О свойствах ферментативно-модифицированного пористого кукурузного крахмала

биотехнологические процессы в производстве продуктов питания и кормов

УДК 664.2/577.15 DOI: 10.24411/0235-2486-2019-10039

О свойствах ферментативно-модифицированного пористого кукурузного крахмала

A.A. папахин, канд. техн. наук; з.м. Бородина, канд. техн. наук

ВНИИ крахмалопродуктов - филиал ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН, Московская обл., п. Красково Реферат

На основании разработанной ранее технологии низкотемпературной биоконверсии нативного кукурузного крахмала получены опытные образцы ферментативно-модифицированного пористого крахмала различной степени гидролиза и определены наиболее важные показатели их структурных, физико-химических и функциональных свойств.

Ключевые слова

амилолитические ферменты, нативный, пористый крахмал, степень гидролиза, ферментативная атакуемость Цитирование

Папахин А.А., Бородина З.М. (2019) О свойствах ферментативно-модифицированного пористого кукурузного крахмала // Пищевая промышленность. 2019. № 4. С. 78-79.

About the properties of enzymatically modified corn porous starch

A.A. Papakhin, Candidate of Technical Sciences; Z.M. Borodina, Candidate of Technical Sciences

All-Russian Scientific-Research Institute for starch products - Branch of the Federal Scientific Center of Food Systems V.M. Gorbatov RAS, Kraskovo, Moscow region Abstract

Based on the previously developed technology of low-temperature bioconversion of native corn starch, experimental samples of enzymatically modified porous starch with various degrees of hydrolysis were obtained. Their most important properties were determined: structural, physicochemical and functional.

Key words

native, porous starch, amylolytic enzymes, degree of hydrolysis, enzymatic susceptibility Citation

Papakhin A.A., Borodina Z.M. (2019) About the properties of enzymatically modified corn porous starch // Food processing industry = Pisshevaya promyshlennost. 2019. № 4. P. 78-79.

Во ВНИИ крахмалопродуктов ведутся исследования по разработке новой технологии ферментативного гидролиза крахмала путем низкотемпературного биокатализа в гетерогенной среде с применением новых амилолитических ферментов, активно действующих на гранулы крахмала при температуре ниже начальной точки клейстеризации. Разработана принципиальная технологическая схема, согласно которой при проведении процесса гидролиза зернового крахмала в присутствии глюкоамилазы в гетерогенной среде с последующим разделением реакционной смеси на твердую и жидкую фракции можно получать два продукта: ферментативно-модифицированный пористый крахмал и глюкозный концентрат с содержанием глюкозы 96-98% [1, 2]. цель работы - изучение характерных свойств нового вида модифицированного крахмала в зависимости от степени гидролиза.

В качестве исходного сырья использовали кукурузный крахмал по ГОСТ 32159-2013. Показатели качества крахмала определяли стандартными методами

по ГОСТ 7698-93. Препарат глюкоамилазы предоставлен компанией DuPont™ Danisco (США). Количество и углеводный состав растворимых сухих веществ крах-

мала определяли методом жидкостном хроматографии на анализаторе углеводов фирмы Bischoff 8120 (Германия) и рефрактометре марки ATR фирмы Schmidt

Время, с

Рис. 1. Кривые вязкости 8 %-ной суспензии нативного крахмала и образцов пористого крахмала

БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ПРОИЗВОДСТВЕ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ И КОРМОВ

100

80

96,5 97,36 96,72 97,4

йи 60

а 40

20

0

0 38,5 47,9 54,2 Степень предварительного гидролиза образцов крахмала, % по СВ 0,3 ч - разжижение  6 ч - осахаривание

©

53 52 51 50 49 48  47 46 45 44 43

52 52 52 52

46,4

51,7

0 28 33,3 36,4 48 57,9 Степень предварительного гидролиза образцов крахмала, % по СВ

Рис. 2. Ферментативная атакуемость образцов крахмала в клейстеризованном (слева) и в нативном (справа) состояниях

(Германия). Степень гидролиза крахмала (СГК) определяли с помощью методики, разработанной авторами [3]. Вискози-метрические свойства крахмала исследовали на экспресс-анализаторе марки RVA-TecMaster, термодинамические свойства - на мирокалориметре DASM-4 (Россия). Адсорбционную способность (АДС) крахмала определяли спектрофо-тометрическим методом с пищевым красителем Е122.

В соответствии с разработанной схемой низкотемпературной биоконверсии [2] были получены образцы пористого кукурузного крахмала с различной степенью гидролиза, для чего в опытах варьировали продолжительность процесса и дозировку глюкоамилазы. В полученных опытных образцах готовых продуктов определяли химический состав, затем осуществляли анализ показателей, характеризующих их физико-химические и функциональные свойства в сравнении с исходным крахмалом.

