Сравнительная характеристика физико-химических и морфологических свойств модифицированных картофельных крахмалов

Е. В. Никитина, Л. З. Габдукаева

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ И МОРФОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МОДИФИЦИРОВАННЫХ КАРТОФЕЛЬНЫХ КРАХМАЛОВ

Ключевые слова: модифицированные крахмал, физико-химические свойства, световая микроскопия.

Сравнительный анализ выявил существенно более низкую вязкость модифицированных картофельных крахмалов (оксиамильного ОПВ-1, гидролизованного, набухающего по ТУ9187-016-5747146-95). Показано, что уменьшение вязкости обратно пропорционально эмульгирующей активности, которая повышается в ряду нативный, оксиамильный, гидролизованный, набухающий крахмалы. Изменения физики-химических параметров обусловлено изменением структуры крахмальных зерен, повышением их гомогенности и размеров.

Keywords: modified starch, physical and chemical properties, light microscopy.

The comparative analysis revealed a significantly lower viscosity of modified potato starch (oxiamilic OPV-1, hydrolyzed, swelling of TU 9187-016-5747146-95). It is shown that a decrease of viscosity is inversely proportional to the emulsifying activity, which increases in the number of native, oxiamilic, hydrolyzed, swelling starches. The changes of physico-chemical parameters due to changes in the structure of starch granules, increasing their homogeneity and size.

Введение

Нативные и модифицированные крахмалы широко используются в пищевой промышленности для предания продукту необходимой вязкости и структуры [1, 2, 3]. Они также могут влиять на ряд важнейших параметров конечного продукта, таких как выход, вкус, текстура, сроки хранения и др. [4].

Два типа полимеров глюкозы присутствуют в крахмале: 1) амилоза и 2) амилопектин. Амилоза - это линейный полимер, состоящий вплоть до 6000 остатков глюкозы с а-1-4 гликозидной связью. Число остатков глюкозы в цепи, характеризующаяся как степень полимеризации, варьирует у крахмалов различного происхождения. Амилоза картофеля имеет показатель степени полимеризации равный 1000-6000. Среднее количество амилозы в крахмалах может колебаться между почти 0 и до 75%, но в среднем эта величина равна 20-25%. Соотношение полисахаридов в крахмале различно и зависит от источника крахмала.

В связи с этим различают восковидные крахмалы, содержание амилозы в которых меньше 15 %, нормальные (20-25 % амилозы), и высокоамилозные крахмалы (более 40 % амилозы). Равновесная

влажность при относительной влажности воздуха составляет 14-18 % для корнеклубнеплодных

крахмалов и 10-12 % для зерновых [5].

Амилопектин состоит из коротких а-1,4-связанных линейных цепей длиной 10-60 остатков глюкозы и а-1,6-связанных боковых цепей с 15-45 остатками глюкозы. В среднем разветвленных остатков в амилопектине 5%, но изменяется в зависимости ботанического источника крахмала. Полная амилопектиновая молекула содержит в среднем 2000000 остатков глюкозы, таким образом это одна из самых больших молекул природного происхождения. Наиболее общая допустимая модель структуры амилопектина является кластерной моделью, в которой боковые цепи скомпанованы в группы с более длинными основными цепями [6].

Многочисленное промышленное и пищевое применение нативных крахмалов ограничены, из-за его тенденции к ретрограции и подверженности синерезису [7]. Многочисленны исследования по модификации крахмалов химическими и физически методами. 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 [8]. Форма и размер гранул крахмала являются характеристиками их ботанического

происхождения. Гранулы изменяются от совершенно сферического до многогранного, округленный, или овального [9; 1G]. В связи с вышесказанным целью данной работы было охарактеризовать изменения ряда физикохимических свойств и морфологии крахмальных клейстеров в результате модификации.

Материалы и методы исследования

В качестве объекта исследования выступали картофельные крахмалы: нативный

(ГОСТ P 52791-2GG7), модифицированные -оксиамильный ОПВ-1, гидролизованный, набухающий по ТУ9187-016-5747146-95.

Для микроскопирования использовали предварительно выдержанные при 6G оС в течение 1G мин 5% растворы крахмалов, которые окрашивали раствором Люголя (I2/KI раствор; 1:2 w/w). Немедленно просматривали под световым микроскопом Axio Imager в комплекте с видео камерой. Для просмотра использовали увеличение в 4GG раз.

Определение вязкости крахмалов. В коническую колбу отобрали 2G мл дистиллированной воды, в части воды (5 мл) развели крахмал массой G,2 г, а затем оставшиеся 15

мл довели до кипения. Разведенный крахмал осторожно влили в кипяток. После чего смесь остужается до комнатной температуры. Отобрали 5 мл каждого образца крахмального клейстера и измерили массу на аналитических весах, затем на вискозиметре замеряли время истечения крахмального клейстера. Расчет производили по общепринятой формуле

Определение эмульгирующей активности. Для определения эмульгирующей активности смешивали

0,5 мл подсолнечного масла, 1,5 мл исследуемого образца 1% крахмального клейстера и встряхивали на шейкере 2 минуты. После этого берут 0,5 мл перемешанной эмульсии со дна и смешивают с 4,5 раствором 0,1% 8Б8 (додецил сульфат натрия), проводят измерением при 500 нм [11].

