Крахмал Ярко - синий

↓ Гидролиз

Амилодекстрины Тёмно - синий

↓

Эритродекстрины Красно - бурый (ярко-синий с

↓ фиолетовыми тонами)

Ахродекстрины Не окрашиваются

↓

Мальтодекстрины Тоже

↓

Сахара ------

α – Амилаза дробит амилозу крахмала на остатки D – гексозы – шестичленного участка цепи, то есть расщепляет её в местах перехода спирали витков. Амилопектин ферментом гидролизуется как в основной, так и в боковой цепи. В среднем гидролизат амилозы содержит 13% глюкозы и 87% мальтозы, а гидролизат амилопектина – 73% мальтозы, 8% изомальтозы и 19% глюкозы.

Под действием солодовой α – амилазы на крахмал зернопродуктов одновременно гидролизуются амилоза и амилопектин.

По механизму действия β – амилаза относится к экзоферментам, то есть действует на α–1,4–глюкозидные связи с нередуцирующего (невосстановленного, неальдегидного) конца, отщепляя мальтозу.

При этом синяя окраска амилозы с йодом долго не изменяется. Это объясняется тем, что остатки цепочек сохраняют характер амилозы. Когда они становятся совсем короткими, синяя окраска среды через фиолетовую и красную совершенно исчезает. Гидролиз ферментом основной и боковой цепи в амилопектине идёт вплоть до мест разветвления, до α – 1,6 – глюкозидных связей, перед которыми гидролиз прекращается. Около 60% амилопектина расщепляется до мальтозы и высокомолекулярных декстринов. Эти декстрины дают с раствором йода красную окраску, не сбраживаются и не обладают восстанавливающей способностью.

Вязкость раствора крахмала уменьшается под действием β – амилазы незначительно в отличие от действия α – амилазы.

Из крахмала в ферментативных процессах получают кроме этилового спирта молочную, лимонную кислоту, бутиловый спирт.

Помимо спиртового производства крахмал широко применяется и в других областях пищевой промышленности. В современной пищевой технологии модифицированный крахмал, как и модифицированная целлюлоза, применяется в качестве структурирующей добавки – загустителя, гелеобразователя, стабилизатора. Модификацию крахмала осуществляют путём различных превращений по спиртовым группам.

Реакционноспособные центры в полимерных молекулах крахмалов – это гидроксильные группы глюкозных структурных единиц, активность которых изменяется в ряду: ОН при С6 > ОН при С2 > ОН при С3; концевые остатки D – глюкопираноз, обладающие восстанавливающей способностью; α – гликозидные связи, соединяющие глюкозные структурные единицы в полимерные цепи.

Для получения модифицированных пищевых крахмалов в мировой практике разрешено пять видов химической модификации, а также их различные комбинации:

- образование сложных эфиров в ходе этерификации уксусным и янтарным ангидридами, смесью ангидридов уксусной и адипиновой кислот, ангидридом октенилянтарной кислоты, фосфорилилхлоридом, триметафосфатом и триполифосфатом натрия, ортофосфатом натрия;

- образование простых эфиров при взаимодействии с окисью пропилена.

Эфирные группы модифицированных пищевых крахмалов приведены ниже:

(взаимодействие с окисью пропилена)

(этерификация уксусным ангидридом)

(этерификация октенилянтарной кислотой)

- окисление гипохлоритом натрия;

- отбеливание гипохлоритом натрия, перманганатом калия, пероксиуксусной кислотой, пероксидом водорода;

- гидролиз хлористоводородной и серной кислотами.

В зависимости от природы окислителя (H₂O₂; KMnO₄; HCIO₃; HJO₄ и др.) и условий окислению подвергаются первичные или вторичные гидроксильные группы глюкопиранозных структурных единиц:

При химической модификации нативных крахмалов получают два типа модифицированных крахмалов: стабилизированные и сшитые. Стабилизированными являются крахмалы, полученные в ходе взаимодействия с монофункциональными соединениями и содержащими единичные замещённые гидроксильные группы. Сшитые крахмалы получают при взаимодействии нативного крахмала с бифункциональными реагентами.

