Крахмал издавна применяется в кулинарии, в кондитерской промышленности и для других целей. В настоящее время из крахмала вырабатывают разнообразные по свойствам крахмалопродукты. Их используют в пищевой промышленности в качестве заменителей сахара, эмульгаторов, загустителей, стабилизаторов структуры, наполнителей, снижающих калорийность изделий. В кондитерском производстве необходимым сырьем являются крахмальные патоки, обладающие антикристаллизационным действием.
Для удовлетворения спроса на крахмал и крахмалопродукты создаются новые предприятия крахмалопаточной промышленности, увеличиваются ресурсы сырья.
Крахмал получают из запасающих органов растений, в которых он откладывается как резервный углевод. По внешнему виду - это сыпучий порошок белого или слегка желтоватого цвета. Энергетическая ценность 100 г крахмала (в кДж): картофельного - 1251, кукурузного - 1376. Крахмал хорошо переваривается и легко усваивается организмом.
Состав и основные свойства крахмала. В клетках растений крахмал находится в виде плотных образований, получивших название крахмальных зерен. В зависимости от вида растений, внешних условий в период формирования крахмальные зерна различаются строением, формой и размерами. По их внешнему виду при микроскопировании устанавливают происхождение крахмала или его однородность. Крупные зерна картофельного крахмала (от 15 до 100 мкм и более) имеют овальную форму и на поверхности бороздки, концентрически размещенные вокруг глазка - точки или черточки. Мелкие зерна - круглые. Крахмал, состоящий из крупных зерен, отличается более высоким качеством. Зерна крахмала, выделенные из роговидной части эндосперма кукурузы,- многогранные, из мучнистой - круглые. Товарный кукурузный крахмал составляют зерна величиной от 5 до 25 мкм с большим круглым глазком на поверхности. Для пшеничного крахмала характерно присутствие зерен двух фракций: крупных - от 20 до 35 мкм и мелких - от 2 до 10 мкм. Форма их плоская эллиптическая или круглая. Глазок, расположенный в центре, заметен только в крупных зернах. Крахмал ржаной и ячменный сходны по внешнему виду зерен с пшеничным. Рисовый крахмал состоит из наиболее мелких зерен - от 3 до 8 мкм, имеющих многогранную форму.
Плотность зерен крахмала (в кг/м 3): картофельного - около 1,65, кукурузного- 1,61. Масса 1 м картофельного крахмала влажностью 20 % - 650 кг.
Крахмал - природный высокополимер, состоящий из ос-Д-ангидроглюкозных остатков. Общая формула крахмала
Важнейшее свойство крахмала - способность подвергаться гидролизу под действием кислот и ферментов.
В состав крахмальных зерен входят две природные фракции крахмала - амилоза и амилопектин. В амилозе остатки глюкозы соединены в основном а-1,4-гликозидными связями.
Линейная или слабо разветвленная цепь амилозы способна благодаря а-1,4-гликозидным связям закручиваться в спираль с периодом в 6-7 остатков глюкозы. Спиралеобразное строение амилозы обусловливает ее способность образовывать комплексные соединения с йодом и некоторыми другими веществами. Полимеризация макромолекул амилозы различна - достигает 1000-6000 и более глюкозных остатков. Для амилопектина характерна разветвленная структура. В линейных участках остатки глюкозы связаны а-1,4, а в точках ответвлений - а-1,6-гликозидными связями. Степень полимеризации амилопектина значительно выше, чем амилозы.
Свойства этих полимеров различаются. Так, амилоза образует в горячей воде гидратированные мицеллы, но со временем ретро-градирует (осаждается) в виде труднорастворимого геля. Амилопектин набухает в воде и дает стойкие вязкие коллоидные растворы; он препятствует ретроградации амилозы в растворах крахмала. Благодаря способности амилозы образовывать упорядоченные кристаллические структуры из амилозной фракции крахмала получают эластичные пленки. В растворе амилоза окрашивается йодом в чисто синий цвет. Амилопектин дает с йодом фиолетово-красное окрашивание. В крахмале большинства растений на долю амилозы приходится 17-25%. В восковидных зернах кукурузы амилоза почти отсутствует.
В природных крахмалах помимо углеводов содержится 2-4 % Других веществ. Их присутствие существенно влияет на свойства товарного крахмала. В картофельном крахмале фосфорная кислота (0,25 %) образует эфиры с амилопектином и влияет на кислотность крахмала, удерживает катионы щелочных и щелочно-земельных металлов. Щелочные катионы обусловливают прозрачность и повышают вязкость крахмального клейстера, а щелочно-земель-ные снижают прозрачность и вязкость. Злаковые крахмалы содержат жирные кислоты (около 0,6 %), адсорбированные на полиса-харидной фракции. Они влияют на запах и цвет крахмала, ухудшают качество получаемых из него продуктов. В крахмальных зернах содержится аморфный белок. При производстве этих крахмалов, кроме того, частично остаются трудноотделямые примеси азотистых веществ.
