь реакции за счет разрушения поверхности гранул, а также способствует уменьшению размера капель и равномерности распределения октенилсукцината натрия крахмала. , заставляя больше групп ОС индуцироваться во внутренние области крахмалов [21].

2.3. Ацетат крахмала

Ацетат крахмала получают путем введения ацетильной группы в атом водорода гидроксильной группы глюкозы. Ацетат крахмала можно разделить на высокую (1,5–3), среднюю (0,2–1,5) и низкую степень замещения (0,01–0,2). Слабозамещенный ацетилированный крахмал широко используется в пищевой промышленности в качестве загустителя или стабилизатора. Однако ацетилированный крахмал со средней и высокой степенью замещения имел высокую растворимость в ацетоне и хлороформе и в основном использовался для исследования и разработки термопластичных материалов и биоразлагаемых материалов [22].

Приготовление агента этерификации ацетата крахмала, в основном, включает уксусный ангидрид, винилацетат, винилхлорид, кетен и так далее. В химическом синтезе в качестве этерифицирующих агентов обычно предпочтительны уксусный ангидрид и винилацетат. В текущем промышленном производстве большинство маршрутов синтеза выбирают NaOH в качестве катализатора для реакции крахмала и ангидрида в щелочной водной суспензии [23].

Суспензию крахмала конфигурировали и встряхивали при 1500 об / мин в течение 1 ч при 25 ° C. PH суспензии крахмала доводили до 8.0 с 3% NaOH и медленно добавляли уксусный ангидрид. Во время добавления pH всегда поддерживали от 8,0 до 8,4. После полного добавления уксусного ангидрида реакцию продолжали в течение 15 минут. PH доводили до 4,5 с помощью раствора HCl 0,5 моль / л, и суспензию после остановки реакции центрифугировали в течение 3 минут, последовательно промывали этанолом и, наконец, сушили в печи при 40 ° C с получением ацетата крахмала [24 ].

Тупа и др. [25] использовали новый гетерогенный подход, катализируемый органическими кислотами, для синтеза сложных эфиров крахмала, и в нем используется нетоксичный зеленый катализатор — винная кислота в отсутствие растворителя.Volkert et al. использовали различные методы синтеза для сравнения механических свойств ацетата крахмала, полученного путем добавления трех различных активаторов уксусной кислоты, гидроксида натрия и карбоната калия [26]. Colussi et al. сделал различные степени ацетилирования рисового крахмала с высоким, средним и низким содержанием амилозы. Результаты показали, что рисовый крахмал с низким содержанием амилозы легче ацетилируется, а DS выше, чем у амилозы с высоким и средним содержанием при тех же условиях и в разное время реакции [27].

Физические вспомогательные методы получения ацетата крахмала в основном включают синтез с помощью микроволн и механическую активацию. Микроволновая обработка подверглась всесторонним исследованиям за последнее десятилетие. Микроволновое нагревание может преодолеть ограничения, связанные с трудоемкостью и низким уровнем замещения при однократном ацетилировании. При условии сохранения целостности гранул крахмала это вызывает шероховатость поверхности и внутреннее разрушение частиц, способствуя степени ацетилирования [28]. Импульсное электрическое поле (PEF), которое рассматривается как новый метод, аналогично применялось к процессу ацетилирования.Hong et al. исследовали, что обработка PEF может повысить скорость этерификации за короткий период времени при соответствующих условиях. Это было связано с разностью потенциалов и переменным направлением электрического поля. Система PEF будет увеличивать скорость миграции и направление реакционных ионов, а также эффективное столкновение между ионами, что ускоряет скорость реакции и увеличивает DS. Следовательно, умеренная концентрация крахмала (35%) и высокая напряженность электрического поля больше способствовали образованию ацетата крахмала с высоким DS [29].

2.4. Гидроксипропилкрахмал

Реакция крахмала с этерифицирующим реагентом, оксидом пропилена, приводит к введению гидроксипропильной группы в полимерную цепь крахмала. Выравнивание полимеров, которое вызывает изменение структуры пищевого продукта, приводит к непрозрачной, гелеобразной и / или комковатой текстуре с «просачиванием» жидкости из геля. Это называется ретроградацией и нежелательно во многих пищевых приложениях [30]. Процесс этерификации в основном проводится для подавления ретроградации [31].Реакционная природа пропиленоксида обусловлена его сильно напряженным трехчленным эпоксидным кольцом. Углы связи в кольце составляют в среднем 60 ° C, что приводит к очень нестабильной (реактивной) молекуле.

В реакциях замещения путем этерификации молекула крахмала должна сначала активироваться, чтобы сделать связь O-H нуклеофильной и облегчить образование крахмала-O ^—. Щелочные реагенты в этом отношении превосходны в качестве катализаторов. Затем следует реакция крахмала-O ^— и оксида пропилена, которая приводит к бимолекулярному замещению с образованием гидроксипропилкрахмала [32].Эффективность гидроксипропилирования сильно зависит от используемых реагентов. Этерификация происходит в основном в аморфной области гранулы крахмала. Сообщается, что он влияет на конформацию молекул амилозы, и, как известно, на поверхности гранул появляются дырки [33]. Эффективность реакции определяется как процент реагента, прореагировавшего или замещенного на крахмал. Оставшийся реагент расходуется на образование побочных продуктов. Эффективность зависит от диффузии или проникновения щелочного катализатора и этерифицирующего агента в гранулы крахмала и от вероятности столкновений нуклеофила алкоголятов крахмала с молекулой пропиленоксида.Повышенная температура реакции способствует диффузии щелочного катализатора и более легкому проникновению этерифицирующего реагента в точку реакции внутри крахмальных гранул и, таким образом, снижает расход реагента.

Получение гидроксипропилкрахмала из различных источников зернового крахмала, таких как рис [34], пшеница [35, 36], кукуруза [37], источники клубневого крахмала, такие как картофель [38], и источники крахмала бобовых, например, полевой горох [ 39] не поступало. Ряд запатентованных способов был разработан для получения низкозамещенных простых эфиров гидроксиалкилкрахмала в водной фазе.Высокие уровни замещения можно получить в гранулированном крахмале при использовании неводной среды или в сухих условиях [40].

Kim et al. приготовили гидроксипропилкрахмал и сравнили эффекты глицерина, сорбита и ксилита на крахмальную пленку. Было обнаружено, что лучшим пластификатором был 20% глицерин. После гидроксипропилирования хрупкость крахмальной пленки снижается [41]. Кукурузный крахмал с гидроксипропилглютеном был получен с использованием пропиленоксида в качестве этерифицирующего агента, и было обнаружено, что термическая стабильность, кислотостойкость и прозрачность крахмала улучшались по мере увеличения степени замещения.Гидроксипропилкрахмал имеет присоединенную к нему гидроксипропильную группу, которая препятствует полимеризации водородных связей молекул крахмала, что вызывает снижение температуры клейстеризации крахмала, повышение стабильности пастообразной жидкости, улучшение прозрачности, механическую прочность крахмальная пленка должна увеличиваться, а барьерные свойства должны быть улучшены [42].

2,5. Фосфат крахмала

Фосфат крахмала представляет собой этерифицированный крахмал, полученный после фосфорилирования.В настоящее время существуют в основном сухие, влажные и полусухие методы получения фосфата крахмала в стране и за рубежом. В сухом процессе определенное соотношение фосфата и раствора мочевины доводили до pH, а затем равномерно распыляли на сухой крахмал, чтобы уменьшить влажность в сушильном шкафу, чтобы нагреть реакцию с получением фосфата крахмала. Влажный процесс, применяемый в традиционном промышленном производстве, позволяет использовать фосфорилирующие агенты (ортофосфат, метафосфат, оксихлорид фосфора и т. Д.).,) для добавления к суспензии крахмала или реакции в органических растворителях. Ландерито и Ван [43] исследовали, что фосфорилирование может увеличивать вязкость крахмала и способность связывать воду. Обычное фосфорилирование может давать монозамещенный фосфатный моноэфирный крахмал или сшитый фосфодиэфирный крахмал. Тип и соотношение продукта зависели в основном от используемого фосфорилирующего агента, концентрации, pH и условий реакции. В водной среде фосфатный моноэфирный крахмал легко образовывался в мягких кислотных условиях, а сшитый фосфодиэфирный крахмал образовывался в щелочных условиях [44, 45].

Для влажного синтеза фосфат натрия сначала растворяли в деионизированной воде, pH доводили до 6 или 8,5 с помощью 10 M NaOH и добавляли воду до 100 мл. Добавляют соответствующее количество крахмала, перемешивают до тех пор, пока он не станет вязким, и дают ему уравновеситься в течение 4 часов. Смесь сушили в печи при 50 ° C в течение ночи, а затем реагировали при 140 ° C в течение 4 часов. Непрореагировавший фосфат натрия экстрагировали горячим водным раствором этанола и собирали осажденный крахмал. Дистиллированную воду промывали и сушили несколько раз, чтобы получить крахмал на основе сложного фосфатного моноэфира [46].Przetaczek-Roznowska и Fortuna [47] приготовили фосфаты крахмала в щелочных условиях со смесью триполифосфата натрия, триметафосфата натрия, сульфата натрия и тыквенного крахмала и изучили влияние различных температур этерификации (115 ° C и 145 ° C) и продолжительности фосфорилирование на характеристики клейстеризации крахмала и реологию. Несмотря на то, что мокрый процесс продолжается уже много лет и технология является зрелой, у него были недостатки, связанные с загрязнением сточных вод, высоким потреблением энергии и высокой стоимостью промышленного производства.