Степень модификации крахмала в коммерческих препаратах обычно невелика – в среднем одна замещённая гидроксильная группа приходится на каждые 5 – 500 глюкозных остатков.

Модификация нативных крахмалов приводит к формированию новых свойств, что способствует расширению возможностей использования модифицированных крахмалов в пищевых технологиях.

В настоящее время в качестве пищевых добавок используют девятнадцать видов модифицированных крахмалов, классификация которых приведена в таблице 6.

Таблица 6. Основные типы модификации и виды модифицированных крахмалов

Тип модификации	Основные группы	Основные подгруппы
Набухание	Набухающие крахмалы	Растворимые в холодной воде (инстант-крахмалы): полученные вальцовой сушкой; полученные экструзией. Набухающие в холодной воде
Деполимеризация	Расщеплённые крахмалы	Декстрины: гидролизованные кислотами, гидролизованные ферментами, окисленные
Стабилизация	Стабилизированные крахмалы	Со сложной эфирной связью: ацетилированные, фосфатные. С простой эфирной связью: оксиалкильные
Поперечное сшивание полимерных цепей	Сшитые крахмалы	Крахмалы, сшитые хлорокисью фосфора; крахмалы, сшитые эпихлоргидрином; крахмалы, сшитые адипиновой кислотой

Большинство модифицированных пищевых крахмалов принадлежит к группе сшитых. Сшивание макромолекул крахмала протекает в результате взаимодействия его гидроксильных групп с функциональными группами бифункциональных реагентов. Для сшивания макромолекул крахмала используют: фосфорную и адипиновую кислоты, глицерин. Сшивание на примере использования адипиновой кислоты протекает по следующей схеме:

Макромолекулы

Крахмалы, содержащиеся пищевых продуктах, подразделяются на два типа: гликемические (легкоусвояемые) и резистентные.

Гликемические крахмалы легко подвергаются расщеплению в тонкой кишке, где под действием a-аминокислот образуются мальтодекстрины, гидролизующиеся далее под действием мальтаз до свободной глюкозы. Последняя адсорбируетсяслистой оболочкой стенки кишечника, поступает в кровь и расходуется в основном на энергетические потребности организма.

Гликемические крахмаллы в зависимости от скорости превращения разделяются на быстро и медленно перевариваемые. Примером быстро перевариваемого служит крахмал картофеля, который при варке последнего (в картофельном пюре) находится в желатинизированном состоянии и быстро переваривается в тонкой кишке. Медленно перевариваемые крахмалы содержатся в макаронных изделиях.

Резистентные крахмалы (РК) – это сумма крахмалов и подуктов деградации крахмала, не адсорбируемых в тонкой кишке здоровых людей. Однако попадая в толстую и прямую кишку, он становится доступным для ферментации бактериями, присутствующими в желудочно-кишечном тракте, и переваривается с образованием короткоцепочечных жирных кислот, углекислоты, водорода и метана. Таким образом, его физиологическая функциональность подобна таковой пищевых волокон. Это позволяет считать РК перспективными пищевыми добавками или естественными компонентами пищи, соответствующими улучшению здоровья человека, в частности повышению его иммунитета, что позволяет говорить об увеличении производства продуктов питания, включающих РК.

РК встречаются в некоторых природных РК содержащих источниках, а также могут образовываться при переработке натурального сырья.

Резистентность крахмала может быть повышена или понижена путем его химической или термической модификации.

Так, образование гликозидной связи, отличной от характерных для крахмала a-(1-4)- и a-(1-6)- связей, при тепловой обработке крахмала (например в продуктах карамелизации) понижает биодоступность крахмала к действию ферментов.