Результаты исследований и обсуждение

Исследование физико-химических

характеристик 1 % клейстера картофельных крахмалов показало, что по сравнению с нативным крахмалом у модифицированных вязкость меньше в пять раз (табл.), разжижение крахмального клейстера связано с частичным разрушением связей между молекулами глюкозы в амилозе и амилопектине.

Эмульгирующая же активность у исследуемых образцов была выше, чем у нативного крахмала в 1,5-2 раза. Косвенно это может также свидетельствовать о снижении молекулярной массы исследуемых крахмалов и повышении способности образовывать более низкомолекулярные субъединицы с эмульгирующей способностью.

Таблица - Значения эмульгирующей активности и вязкости модифицированных крахмалов в сравнении с нативным картофельным крахмалом

Вид крахмала Эмульгирующая активность, Б, А,=500 нм Вязкость, Т

Нативный 0,23±0,005 28,07±0,1

Оксиамил ОПВ-1 0,36±0,01 1,55±0,01

Гидролизованный 0,42±0,008 1,21±0,02

Набухающий по ТУ 0,54±0,01 1,21±0,03

Гранулы от всех изученных крахмалов показали овальный, округленный или обрезанные формы, у некоторых гранулы были нарушенные структуры; в случае оксиамильного крахмала поверхности гранулы были гладкими и без зазубрин.

Присутствие нарушенных обрезанных гранул был выше в набухающем крахмале, чем в других изученных крахмала. Фактически, присутствие нарушенных или сломанных форм может говорить о легком проникновении в такие гранулы воды и интенсивном образовании гелей (рис. 1).

В микрофотографиях крахмальной дисперсии выявлено сильное разбухание, с частичным распадом гранул крахмала. В образцах ясно показаны синие области, которые соответствуют накоплений амилозы. Амилозобогащеные участки находились в

межкристаллическом пространстве и в центре гранул крахмала. Накопление амилозы внутрь крахмальных зерен особенно выражено для дисперсии гидролизованного картофельного крахмала (рис. 1Б).

Рис. 1 - Морфологические свойства нативного

Морфологические исследования модифицированных коммерческих крахмалов

подтверждают данные полученные при исследовании вязкости и эмульгирующей активности. Наиболее высокая эмульгирующая

активности у набухающего картофельного крахмала связана с высокой степенью разрушенные форм крахмальных частиц.

Кроме того, в случае набухающего крахмала зерна после окраски раствором Люголя имели не голубой, фиолетовый цвет, что свидетельствует и преобладании амилопектиновой фракции.

Разветвленная амилопектиновая фракция может отвечать за способность полимера образовывать мицеллы эмульсии. Преобладание амиломектиновой фракции в совокупности с высокой разрыхленностью граничных зон крахмальных зерен обуславливает высокую эмульгирующую активность клейстера этого вида крахмала.

Полученные данные согласуются с раннее опубликованными исследованиями о способности крахмальных зерен модифицированных крахмалов вступать в реакции с аминокислотами и водорастворимыми белками мяса при нагревании [12, 13]. Крахмалы гидролизованный и набухающий по ТУ более интенсивно набухают и частично гидролизуются при нагревании, и особенно в присутствии нитрита натрия, чему способствует строение их гранул - более рыхлое и гетерогенное.

Таким образом, модификация картофельного крахмала, ведущая к разрыхлению крахмальных зерен с гидролизом аморфной части, приводит к повышению гомогенности структуры гранул и компактности в случае гидролизованного и оксиамильного крахмалов. Наиболее перспективной модификацией

картофельного крахмала для получения полисахарида

с улучшенными эмульгирующими свойствами

является получение набухающего крахмала. Литература

1. E.H. Nabeshima, M.V.E. Grossmann, Carbohydrate Polymers, 45, 347-353 (2001).

2. M.M. Rutenberg, D. Solarek, In R.L. Whistler (Ed.), Starch chemistry and technology (2nd ed,). New York: Academic Press. 1984, P. 311-388.

3. S. Wattanachant, K. Muhammad, D.M. Hashim, R.A. Rahman, Food Chemistry, 80, 463-471 (2003).

4. А.П. Нечаев, А.А. Кочеткова, А.Н. Зайцев. - М.: Колос, Колос-Пресс, 2002. - 256 с.

5. R. F. Tester, Q. J. Karkalas, Gereal scince, 39, 151-165 (2004).

6. A.M. Myers, M.K. Morell, M.G. James, S.G. Ball, Plant Physiol, 122, 989-997 (2000).

7. I. Rosalina, M. Bhattacharya, Carbohydrate Polymers, 48, 191-202 (2002).

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

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

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

11. A. Kato, K. Minaki, K. Kobayashi, J. Agric. Chem, 41, 540-543 (1993).

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

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

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