The Intensification of the Production Process of Starch Ethers for Food Purposes
Authors: Соломина Л.С. , Соломин Д.А. 
Published: September 2023

Потребность модифицированных крахмалов в РФ большей частью покрывается импортными поставками. Увеличение объемов производства и расширение их ассортимента является актуальной задачей для развития предприятий и обеспечения продовольственной безопасности. Цель исследования состояла в разработке технологических режимов получения тапиокового цитратного крахмала пищевого назначения с повышенной растворимостью в холодной воде, динамической вязкостью и устойчивостью клейстера при хранении. Для модификации тапиокового крахмала использовали метод экструзии, а в качестве эфирообразующего реагента – лимонную кислоту. Для изучения влияния влажности крахмала, поступающего на экструзионную обработку, готовили образцы с массовой долей влаги 21–25 %. Влияние концентрации раствора лимонной кислоты определяли, варьируя ее в диапазоне 0–0,40 % к массе сухих веществ (СВ) крахмала. Влияние температуры экструзии исследовали в диапазоне 140…180 °С. Частота вращения шнеков экструдера во всех исследованиях составляла 135 об/мин. С повышением массовой доли влаги в крахмале от 21 до 25 % показатели содержания редуцирующих веществ и степени растворимости в холодной воде цитратного крахмала уменьшились соответственно на 1,4 % и 18 %. Экспериментально установлено, что оптимальная влажность тапиокового подкисленного крахмала, поступающего в экструдер, составляет 22–23 %. Определено, что степень растворимости тапиокового цитратного крахмала в холодной воде повышается с ростом концентрации реагента и температуры экструзии. Тапиоковый цитратный крахмал белого цвета со степенью растворимости в холодной воде 100 % был получен при температуре 160 °С и концентрации реагента 0,40 % к массе СВ крахмала. Цвет образцов, полученных при более высоких температурах – 170 и 180 °С, становился палевым в результате образования красящих веществ. Определено, что динамическая вязкость клейстера с ростом концентрации лимонной кислоты возрастает и достигает наибольшего значения при концентрациях реагента 0,30–0,35 % к массе СВ крахмала. Получены зависимости показателей степени растворимости и динамической вязкости тапиокового цитратного крахмала от технологических параметров производства. Определено, что с повышением температуры экструзии от 140 до 180 °С содержание редуцирующих веществ в цитратном крахмале увеличилось в 3,9 раза. Исследование углеводного состава тапиокового цитратного крахмала показало присутствие глюкозы, мальтозы, мальтотриозы и углеводных соединений с высокой молекулярной массой. Клейстеры цитратных крахмалов, полученных при 160 и 170 °С и концентрации реагента 0,30 %, не расслаивались и не ретроградировали в течение 8-дневного хранения при комнатной температуре. Результаты исследований использованы для разработки нормативной документации на производство тапиокового цитратного крахмала.

The aim of the research was to work out the processing methods of receiving of tapioca citrate starch for food purposes with high solubility in cold water, dynamic viscosity and starch paste stability at storage and move. For the modification of tapioca starch the extrusion method was used and citric acid was used as an ether formed reagent. The samples with the specific humidity of 21–25 % were prepared for studying the influence of humidity of starch going to extrusion process. The influence of the concentration of citric acid solution was determined by varying from 0 to 0.40 % on starch dry weight (DW). The influence of extrusion temperature was studied from 140 to 180 °C. The rotation rate of extruder screws was 135 rotations per minute in all the experiments. With the increase of the specific humidity in starch from 21 to 25 % the indices of the content of reducing agents and the level of cold water solubility of citrate starch accordingly decreased by 1.4% and 1.8%. It was experimentally stated that the optimum water content of tapioca citrate starch, going to extruder, should be 22–23 %. It was determined that the level of cold water solubility of tapioca citrate starch increases with the growth of reagent concentration and extrusion temperature. Tapioca citrate starch of white colour with cold water solubility level of 100 % was received under the temperature of 160 °C and with reagent concentration of 0.40 % on starch dry weight (DW). The colour of samples received under higher temperatures 170 and 180 °C became straw-coloured as a result of coloring agents formation. It was determined that the dynamic viscosity of starch paste with the raise of citric acid concentration increased and achieved the maximum value at reagent concentration of 0.30–0.35 % on starch dry weight (DW). The indices of dependence of solubility level and dynamic viscosity of tapioca citrate starch on technology performance data were received. It was determined that with the raise of extrusion temperature from 140 to 180 °C the content of reducing substances in citrate starch increased by 3.9 times. The research of carbohydrate composition of tapioca citrate starch showed the presence of glucose, maltose, maltotriose and carbohydrate combinations with high molecular weight. It was found out that the dynamic viscosity of starch paste of the samples produced under the temperatures of 150 and 160 °C and the reagent concentration of 0.35 % at one hour mixing did not sufficiently changed, i. e. the citrate starch pastes are resistant to mixing. The citrate starch pastes, received under 160 and 170 °C and reagent concentration of 0.3 %, did not separate into layers or reverted during 8 days storage under room temperature. The results of the research were used for the development of standard documentation for tapioca citrate starch production.