Основными факторами, влияющими на перевариваемость крахмала являются: соотношение амилоза/амилопектин в нативном крахмале, размер гранул крахмала, взаимодействие крахмал – белок, образование комплексов амилоза – липид и тип липидов в комплексе, степень желатинизации крахмала в пищевом продукте.

Например, повышение уровня амилозы в крахмале способствует увеличению содержания РК в пищевом продукте, прошедшем технологическую обработку.

Присутствие в крахмале липидов в виде амилозо-липидных комплексов существенно влияет на образование РК. Показано, что выход РК из крахмалов, содержащих амилозу в виде комплексов с липидами, ниже, чем в контрольных образцах, содержащих свободную амилозу. Данный эффект существенно зависит от природы липидов.

Уровень РК в пищевых продуктах, зависит как от процентного содержания амилозы в сырье, так и от типа и условий технологической нативного крахмала. Как правило, желатинизированные крахмалы меньше чем нативные подвержены действию пищеварительных ферментов (таких как панкреатин или a-амилаза. Повышение содержания РК наблюдается также при некоторых технологических процессах (например таких, как экструзионные методы переработки), использующих высокие температуры, чередующиеся с охлаждением, определенную влажность и давление.

Декстран

Декстран – полисахарид, продуцируемый некоторыми видами бактерий. Имеет молекулярную массу от 10 млн. до 1 млрд. Структура декстрана характерна тем, что остатки молекул глюкозы соединены между собой в основном α-1,6-глюкозидными связями, а цепи между собой соединены α-1,4 –глюкозидными связями. Молекула декстрана имеет вид:

Степень полимеризации и разветвления колеблются в широком диапазоне и зависят от вида продуцирующего микроорганизма. Растворы декстрана имеют коллоидное состояние, вязкость, равную вязкости крови, поэтому их широко применяют в лечебной практике при кровопотерях как заменитель плазмы крови, в косметической промышленности, в нефтяной промышленности для приготовления специальной жидкости для буров.

Гликоген

Гликоген – животный крахмал, играет роль депо питательных веществ и запасного углевода животных тканей. Содержится в основном в печени

(около 10%) и мышцах (около 2%). В незначительных количествах найден в грибах, дрожжах и др. Молекулярная масса составляет от 400 тыс. до 4 млн.

В организме находится в комплексе с белками. Гликоген в чистом виде – белый аморфный порошок, легко растворяется в горячей воде, образуя коллоидный раствор. С йодом даёт жёлто-красную окраску. При гидролизе кислотами гликоген превращается в D-глюкозу.

Структура гликогена аналогична структуре амилопектина. Молекула имеет α-1,4-, α-1,6- и α-1,3-глюкозидные связи. Причём 1,6-связи есть и в ветвях гликогена. Таким образом, молекула гликогена несколько плотнее, компактнее, чем молекула амилопектина.

Распад в организме начинается в процессе пищеварения при участии амилаз или фосфорилаз. Конечным продуктом этого распада является глюкоза, которая поступает в кровь и используется клетками для накопления энергии. Избыток её идёт на синтез гликогена, который отлагается в тканях и органах и по мере необходимости используется организмом для обеспечения энергетических процессов. Синтез гликогена и отложение его в виде запасного вещества происходит в печени. Гликогенообразованию способствуют глюкокортикойды – гармоны стеройдной природы. В регуляции углеводного обмена участвует кортизол и кортизон:

Инулин

Инулин – представитель полисахаридов, состоящий из остатков β-D-фруктофураноз. Имеет форму цепочки, в которой гексозы соединены между собой полуацетальными гидроксилами и поэтому не обладает восстанавливающими свойствами. Молекулярная масса инулина составляет 5000-6000. Инулин содержится в больших количествах в клубнях земляной груши, георгин, корнях кок-сагыза, цикория. Он сладкий на вкус. Легко растворяется в горячей воде, образуя коллоидные растворы. Его используют для получения фруктозы, в медицине – в качестве заменителя сахара и крахмала при сахарном диабете, а также для диагностики функционального состояния почек. Инулин гидролизуется под действием кислот и фермента инулазы с образованием молекул фруктоз.

