Свойства нативных крахмалов

Крахмал	Диаметр (микроны)	Температура клейстеризации	Содержание амилозы (%)
Высокоамилозная кукуруза	3-24	63-92	50-90
Кукурузный	5-26	62-72	22-28
Восковидный	5-26	63-72	<1
Тапиоковый	5-25	72-73	17-22
Картофельный	15-100	59-68	23
Сорго	6-30	68-78	23-28
Пшеничный	2-35	58-64	17-27
Рисовый	3-8	68-78	16-17

Рисунок 5. Зерна крахмала под микроскопом: а - картофельного; б - пшеничного; в - кукурузного; г - рисового

Форма и размеры зерен имеют существенное значение при определе­нии способов извлечения крахмала и установлении параметров разделяющих ситовых и осаждающих центрифугальных аппаратов[2].

По внешнему виду чистый товарный крахмал представляет собой белоснежный сыпучий порошок, состоящий из зерен различного размера. При микроскопическом исследовании по виду зерен можно определить природу крахмала (рис.5) [11]. Зерна картофельного крахмала могут иметь размер от 15 до 120 мкм и считаются самыми крупными из известных видов крахмалсодержащего сырья. Им свойственна эллиптическая форма с несимметрично расположенным глазком и явно выраженной слоистостью. Более мелкие зерна имеют округлую форму. Крахмал, состоящий из крупных зерен, отличается более высоким качеством.

Крахмальные зерна ржи, пщеницы и ячменя наиболее сходны меж­ду собой. Они имеют преимущественно простые концентрические слои, сплошные или с внутренней полостью, от которой в разные стороны рас­ходятся звездообразные трещины. Зерна крахмала злаков значительно меньше по размеру, от 2 до 35 мкм, и имеют слабо выраженную слоистость. Кукурузный крахмал мучнистой части зерна состоит из зерен округлой формы, а роговидной - многоугольной.

Товарный кукурузный крахмал составляют зерна величиной от 5 до 25 мкм, с большим круглым глазком на поверхности. Для крахмалов ржи, пшеницы и ячменя характерно бимодальное распределение зерен по размерам, выраженное наличием двух фракций - крупнозернистой (крахмал А) и мелкозернистой (крахмал Б)(рис. 6).

Рисунок 6. Подкрашенные йодом зерна крахмала под микроскопом

Такое распре­деление зерен оказывает влияние не только на технологические процессы их извлечения, но и на структуру, содержание амилозы, термодинамические и реалогические характеристики крахмала.

Пшеничный крахмал содержит фракции крупных зерен от 20 до 35 мкм и мелких от 2 до 10 мкм. Зерна пшеничного крахмала имеют плоскую эллиптическую или круглую форму с глазком, расположенным в центре.

Крахмалы ржаной и ячменный сходны по внешнему виду зерен с пше­ничным. Рисовый крахмал имеет многогранную форму. Крупнозернистая фракция крахмала ячменя имеет размер зерен 11... 26 мкм, а мелкозернистая - 2...10 мкм. Для рисового и ячменного крахмалов, содержащих значи­тельное количество белка, при их сушке в производственных условиях характерно образование из зерен конгломератов размерами до 500 мкм.. Зерна крахмала имеют большую поверхность. Например, поверхность зерен картофельного крахмала составляет 11 м²/кг. Они хорошо сорбируют красители и другие вещества.Форма и размер зерен имеют существенное значение при определении способов извлечения крахмала и установлении параметров разделяющих ситовых и осаждающих центрифугальных аппаратов.

Зерна крахмала обладают следующими свойствами:

1)способностью образовывать вязкие клейстеры при нагревании в воде; 2)студнеобразующей и пленкообразующей способностью клейстеров;

3) реакционной способностью молекул крахмала при взаимодействии с химическими реагентами.

Клейстеризация – является важнейшим свойством крахмала, при достаточных условиях влажности и температуры крахмальные зерна поглощают большое количество воды, увеличиваются в объеме в несколько раз, теряют кристаллическое строение, а следовательно – анизотропность (однородность кристаллической фракции в пространстве). Крахмальная суспензия превращается в клейстер. Процесс его образования называется клейстеризацией.

Рисунок 7. Стадии клейстеризации крахмальных зерен

Клейстеризацию крахмальных зерен крахмала можно разделить на 4 стадии (рис.7) :

1) Набухание – считается первой стадией и происходит при температуре 35-40°С. При набухании в крахмальном зерне образуются мельчайшие трещины. Вода, поступающая внутрь зерен, растворяет некоторое количество полисахаридов. Часть из них (амилоза) переходит из зерен в раствор. Данная температура называется температурой кластеризации .

2) Разбухание крахмальных зерен – имеет место при температуре 45-65°С и они превращаются в студенистые пузырьки. Суспензия переходит в клейстер – взвесть, состоящую из набухших крахмальных зерен и растворенных в воде полисахаридов (амилоза). Значительно возрастает вязкость системы.

3) Разбухание крахмальных пузырьков - Происходит при температуре 60-80°С Происходит распад больших пузырьков на более мелкие. Слоистое строение структуры крахмала исчезает. Объем зерен резко возрастает до 1000%, это является следствием разрыва связей между макромолекуламиаполисахаридов, а также их гидратации. Часть полисахаридов растворяется и остается в подсети крахмального зерна, а часть (в основном амилоза) – диффундирует в окружающую среду. Вязкость клейстера значительно возрастает.

4) Распад крахмальных пузырьков - начинается при температуре 80-100°С, происходит диспергирование (разрушение) крахмальногоапвещества до коллоидногоа состояния. Процесс идет тем интенсивнее, чем выше температура и длительнее нагрев. Считается, что вязкость клейстеров при нагревании объясняется не набуханием зерен крахмала, а свойствами извлекаемой из них водорастворимой фракции, образующей в растворе трехмерную сетку и удерживающую больше влаги, чем набухшие крахмальные зерна.

Молекулы крахмала состоят из двух компонентов — амилозы и амилопектина. Полисахариды амилозы имеют неразветвленную или слабо разветвленную цепь глюкозных остатков (рис.8). Разное соотношение полисахаридов в крахмале влияет на его свойства (табл.3). Ранее считали, что амилоза сосредоточена в центральных частях крахмальных зерен, тогда как амилопектин составляет их оболочку. В последние годы исследования методом меченых атомов показали, что это распределение различно для крахмалов разных растений. Молекулы амилопектина представляют собой многократно разветвленные цепи глюкозных остатков. В линейных цепях амилозы несколько тысяч остатков глюкозы соединены 1,4-связями, что позволяет им спирально свертываться и принимать более компактную форму.

Рисунок 8. Схема строения Амилозы и Амилопектина

Таблица 3