В последние годы полусухое приготовление стало предметом исследований. Ларс Пассауэр и др. [45] доводили pH раствора дигидрофосфата натрия и гидрофосфата натрия до pH 5 с помощью гидроксида натрия, добавляли крахмал к смеси, перемешивали и фильтровали под вакуумом. После этого осадок на фильтре измельчали при 55 ° C и сушили в течение 24 ч. Гомогенизированную смесь снова сушили при 65 ° C в течение 90 минут и реагировали при 150 ° C в течение 3 часов. После охлаждения до комнатной температуры непрореагировавшие продукты разложения фосфата и крахмала удаляли 50% -ным раствором метанола.Отфильтрованный продукт обезвоживали промыванием абсолютным этанолом и сушили с получением фосфата крахмала.

Кроме того, использование экструзии позволяет избежать таких проблем, как затраты времени на эффективность и рабочие операции в обычном процессе. В то же время высокая температура, высокое давление и сила сдвига в сухом состоянии в процессе экструзии также могут способствовать фосфорилированию крахмала. Маной и Ризви [48] разработали сверхкритическую жидкостную экструзию (SCFX) с использованием сверхкритического CO ₂ (SC-CO ₂) в качестве пенообразователя при постоянной скорости вращения шнека 120 об / мин, температуре 60–70 ° C и давление 10–15 МПа.Как правило, физическая экструзия дешевле и более рентабельна, чем обычное нагревание в печи.

3. Влияние различных эфиров крахмала на свойства теста

Крахмал может разбавлять глютен в тесте до необходимого уровня, переплетаться с глютеном и поглощать воду из глютена путем желатинизации. Функциональность сырого крахмала имеет множество недостатков, и его качество напрямую влияет на качество макаронных изделий. Эфиры крахмала — безопасные и надежные пищевые добавки, а также улучшители качества теста.Добавление различных сложных эфиров крахмала может улучшить дефектные свойства исходного крахмала [49]. Благодаря объединению белков характеристики процесса клейковины, характеристики обработки теста и газоудерживаемость были улучшены, а улучшенные макаронные изделия стали более глянцевыми, эластичными и жевательными. Различные виды и разное количество этерифицированного крахмала играют разную роль в улучшении качества теста. Результаты показали, что добавление ацетата крахмала снижает водопоглощение теста на 4%, делая тесто более твердым.Тесто, содержащее 20% ацетата крахмала (DS: 0,03–0,04), снижает температуру пика желатинизации и изменяет эндотермическую энтальпию по сравнению с таким же количеством натурального крахмала тапиоки; таким образом, его можно использовать при приготовлении лапши для замедления старения [50]. Шукри и др. обнаружили реологическую разницу между тестом из чистой пшеничной муки и смешанным порошковым тестом, содержащим 15% фосфатно-сшитого сложного эфира крахмала, степень водопоглощения снизилась с 64,3% до 62,9%, время образования теста (DDT) было в 2 раза больше, чем у исходной муки , а индекс смешанной толерантности положительно коррелировал с добавленным количеством.Пшеничное тесто, богатое фосфорилированным крахмалом, имело значительно пониженную пластичность и имеет тенденцию ломаться быстрее, чем контрольное тесто. Что касается готовой продукции, то приготовленные на пару булочки, армированные сшитым фосфатом крахмала (15% и 30%), имели значительно меньшую твердость, липкость и жевательную способность, при этом эластичность не пострадала [51].

Качество теста во время замораживания можно также улучшить, добавив сложные эфиры крахмала. Во время замороженного хранения теста и повторяющихся циклов замораживания-оттаивания поверхностная влага будет потеряна из-за сублимации, а перекристаллизация воды и образование кристаллов льда вызовут физическое повреждение структуры клейковины, что приведет к ослаблению гидрофобные связи [52, 53].Добавление ацетата крахмала и сшитого фосфата крахмала может эффективно замедлить старение замороженного теста и улучшить качество теста или хлеба, а сложный эфир крахмала с высокой степенью замещения более четко задерживает явление старения [54]. Октенилсукцинат крахмала также может значительно улучшить внутреннюю структуру замороженного теста и уменьшить старение крахмала. Когда кристаллы льда в тесте постепенно становились больше при охлаждении, молекулы амилопектина крахмала OSA могли образовывать гидрофильные и гидрофобные связи с другими компонентами теста (натуральный крахмал, белок, вода и липиды), тем самым укрепляя глютеновую сеть и избегая кристаллов льда. это нарушило структуру глютеновой сети, а также могло привести к разрушению и растрескиванию замороженного теста во время оттаивания.Точно так же октенилсукцинат крахмала действовал как криопротектор белка, предотвращая денатурацию белка теста при низких температурах, что продлевает срок хранения теста.

Существует ряд важных технологических свойств крахмала, которые можно этерифицировать биотехнологическими, физическими и химическими методами. Этерифицированные крахмалы могут быть использованы для замены пшеничной муки в традиционной выпечке на уровне 20% без ухудшения качества конечной продукции. Их добавление влияет на водопоглощение и реологические параметры теста, клейкость крахмала, консистенцию и черствение полученной крошки.Это позволяет формулировать рецепты хлеба с особыми, строго контролируемыми свойствами [50]. Применение этерифицированных крахмалов (ацетилированный адипат дистрахмала и фосфат гидроксипропилдистхмала) вызывало увеличение объема полученных безглютеновых хлебов, и наблюдаемые различия были статистически значимыми на уровнях выше 10%. Изменения сопровождались изменением структурных свойств хлебной крошки, например уменьшением среднего размера ячеек и увеличением их количества.Однако при добавлении модифицированной крахмальной крошки структура крошки стала более эластичной, что выявилось по результатам релаксации напряжений. Незначительное снижение твердости и жевательной способности мякиша наблюдалось также в день выпечки, причем его степень зависела от уровня модифицированного крахмала и была несколько более выраженной в случае адипата крахмала [55].

4. Ожидание

Процесс получения и физико-химические свойства различных сложных эфиров крахмала были подробно изучены, но в настоящее время все еще остается много недостатков.Эффективность этерификации в химическом синтезе все еще оставалась неудовлетворительной, и, с другой стороны, ожидалось, что придется решить проблему дороговизны и использования органического растворителя, которые вредны для окружающей среды и здоровья человека. С развитием ферментативного синтеза в последние несколько лет будущий процесс станет более экологически чистым и эффективным. В то же время, за исключением простого этерифицированного крахмала, комплексный модифицированный крахмал также получил большое внимание. С постоянным совершенствованием технологии этерифицированный крахмал будет иметь больше возможностей для разработки в области пищевых продуктов, биоматериалов и других областях.Технология производства будет постепенно созревать и адаптироваться к тенденциям современного промышленного производства.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Авторы хотели бы поблагодарить NSFC за финансовую помощь в рамках контрактов на исследования NSFC №№. 31701636 и 31171789 и Национальная программа ключевых исследований и разработок (№ 2016YFD0401302).

Крахмал | Encyclopedia.com

КРАХМАЛ. Крахмал представляет собой высокоорганизованную смесь двух углеводных полимеров, амилозы и амилопектина, которые синтезируются растительными ферментами и одновременно упаковываются в плотные нерастворимые в воде гранулы. Гранулы крахмала различаются по размеру (от 1 до 100 микрон [мкм] в диаметре) и форме, что характерно для их конкретного растительного происхождения. Крахмал — основной запас энергии растений; он находится в основном в семенах, корнях или клубнях, сердцевине стебля и плодах. Амилоза крахмала — это прежде всего линейная цепь звеньев глюкозы.Цепи амилозы могут скручиваться в двойные спирали и становиться нерастворимыми в холодной воде. Амилопектин также состоит из цепочек глюкозных единиц, но цепи разветвлены. Эта разветвленная структура делает амилопектин растворимым в холодной воде. Молекулярная архитектура амилопектина и амилозы внутри гранул не совсем понятна, но гранулы нерастворимы в холодной воде. Функциональные свойства нативного крахмала определяются структурой гранул. Внешний вид гранул и их функциональные свойства меняются в зависимости от растительного происхождения.

Физические и функциональные свойства

В домашней кулинарии и в пищевой промышленности природные крахмалы используются из-за их загущающих свойств. Гранулы крахмала при нагревании в воде постепенно впитывают воду и набухают в размерах, в результате чего смесь загустевает. Однако при продолжительном нагревании набухшие гранулы фрагмента смесь становится менее густой, а амилоза и амилопектин становятся растворимыми в горячей смеси. Этот процесс набухания и фрагментации гранул называется желатинизацией.После желатинизации гранулы не могут быть воссозданы, и крахмал просто ведет себя как смесь амилозы и амилопектина. Из-за большего размера набухших гранул по сравнению с размером амилозы и амилопектина, вязкость смеси набухших гранул намного выше, чем вязкость (сопротивление течению жидкой или полужидкой смеси) амилозы / амилопектина. смесь. Крахмалы из разных растительных источников различаются по температуре клейстеризации, скорости желатинизации, максимальной вязкости, прозрачности желатинизированной смеси и способности образовывать твердый гель при охлаждении.

