Гелятинизация крахмала: разрушение межмолекулярных связей под воздействием воды.

Введение

Процесс разрушения межмолекулярных связей крахмала под действием воды. Желатинизация крахмала – это процесс разрушения межмолекулярных связей молекул крахмала в присутствии воды и тепла, позволяющий участкам формирования водородных связей (атомам водорода и кислорода гидроксильных групп) взаимодействовать с большим количеством воды. Это необратимо растворяет гранулы крахмала в воде. Вода выступает в роли пластификатора.

Процесс

Три основных процесса происходят с крахмальными гранулами: набухание гранул, плавление кристаллитов и двойных спиралей, а также выщелачивание амилозы. Набухание гранул: при нагревании вода сначала поглощается в аморфном пространстве крахмала, что приводит к набуханию. Плавление двойных спиральных структур: затем вода проникает через аморфные области в плотно связанные участки двойных спиральных структур амилопектина. При комнатной температуре эти кристаллические области препятствуют проникновению воды. Нагревание приводит к тому, что эти области становятся менее четкими, цепи амилозы начинают растворяться, переходя в аморфную форму, и количество и размер кристаллических областей уменьшаются. Под микроскопом в поляризованном свете крахмал теряет свою двулучепреломляемость и крест вымирания. Выщелачивание амилозы: проникновение воды таким образом увеличивает беспорядочность в структуре крахмальных гранул и вызывает набухание; в конечном итоге молекулы амилозы выщелачиваются в окружающую воду, и структура гранул разрушается. Температура желатинизации крахмала зависит от типа растения и количества воды, pH, типов и концентрации соли, сахара, жира и белка в рецептуре, а также от технологии модификации крахмала. Некоторые виды немодифицированного крахмала начинают набухать при 55 °C, другие – при 85 °C. Температура желатинизации модифицированного крахмала зависит, например, от степени сшивания, кислотной обработки или ацетилирования. Температура геля также может быть изменена путем генетической манипуляции генами крахмала-синтазы. Температура желатинизации также зависит от количества поврежденных гранул крахмала; они набухают быстрее. Поврежденный крахмал может образовываться, например, в процессе помола пшеницы или при сушке крахмального осадка на крахмальном заводе. Существует обратная зависимость между температурой желатинизации и гликемическим индексом. Молекулы амилопектина с более длинной разветвленной структурой (что делает их более похожими на амилозу) усиливают тенденцию к образованию прочных гелей. Крахмал с высоким содержанием амилопектина образует стабильный гель, но он будет мягче, чем гели с высоким содержанием амилозы. Ретроградация ограничивает доступность для гидролиза амилазой, что снижает перевариваемость крахмала.

Three main processes happen to the starch granule: granule swelling, crystallite and double helical melting, and amylose leaching. Granule swelling: During heating, water is first absorbed in the amorphous space of starch, which leads to a swelling phenomenon. Melting of double helical structures: Water then enters via amorphous regions into the tightly bound areas of double helical structures of amylopectin. At ambient temperatures these crystalline regions do not allow water to enter. Heat causes such regions to become diffuse, the amylose chains begin to dissolve, to separate into an amorphous form and the number and size of crystalline regions decreases. Under the microscope in polarized light starch loses its birefringence and its extinction cross. Amylose leaching: Penetration of water thus increases the randomness in the starch granule structure, and causes swelling; eventually amylose molecules leach into the surrounding water and the granule structure disintegrates. The gelatinization temperature of starch depends upon plant type and the amount of water present, pH, types and concentration of salt, sugar, fat and protein in the recipe, as well as starch derivatisation technology are used. Some types of unmodified native starches start swelling at 55 °C, other types at 85 °C. The gelatinization temperature of modified starch depends on, for example, the degree of cross linking, acid treatment, or acetylation. Gel temperature can also be modified by genetic manipulation of starch synthase genes. Gelatinization temperature also depends on the amount of damaged starch granules; these will swell faster. Damaged starch can be produced, for example, during the wheat milling process, or when drying the starch cake in a starch plant. There is an inverse correlation between gelatinization temperature and glycemic index. Amylopectin molecules with longer branched structure (which makes them more similar to amylose), increases the tendency to form strong gels. High amylopectin starches will have a stable gel, but will be softer than high amylose gels. Retrogradation restricts the availability for amylase hydrolysis to occur which reduces the digestibility of the starch.

Прегелатинизированный крахмал

Прегелатинизированный крахмал (декстрин) – это крахмал, который был подвергнут варке, а затем высушен на крахмальном заводе на барабанной сушилке или в экструдере, что делает его растворимым в холодной воде. Распылительные сушилки используются для получения сухих крахмальных сахаров и порошка прегелатинизированного крахмала с низкой вязкостью.

Определение

Простой метод изучения гелеобразования крахмала – использование вискоамилографа Брэбендера. Это распространенный метод, используемый в пищевой промышленности для определения температуры пастеризации, набухающей способности, сдвиговой/термической стабильности и степени ретроградации. В контролируемых условиях крахмал и дистиллированную воду нагревают в вращающейся чаше с постоянной скоростью нагрева, а затем охлаждают. Вязкость смеси отклоняет измерительный датчик в чаше. Это отклонение измеряется как вязкость в единицах крутящего момента во времени в зависимости от температуры и записывается на компьютере. Вискоамилограф позволяет наблюдать: начало желатинизации, максимум желатинизации, температуру желатинизации, вязкость при выдержке и вязкость в конце охлаждения. Дифференциальная сканирующая калориметрия (DSC) – еще один метод, используемый промышленностью для изучения свойств желатинизированного крахмала. При нагревании воды с гранулами крахмала происходит желатинизация, включающая эндотермическую реакцию. Начало желатинизации называется T-начало. T-пик – это точка, в которой эндотермическая реакция достигает максимума. T-окончание – это момент, когда все гранулы крахмала полностью желатинизированы и кривая стабилизируется.