Крохмаль. Гідроліз крохмалю

До резервних полісахаридів рослин відноситься крохмаль. Він міститься у незначній кількості у листі і накопичується у насінні до 70% (зерна злаків – пшениця, рис, кукурудза), луковицях, серцевині стеблини та клубнях – до 30%. До овочів, що містять найбільшу кількість крохмалю, належать картопля, батат, пастернак. Крохмаль – найбільш важливий за харчовою цінністю вуглевод. Він відкладається у клітинах у вигляді гранул, за розміром і формою яких можна визначити їх походження. Гранули зазвичай містять крім полісахаридів незначну кількість білків та ліпідів.

Крохмаль – неоднорідний полісахарид, представляє собою суміш двох гомополісахаридів – амілози (має лінійну будову) і амілопектину (має розгалужену будову). Амілоза складає до 25% крохмалю і має молекулярну масу від 30 тис. до 500 тис. Амілопектин складає до 75% маси крохмалю і має молекулярну масу від 100 тис. до 1 млн. Їх кількісне співвідношення у крохмалі залежить від джерела його знаходження.

Амілоза складається із залишків a-D-глюкопіранози, що поєднані 1, 4-глікозидним зв'язком, і має спіралеподібну будову. В структурі амілози утворюється канал, у який можуть проникати молекули інших сполук, наприклад, йоду з утворенням комплексу з темно-синім забарвленням.

Фрагмент молекули амілози

Амілопектин складається із залишків a-D-глюкопіранози що поєднані 1, 4-глікозвдним зв'язком, і має розгалужену будову внаслідок поєднання деяких залишків a-D-глюкопіранози 1, 6-глікозидним зв 'язком:

Фрагмент молекули амілопектину

Крохмаль та багато інших його похідних (етери, продукти часткової деструкції або окиснення та ін.) широко використовуються у харчовому виробництві (до 80% від усіх вуглеводів), під час виробництва паперу, текстильних виробів, клеїв тощо. Очищений крохмаль використовується у кондитерському виробництві, для одержання харчових концентратів, кулінарії, виробництві варених ковбас. Завдяки своїм властивостям крохмаль підвищує вологопоглинаючу здатність ковбасних виробів, що надає останнім соковитості.

У харчовому виробництві під час технологічної обробки крохмаль під дією вологи і тепла може адсорбувати вологу, набрякати, клейстеризуватися, підлягати деструкції. При гідролізі крохмалю під дією кислот відбувається ослаблення і розрив асоціативних зв'язків між макромолекулами амілози і амілопектину. Це приводить до утворення гомогенної маси. Далі розриваються a-D-(1, 4)- та a-D-(1, 6)-глікозидні зв'язки і за місцем розриву приєднуються молекули води. В процесі гідролізу збільшується кількість вільних альдегідних груп і зменшується ступень полімеризації, концентрація мальтози, трисахаридів, тетрасахаридів спочатку збільшується, а потім зменшується і зростає концентрація глюкози. Кінцевим продуктом є глюкоза. Кислотний гідроліз тривалий час був головним шляхом одержання глюкози з крохмалю.

Крохмаль гідролізується також і під дією амілолітичних ферментів – a- і b-амілази. Амілази бувають двох типів: ендо- і екзоамілази.

Чітко вираженою ендоамілазою є a-амілаза, яка здатна до розриву внутрішньомолекулярних зв’язків у високомолекулярних ланцюгах субстрату. Глюкоамілаза і b-амілаза є екзоамілазими, тобто ферментами, які атакують субстрат з не редукованого кінця.

a-Амілаза діє на ціле крохмальне зерно, атакує його, розрихляє поверхню і утворює канали і тріщини, тим самим розколює зерно на частини (рис. 4).

Рис.4. Гідроліз амілози a-амілазою

Клейстеризований крохмаль гідролізується a-амілазою з утворенням продуктів, які не забарвлюються йодом. Це в основному низькомолекулярні декстрини. Процес гідролізу крохмалю багатостадійний. Під дією a-амілази на перших стадіях процесу в гідролізаті накопичуються декстрини, потім з’являються тетра- і тримальтози, які не забарвлюються йодом і які дуже повільно гідролізуються a-амілазою до ди- і моносахаридів (глюкози).

b-Амілаза (a-1, 4-глюканмальтогідролаза) є екзоамілазою проявляє спорідненість до передостаннього a-(1, 4)-зв'язку знередукованого кінця лінійного ланцюгу амілози або амілопектину (рис. 5).

Рис.5. Гідроліз амілози b-амілазою

Ферментативний гідроліз крохмалю має місце в багатьох харчових технологіях, як один із необхідних процесів, що забезпечує якість кінцевого продукту – в хлібовипіканні (процес тісто приготування і випікання хліба), виробництві пива (отримання пивного сусла, сушка солоду,) хлібного квасу (отримання квасних хлібців), спирту (підготовка сировини для бродіння), різних сахаристих крохмалепродуктів (глюкози, патоки, сахарних сиропів).

Сахарні сиропи отримують кислотно-ферментативним способом. Спочатку обробляють крохмаль кислотою, а потім ферментами a-, b- і (або) глюкоамілазами. Використання такого комбінованого способу гідролізу крохмалю надає можливість отримував сиропи необхідного складу.

2.3.1. Модифіковані крохмалі

Враховуючи вплив, який мають властивості крохмалю на якість харчових продуктів, у ряді виробництв використовують модифіковані крохмалі. За визначенням ВООЗ, модифікованим крохмалем називаються «харчові крохмалі, у яких одна або більше початкових характеристик змінені шляхом обробки відповідно до практики виробництва харчових продуктів в одному з фізичних, хімічних, біохімічних або комбінованих процесів».

Попередньо клейстеризований крохмаль отримують шляхом клейстеризації крохмальної суспензії. Особливість цього крохмалю полягає в тому, що він здатний до швидкої регідратації в воді, що дає можливість використання в якості згущувача в харчових продуктах без нагрівання (наприклад, в пудінгах, начинках і т.п.).

Крохмаль модифікований кислотою. Кислотний гідроліз дійснюється шляхом обробки крохмальної суспензії хлоридною або сульфатною кислотою за температури 25 – 55°С, при цьому термін обробки залежить від показника в’язкості, яку хочуть отримати, і може скласти 6 – 24 години. Цей крохмаль практично нерозчинний в киплячій воді. Завдяки здатності цього крохмалю утворювати гарячі концентровані клейстери, які при охолодженні дають гель, його можна використовувати в якості помягшувача при виробництві конфет, а також отримання захисних плівок.

Естерифіковані крохмалі. Ацетати крохмалю з низькою ступенню заміщення отримують обробкою зерен крохмалю оцтовою кислотою або її ангідридом. Розчини ацетатів крохмалю дуже стабільні, оскільки наявність ацетильних груп перешкоджає асоціації двох амілозних молекул і довгих бічних ланцюгів амілопектину.

Ацетати крохмалю в порівнянні зі звичайним кукурузним крохмалем мають нижчу температуру клейстеризації, знижену здатність до ретроградації, утворюють прозорі і стабільні клейстери. Завдяки цим властивостям, ацетати крохмалю використовують в заморожених продуктах пекарських виробах, інстант-порошках і т. д.