Текстура смесей желатинизированного при нагревании крахмала различна. Некоторые смеси желатинизированного крахмала имеют гладкую кремообразную текстуру, а другие более пастообразные. Некоторые крахмалы образуют гели после варки и охлаждения. Эти гели крахмала могут не иметь стабильности и медленно выделять воду через поверхность геля. Подобное разложение желатинизированного крахмала происходит в некоторых замороженных продуктах во время размораживания и повторного замораживания. Хотя амилоза растворима в смеси горячего желатинизированного крахмала, она имеет тенденцию становиться нерастворимой в охлажденной смеси.Это явление называется ретроградацией, и оно происходит, когда цепи амилозы связываются вместе в спиральные и двойные спиральные витки. Ретроградация влияет на консистенцию пищевого продукта, а также снижает усвояемость продукта. Чтобы свести к минимуму эти проблемы, необходимо использовать подходящие крахмалы для различных пищевых продуктов. Некоторые крахмалы являются хорошими пленкообразователями и могут использоваться в покрытиях или в качестве пленочных барьеров для защиты пищевых продуктов от впитывания масла во время жарки.

Нативный и модифицированный крахмалы

Преобладающими товарными крахмалы являются крахмалы из полевой кукурузы (кукуруза), картофеля, маниоки (тапиока), пшеницы, риса и аррорута.Кукурузный крахмал (27 процентов амилозы и 73 процента амилопектина) является основным коммерческим крахмалом во всем мире. Генетические варианты полевой кукурузы включают восковую кукурузу, которая производит крахмал с содержанием амилопектина от 98 до 100 процентов, и крахмалы с высоким содержанием амилозы с содержанием амилозы от 55 процентов, 70 процентов и выше. Восковый крахмал не образует гелей и не ретроградно. Крахмалы с высоким содержанием амилозы ретроградны более интенсивно, чем обычные крахмалы, и менее усваиваются. Их линейная структура позволяет им формировать пленки.

С 1940-х годов спрос на полуфабрикаты, сухие смеси и различные обработанные пищевые продукты привел к модификации крахмалов для пищевых продуктов и других коммерческих продуктов. Эти модифицированные крахмалы улучшают текстурные свойства пищевых продуктов и могут быть более подходящими для использования в современном технологическом оборудовании. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов регулирует использование различных модифицированных пищевых крахмалов, определяя типы разрешенных модификаций, степень модификации и реагенты, используемые при химической модификации.Однако на этикетке продукта должно быть указано только, что присутствует «модифицированный крахмал». На самом деле модифицируется лишь небольшая часть сайтов, доступных для модификации пищевых крахмалов. Хотя степень модификации невелика, свойства крахмалов значительно улучшаются. Этой небольшой степени модификации достаточно для получения более растворимого и стабильного крахмала после варки. Прозрачность желатинизированного крахмала, а также стабильность приготовленных крахмальных гелей и крахмальных гелей улучшаются.Процедуры модификации выполняются в мягких условиях, которые не вызывают желатинизации гранул нативного крахмала, и, следовательно, функциональные свойства гранул сохраняются. Эмульгирующие свойства крахмала также могут быть улучшены путем соответствующей модификации, улучшающей стабильность заправок для салатов и некоторых напитков.

Физически модифицированные крахмалы включают прежелатинизированный крахмал, который получают путем желатинизации при нагревании и затем сушат до порошка. Этот быстрорастворимый крахмал растворим в воде и не требует дальнейшего приготовления.Из-за его более низкой вязкости в результате потери структуры гранул крахмал можно использовать в более высоких концентрациях. Некоторые кондитерские изделия требуют высокого уровня крахмала для придания структуре своей продукции. Эти желатинизированные быстрорастворимые крахмалы служат этой роли. Набухающие в холодной воде крахмалы представляют собой другой тип быстрорастворимого крахмала. Они производятся по запатентованному процессу, который сохраняет структуру гранул, но снижает их прочность. Эти набухающие в холодной воде крахмалы имеют более высокую вязкость, чем другие быстрорастворимые крахмалы.Они используются в пищевых смесях быстрого приготовления и в таких продуктах, как заправки для салатов с низким содержанием жира и майонез.

Селекция растений привела к созданию специальных крахмалов с нетипичными пропорциями амилозы и амилопектина. Крахмал восковой кукурузы, содержащий почти 100% амилопектина, по своей природе устойчив к ретроградации. Химически сшитый восковой кукурузный крахмал представляет собой модифицированный крахмал очень высокого качества. Крахмалы с высоким содержанием амилозы стали доступны совсем недавно и привели к снижению калорийности крахмалов. Из-за кристалличности этих крахмалов они частично устойчивы к перевариванию кишечными амилазами и ведут себя как пищевые волокна при анализе с помощью официальных методов анализа пищевых волокон.Некоторые из этих крахмалов с высоким содержанием амилозы при анализе содержат до 60 процентов пищевых волокон.

Пищевая ценность сырых (нежелатинизированных) крахмалистых продуктов (зерновых культур, картофеля, гороха и бобов) относительно низкая. Наши пищеварительные ферменты с трудом превращают природный гранулированный крахмал сырых фруктов и овощей в глюкозу, которая всасывается в тонком кишечнике. Непереваренный крахмал попадает в толстую кишку, где вместе с пищевыми волокнами расщепляется до глюкозы и ферментируется до короткоцепочечных жирных кислот.Некоторые из этих короткоцепочечных кислот всасываются из толстого кишечника, что приводит к восстановлению некоторой калорийности природного крахмала.

Декстрины на основе крахмала и кукурузные сиропы

Модифицированные крахмалы, как описано выше, были разработаны для улучшения функциональных свойств крахмала в пищевых продуктах, а также их способности противостоять физическим силам современных систем обработки пищевых продуктов. Помимо пищевого применения крахмалов и модифицированных крахмалов, природные крахмалы также превращаются в другие продукты, которые используются в пищевой и других отраслях промышленности.Эти продукты не требуют гранулированного характера нативного крахмала, который теряется в результате химического или ферментативного воздействия во время обработки крахмала.

Декстринизация, процесс, требующий высоких температур и кислоты, который используется с начала 1800-х годов, превращает нативный крахмал в декстрины, которые состоят из амилозных и амилопектиновых цепей меньшего размера и с измененной структурой. Следовательно, пищевая и непищевая промышленность имеют доступ к ряду декстринов с различными молекулярными размерами, растворимостью и вязкостью, но без гранулированных характеристик, описанных выше.Кукурузные сиропы производятся так же, как и декстрины, но они преобразуются в более высокой степени, так что глюкоза является основным ингредиентом. Появление в последнее время фермента, превращающего глюкозу во фруктозу, привело к появлению новой отрасли кукурузных сиропов с высоким содержанием фруктозы, которые нашли прочный рынок в напитках.

См. Также Жиры ; Frying ; Масло .

БИБЛИОГРАФИЯ

Фрейзер, Питер Дж., Питер Ричмонд и Афина М.Дональд, ред. Структура и функции крахмала . Кембридж, Великобритания: Королевское химическое общество, 1997.

Лайт, Джозеф М. «Модифицированные пищевые крахмалы: почему, что, где и как». Cereal Foods World 35 (1990): 1081–1092.

Мерфи, Полина. «Крахмал.» В справочнике по гидроколлоидам , под редакцией Глина О. Филлипса и Питера А. Уильямса. Кембридж, Великобритания: Woodhead Publishing; Бока-Ратон, Флорида: CRC Press LLC, 2000.

Томас, Дэвид Дж. И Уильям А.Этвелл. Крахмалы . Сент-Пол, Миннесота: Eagan Press, 1999.

Бетти А. Льюис

Энциклопедия продуктов питания и культуры Льюис, Бетти А.

Физико-химические характеристики и функциональные свойства крахмала из белого сладкого картофеля. Автор Видья Рахмавати Саман, Индиана. Юлиасих, г-н Суджиарто :: SSRN

Международный журнал инженерных и управленческих исследований e-ISSN: 2250-0758 | п-ISSN: 2394-6962 Том 9, Выпуск 3 (июнь 2019)

5 стр. Размещено: 24 мар 2020

Дата написания: 2019

Аннотация

Сладкий картофель — это сельскохозяйственный продукт, который является источником высоких углеводов и может выращиваться в бесплодных районах.Переработка сладкого картофеля в качестве пищевого и промышленного сырья все еще ограничена. Один из способов обработки сладкого картофеля — высушить сладкий картофель до крахмала, чтобы он мог увеличить емкость хранения сладкого картофеля, а также был полезным и практичным при хранении и транспортировке, чтобы его можно было перерабатывать в различные пищевые продукты. Целью данного исследования было изучение и оценка физико-химических характеристик и функциональных свойств крахмала белого сладкого картофеля разновидностей АК.Для анализа этих характеристик и свойств используются различные методы, в том числе метод Кьедала, AOAC (Ассоциация официальной аналитической химии), SNI (национальный стандарт Индонезии) и несколько разработанных методов. Результаты показали, что значения содержания влаги 9,02%, содержания золы 0,37%, сырой клетчатки 0,62%, содержания жира 0,13%, содержания крахмала 85,23%, содержания амилозы 35,99%, содержания углеводов 88,75%, стабильности при замораживании-оттаивании 77,14% степени белизны. 95,18% и прозрачность крахмальной пасты 44.97%. Полученные характеристики соответствуют стандартам, но каждый сорт имеет преимущества и недостатки, так что он может быть адаптирован к использованию пищевых продуктов, которые хотят использовать сорта сладкого картофеля переменного тока и белого сладкого картофеля.

