2 Производство модифицированных крахмалов (основные теоретические положения)

Условно по характеру изменений, происшедших с крахмалами, модифицированные крахмалы подразделяют на две большие группы: крахмалы, при обработке которых основным изменением является расщепление полисахаридных цепей – группа расщепленных крахмалов, и крахмалы, свойства которых изменены в основном в результате присоединения химических радикалов или в результате совместной полимеризации с другими: высокомолекулярными соединениями – группа замещенных крахмалов (эфиров и сополимеров крахмала).

2.1 Расщепленные крахмалы

Расщепленные крахмалы приготовляют путем термического и механического действия, обработки полисахарида кислотой, окислителями, амилазами, некоторыми солями, облучения ү-лучами, электронами, ультразвуком и другими действиями, вызывающими деструкцию полисахаридных цепей. В результате происходит направленное или хаотическое расщепление глюкозидных, а иногда и других валентных связей. При этом у полисахаридов уменьшается размер частиц, молекулярная масса, появляются новые карбонильные и карбоксильные группы, возникают внутри- и межмолекулярные связи. При этом зернистая форма крахмала остается, как правило, неизменной; иногда наблюдается частичное разрушение структуры зерен крахмала с образованием вторичной структуры, например, при клейстеризации и высушивании крахмалов в вальцовых сушилках.

Ниже приведены технологии приготовления некоторых видов расщепленных крахмалов и их применение.

2.1.1 Крахмалы, модифицированные кислотой

Реакцию кислотного гидролиза крахмала широко используют при производстве особой группы модифицированных крахмалов – расщепленных или «жидкокипящих». Они образуют клейстеры, которые имеют низкую вязкость при высоком содержании сухих веществ.

Основной химической реакцией, протекающей при производстве модифицированного кислотой крахмала, является расщепление полисахаридных цепей по -1,4-связям.

При ограниченном кислотном гидролизе крахмала расход кислоты составляет 1–3% к крахмалу и используются низкие температуры обработки (45–50°С), ослабляющие, но не разрушающие структурную упорядоченность зерен крахмала.

При гидролизе очень разбавленными кислотами, так называемом «мягком гидролизе», концентрация ионов водорода в зерне будет очень невелика и расщепление связей возможно только в наиболее доступных местах. Если гидролиз продолжается короткое время, то в таком случае в крахмальном зерне будет разорвано только небольшое число связей, которое приведет к незначительному изменению среднего молекулярного веса крахмала. Но разрушение хотя бы незначительной части внутримолекулярных связей должно привести к изменению ряда физико-химических свойств такого крахмала по сравнению с исходным.

При гидролизе крахмала раствором кислоты в зерне его идут одновременно два процесса – деструкция молекул крахмала и их деполимеризация. При деструкции молекулы расщепляются на части, также имеющие большой молекулярный вес, при деполимеризации от концов молекул отрываются низкомолекулярные фрагменты. Оба эти процесса идут параллельно. Скорость реакции гидролиза зависит от условий ее проведения. Чем больше концентрация ионов водорода в системе, тем выше скорость гидролиза крахмала.

Существенное влияние на скорость гидролиза крахмала оказывает температура реакции: при повышении температуры скорость гидролиза крахмала существенно возрастает. При гетерогенном гидролизе температура реакции не должна превышать температуру начала клейстеризации крахмала – для картофельного крахмала она около 60С.

В результате кислотной модификации в зернах крахмала происходит разрушение аморфных и мелкокристаллических образований и увеличение доли упорядоченных структур, при этом сохраняется их кристаллическая структура.

Зерна гидролизованного крахмала обладают пониженной способностью к набуханию и удерживанию влаги, а при повышении температуры гидролиза крахмальной суспензии – распадаться на мелкие части. Такие крахмалы характеризуются повышенной растворимостью в теплой воде, более низкой температурой клейстеризации, повышенной прозрачностью клейстеров, относительным увеличением межмолекулярного взаимодействия и степени кристалличности зерен (приложение А, таблица 1).

Крахмалы, модифицированные кислотой, характеризуют по показателю текучести – величине, обратной вязкости, которая при гидролизе крахмала возрастает. Чем сильнее при кислотной обработке крахмала деструкция его полисахаридов, тем ниже вязкость клейстеров и выше их текучесть(приложение А, таблица 2).

При мягкой кислотной обработке, учитывая, что степень гидролиза полисахаридных молекул невелика, происходит отрыв крупных частиц некоторых ветвистых цепей компонентов крахмала. Эти частицы достаточно линейны и достаточно длинны, чтобы ориентироваться при образовании клейстера, что способствует протеканию процесса структурообразования в клейстерах модифицированных крахмалов и обеспечивает повышенную их способность образовывать студни при охлаждении и их высокую прочность.

Способность модифицированных кислотой крахмалов образовывать горячие концентрированные клейстеры с низкой вязкостью, при охлаждении образующие прочные студни, используют в кондитерской промышленности для производства лукумов, пастилы, желейных конфет. Как структурообразователь его используют для приготовления кремов и начинок для тортов и пирожных.