Сравнительный анализ устойчивости модифицированных картофельных крахмалов

УДК бб4

Е. В. Никитина, Л. З. Габдукаева

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ УСТОЙЧИВОСТИ МОДИФИЦИРОВАННЫХ КАРТОФЕЛЬНЫХ КРАХМАЛОВ

Ключевые слова: модифицированные крахмал, физико-химическая резистентность, ферментная устойчивость.

Был проведен сравнительный анализ модифицированных картофельных крахмалов (оксиамильного ОПВ-1, гидролизованного, набухающего по ТУ9187-01б-574714б-95) с нативным по устойчивости к минеральным кислотам, повышенной температуре и амилолитеческим ферментам. Показано, что картофельный оксиамильный и гидролизованный крахмалы обладают высокой резистентностью к испытанным факторам внешнего воздействия.

Keywords: modified starch, physical and chemical resistance, enzyme-resistance.

The comparative analysis of the modified potato starch (oxiamilic OPV-1, hydrolyzed, swelling of TU9187-016-

5747146-95) with native resistance to mineral acids, high shown that potato hydrolyzed and oxiamilic OPV-1 starches

Введение

В современной пищевой промышленности используется ряд функциональных пищевых добавок, в том числе и модифицированные крахмалы, обладающих высокой влагоудерживающей

способностью и придающих конечному продукту желаемую текстуру и консистенцию. Каждая из пищевых добавок обладает определенными преимуществами и недостатками, знание которых позволяет достигать максимального результата при использовании этих добавок в конкретных технологических условиях [1, 2].

В качестве источника для получения модифицированных крахмалов используют картофельный крахмал, кроме того, применяются кукурузный, пшеничный, рисовый, тапиоковый и некоторые другие виды растительных крахмалов, которые в процессе получения модифицированных крахмалов проходят обработку физическими, химическими или энзиматическими способами [3].

Различия в свойствах крахмалов проявляются в соответствии с источником и генотипом. Свойства крахмала главным образом зависят от физических и химических характеристик среднего размера гранул, процентное распределение различных размерных групп гранул, отношение амилоза/амилопектин и минеральное содержание [4]. Форма и размер гранул крахмала являются характеристиками их ботанического происхождения. Гранулы изменяются от совершенно сферического до многогранного, округленный, или овального [5, 6].

По изменениям, происходящим в нативных крахмалах, можно выделить пять основных модификаций: набухание, деполимиризация,

окисление, стабилизация (без поперечного сшивания полимерных цепей), образование поперечно-сшитых крахмалов [3].

Картофельный крахмал один из самых распространенных полисахаридов, используемый в качестве загустителя и стабилизатора пищевых систем. Исторически наиболее широко в производстве

temperature and amylolytic enzymes was performed. It is have proven highly resistant to external impact factors.

колбасных изделий использовался именно картофельный крахмал - главным образом из-за низкой температуры клейстеризации. Учитывая, что процесс пастеризации колбасных изделий проходит при довольно низкой температуре (70-72 °С), возникала опасность того, что гранулы какого-либо другого крахмала в этих условиях не смогут набухнуть и эффективно связать воду [7]. Степень изменения в гранулированной структуре крахмалы от одной сортовой культуры растения до другого сорта растения значительно выше в именно в случае картофеля. Было выявлено, что в картофеле размеры гранул крахмала располагаются в широком диапазоне, от нескольких микронов в диаметре для маленьких гранул до 110 мкм для больших гранул [8].

Исследования различных по молекулярной массе фракций крахмалов из картофеля различных сортов выявили общую закономерность содержания амилозы: наибольшая концентрация амилозы было во фракции с высокомолекулярными гранулами, меньшее - со среднемолекулярными, и низкое - с низкомолекулярными [9]. Аналогичная тенденция была выявлена при анализе способности фракций к клейстеризации и показателя вязкости.

Известно, что желирующая способность высоко- и низкомолекулярных крахмальных гранул от различных культурных сортов картофеля имеют различные температурные режимы желирования [10]. Фракция с гранулами крахмала малого размера имела выше содержание фосфора, чем большие гранулы [11]. Физико-химические свойства как коэффициент пропускания света, содержание амилозы, набухаемость и водосвязывающая способность значительно коррелировали со средним размером гранул крахмалов, выделенных от различные сортов картофеля [12, 13].

Кроме способности к желированию и набуханию для современных крахмалов в пищевой промышленности важно удерживать воду на протяжении всего процесса пастеризации и желаемого срока хранения. Вот здесь-то и возникает

задача, непосильная для нативного картофельного крахмала и решаемая с помощью модифицированных крахмалов.