Ключевые слова: Характеристики, свойства, сладкий картофельный крахмал

Рекомендуемое цитирование: Предлагаемая ссылка

Саман, Видья Рахмавати и Юлиаси, Индах и Сугиарто, г-н., Физико-химические характеристики и функциональные свойства крахмала из белого сладкого картофеля (2019). Международный журнал инженерных и управленческих исследований e-ISSN: 2250-0758 | п-ISSN: 2394-6962 Том 9, Выпуск 3 (июнь 2019 г.), Доступно на SSRN: https://ssrn.com/abstract=3534954 или http://dx.doi.org/10.2139/ssrn.3534954 Производство и характеристика наночастиц крахмала с помощью мягкого щелочного гидролиза и ультразвуковой обработки
1.
Ле Корре, Д., Бра, Дж. И Дюфрен, А. Наночастицы крахмала: обзор. Биомакромолекулы 11 (5), 1139–1153, https://doi.org/10.1021/bm
8y (2010).
CAS Статья Google ученый
2.
Перес, С. и Бертофт, Э. Молекулярные структуры компонентов крахмала и их вклад в архитектуру гранул крахмала: всесторонний обзор. Starch / Stärke 62 , 389–420 (2010).
Артикул Google ученый
3.
Ахмад, М. и др. . Наноинкапсуляция катехина в наночастицах крахмала: характеристика; поведение высвобождения и сохранение биоактивности при расщеплении in vitro . Пищевая химия 270 , 95–104 (2019a).
4.
Haroon, M. и др. . Химическая модификация крахмала и его применение в качестве адсорбирующего материала. Коллоиды и поверхности B: Биоинтерфейсы 126 , 607–620 (2015).
Артикул Google ученый
5.
Ахмад, М., Гани, А., Хамед, Ф. и Максуд, С. Сравнительное исследование использования микро- и наночастиц крахмала для инкапсуляции пробиотиков, полученных из верблюжьего молока (Pediococcusacidolactici). LWT 110 , 231–238 (2019b).
6.
Ахмад, М., Куреши, С., Максуд, С., Гани, А. и Масуди, Ф. А. Микроинкапсуляция фолиевой кислоты с использованием крахмала конского каштана и β-циклодекстрина: характеристика микрокапсул, поведение высвобождения и антиоксидантный потенциал при состояниях желудочно-кишечного тракта. Пищевые гидроколлоиды 66 , 154–160 (2017).
CAS Статья Google ученый
7.
Kim, H.-Y., Park, S. & Lim, S.-T. Получение, характеристика и использование наночастиц крахмала. Коллоиды и поверхности B: Биоинтерфейсы 126 , 607–620 (2015).
CAS Статья Google ученый
8.
Correy, D. L. & Hélène, A.-C. Получение и применение наночастиц крахмала для нанокомпозитов: обзор — . Реактивные и функциональные полимеры 85 , 97–120 (2014).
Артикул Google ученый
9.
Сильва, Н. М. С. и др. . Композитные пленки PBAT / TPS, армированные наночастицами крахмала, полученными с помощью ультразвука. Международный журнал науки о полимерах , 4308261, 1–10, https://doi.org/10.1155/2017/4308261 (2017).
10.
Чанг, Ю. и др. . Высокая эффективность и низкая стоимость приготовления наночастиц крахмала с контролируемым размером с помощью ультразвуковой обработки и осаждения. Пищевая химия 227 , 369–375 (2017).
CAS Статья Google ученый
11.
Alyne, F. K., Minakawa, P., Faria-Tischer, C. S. & Suzana, M. Простой ультразвуковой метод для получения микро- и наночастиц крахмала из крахмала маниока, кукурузы и ямса. Пищевая химия 283 , 11–18 (2019).
Артикул Google ученый
12.
Манал, А.Э.-С. Новый метод синтеза наночастиц крахмала. Углеводные полимеры 176 , 214–219 (2017).
Артикул Google ученый
13.
Хадис Р., Фальсафи С. Р. и Джафари С. М. Дж. Наноносители на основе крахмала как новейшие натуральные грузы для доставки нутрицевтиков. Тенденции в пищевой науке и технологиях 88 , 397–415 (2019).
Артикул Google ученый
14.
Фарраг Ю. и др. . Получение наночастиц крахмала, загруженных кверцетином, методом нанопреципитации. Международный журнал биологических макромолекул 114 , 426–433 (2018).
CAS Статья Google ученый
15.
Вани, И. А. и др. . Влияние гамма-излучения на физико-химические свойства крахмала индийского конского каштана (AesculusindicaColebr.). Пищевые гидроколлоиды 35 , 253–263 (2014).
CAS Статья Google ученый
16.
Grieser, F., Ashokkumar, M. & Sostaric, J.Z.Сонохимия и сонолюминесценция в коллоидных системах. Сонохимия и сонолюминесценция . 345–362 Нидерланды: Springer (1999).
17.
Schäfer, B., Hecht, M., Harting, J. & Nirschl, H. Агломерация и фильтрация коллоидных суспензий с взаимодействиями DVLO в моделировании и эксперименте. Journal of Colloid and Interface Science 349 , 186–195 (2010).
ADS Статья Google ученый
18.
Ашвар Б.А. и др. . Производство резистентного крахмала из риса путем двойной обработки в автоклаве и ретроградации: In vitro усвояемость, термическая и структурная характеристика. Пищевые гидроколлоиды 56 , 108–117 (2016).
CAS Статья Google ученый
19.
Конг, Л., Ли, К., Ким, С. Х. и Зиглер, Г. Р. Характеристика полиморфных структур крахмала с использованием спектроскопии генерации суммарной частоты колебаний. Журнал физической химии B 118 , 1775–1783 (2014).
CAS Статья Google ученый
20.
Ахмад, М., Ашраф, Б., Гани, А. и Гани, А. Микрокапсулирование антоцианов шафрана с использованием β-D-глюкана и β-циклодекстрина: характеристика микрокапсул, поведение при высвобождении и антиоксидантный потенциал в течение г. пищеварение in vitro . Международный журнал биологических макромолекул 109 , 435–442 (2018).
CAS Статья Google ученый
21.
Чун, А., Ли, Х.-Дж., Хамакер, Б. Р., Джанасвами, С. Влияние температуры созревания на структуру крахмала и свойства желатинизации, пастирования и варки риса (Oryza sativa). Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии 63 (12), 3085–3093 (2015).
CAS Статья Google ученый
22.
Мондрагон, М., Белло-Перес, Л. А., Агама-Асеведо, Э., Бетанкур-Анкона, Д. и Пена, Ж.-Л. Влияние времени приготовления, замачивания и концентрации извести на клейстеризацию кукурузы во время никстамализации. Крахмал — Stärke 56 (6), 248–253 (2004).
Артикул Google ученый
23.
Хебейш, А., Эль-Рафи, М. Х., Эль-Шейх, М. А. и Эль-Наггар, М. Е. Ультратонкие характеристики наночастиц крахмала, полученных с использованием нативного крахмала с поверхностно-активным веществом и без него. Журнал неорганических и металлоорганических полимеров и материалов 24 (3), 515–524 (2014).
CAS Статья Google ученый
24.
Лю, Х. и др. . Оптимизация извлечения полисахаридов из Dictyophoraindusiata и определение его антиоксидантной активности. Внутр. J. Biol. Макромол. 103 , 175–181 (2017).
CAS Статья Google ученый
25.
Лю Т. Ю., Ма, Ю., Ю, С. Ф., Ши, Дж. И Сюэ, С. Влияние обработки в шаровой мельнице на структуру и пористость гранул кукурузного крахмала. Innov. Food Sci. Emerg. Technol. 12 , 586–593 (2011).
CAS Статья Google ученый
26.
Capron, I., Robert, P., Colonna, P., Brogly, M. & Planchot, V. Крахмал в каучуковом и стекловидном состояниях по данным FTIR-спектроскопии. Углеводные полимеры 68 (2), 249–259 (2007).
CAS Статья Google ученый
27.
Рагаб, Х. и Эль-Кадер, М. А. Оптические и термические исследования смесей крахмал / метилцеллюлоза. Phys Scr. 87 (2), 025602 (2013).
ADS Статья Google ученый
28.
Hasanvand, E., Fathi, M. & Bassiri, A. Производство и характеристика наночастиц крахмала, нагруженных витамином D3: влияние соотношения амилозы к амилопектину и параметры обработки ультразвуком. J. Food Sci Technol. 55 (4), 1314–1324 (2008).
Артикул Google ученый
29.
Гунаратне А. и Гувер Р. Влияние термовлажностной обработки на структуру и физико-химические свойства клубневых и корневых крахмалов. Углеводные полимеры 49 , 425–437 (2002).
CAS Статья Google ученый
30.
Бертолини, А.С., Местрес, К., Колонна, П. и Раффи, Дж. Образование свободных радикалов в крахмале маниоки, облученном УФ- и гамма-излучением. Углеводные полимеры. 44 , 269–271 (2001).
CAS Статья Google ученый
31.
Левандович Г., Янковски Т. и Форнал Дж. Влияние микроволнового излучения на физико-химические свойства и структуру зернового крахмала. Углеводные полимеры 42 , 193–199 (2000).
CAS Статья Google ученый
32.
Рената, К., Божена, Р., Салах, Л. и Петр, У. М. ЯнушРозицк, Разложение хитозана и крахмала ультразвуком с частотой 360 кГц. Углеводные полимеры 60 , 175–184 (2005).
Артикул Google ученый
33.
Boufi, S. et al. . Производство наночастиц крахмала с помощью ультразвука: структурные характеристики и механизм распада. Ультразвук Сонохимия 41 , 327–336 (2018).
CAS Статья Google ученый
34.
Аги, А. и др. . Влияние нанопреципитации на наночастицы кристаллического крахмала, образованные при ультразвуковом гидролизе слабокислотного крахмала маниоки, и реологию их растворов. Химическая инженерия и переработка — интенсификация процессов. 142 , 107556, https: // doi.org / 10.1016 / j.cep.2019.107556 (2019).
CAS Статья Google ученый
35.
Сингх Н. и Каур Л. Морфологические, термические и реологические свойства фракций картофельного крахмала, различающихся по размеру гранул. Journal of the Science of Food and Agriculture 84 , 1241–1252 (2004).
CAS Статья Google ученый
36.
Чжу, Х. и др. . Влияние щелочной гомогенизации и гомогенизации под высоким давлением на экстракцию фенольных кислот из кожуры картофеля. Инновационная наука о продуктах питания и новые технологии 37 , 91–97 (2016).
37.
Falsafi, S. R. et al. . Приготовление физически модифицированного овсяного крахмала с помощью различных обработок ультразвуком. Food Hydrocoll. 89 , 311–320, https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2018.10.046 (2019).
CAS Статья Google ученый
38.
Zhang, Z., Wang, X., Mo, X. & Qi, H. Деградация и антиоксидантная активность полисахарида из Enteromorphalinza . Углеводные полимеры 92 , 2084–2087 (2013).
CAS Статья Google ученый
39.
Zhou, C., Wang, Y., Ma, H. & He, R. Влияние ультразвуковой деградации на in vitro антиоксидантную активность полисахаридов из Porphyrayezoensis (Rhodophyta). Food Science and Technology International 14 (6), 479–486 (2008).
CAS Статья Google ученый
40.
Иида, Ю., Тузиути, Т., Ясуи, К., Товата, А., Козука, Т. Контроль вязкости растворов крахмала и полисахаридов с помощью ультразвука после желатинизации. Innovative Food Science & Emerging Technologies 9 (2), 140–146 (2008).
CAS Статья Google ученый
41.
Hajdú, Z. и др. . Дитерпеноиды и флавоноиды плодов Vitexagnuscastus и антиоксидантная активность экстрактов плодов и их компонентов. Phytother Res. 21 , 391–394 (2007).
Артикул Google ученый
42.
Kabouche, A., Kabouche, Z., ztürk, Ö., Kolak, M. & tıTopc, G. Антиоксидантные дитерпеноиды абиетана из Salvia barrelieri. FoodChem. 102 , 1281–1287 (2007).
CAS Google ученый
43.
Bajpai, V.K., Sharma, A., Kang, S.C. & Kwang-Hyun, B. Антиоксидант, ингибирование перекисного окисления липидов и эффективность улавливания свободных радикалов дитерпеноидного соединения sugiol, выделенного из Metasequoiaglyptostroboides. Азиатско-Тихоокеанский журнал тропической медицины , 9–15 (2014).
44.
Rabek, J. F. Экспериментальные методы в химии полимеров: Применение широкоугольной дифракции рентгеновских лучей (WAXD) для изучения структуры полимеров. Чичестер: Wiley Interscience (1980).