Пектиновые вещества

Пектиновые вещества – представители полисахаридов. Они присутствуют в растворимой или нерастворимой форме практически во всех растениях и в ряде водорослей. Нерастворимые пектиновые вещества, называемые протопектином, составляют большую часть межклеточного вещества и первичной стенки молодых растительных клеток. Особенно богаты протопектином ткани, клетки которых лишены вторичной стенки, например, мякоть плодов. Растворимые пектиновые вещества присутствуют главным образом в соках растений.

Пектиновые вещества широко представлены в некоторых растениях (земляника, яблоко, груша, крыжовник, персик), корнеплодах (свекла, лук), стеблях (лён). Значительное количество пектиновых веществ содержат соки (%): красной рябины – 18,0; клюквы – 16,5; чёрной смородины – 8,2; облепихи – 6,3.

Основным моносахаридом, входящим в состав пектиновых веществ, является D-галактуроновая кислота, в малых количествах обычно присутствуют L-арабиноза, D-галактоза, реже – D-ксилоза, L-рамноза и др. Часть остатков уроновых кислот в пектиновых веществах этарифицирована метиловым спиртом. Также частично этерифицированные полиурониды называют пектиновыми кислотами.

Остатки D – галактуроновой кислоты соединены между собой 1,4 – гликозидными связями в длинные цепи полигалактуроновой или пектиновой кислоты. Строение полигалактуроновой кислоты можно изобразить так:

В зелёных растениях полигалактуроновая кислота с целлюлозой или с белковыми веществами образует комплексы – протопектины. В процессе созревания плодов протопектин под действием фермента пектинэстеразы превращается в растворимый пектин. Молярная масса пектинов составляет от 50 до 150 тысяч.

Разнообразие пектиновых веществ обусловлено следующими факторами: различной степенью разветвлённости полимерной цепи, различной степенью этерификации карбоксильных групп и ацетилирования гидроксильных, различной молярной массой основной цепи.

В промышленности пектины получают кислотным или ферментативным гидролизом протопектина. Гидролиз проводят в условиях, при которых расщепляются связи, соединяющие пектиновые вещества с целлюлозой, гемицеллюлозой, лигнином и не затрагивают гликозидные связи полимерной цепи.

Применение пектинов в пищевой технологии связано с их высокой гелеобразующей способностью. Эта способность используется в кондитерской и консервной промышленности при изготовлении желейных кондитерских изделий и гелеобразной фруктово-ягодной консервной продукции.

Пектины с невысокой степенью этерификации карбоксильных групп обладают способностью связывать катионы поливалентных металлов и выводить их из организма. Комплексообразующая способность в ряду катионов увеличивается:

Mg < Mn < Cr < Hg < Fe < Ni < Co < Cu < Zn < Sr < Cd < Ba < Pb.

Большую практическую ценность представляет способность пектинов выводить из организма радиоактивные вещества.

Пектиновые вещества организмом человека не усваиваются, но их физиологическая роль велика. В настоящее время они отнесены к пищевым волокнам, снижение потребления которых служит причиной увеличения желудочно-кишечных, сердечно-сосудистых и других заболеваний. Специфическое физиологическое воздействие растворимых пищевых волокон связано с их способностью снижать уровень холестерина в крови, нормализовать деятельность желудочно-кишечного тракта.

Пектин, как и карбоксиметилцеллюлоза, предотвращает оседание взвешенных частиц в напитках, благодаря чему они стабилизируют замутнённые напитки (с частицами фруктов). Кроме того, добавки пектина и карбоксиметилцеллюлозы загущают напитки, позволяя регулировать вязкость, что очень важно для напитков с подсластителями.

