Полная версия

Главная arrow Товароведение

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Модифицированные биополимеры

Модифицированный крахмал

Крахмал - важный пищевой и технический продукт, который широко применяется в различных отраслях пищевой промышленности [63].

Крахмал (С6Н10О5)п- белый (под микроскопом зернистый) порошок (рис. 41), нерастворимый в холодной воде. В горячей воде крахмал набухает, образуя коллоидный раствор (крахмальный клейстер). С раствором йода дает синее окрашивание (характерная реакция).

Внешний вид картофельного крахмала

Рис. 41. Внешний вид картофельного крахмала

Крахмал образуется в результате фотосинтеза в листьях растений и запасается в клубнях, корнях, зурнах. Представляет собой смесь двух полисахаридов, построенных из глюкозы (D-

глюкопиранозы): амилозы (10 - 20 %) и амилопектина (80 - 90 %) (рис. 42).

Дисахаридным фрагментом амилозы является мальтоза. В амилозе D-глюкопиранозные остатки связаны альфа(1-4) гликозидными связями.

По данным рентгеноструктурного анализа макромолекула амилозы свернута в спираль. На каждый виток спирали приходится 6 моносахаридных звеньев.

Амилопектин в отличие от амилозы имеет разветвленное строение.

Амилоза и амилопектин

Рис. 42. Амилоза и амилопектин

В цепи D-глюкопиранозные остатки связаны альфа(1-4)- гликозидными связями, а в точках разветвления - бета(1-6)- гликозидными связями. Между точками разветвления располагается 20 - 25 глюкозидных остатков.

Цепь амилозы включает от 200 до 1000 глюкозных остатков, молекулярная масса 160 000. Молекулярная масса амилопектина достигает 1-6 млн.

Растительный крахмал является одним из наиболее многофункциональных источников сырья в индустрии пищевых продуктов. Не- модифицированные (нативные) крахмалы в процессе тепловой обработки пищи образуют слабые клейстеры (чувствительные к изменениям температуры и pH среды) и «резиноподобные» гели. Разнообразные способы технологической обработки (физические, химические, биологические) крахмальных гранул позволяют существенно изменить микроструктуру и свойства: гидрофильность, способность к клейстеризации и гелеобразованию, устойчивость к нагреванию, изменениям pH и т. и. Поэтому для различных отраслей пищевой индустрии кроме обычного сухого (нативного) кукурузного или картофельного крахмала выпускаются модифицированные крахмалы.

Сырьем для производства модифицированных крахмалов могут служить различные сельскохозяйственные культуры: картофель, кукуруза, пшеница, горох, сорго. При выборе сырья необходимо учитывать его биохимический состав (соотношение макромолекул амилозы и амилопектинов), структурно-механические свойства, особенности технологии производства (температура, кислотность среды, продолжительность механического воздействия), особенности хранения и реализации.

Модифицированные крахмалы получают методами физикохимических, ферментативных или комбинированных воздействий на крахмалсодержащее сырье [64]. По характеру изменений все модифицированные крахмалы условно делятся на группы: расщепленные крахмалы и замещенные эфиры крахмал, а также сополимеры крахмальных макромолекул (рис. 43).

В настоящее время успешно развивается научное направление по разработке эффективных способов целенаправленного изменения природных свойств нативного крахмала, т.е. его модифицирования с помощью химического (кислотного окислительного гидролиза), биохимического (ферментативного гидролиза) и физического (механических, температурных, ультразвуковых и волновых) воздействий [65, 66].

Наибольший интерес представляют физические методы модифицирования, которые позволяют безреагентным способом воздействовать на крахмал, изменяя его свойства.

Основные группы модифицированных крахмалов [55]

Рис. 43. Основные группы модифицированных крахмалов [55]

Известно [67], что воздействие на продукт в бытовой микроволновой печи основано на использовании электромагнитных волн дециметрового диапазона и принципе так называемого дипольного сдвига. Молекулярный дипольный сдвиг под действием электрического поля происходит в материалах, содержащих полярные молекулы. Энергия электромагнитных колебаний поля приводит к постоянному сдвигу молекул, выстраиванию их согласно силовым линиям поля (возникновению дипольного момента). С учетом того, что поле переменное, молекулы периодически меняют направление.

Сдвигаясь, молекулы «раскачиваются», сталкиваются друг с другом, передавая энергию соседним молекулам в материале. Так как температура прямо пропорциональна средней кинетической энергии движения атомов или молекул в материале, такое перемещение молекул вызывает увеличение температуры материала. Таким образом, дипольный сдвиг - это механизм преобразования энергии электромагнитного излучения в тепловую энергию материала. Нагрев материала в микроволновой печи в результате дипольного сдвига под действием электрического поля зависит от характеристик молекул и межмолекулярного взаимодействия в среде. Регулируя частоту переменного электрического поля для того, чтобы за полупериод молекулы могли полностью перестроиться, можно управлять степенью нагрева материала.