Структура и характеристики углеводов в рационах свиней: обзор | Journal of Animal Science and Biotechnology
Классификация углеводов по размеру молекулы или DP группирует на моносахариды, дисахариды, олигосахариды и полисахариды [1]. Моносахариды — это хиральные полигидроксилированные альдозы или кетозы, которые не могут быть гидролизованы до более мелких углеводных единиц [11]. Их можно классифицировать по количеству атомов углерода в их структуре, которое составляет от трех до девяти атомов углерода (т.е., триоза, тетроза, пентоза, гексоза, гептоза, октоза и ноноза), по типу карбонильной группы, которую они содержат (например, альдоза или кетоза), и по их стереохимии (например, d или ) , и они имеют общую химическую формулу (CH ₂ O) _n [12]. Альдозы называют восстанавливающими сахарами из-за их восстанавливающего действия на определенные ионы или соединения, окисляя их альдегидную группу до карбонильной группы [11]. Простейшим альдозным сахаром с хиральным атомом является глицеральдегид, вторая молекула C которого присоединена к четырем различным группам, что дает возможность этому C иметь две пространственные конфигурации, поэтому глицеральдегид существует как в d — так и в ʟ . — формы [2].Каждая из четырех тетраэдрических связей хиральных атомов углерода связана с другой группой [13]. Хиральность сахаров и АК обычно обозначают системой d / ʟ и называют в соответствии со структурой глицеральдегида [2].
Моносахариды
Наиболее распространенными моносахаридами являются 6-C альдогексозы, которые включают альдогексозу d -глюкозу и обычно присутствуют в их кольцевых структурах, называемых пиранозным кольцом, а не в структурах с открытой цепью (рис.1) [11]. В олиго- и полисахаридах альдопентозы могут встречаться в виде 5-C кольцевой структуры, известной как фуранозное кольцо [11]. d -Глюкоза, учитывая все ее комбинированные формы, является наиболее распространенным моносахаридом, который встречается в природе в природе [13]. Наиболее распространенной кетозой является d-арабиногексулоза, более известная под своим тривиальным названием d -фруктоза [2]. Три триозы включают кетозодигидроксиацетон и обе энантиомерные формы глицеральдегида [14]. Эритроза и треоза являются примерами тетроз, а пентозы включают рибозу, арабинозу, ксилозу и апиозу [2].
Рис. 1
Химическая структура моносахаридов, которые обычно связаны с легкоусвояемыми углеводами и клетчаткой. По материалам Albersheim et al. [40]
Сахара, такие как глюкоза, галактоза, манноза и фруктоза, которые имеют разные структуры, но имеют одинаковую химическую формулу, C ₆ H ₁₂ O ₆, называются изомерами [3]. Сахара, которые различаются по конфигурации только вокруг одного атома углерода, называются эпимерами, например, d -глюкоза и d -манноза, которые различаются по своей структуре вокруг C-2 [2].Пара энантиомеров представляет собой особый тип изомерии, где два члена пары являются зеркальными отображениями друг друга и обозначены как находящиеся в структуре d — или ʟ — (т. Е. d -глюкоза или ʟ -глюкоза), в зависимости от положения группы –ОН, связанной с наиболее удаленным от карбонильной группы асимметричным углеродом [3].
Другие типы моносахаридов включают альдиты или полиолы, которые представляют собой альдозы или кетозы, карбонильные группы которых восстановлены до спирта [13].Примером встречающегося в природе альдита в растениях и других организмах является d -глюцитол, широко известный как сорбит, который является продуктом восстановления d -глюкозы [13]. Поглощение и метаболизм полиолов различаются в зависимости от типа, но большинство из них ферментируются в толстой кишке [15].
В дезоксисахарах отсутствует одна или несколько гидроксильных групп, присоединенных к их атомам углерода, например 6-дезокси- ʟ -манноза ( ʟ -рамноза), которая обычно связана с пектином, 2-дезокси- d -рибоза, сахарный компонент ДНК, и 6-дезокси- ʟ -галактоза ( ʟ -фукоза), компонент гликопротеинов и гликолипидов в клеточных стенках и клетках млекопитающих [13, 14, 16].
Уроновые кислоты — это сахарные кислоты, в которых концевая группа –CH ₂ OH подвергается окислению с образованием карбоновой кислоты [14]. Уроновые кислоты, которые способствуют образованию пищевых волокон, включают компоненты неперевариваемых полисахаридов растений и водорослей, такие как d -глюкуроновая кислота, d -галактуроновая кислота, d -маннуроновая кислота и ʟ -гулуроновая кислота [ 2]. Сахар из активированной формы глюкуроновой кислоты используется в синтезе гликозаминогликанов у млекопитающих, а ʟ -идуроновая кислота синтезируется из d -глюкуроновой кислоты после ее включения в углеводную цепь [3].
Дисахариды
Две моносахаридные единицы, соединенные ацетальной или кетальной связью, называются дисахаридом [14]. Гликозидная связь соединяет 2 моносахаридных звена и может быть либо α-гликозидной связью, если аномерная гидроксильная группа сахара находится в α-конфигурации, либо β-гликозидной связью, если она находится в β-конфигурации [3]. Гликозидная связь называется в соответствии с положением связанного атома углерода, например, α-гликозидная связь, соединяющая C-1 молекулы глюкозы и C-4 другой молекулы глюкозы в мальтозе, называется α- (1, 4) гликозидная связь (рис.2) [17]. Три наиболее распространенных дисахарида — это мальтоза, лактоза и сахароза [11]. Мальтоза — редуцирующий сахар, который является продуктом гидролиза крахмала ферментом α-амилазой [13]. Лактоза представляет собой редуцирующий сахар, который состоит из d -глюкозильного звена и α- d -галактопиранозильного звена, связанных β- (1,4) гликозидной связью, и присутствует в молоке и молочных продуктах, таких как обезжиренное молоко и сыворотка [17]. Сахароза состоит из глюкозы и фруктозы, связанных α- (1,2) гликозидной связью [17].В отличие от общей связи голова-хвост (аномерный атом углерода к атому углерода, содержащему гидроксильную группу) в структуре олиго- и полисахаридов, в сахарозе гликозидная связь, соединяющая α- d -глюкопиранозильное звено и β- d -фруктофуранозильное звено имеет прямое соединение (от аномерного атома углерода до аномерного атома углерода), что делает его невосстанавливающим сахаром [13]. Сахароза синтезируется в процессе фотосинтеза, чтобы обеспечить энергию и атомы углерода для синтеза других соединений в растении [13].
Рис. 2
Химическая структура ди- и олигосахаридов. По материалам Bach Knudsen et al. [1]
Мальтоза, лактоза и сахароза гидролизуются до составляющих их моносахаридных единиц ферментами мальтаза, лактаза и сахароза соответственно [17]. Комплексы α-глюкозидазы мальтаза-глюкоамилаза и сахараза-изомальтаза, которые присутствуют в щеточной кайме тонкой кишки, расщепляют гликозидные связи в мальтозе и сахарозе, соответственно, при этом большая часть активности мальтазы обеспечивается комплексом сахараза-изомальтаза [2, 13, 17].Моносахариды, образующиеся в результате переваривания этих дисахаридов, легко всасываются в тонком кишечнике [18]. Лактаза, β-галактозидаза, также экспрессируется молодыми млекопитающими, которые переваривают лактозу до составляющих ее моносахаридов, которые впоследствии абсорбируются в тонком кишечнике [1, 13].
Другие дисахариды, присутствующие в природе, включают трегалозу, целлобиозу и гентиобиозу [17]. Трегалоза представляет собой невосстанавливающий дисахарид, состоящий из двух α- d -глюкопиранозильных единиц, связанных вместе α- (1,1) гликозидной связью [2].В небольших количествах трегалоза содержится в грибах, дрожжах, меде, некоторых морских водорослях и беспозвоночных, таких как насекомые, креветки и омары [13]. Трегалоза переваривается ферментом альфа-глюкозидазой треалазой, который экспрессируется в тонком кишечнике человека и большинства животных [2]. Две молекулы глюкозы связаны вместе β- (1,4) и β- (1,6) гликозидными связями с образованием целлобиозы и гентиобиозы, соответственно, и эти дисахариды могут использоваться только после микробной ферментации, поскольку у свиней отсутствуют ферменты, способные переваривания этих связей [17].Целлобиоза является продуктом разложения целлюлозы, тогда как гентиобиоза, как полагают, играет роль в инициации созревания плодов томатов [19].
Олигосахариды
Олигосахариды состоят из галактоолигосахаридов, фруктоолигосахаридов и маннанолигосахаридов, которые не перевариваются ферментами поджелудочной железы или кишечника, но растворимы в 80% этаноле [15, 20]. Галактоолигосахариды или α-галактозиды, которые присутствуют в больших количествах в бобовых, состоят из рафинозы, стахиозы и вербаскозы, которые имеют структуру, состоящую из единицы сахарозы, связанной с одной, двумя или тремя единицами d- галактоза соответственно (рис.2) [2]. Эти олигосахариды вызывают метеоризм у свиней и людей из-за отсутствия фермента α-галактозидазы, который гидролизует гликозидные связи, связывающие моносахариды, составляющие эти α-галактозиды, и, следовательно, утилизируются бактериями в толстой кишке [12, 21 ]. В раффинозе d -галактоза связана с сахарозой посредством α- (1,6) связи, тогда как две единицы и три единицы d -галактозы связаны с сахарозой, также через α- (1,6) гликозидную связями в стахиозе и вербаскозе соответственно [17].Трансгалактоолигосахариды — это еще один тип галактоолигосахаридов, которые могут иметь пребиотические эффекты у молодых свиней и коммерчески синтезируются из действий трансгликозилирования β-гликозидаз на лактозу, создавая β- (1,6) полимеры галактозы, связанные с конечной единицей глюкозы. через α- (1,4) гликозидную связь [17, 22]. Однако трансгалактоолигосахариды не синтезируются в природе [17].
Фруктоолигосахариды, или фруктаны, представляют собой цепи моносахаридов фруктозы с концевым звеном глюкозы и классифицируются как инулины или леваны [17, 23].Инулин в основном содержится в двудольных, тогда как леваны — в однодольных [24]. Фруктоолигосахариды не гидролизуются в тонком кишечнике из-за β-связей между их мономерами, но могут ферментироваться до молочной кислоты и SCFA в толстом кишечнике [2, 20, 25]. Инулин естественным образом содержится в луке, чесноке, спарже, бананах, топинамбурах, пшенице и цикории как запасной углевод [13, 15, 20]. Инулин состоит из β- d -фруктофуранозильных звеньев, связанных β- (2,1) гликозидными связями, и имеет DP от 2 до 60 [13, 17].Полимер состоит из остатков фруктозы, присутствующих в форме фуранозного кольца, и часто имеет концевое звено сахарозы на восстанавливающем конце [2, 13]. Леваны — это фруктаны, которые имеют среднюю длину от 10 до 12 единиц фруктозы, связанных β- (2,6) связями, но могут иметь DP более 100 000 единиц фруктозы и обнаружены в бактериальных фруктанах и многих однодольных [24, 26]. ]. Леваны получают в результате реакций трансгликозилирования, катализируемых ферментом левансахаразой, который секретируется некоторыми бактериями и грибами, которые предпочтительно используют d -гликозильную единицу сахарозы, тем самым превращая сахарозу в леваны с β- (2,1) -связанными боковыми цепями. [13, 17].Полисахариды, содержащие значительное количество связей β- (2,1), также можно назвать «леваном» [14]. Третий тип фруктанов, называемый фруктанами граминанового типа, содержит комбинацию как β- (2,1), так и β- (2,6) связей и присутствует в пшенице и ячмене [27].