Альгиновая кислота

Альгиновая кислота – полисахарид, который найден в клеточных стенках бурых водорослей. Молекулярная масса составляет 47.000 – 370.000. Построена из единиц D–маннуроновой кислоты, соединённых 1,4-β-гликозидными связями:

В водорослях альгиновая кислота содержится в виде солей кальция, магния и натрия. Благодаря наличию карбоксильных и гидроксильных групп альгиновая кислота образует разнообразные простые и сложные эфиры.

Производные альгиновой кислоты широко применяются в пищевой промышленности, медицине и парфюмерии. Альгинат натрия, выделенный из водорослей, используют для иммобилизации дрожжей и осуществления ими процесса шампанизации, а также для стабилизации эмульсий при изготовлении мороженого, лаков, красок.

Хитин, хитозан

Хитин и хитозан являются нетоксичными природными полимерами-полисахаридами.

Хитин – полисахарид, являющийся главной составной частью покровных тканей членистоногих – ракообразных, насекомых, паукообразных и оболочек клеток некоторых грибов, где он находится в комплексе с белками и минеральными солями.

По строению хитин аналогичен целлюлозе. Это два полимера сходны по физико-химическим свойствам и биологической роли.

Хитин представляет собой линейный полимер, структурной единицей которого является N-ацетил- β–D-глюкозоамин, соединённый между собой 1,4- β -гликозидными связями:

Хитозан – это продукт деацетилирования хитина.

Хитин плохо растворяется в воде, органических растворителях. Кислотный гидролиз хитина ведёт к образованию глюкозамина и уксусной кислоты. Многочисленные микроорганизмы выделяют фермент хитиназу, который ускоряет разложение хитина на N-ацетилглюкозамин.

В зависимости от источника и технологии получения хитин и хитозан обладают различной молекулярной массой и сорбционными свойствами. Сырьём для получения хитина служат ракообразные (криль, креветка, краб – гаммарус), а также некоторые насекомые и грибы. Поскольку хитин и хитозан биосовместимы с организмом человека, они находят применение в медицине в качестве энтеросорбентов, в составе препаратов для заживления ран (хитозан-коллагеновые губки), для лечения язвы желудка и т.д. Эти биополимеры также используются в косметической индустрии в составе кремов, лосьонов, шампуней. Известно, что хитин и хитозан эффективно извлекают из промышленных и сточных вод ионы тяжёлых и радиоактивных металлов, фенолы, липиды и другие соединения.

Изучено влияние хитина, хитозана и их производных на содержание веществ, вызывающих помутнение виноматериалов и вин: белки, фенольные соединения, а также микрофлору вина, металлы в белых и красных винах. В частности, показано, что хитозан обладает наибольшей сорбционной способностью в отношении железа и меди. Так, из вина сорта Шардоне хитозаном извлекается 93,2% железа и 56,4% меди. Из вина сорта Каберне хитозан извлекает 60,3% железа и 47,2% меди. В красных винах показатели степени сорбции металлов меньше, чем в белых, возможно, потому, что аминогруппы хитозана, сорбирующие металлы, участвуют ещё и в связывании полифенольных соединений. Отмечено незначительное снижение содержания цинка в винах после обработки хитозаном. Свинец и кадмий в винах не обнаружены. Результаты сорбции металлов из вин Шардоне и Каберне убедительно подтвердились в экспериментах на винах Алиготе и Мерло.

По отношению к щелочноземельным металлам (Mg и Cа) хитозан индифферентен.

На физико-химические показатели белых и красных сухих вин использование хитозана не оказывает отрицательного воздействия. Органолептическая оценка вин, обработанных хитозаном, также не выявила отрицательных ощущений.

Хитин и хитозан входят в состав препаратов, способствующих росту растений и повышающих их резистентность к грибковым и вирусным заболеваниям, бактериозу. Низкомолекулярный коллойдный хитозан стимулирует прорастание семян и увеличивает урожайность культур.

Дата добавления: 2015-07-13