Модифицированные крахмалы могут иметь различную температуру клейстеризации и применяться как в низкотемпературных процессах (пастеризация колбасных изделий), так и в процессах стерилизации (мясные консервы). В связи с широким использованием модифицированных крахмалов в продуктах питания, которые проходят термообработку, подвергаются химическому воздействию, и в связи с задачей снижения гликемического индекса крахмалов, целью исследования было оценить резистентность картофельных модифицированных крахмалов к различных физико-химическим и биологическим факторам.

Материалы и методы исследования

В качестве объекта исследования выступали картофельные крахмалы: нативный (ГОСТ P 527912007), модифицированные - оксиамильный ОПВ-1, гидролизованный, набухающий по ТУ9187-016-5747146-95, предоставленные ГУ НИИ питания РАМН (г. Москва). Для исследований готовили растворы крахмала в концентрации 1% с предварительным завариванием и выдерживанием при 60 оС.

Исследование устойчивости крахмалов к кислотному гидролизу. Для определения устойчивости к кислотному гидролизу использовали 10 мл 1% крахмального клейстера с добавлением 1 мл концентрированной серной кислоты. Смесь инкубировали при 37оС, отбирали пробы на для определения содержания глюкозы в течение 1 ч.

Исследование термостабильности

крахмалов. Для определения термостабильности крахмальных клейстеров (1% растворы) их подвергали обработки при 80, 100 и 150 оС в течении 30 мин. По окончании 30 мин растворы анализировали содержание глюкозы.

Исследование устойчивости крахмалов к ферментному гидролизу. Для следования

устойчивости к ферментному гидролизу использовали коммерческие а-амилазу (type II-A: из Bacillus sp., Sigma-Aldrich) и в -амилазу (получена из ячменя, Fluka), ферменты кристализованны и лиофильно высушены.

Механизм действия а-амилазы: гидролизует внутренние а-1,4-гликозидные связи крахмала, в среде накапливается глюкоза, в меньшей степени мальтоза и декстрины. Механизм действия в -амилазы: гидролизует а-1,6-гликозидные связи крахмала, в среде накапливается мальтоза, в меньшей степени глюкоза и декстины.

Определение устойчивости к ферментам амилолитического ряда проводили в клейстерных растворах исследуемых крахмалов с добавлением ферментов в концентрации 0,1 мг/г крахмала. Инкубировали смеси при 37 оС в течение 1 ч. В течение этого времени отбирали пробы для измерения глюкозы.

Во всех случая определение количества выделевшейся глюкозы проводили антроновым методом [14].

Результаты исследований и обсуждение

Исследование устойчивости картофельных крахмалов к действию минеральной кислоты выявило большую устойчивость

модифицированных полисахаридов по сравнению с нативным крахмалом (рис. 1). Среди химически модифицированных крахмалов наибольшей устойчивостью обладают оксиамильный и гидролизованый крахмалы. Что касается

набухающего, то в его случае наблюдалось запаздывание накопления глюкозы по сравнению с нативным крахмалом на 20 минут, что свидетельствует о частичной устойчивости этого полисахарида.

А--------Б - - - -В -я- - Д

Рис. 1 - Динамика накопления глюкозы при кислотном гидролизе картофельных крахмалов

Картофельный крахмал имеет широкое применение в мясоперерабатывающей

промышленности. В технологическом цикле производства многих видов мясопродуктов существует стадия нагревания. В связи с этим проверка терморезистентности крахмалов весьма актуальна.

Воздействие на крахмальные клейстеры температуры 80 оС привело к большему накоплению глюкозы в случае модифицированных крахмалов, что свидетельствует об их нестойкости (рис. 2). Однако, это может быть следствием меньшей температуры клейстеризации, что с точки зрения технологических особенностей является

положительным моментом.

Повышение температуры до 100 оС привело к уравниванию терморезистентности нативного с оксиамильным и гидролизованными крахмалами. Эти же образцы оказались наиболее неустойчивы к 150 оС. Набухающий крахмал проявил одинаковый ответ на воздействия всех температур, что видимо связано, с устойчивостью его структуры в виде клейстера и способности образовывать гели с высокой водоудерживающей способностью.