Маннанолигосахариды состоят из полимеров маннозы, происходящих из стенок дрожжевых клеток, и расположены на внешней поверхности стенок дрожжевых клеток, прикрепленных к β-глюканам внутреннего матрикса через β- (1,6) и β- (1,3) гликозидные связи [17].Маннанолигосахариды и фруктоолигосахариды могут вести себя как пребиотики из-за их благотворного воздействия на здоровье хозяина, стимулируя рост или активность определенных бактерий в толстой кишке [28]. Было высказано предположение, что маннан-олигосахариды регулируют реакцию свиней на иммунологические проблемы и могут предотвращать чрезмерную стимуляцию иммунной системы животного-хозяина после инфекции [29].
Полисахариды
Полисахариды — высокомолекулярные углеводы, являющиеся полимерами моносахаридов [13].Полисахариды состоят из полимеров сахаров, которые различаются по размеру и могут быть линейными или разветвленными [2]. DP варьируется в зависимости от типа полисахарида и может составлять от 7000 до 15000 в целлюлозе и до более чем
в амилопектине [13]. Полисахариды можно классифицировать как гомополисахариды, если они содержат только один тип остатков сахара (например, крахмал, гликоген и целлюлозу), или как гетерополисахариды, если они содержат в своей структуре два или более различных типа остатков сахара (например,g., арабиноксиланы, глюкоманнаны и гиалуроновая кислота; 2). Полисахариды в больших количествах присутствуют в рационах свиней и делятся на крахмальные и гликогеновые и некрахмальные полисахариды (NSP) [17, 30].
Крахмал может быть линейным или разветвленным и является формой хранения углеводов в растениях, тогда как гликоген сильно разветвлен и присутствует только в тканях животных, прежде всего в мышцах и печени [2, 31]. Крахмал — один из самых распространенных в природе углеводов [2]. Он синтезируется для хранения энергии для роста растений и хранится в семенах, клубнях, корнях, стеблях, листьях и некоторых фруктах [32].Крахмал представляет собой полимер d -глюкозы, который состоит из двух типов молекул, амилозы и амилопектина (рис. 3) [12]. Амилоза представляет собой короткий линейный полимер глюкозы со средней DP 1000 единиц глюкозы, связанных через α- (1,4) связи. Амилопектин содержит более крупные цепи глюкозы с DP от 10 000 до 100 000 с точками ветвления в α- (1,6) связях на каждые 20–25 единиц глюкозы [15, 30]. Общее количество α- (1,6) связей составляет всего около четырех-пяти% от общего количества гликозидных связей в амилопектине [33].Нативный крахмал содержит обе формы в виде полукристаллических гранул с различными пропорциями амилозы и амилопектина, в зависимости от растительного источника [30, 31]. Гранулы крахмала имеют различный структурный и химический состав в зависимости от вида растения и части растения, где он находится [18]. Размер гранул крахмала влияет на соотношение поверхности к объему, и чем меньше размер гранулы, тем больше отношение поверхности к объему, что приводит к большей площади поверхности для гидролиза ферментов в пищеварительном тракте [30].Переваривание крахмала начинается во рту, где слюнной секретируется α-амилаза, которая действует только на α- (1,4) связанные линейные цепи амилозы и амилопектина, пока этот фермент не дезактивируется низким pH в желудке [31] . Большие количества панкреатической α-амилазы, специфичной только для α- (1,4) связей, секретируются в просвет двенадцатиперстной кишки, продуцируя мальтозу и мальтотриозу как продукты расщепления просвета амилозы и амилопектина, а также разветвленный олигосахарид α-декстрин, образующийся из частичный гидролиз амилопектина из-за неспособности α-амилазы расщеплять α- (1,6) связи [18].Переваривание крахмала завершается олигосахаридазами (т.е. α-глюкозидазами), экспрессируемыми железами тонкого кишечника. Эти α-глюкозидазы включают комплексы сахароза-изомальтаза и мальтаза-глюкоамилаза [34]. Оба комплекса имеют различия в степени специфичности к продуктам переваривания α-амилазы и расщепляют α- (1,4) и α- (1,6) связи в α-декстринах комплементарным образом, образуя свободную глюкозу, которая является транспортируется в энтероциты [18].
Рис. 3
Химическая структура амилозы, амилопектина и целлюлозы.По материалам Bach Knudsen et al. [1]
Крахмал можно разделить на три типа: крахмал типа А имеет открытую структуру и присутствует в злаках; Крахмал типа B присутствует в клубнях и кажется более компактным; а крахмал типа C представляет собой комбинацию крахмала типов A и B и присутствует в бобовых [30]. Гранулы крахмала в сыром картофеле и зеленых бананах, которые имеют высокое содержание амилозы, приводят к более плотно упакованным гранулам, которые более нерастворимы и устойчивы к перевариванию по сравнению с амилопектинсодержащими гранулами, которые являются более разветвленными и менее плотно упакованными [2].В кукурузе, пшенице и картофеле крахмал может содержать примерно 20% амилозы и 80% амилопектина [31]. Однако кукуруза восковой спелости может содержать крахмал, содержащий почти 100% амилопектина, тогда как кукуруза с высоким содержанием амилозы может содержать до 75% амилозы [35]. Следовательно, крахмал не всегда может перевариваться α-амилазой, если зерна злаков не изменены физической обработкой (например, измельчением или вальцовой мельницей) и нагреванием (например, гранулированием, расширением или экструзией) [30].
Часть крахмала не переваривается α-амилазой или ферментами щеточной каймы и может подвергаться микробной ферментации в толстой кишке; это называется резистентным крахмалом (RS) [13, 31].Крахмал может сопротивляться перевариванию, поскольку он физически недоступен из-за того, что находится внутри целых растительных клеток или матриц (например, RS-1). Природный или сырой крахмал (RS-2) также сопротивляется перевариванию из-за нежелатинизированной кристаллической структуры гранулы, а ретроградный крахмал (RS-3) сопротивляется перевариванию, поскольку он быстро охлаждается после того, как он желатинизируется посредством нагревания. Если крахмал химически модифицирован, он также может сопротивляться перевариванию и обозначается как RS-4 [13, 30, 31]. Устойчивый крахмал служит субстратом для ферментации толстой кишки, но независимо от количества, попадающего в задний кишечник, крахмал обычно полностью ферментируется в заднем кишечнике [25].Ингредиенты, содержащие крахмал, естественно, будут содержать RS, но количество и тип крахмала будут влиять на долю общего крахмала, который составляет RS [36]. Обработка может влиять на долю крахмала, устойчивого к перевариванию, и значения RS обычно колеблются от 0 до 19% для большинства зерновых культур и от 10% до 20% для бобовых (Таблица 1) [15, 37]. Варка или созревание снижает количество RS в сырых или незрелых фруктах или овощах, таких как зеленые бананы и картофель [38].
Таблица 1 Углеводы и лигнин в зернах злаков (г / кг сухого вещества) ^{a, b}
Гликоген, α- (1,4) — d -глюкан с α- (1,6) связанными ветвями, имеет более высокую степень разветвления по сравнению с амилопектином и присутствует в тканях животных, в основном в скелетных мышцах и печени [2].Как следствие, гликоген будут потреблять только свиньи, которых кормят рационами, содержащими продукты животного происхождения. Точки ветвления гликогена располагаются в среднем после 8-10 гликозильных единиц [3]. Полимер гликогена может содержать до 100 000 единиц глюкозы [39]. Переваривание гликогена аналогично перевариванию амилопектина, что приводит к всасыванию глюкозы в тонком кишечнике [17]. Обширное разветвление гликогена увеличивает его растворимость, что позволяет более легко мобилизовать глюкозу [34].
Некрахмальные полисахариды
Некрахмальные полисахариды в основном присутствуют в первичных или вторичных стенках растительных клеток и состоят как из растворимых, так и из нерастворимых полисахаридов, которые, в отличие от крахмала, не содержат α- (1,4) -связанные гликозильные единицы [15, 30].Первичные клеточные стенки, окружающие растущие клетки, в основном состоят из полисахаридов и некоторых структурных белков, тогда как зрелые клетки, которые уже дифференцировались, окружены вторичными клеточными стенками, которые также содержат полисахариды и белки, наряду с лигнином и большим количеством целлюлозы [40]. Полисахариды клеточной стенки состоят из пентоз (то есть арабинозы и ксилозы), гексоз (то есть глюкозы, галактозы и маннозы), 6-дезоксигексоз (то есть рамнозы и фукозы) и уроновых кислот (т.е.э., глюкуроновая и галактуроновая кислоты) [41]. Эти компоненты могут существовать в формах пиранозы и фуранозы и образовывать α- или β-связи в любой из своих доступных гидроксильных групп, что приводит к широкому диапазону функциональных поверхностей за счет адаптации многочисленных трехмерных форм [42]. Фенольные остатки лигнина или его гидроксильных боковых цепей также могут связываться с гликозидными связями NSP [40]. Некрахмальные полисахариды могут приобретать гидрофобные свойства, связываясь с лигнином и суберином, тогда как степень этерификации уроновых кислот может влиять на их ионные свойства [30].Суберин, гидрофобная комплексная смесь гидроксилированных жирных кислот и жирных эфиров, присутствует в тканях сосудов, которые обеспечивают нерастворимый барьер во время нормального развития и в ответ на раневые или грибковые инфекции [40]. Некрахмальные полисахариды также могут быть классифицированы как растворимые и нерастворимые, где термин «растворимые» относится к растворимости NSP в воде или слабых щелочных растворах [41].
