Физико-химические изменения крахмала: ретроградация, деструкция, модификация

Ретроградация – переход крахмальных полисахаридов из растворимого состояния в нерастворимое (выпадение в осадок в основном амилозы) вследствие агрегации молекул. Полисахариды в крахмальных студнях высокой концентрации (например, изделия из теста) быстро ретроградируют, что приводит к увеличению их жесткости – черствению. Старение крахмальных студней называют еще синерезисом. Объясняется это тем, что физически связанная с полисахаридами вода вытесняется из студня, вследствие чего изделия приобретают жесткую консистенцию. Ретроградация усиливается при замораживании изделий, неоднократные замораживания и оттаивания приводят к необратимой ретроградации и резкому ухудшению качества готового изделия. Кроме того, ретроградированный крахмал менее чувствителен к действию ферментов.

Для предотвращения черствения в изделиях целесообразно использовать в качестве добавок жиры, которые образуют комплексы с амилозой. Эффект черствения может быть частично реверсирован в хлебе прогревом и смачиванием водой, при этом в результате термического движения крахмальных молекул имеет место частичный возврат к более аморфной структуре.

Чем выше влажность блюда или кулинарного изделия, тем интенсивнее снижается в нем количество водорастворимых веществ. Наиболее быстро старение протекает в пшенной каше, медленнее – в манной и гречневой. Повышение температуры тормозит старение крахмала, поэтому блюда из круп и макаронных изделий, хранящиеся на мармите имеют хорошие органолептические показатели в течение 4 часов.

Деструкция крахмала – разрушение структуры крахмального зерна при температуре 120ºС с образованием растворимых декстринов и продуктов распада углеводов (углекислый газ, окись углерода). Деструкция протекает при нагреве крахмала в присутствии воды или при сухом нагреве при температуре выше 100ºС. Крахмал может быть подвержен деструкции под влиянием амилолитических ферментов. Изменения крахмала при сухом нагреве называют декстринизацией.

При деструкции способность крахмала к набуханию и клейстеризации снижается. Степень деструкции характеризуют коэффициентом деструкции, который рассчитывается по формуле

где К_v1 – степень набухания продукта до обработки, %;

К_v2 – степень набухания продукта после обработки, %.

Увеличение температуры нагрева крахмала до 150ºС вызывает более глубокую деструкцию полисахаридов, при этом амилоза деполимеризуется до такого состояния, что легко вымывается водой, появляется и растворимая фракция амилопектина.

Поэтому соусы на белой пассеровке (120ºС) значительно гуще, чем на красной (150ºС) при одном и том же расходе муки.

Консистенция рассыпчатых каш, изготовленных из сырой крупы, не всегда бывает удовлетворительной, поэтому гречневую крупу перед варкой обжаривают, а рисовую и манную подсушивают, тогда в результате деструкции снижается способность крахмала к набуханию, что обусловливает улучшение консистенции рассыпчатых каш.

В некоторых случаях деструкция крахмала протекает очень интенсивно и достаточно глубоко, что вызывает значительные изменения в структуре тканей продукта. Например, при изготовлении взорванных зерен кукурузы, сухих завтраков используют особые технологические режимы – обработку зерен в специальных аппаратах – «пушках» под давлением 1,2 МПа, температура внутри зерен достигает почти 200ºС, в связи с этим крахмал почти полностью теряет способность к набуханию и клейстеризации, взорванные зерна злаков легко растворяются в холодной воде.

Ферментативная деструкция протекает при изготовлении дрожжевого теста и выпечке изделий из него, варке картофеля и др. под действием амилолитических ферментов, содержащихся в дрожжах, муке. Ферменты, расщепляющие крахмал, называются амилазами. В пшеничной муке содержится β-амилаза, расщепляющая крахмал до мальтозы, которая, в свою очередь, является питательной средой для дрожжей. Активная α-амилаза содержится в муке из дефектного зерна (проросшего и т.д.). Степень деструкции увеличивается с повышением температуры замеса, а также с повышением тонкости помола (больше поврежденных крахмальных зерен).