А  Б  В ШД

Рис. 2 - Изменения количества глюкозы после нагревания крахмалов при различных температурах

Ферментативная устойчивость полисахаридов была проверена под воздействием альфа- и бета-амилаз. В случае всех модифицированных крахмалов, проверяемых на устойчивость к действию альфа-амилазы (гидролизует внутренние альфа-1,4-гликозидные связи крахмала), выявлена их ферментативная резистентность (рис. 3). Количество глюкозы, образующееся в процессе воздействия амилолитического фермента на модифицированные крахмалы в среднем в 2 раза ниже, чем в случае обработки нативного. Наибольшая

энзимрезистентность к альфа-амилазному воздействию выявлена у оксиамильного картофельного крахмала.

О 20 40 T, мин 60

-------А-------Б- - - -В—*. -Д

Рис. 3 - Динамика накопления глюкозы при гидролизе модифицированных крахмалов под действием альфа-амилазы

Для подтверждения высокой устойчивости проверяемых крахмалов к ферментам амилолитического ряда кроме альфа-амилазы была осуществлена проверка на резистентность к действию бета-амилазы, которая гидролизует альфа-1,6-гликозидные связи крахмала. В этом случае высокую неустойчивость проявил наряду с нативным крахмалом и модифицированный гидролизованный (рис. 4) . Возможно, что такой вид модификации ведет к повышению доступности амилопектина, в которых глюкоза связана альфа-1,6-гликозидными связями. Высокая бета-амилазная устойчивость выявлена у оксиамильного и набухающего крахмалов.

А--------Б - - - -В -я- - Д

Рис. 4 - Динамика накопления глюкозы при гидролизе модифицированных крахмалов под действием бета-амилазы

Таким образом, полученные результаты по исследованию комплексной устойчивости модифицированных крахмалов к физикохимическим факторам подтвердил ранее полученные результаты о пониженной устойчивости набухающего по ТУ крахмала к высокотемпературному воздействию в смеси с лизином [14] или водорастворимыми белками мяса [15] в отсутствии или присутствии нитрита натрия. Кроме того, высокая энзимрезистентность

модифицированных крахмалов сравнима с ранее полученными данными о высокой устойчивости ферментно-модифицированных картофельных

крахмалов [16]. В перспективе, использование

модифицированных крахмалов в пищевой промышленности может расшириться за счет

применения некоторых полисахаридов

крахмального ряда в качестве пищевого волокна в продуктах питания функционального назначения.

Литература

1. А.П. Нечаев, А.А. Кочеткова, А.Н. Зайцев. Пищевые добавки, Колос-ПрессМосква, 2002, 256 с.

2. СанПиН 2.3.2.1293-03. Гигиенические требования по применению пищевых добавок. М.: Минздрав России, 2003, 32 с.

3. F. Bomet, Food Chemistry. 4, 8-13 (1996).

4. M.H. Madsen, D.H. Christensen, Starch, 48, 245-249 (1996).

5. A.Buleon, P. Colonna, V. Planchot, S. Ball. Int. J. Biol. Macromol. 23, 85-112 (1998).

6. J. L. Jane, T. Kasemsuwan, S. Leas, A. Ia, H. Zobel, D. Il, et al. Starch, 46, 121-129 (1994),.

7. А. А. Соколов. Физико-химические и биохимические основы технологии мясопродуктов. М.: Пищевая промышленность, 1965. 490 с.

8. R. Hoover Carbohydrate Polymers, 45, 253-267 (2001).

9. L. Kaur, J. Singh, O.J. McCarthy, H. Singh // J. Food Engineering. 82, 383-394 (2007).

10. N. Singh, L. Kaur. J. Sci. Food Agricul., 84, 1241-1252 (2004).

11. Z. Chen, H.A. Schols, A. G. J. Voragen. J. Food Science, 68, 1584-1589 (2003).

12. J. Singh, N. Singh. Food Chemistry. 75, 67-77 (2001).

13. M. Zhou, K. Robards, M. Glennie-Holmes, S. Helliwell. Cereal Chemistry, 75, 273-281 (1998).

14. Е.В. Никитина, Л.З. Габдукаева. Вестник Казанского технологического университета, 19, 154-161 (2011).

15. Е.В. Никитина. Вестник Казанского технологического университета, 18, 125-130 (2011).

© Е. В. Никитина - канд. биол. наук, доц. каф. пищевых производств КНИТУ, nv-nikitina@inbox.ru; Л. З. Габдукаева - асп. той же кафедры.

16. Е.В. Никитина, Л.З. Габдукаева, О.А.Решетник Вестник Казанского технологического университета, 10, 375-381 (2010).