2.2 Замещенные крахмалы

Глюкозные остатки, из которых построены полисахаридные цепи крахмала, содержат ряд реакционноспособных групп – концевые редуцирующие группы, спиртовые группы у второго, третьего и шестого углеродных атомов. Способность этих групп вступать в реакции замещения с различными органическими и неорганическими соединениями используют в промышленности для производства ряда модифицированных крахмалов, относящихся к группе замещенных, включающей простые и сложные эфиры и «сшитые» крахмалы. Последние получают в результате введения между двух рядом расположенных полисахаридных цепей поперечной связи или мостика. Эти крахмалы называют также поперечносвязанными. Введение в молекулы полисахаридов крахмала даже незначительного количества радикалов позволяет изменить свойства крахмала – повысить вязкость и стабильность клейстеров, устранить их тягучесть и снизить адгезионные свойства, повысить стабилизирующее действие, усилить пленкообразующую способность и т. п.

2.2.1 Эфиры крахмала солей фосфорной кислоты. Фосфатный крахмал

Повышение стабильности крахмальных растворов зерновых крахмалов, увеличение их прозрачности и вязкости могут быть достигнуты деструкцией последних при одновременном введении в крахмальные молекулы поперечных связей. Такая обработка зерен приводит к увеличению размеров молекул за счет образования мостиков между ними, при этом также укорачивается длина цепей.

Поперечное связывание крахмальных молекул достигается обработкой крахмала такими веществами, как эпихлоргидрин, хлорокись фосфора, окись этилена, соли фосфорной кислоты и другие.

Для пищевой промышленности интерес представляют фосфатные крахмалы – сложные эфиры крахмала и фосфорной кислоты.

Особенностью фосфатных крахмалов, как стабилизаторов и загустителей, является устойчивость их во время варки под давлением, при замораживании и оттаивании к изменению среды и механическим воздействиям.

Необходимым условием получения фосфатных крахмалов является нагревание сухого крахмала с фосфатами от 30 мин до 15 ч при 120–170°С. В процессе этерификации наблюдается появление у крахмалофосфатов таких свойств, как повышение прозрачности и вязкости клейстеров до определенного максимума, после которого поперечное связывание крахмальных макромолекул настолько велико, что клейстеризация зерен крахмала затрудняется, мутность растворов повышается.

В пищевой промышленности используют фосфатные крахмалы, имеющие степень замещения – 1 фосфатная группа на 100–300 ангидроклюкозных единиц. Такой продукт хорошо растворяется в воде, устойчив к изменениям температуры, рН среды и механическим воздействиям.

Различают монокрахмалофосфаты, представляющие собой эфиры, в которых одна гидроксидная группа глюкозкого остатка этерифицирована одной из кислотных групп остатка фосфорной кислоты или ее солей, и дикрахмалофосфаты, в которых прошло взаимодействие гидроксидов глюкозных остатков разных цепей с двумя кислотными группами фосфорной кислоты или ее солей.

Монокрахмалофосфаты приготовляют нагреванием крахмала с водорастворимыми фосфатами, солями орто-, пиро- или метафосфорной кислоты.

Для приготовления дикрахмалофосфатов используют триметафосфат натрия, хлорокись фосфора, пятихлористый фосфор или тиохлорид фосфора. В продуктах реакции при этом кроме дикрахмалофосфата могут содержаться моно- и трикрахмалофосфаты.

Монокрахмалофосфаты образуют стабильные клейстеры, отличающиеся повышенной прозрачностью, устойчивостью к замораживанию и оттаиванию. Дикрахмалофосфаты также образуют стабильные клейстеры, устойчивые к нагреванию и механическому действию. Клейстеры имеют низкую прозрачность и нетянущуюся, короткокапельную консистенцию.

Общей закономерностью изменения свойств крахмала при фосфатировании является то, что с ростом продолжительности обработки снижается температура начала клейстеризации. Монокрахмалофосфаты имеют максимальную вязкость при температуре 65°С, дикрахмалофосфаты – при 75°С. Она значительно выше вязкости клейстера кукурузного крахмала. После достижения максимума вязкость клейстера монокрахмалофосфатов резко падает. При охлаждении вязкость фосфатных крахмалов возрастает, причем очень сильно у дикрахмалофосфатов.

Фосфатные крахмалы в пищевой промышленности используют в качестве стабилизатора, загустителя, эмульгатора различных изделий.