Ферментативная деструкция продолжается и при выпечке изделий, особенно в начальной ее стадии до момента инактивации фермента. При выпечке этот процесс происходит наиболее интенсивно, чем при приготовлении теста, так как оклейстеризованный крахмал легче гидролизуется ферментами. Инактивация β-амилазы происходит при температурах 65ºС. При повышенной активности α-амилазы образуются продукты деструкции, которые ухудшают качество изделий из теста – мякиш получается липким, а изделия кажутся непропеченными. Это объясняется тем, что температура инактивации α-амилазы (80ºС) выше, чем β-амилазы, и действие ее продолжается при выпечке, в результате накапливаются низкомолекулярные полисахариды, снижается способность крахмала связывать влагу.

В картофеле также содержится β-амилаза и образующиеся мальтоза расходуется на дыхание клубней при температуре 0ºС дыхание замедляется, что приводит к накоплению мальтозы и сладковатому привкусу картофеля, поэтому при использовании подмороженный картофель рекомендуется некоторое время выдержать при комнатной температуре, чтобы дыхание восстановилось и сладковатость уменьшилась. β-амилаза инактивируется при температуре 65ºС, поэтому картофель необходимо заливать горячей водой, чтобы предотвратить распад крахмала до мальтозы, которая переходит в отвар и потери питательных веществ увеличиваются.

Кислотная деструкция – распад крахмала до глюкозы в присутствии кислот и воды, имеет место при варке красных соусов, киселей.

Модификация крахмала – это процесс изменения молекул крахмала, сопровождающийся изменениями его гидрофильности, способности к клейстеризации и студнеобразованию, а также механических характеристик студней. Одни виды модификации способствуют растворимости крахмала, а другие ограничивают набухание.

Виды модифицированных крахмалов:

1. Предварительно клейстеризованный крахмал получают путем клейстеризации крахмальной суспензии с последующим высушиванием распылением или в виде тонкой пленки с последующим высушиванием в порошок. Обладает быстрой регидратационной способностью, что позволяет использовать его в качестве загустителя в пищевых продуктах без нагревания.

2. Крахмал, модифицированный кислотой получают путем обработки крахмальной суспензии соляной или серной кислотой при температуре 25-55ºС, причем время обработки зависит от показателя вязкости, которую хотят получить и составляет 6-24 часа. Полученный крахмал нерастворим в холодной воде, но хорошо растворим в кипящей.

3. Этерифицированные крахмалы получают путем обработки зерен крахмала уксусной кислотой или, предпочтительнее, ацетангидридом в присутствии катализатора. Они обладают пониженной температурой клейстеризации, пониженной способностью к ретроградации, образуют прозрачные и стабильные клейстеры, применяют в замороженных продуктах, пекарских изделиях, инстант-порошках.

Монофосфатные крахмалы получают реакцией сухой смеси крахмала и кислых солей орто-пиро-или триполифосфата при повышенной температуре (50-60ºС, 1 час). Они набухают в холодной воде, имеет более низкую температуру клейстеризации, имеет пониженную способность к ретроградации, имеет исключительную стабильность при размораживании, поэтому его применяют при производстве замороженных продуктов.

Дифосфатные крахмалы получают реакцией крахмала с би- и полифункциональными агентами, такими как триметафосфат натрия, оксихлорид фосфора и др. При этом образуется химический мост между близлежащими цепями, и эти крахмалы относятся к поперечно-сшитым. Они обладают высокой стабильностью при повышенных температурах, механических воздействиях, стабильностью при размораживании, благодаря этому их используют в детском питании, фруктовых начинках, в кремах и др.

4. Окисленные крахмалы получают при действии окислителей (КMnO₄, KBrO₃) на водную суспензию крахмала при температуре более низкой, чем температура клейстеризации. Их используют в качестве низковязкостных наполнителях (в соусах типа «майонез»), они не проявляют склонности к ретроградации, не образуют непрозрачных гелей. Крахмал, модифицированный перманганатом калия, находит применение при производстве желейных конфет – вместо агара и пектина.