По данным И. Камппа и Г. Филлипса [68, 69], крахмал относится к неионизированным полисахаридам. В то же время в порошке крахмала содержится в среднем 15 % воды. Вода и является той полярной составляющей крахмала, за счет которой происходит молекулярный дипольный сдвиг [70].

В пищевой промышленности частично гидролизованные крахмалы используются для приготовления восточных сладостей, желейных конфет и т.п. Окисленные крахмалы применяются в качестве же- лирующего ингредиента кондитерских изделий, стабилизатора в мясной и молочной промышленности.

Модификация крахмальных макромолекул амилоз и амилопек- тинов в форме эфиров повышает стабильность клейстеров, устраняет их тягучесть, усиливает пленкообразующую способность. Фосфатный крахмал используется в пищевой технологии для загущения фруктовых пюре и др. Набухающие крахмалы в пищевой индустрии добавляют в хлеб, макароны, пудинги. Одним из важнейших условий, определяющих эффективность применения модифицированных крахмальных добавок в конкретном пищевом продукте, является совместимость с другими ингредиентами [71].

Модификация крахмала позволяет существенно изменить его технологические характеристики (золь гелеобразование), а следовательно, расширяет возможности использования. При образовании гелей в пище макромолекулами модифицированных крахмалов формируются самоподобные (фрактальные) кластеры с размерностью ~ 1,75 [72]. Модификация крахмалов повышает их студнеобразующую, загущающую и эмульгирующую способность, обеспечивает использование в производстве различных блюд и кулинарных изделий, в том числе стабильность при тепловой обработке.

Во многих случаях модифицированные крахмалы (МК) могут быть представлены поперечно сшитыми макромолекулами амилозы и амилопектина, и этим обеспечивается агрегативная устойчивость ингредиентов пищи. В настоящее время разработаны инновационные набухающие МК для кондитерской, хлебопекарной промышленности, производства сухих смесей, мороженого, десертов быстрого приготовления [73]. Специальные виды МК с повышенным содержанием ионов железа, кальция, фосфатов и сбалансированным аминокислотным составом применяются в производстве лечебнопрофилактических продуктов.

Уникальные возможности МК образовывать прочные эластичные пленки создают перспективы импортозамещения в изготовлении пищевых упаковок. Стабилизированные ингредиенты на базе модифицированных крахмалов широко применяются в кулинарии при производстве супов (консервированные, замороженные), соусов (майонезы, томатные соусы), консервированных блюд [71].

Крахмал используется также для переработки в пластические массы следующим образом:

  • - как основной материал, пластифицированный полярными низкомолекулярными веществами (глицерином, сорбитоломи др.);
  • - как наполнитель термопластов (например, полиолефинов);
  • - в виде смесей с другими видами полярных полимеров (сополимеров этилена с акриловой кислотой, поливиниловым спиртом и его низкозамещенными производными и др.) и низкомолекулярными полярными пластификаторами.

Содержание крахмала в двух последних вариантах крахмалсодержащих пластиков составляет 10 - 60 %. Все три вида крахмалсодержащих пластиков перерабатываются теми же методами, что и другие термопласты, и на их основе изготавливаются пленки, упаковка и бутылки для пищевых продуктов и другие изделия. Общий объем их производства оценивается более 200 тыс. т/год (данные на 2002 год) [74]. Все материалы на основе крахмала являются биоразрушаемыми в течение 6-12 месяцев.

Согласно СанПиН 2.3.2.1078-01 насчитывается около 20 видов МК, разрешенных в Российской Федерации к применению в производстве пищевых продуктов. Требования к безопасности при использовании МК в пищевых продуктах, а также к процессам их производства, эксплуатации, хранения, перевозки, реализации и утилизации готовятся к утверждению в специальном техническом регламенте РФ «Крахмал, крахмалопродукты и побочные продукты крахмалопаточного производства».

Модифицированные крахмалы могут быть использованы в области медицины. Кровезаменитель гемодинамического действия —

плазмастерил - был создан на основе гидроксиэтилкрахмала, получаемого из амилопектина кукурузы восковой спелости [75]. В России разработан и освоен промышленностью его аналог — еолекам. Использование растворов гидроксиэтилкрахмала показано при нарушениях мозгового кровообращения, патологических изменениях микроциркуляции в сетчатке глаза и внутреннего уха. Этот метод успешно применяется в гинекологии и акушерстве при недостаточности плаценты и задержке роста плода, в кардиологии при ишемических заболеваниях, при повышенной вязкости плазмы.

На основе гидроксиэтилкрахмала в Германии был создан препарат инфукол, который можно считать приближающимся к идеальному кровезаменителю для проведения оперативных вмешательств у детей [76].

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>