Содержание амилозы в крахмале в начальной стадии процесса гидролиза возрастало (с 21,64 до 25,54%), затем снижалось и оставалось практически неизменным, близким к исходному (21,5%). При повышении СГК пористого крахмала от 0,0% (нативный крахмал) до 61,8% увеличивалась водосвязующая способность с 1,6 до 1,99 г / г, растворимость крахмала при этом повышалась с 0,31 до 1,48 % при достижении СГК 24,8 %, а затем снижалась. То же происходило с предельной вязкостью, прозрачностью клейстера крахмала и устойчивостью клейстера к замораживанию / оттаиванию. Динамическая вязкость 3 %-ного клейстера крахмала в процессе гидролиза (СГК 0,0-61,8 %) снижалась с 38,2 до 19,8 мПа^с. Такие свойства, как адсорбционная способность и набухаемость

крахмала, увеличивались на 60 и 114% соответственно по достижении 48-52% СГК, а при дальнейшем возрастании СГК снижалась, что было бы нежелательно для потребителей. Принимая во внимание вышеперечисленные изменения свойств крахмала, в качестве оптимального предложено проведение процесса гидролиза до СГК = 50±2%.

Результаты анализа реологических свойств образцов пористого крахмала (рис. 1) на RVA TecMaster показали снижение пика вязкости при нагревании с 1342 (СГК 0 %) до 825 мПа-с (СГК 62,8 %) и конечной вязкости 8 %-ных клейстеров при охлаждении с 1510 до 1004 мПа^с при увеличении степени гидролиза крахмала.

Исследования термических свойств образцов пористого крахмала показали повышение температуры плавления с 67 до 70 °С при увеличении степени гидролиза с 0 до 52 %. При этом энтальпия плавления по сравнению с нативным крахмалом (2,9-10-3 Дж/ моль) в начале гидролиза возрастала по достижении СГК 19,3% до 3,5Ч0-3 Дж/моль, а затем снижалась и по достижении СГК 52 % стала равной показателю для нативного крахмала. Очевидно, это также связано с уменьшением молекулярной массы нативного крахмала в процессе гидролиза при сохранении его структурных свойств.

Проведены исследования ферментативной атакуемости опытных образцов пористого крахмала амилолитическими ферментами, традиционно участвующими в процессе гидролиза в качестве биокатализаторов. Установлено, что пористые крахмалы в клейстеризованном состоянии проявляют ферментативную атакуемость, аналогичную нативному кукурузному крахмалу, независимо от степени гидролиза (рис. 2).

При действии глюкоамилазы на испытуемые образцы крахмала без клей-стеризации в равных условиях получены гидролизаты с равной СГК для всех пористых крахмалов (52,0 % по СВ) и пониженной СГК (46,4 % по СВ) для нативного крахмала. Полученные данные позволяют считать, что устойчивость (резистентность) модифицированного пористого крахмала к действию амилолитических ферментов значительно ниже нативного кукурузного крахмала. Полученные результаты используются при разработке оптимальных параметров процесса низкотемпературного гидролиза нативного кукурузного крахмала в гетерогенной среде.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Президента РФ МК-5651.2018.11.

ЛИТЕРАТУРА

1. Лукин, Н.Д. Исследование действия амилолитических ферментов на нативный крахмал различных видов в гетерогенной среде / Н.Д. Лукин [и др.] // Достижения науки и техники АПК. - 2013. - № 10. -С. 62-64.

2. Папахин, А.А. Научно-практические аспекты технологии низкотемпературной биоконверсии нативного крахмала / А.А. Папахин, З. М. Бородина // Пищевая промышленность. - 2018. - № 10. -C. 20-24.

3. Папахин, А.А. Методика оценки действия амилолитических ферментов на нативный крахмал / А.А. Папахин [и др.] // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2014. -№ 4. - С. 14-17.

REFERENCES

1. Lukin, N.D. Issledovanie dejstvija ami-LoLiticheskih fermentov na nativnyj krah-mal razLichnyh vidov v geterogennoj srede / N.D. Lukin [i dr.] // Dostizhenija nauki i tehniki APK. - 2013. - № 10. -S. 62-64.

2. Papahin, A.A. Nauchno-praktiches-kie aspekty tehnologii nizkotemperaturnoj biokonversii nativnogo krahmala/A.A. Papahin, Z.M. Borodina // Pishhevaja promysh-Lennost'. - 2018. - № 10. - C. 20-24.

3. Papahin, A.A. Metodika ocenki dejstvija amiloliticheskih fermentov na nativnyj krahmal / A.A. Papahin [i dr.] // Hranenie i pererabotka sel'hozsyr'ja. - 2014. - № 4. -S. 14-17.

Авторы

Папахин Александр Алексеевич, канд. техн. наук, Бородина Зинаида Михайловна, канд. техн. наук ВНИИ крахмалопродуктов - филиал ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН,

140051, Московская обл., Люберецкий р-н, п. Красково,

ул. Некрасова, д. 11,

papahin_a1eksandr@mai1.ru

Authors

Papakhin Alexander Alekseevich, Candidate of Technical Sciences, Borodina Zinaida Mikhailovna, Candidate of Technical Sciences All-Russian Scientific-Research Institute for starch products - Branch of the Federal Scientific Center of Food Systems V.M. Gorbatov RAS, 11, Nekrasova str., Lyubertsy district, Kraskovo, Moscow region, 140051, papahin_aleksandr@mail.ru