Наиболее распространенными NSP в клеточных стенках являются целлюлоза и нецеллюлозные полисахариды (NCP) [17].В среднем содержание целлюлозы в первичных клеточных стенках составляет от 20% до 30%, тогда как вторичные клеточные стенки могут содержать до 50% целлюлозы [40]. Первичные клеточные стенки откладываются между средней пластинкой и плазматической мембраной во время роста клеток, тогда как некоторые специализированные клетки откладывают более толстый внутренний слой, называемый вторичной клеточной стенкой, в начале дифференцировки [43]. Целлюлоза состоит из линейных β- (1,4) -связанных d -глюкопиранозильных единиц с DP, которая варьируется от 500 до 14000. Линейные единицы целлюлозы стабилизируются водородными связями между соседними остатками глюкозы, образуя организованное расположение молекул целлюлозы внутри микрофибрилл (рис.3) [42, 44]. Кристаллические области образуются, когда высокоорганизованные микрофибриллы целлюлозы выстраиваются параллельно друг другу, чтобы обеспечить максимальную водородную связь, тогда как паракристаллические или аморфные участки образуются в областях, которые менее организованы [45]. Трехмерная решетка, образованная плотноупакованной линейной и неразветвленной структурой целлюлозы, образует микрофибриллы, которые определяют структуру стенок растительных клеток [46]. Менее организованные аморфные области целлюлозы гидролизуются эндоглюканазами, образуя концы цепей, которые гидролизуются экзоглюканазами (т.е.э., целлобиогидролазы) [45]. Полученный дисахарид, целлобиоза, гидролизуется β-глюкозидазой с образованием двух мономеров глюкозы [44].
Сильноразветвленные NCP состоят из гетерополимеров пентоз и гексоз, наиболее распространенный из которых называется ксиланом или цепью β- (1,4) связанных звеньев d-ксилопиранозила с боковыми цепями, которые обычно состоят из ʟ -арабинофуранозил, d, -галактопиранозил, d, -глюкуронопиранозил и / или 4-O-метил- d, -глюкуронопиранозиловые звенья [13].Нецеллюлозные полисахариды могут также содержать уроновые кислоты, полученные из глюкозы и галактозы, что дает способность образовывать соли с Ca и Zn [46]. Нецеллюлозные полисахариды часто служат структурными полисахаридами в тканях растений и тесно связаны с целлюлозой и лигнином [45].
Лигнин не является углеводом, но связан с полисахаридами клеточной стенки [1]. Он состоит из полимеризованных фенилпропановых звеньев (т. Е. Кониферилового, п-кумарилового и синапилового спиртов), связанных эфирными и углерод-углеродными связями в нерегулярной трехмерной структуре [42].Одревесневшая клеточная стенка может состоять из тонкого первичного слоя, за которым следует толстый многослойный вторичный слой с высоким содержанием целлюлозы и, возможно, третий слой [47]. Лигнин может связываться с полисахаридами, образуя ковалентные связи с остатками сахара или феруловыми кислотами, которые этерифицированы с этими полисахаридами [1]. Лигнификация происходит только после прекращения клеточного деления, размножения и удлинения клеток и, следовательно, составляет терминальную дифференцировку, которая обычно сопровождается запрограммированной гибелью клеток [40].Лигнин предотвращает биохимическую деградацию и физическое повреждение клеточных стенок, цементируя и закрепляя микрофибриллы целлюлозы и другие полисахариды матрикса, тем самым усиливая структурную целостность клеточной стенки [48]. Лигнин также служит барьером для патогенов и вредителей [40]. Ткани растений одревесневают или одревесневают при высокой концентрации лигнина [49]. Лигнин больше сконцентрирован во внешнем слое шелухи зерен по сравнению со стенками эндосперма, что видно по повышенным концентрациям в побочных продуктах ингредиентов (Таблица 2).
Таблица 2 Углеводы и лигнин в побочных продуктах зерна злаков (г / кг сухого вещества) ^{a, b}
5.1: Крахмал и целлюлоза — химический состав LibreTexts
Полисахариды являются углеводами, наиболее распространенными в природе, и выполняют множество функций. такие как накопители энергии или как компоненты стенок растительных клеток. Полисахариды — это очень большие полимеры, состоящие из десятков и тысяч моносахаридов, соединенных гликозидными связями. Три наиболее распространенных полисахарида — это крахмал, гликоген и целлюлоза.Эти три упоминаются как гомополимеры , потому что каждый дает только один тип моносахарида (глюкозы) после полного гидролиза. Гетерополимеры могут содержать сахарные кислоты, аминосахары или неуглеводные вещества в дополнение к моносахаридам. Гетерополимеры широко распространены в природе (камеди, пектины и другие вещества), но не будут обсуждаться далее в этом учебнике. Полисахариды являются невосстанавливающими углеводами, не имеют сладкого вкуса и не подвергаются мутаротации.
Крахмал
Крахмал является наиболее важным источником углеводов в рационе человека и составляет более 50% потребляемых нами углеводов. Он встречается в растениях в виде гранул, и их особенно много в семенах (особенно в зернах злаков) и клубнях, где они служат формой хранения углеводов. Распад крахмала до глюкозы питает растение в периоды пониженной фотосинтетической активности. Мы часто думаем о картофеле как о «крахмалистой» пище, однако другие растения содержат гораздо больший процент крахмала (картофель 15%, пшеница 55%, кукуруза 65% и рис 75%).Товарный крахмал представляет собой белый порошок.
Крахмал представляет собой смесь двух полимеров: амилозы и амилопектина. Натуральные крахмалы состоят примерно на 10–30% из амилазы и на 70–90% из амилопектина. Амилоза — это линейный полисахарид, полностью состоящий из единиц D-глюкозы, соединенных α-1,4-гликозидными связями, которые мы видели в мальтозе (часть (а) на рисунке 5.1.1). Экспериментальные данные показывают, что амилоза не является прямой цепью глюкозных единиц, а вместо этого свернута, как пружина, с шестью мономерами глюкозы на виток (часть (b) рисунка 5.1.1). При таком свертывании амилоза в ядре имеет достаточно места для размещения молекулы йода. Характерный сине-фиолетовый цвет, который появляется при обработке крахмала йодом, обусловлен образованием комплекса амилоза-йод. Этот цветовой тест достаточно чувствителен, чтобы обнаруживать даже незначительные количества крахмала в растворе.
Рисунок 5.1.1: Амилоза. (а) Амилоза представляет собой линейную цепь из единиц α-D-глюкозы, соединенных вместе α-1,4-гликозидными связями.(б) Из-за водородных связей амилоза приобретает спиралевидную структуру, содержащую шесть единиц глюкозы на оборот.
Амилопектин представляет собой полисахарид с разветвленной цепью, состоящий из звеньев глюкозы, связанных в основном α-1,4-гликозидными связями, но иногда с α-1,6-гликозидными связями, которые ответственны за разветвление. Молекула амилопектина может содержать многие тысячи единиц глюкозы с точками ветвления, встречающимися примерно через каждые 25–30 единиц (рис. 5.1.2). Спиральная структура амилопектина нарушается из-за разветвления цепи, поэтому вместо темно-сине-фиолетовой окраски амилозы с йодом амилопектин дает менее интенсивный красновато-коричневый цвет.
Рисунок 5.1.2 : Представление ветвления амилопектина и гликогена. И амилопектин, и гликоген содержат точки ветвления, которые связаны через α-1,6-связи. Эти точки ветвления чаще встречаются в гликогене.
Декстрины представляют собой полисахариды глюкозы промежуточного размера. Блеск и жесткость, придаемые одежде крахмалом, обусловлены присутствием декстринов, образующихся при глажке одежды. Из-за их характерной липкости при намокании декстрины используются в качестве клея на марках, конвертах и этикетках; как связующие вещества для удерживания пилюль и таблеток вместе; и как пасты.Декстрины перевариваются легче, чем крахмал, и поэтому широко используются при коммерческом приготовлении детского питания.
Полный гидролиз крахмала дает последовательные стадии глюкозы:
крахмал → декстрины → мальтоза → глюкоза
В организме человека несколько ферментов, известных под общим названием амилазы, последовательно расщепляют крахмал до пригодных для использования единиц глюкозы.
Гликоген
Гликоген — это углевод, являющийся энергетическим резервом животных.Практически все клетки млекопитающих содержат некоторые запасенные углеводы в форме гликогена, но особенно много их в печени (4–8% от веса ткани) и в клетках скелетных мышц (0,5–1,0%). Как и крахмал в растениях, гликоген находится в виде гранул в клетках печени и мышц. При голодании животные потребляют эти запасы гликогена в течение первого дня без еды для получения глюкозы, необходимой для поддержания метаболического баланса.
Примечание
Около 70% общего гликогена в организме хранится в мышечных клетках.Хотя процентное содержание гликогена (по весу) выше в печени, гораздо большая масса скелетных мышц хранит большее общее количество гликогена.
Гликоген структурно очень похож на амилопектин, хотя гликоген более разветвлен (8–12 единиц глюкозы между ветвями), а ветви короче. При обработке йодом гликоген дает красновато-коричневый цвет. Гликоген может быть расщеплен на его субъединицы D-глюкозы путем кислотного гидролиза или с помощью тех же ферментов, которые катализируют расщепление крахмала.У животных фермент фосфорилаза катализирует распад гликогена до фосфатных эфиров глюкозы.
Целлюлоза
Целлюлоза, волокнистый углевод, содержащийся во всех растениях, является структурным компонентом стенок растительных клеток. Поскольку земля покрыта растительностью, целлюлоза является самым распространенным из всех углеводов, на нее приходится более 50% всего углерода, содержащегося в царстве растений. Волокна хлопка и фильтровальная бумага почти полностью состоят из целлюлозы (около 95%), древесина составляет около 50% целлюлозы, а сухой вес листьев составляет около 10–20% целлюлозы.Наибольшее распространение целлюлоза используется в производстве бумаги и бумажных изделий. Хотя использование нецеллюлозных синтетических волокон растет, вискоза (из целлюлозы) и хлопок по-прежнему составляют более 70% текстильного производства.
Подобно амилозе, целлюлоза представляет собой линейный полимер глюкозы. Однако он отличается тем, что единицы глюкозы соединены β-1,4-гликозидными связями, образуя более протяженную структуру, чем амилоза (часть (а) на рисунке 5.1.3). Эта чрезвычайная линейность позволяет образовывать много водородных связей между группами ОН в соседних цепях, заставляя их плотно упаковываться в волокна (часть (b) на рисунке 5.1.3). В результате целлюлоза слабо взаимодействует с водой или любым другим растворителем. Например, хлопок и дерево полностью нерастворимы в воде и обладают значительной механической прочностью. Поскольку целлюлоза не имеет спиральной структуры, она не связывается с йодом с образованием окрашенного продукта.
Рисунок 5.1.3 : Целлюлоза. (а) В структуре целлюлозы имеется обширная водородная связь. (b) На этой электронной микрофотографии клеточной стенки водоросли стенка состоит из последовательных слоев целлюлозных волокон, расположенных параллельно.
Целлюлоза дает D-глюкозу после полного кислотного гидролиза, но люди не могут метаболизировать целлюлозу как источник глюкозы. В наших пищеварительных соках отсутствуют ферменты, которые могут гидролизовать β-гликозидные связи, содержащиеся в целлюлозе, поэтому, хотя мы можем есть картофель, мы не можем есть траву. Однако некоторые микроорганизмы могут переваривать целлюлозу, потому что они производят фермент целлюлазу, который катализирует гидролиз целлюлозы.
No related posts.

№ счета	Количество крапин на 1 см² поверхности Х 10
№ перемешивания	1	2	3	Среднее значение
1
2
3
4
5
				Среднеарифметическое
				всех перемещений

Крахмал характеристика: Крахмал и крахмалопродукты

Крахмал характеристика: Крахмал и крахмалопродукты

Крахмал

11 Крахмал как сырье пищевых производств

Рекомендуемые файлы

Крахмал картофельный — описание, состав, калорийность и пищевая ценность

Изготовление

Виды

Использование

Полезные свойства

Ограничения по употреблению

Крахмал — Часть I — виды крахмала и особенности: pracooking — LiveJournal

О качестве кукурузного и картофельного крахмала

Получение и характеристика суперабсорбирующего полимера прививочной полимеризацией крахмала

Применение крахмала в пищевой промышленности

Крахмал — США зернобобовые

Желатинизация крахмала

Использование крахмала в пищевых продуктах

Что такое желатинизация?

Температура

Препятствия желатинизации и усвояемости

Объект продолжающегося исследования

Приготовление и характеристики сложных эфиров крахмала и его влияние на физико-химические свойства теста

1. Введение

2.Получение сложных эфиров крахмала и свойства

2.1. Ацетилированный адипат дистрахмала

2.2. Крахмал-октенилсукцинат натрия

2.3. Ацетат крахмала

2.4. Гидроксипропилкрахмал

2,5. Фосфат крахмала

3. Влияние различных эфиров крахмала на свойства теста

4. Ожидание

Конфликт интересов

Благодарности

Крахмал | Encyclopedia.com

Физические и функциональные свойства

Нативный и модифицированный крахмалы

Декстрины на основе крахмала и кукурузные сиропы

БИБЛИОГРАФИЯ

Аннотация

Leave a comment Отменить ответ