Запах крахмала слабый, более выраженный у картофельного, содержащего эфирные масла (0,0001-0,1 %). Крахмал как запасной полисахарид присутствует в растительных клетках в водонера-створимой форме. Поэтому хорошо промытый, не подвергавшийся порче крахмал безвкусен.
Крахмальные зерна имеют кристаллическую структуру, способны к двойному лучепреломлению. Микрокристаллы крахмальных зерен образованы макромолекулами амилозы и амилопектина. На свойства крахмала влияет прочность валентных (водородных, эфирных) связей между ними. Внешний слой крахмальных зерен - оболочка - отличается от внутренних большей плотностью к внешним воздействиям.
В зависимости от строения и степени полимеризации макромолекул, прочности связей между ними, структуры и величины зерен крахмалы разного происхождения различаются по свойствам. Особенно значительны различия между крахмалом картофельным и злаковым - пшеничным, кукурузным и др. Микропористое строение крахмальных зерен обусловливает их высокую сорбционную способность. Благодаря гидрофильным свойствам амилозы и амилопектина крахмальные зерна при тонкопористой структуре очень гигроскопичны, особенно высока гигроскопичность картофельного крахмала.
Крахмал - гидрофильный высокополимер, его зерна набухают в воде. Большая набухаемость зерен также характерна для картофельного крахмала. Набухание сопровождается гидратацией макромолекул, ослаблением и разрушением водородных связей между ними. В холодной воде (до 40-45 °С) крахмал набухает ограниченно, зерна сохраняют первоначальный внешний вид. С повышением температуры крахмал поглощает больше воды, многократно увеличиваются объем зерен и вязкость суспензии. При этом структура зерен разрушается. Более растворимая часть крахмала переходит в раствор. Этот процесс получил название клейстеризации, а температура, при которой крахмальная суспензия приобретает наибольшую вязкость,- температуры клейстеризации. Дальнейшее повышение температуры приводит к снижению вязкости клейстера вследствие нарастающего разрушения связей между макромолекулами, их диспергирования. В табл. 23 указывается температура клейстеризации основных видов крахмала.
Углеводный состав крахмала влияет на вязкость клейстера. Амилозная фракция образует менее вязкие клейстеры, чем амило-пектиновая. Вязкость клейстеров картофельного крахмала значительно выше, чем кукурузного и пшеничного.
Крахмальные клейстеры достаточной концентрации (около 6-8%) после охлаждения переходят в студни, устойчивость которых зависит от способности амилозы к ретроградации. С повышением температуры ретроградация крахмального студня замедляется. Амилоза картофеля имеет меньшую скорость ретроградации, чем кукурузы и пшеницы. Студни из картофельного крахмала сохраняются дольше. Важным свойством студней является их прозрачность, определяемая свойствами амилопектина, наличием связанной с ним фосфорной кислоты, ионов щелочных или щелочноземельных металлов. Студень картофельного крахмала - прозрачный, бесцветный, тягучий; кукурузного - молочно-белого цвета, пастообразный. Для кулинарии более ценен картофельный крахмал, кукурузный - больше применяют в кондитерском производстве, перерабатывают в крахмалопродукты.
Производство крахмала. При переработке сырья вырабатывают сырой крахмал, не пригодный к длительному хранению, затем получают из него сухой крахмал и крахмалопродукты.
Для производства крахмала выращивают картофель крахмалистых высокоурожайных устойчивых к заболеваниям сортов. На качество вырабатываемого крахмала отрицательно влияют повышенное содержание в картофеле растительных белков, аминокислот, соланина. Белки, являясь пенообразователями, затрудняют промывку крахмальных зерен, загрязняют крахмал, осаждаясь на нем в виде хлопьев. Вследствие окисления аминокислоты тирозина образуются меланины. Они адсорбируются крахмалом и ухудшают его цвет. Тирозин также дает окрашенные соединения с ионами железа. Соланин - сильный пенообразователь. Зольные элементы, остающиеся в крахмале, влияют на вязкость и клеящую способность клейстеров.
Технология производства картофельного крахмала
Подготовка сырья к переработке (мойка, отделение посторонних примесей); измельчение клубней; выделение из полученной массы (кашки) картофельного сока и разорванных клеточных стенок (мезги); очистка крахмала от примесей.
Таблица 23
Картофель измельчают методом истирания или тонкого дробления, чтобы вскрыть клетки тканей клубня и высвободить крахмальные зерна. Измельченную массу направляют на центрифуги для отделения сока, способствующего потемнению крахмала, снижению вязкости клейстера, развитию микробиологических процессов. От мезги крахмал отмывают водой на ситовых аппаратах в несколько стадий. Новая технология крахмала основана на применении для разделения измельченной картофельной массы гидроциклонных установок, на которых под действием центробежной силы разделяют водную крахмальную суспензию и смесь мезги с картофельным соком.
На качество крахмала существенно влияет дальнейшая его очистка от мелких частиц мезги, остатков картофельного сока и прочих примесей, в том числе песка. Крахмальную суспензию рафинируют - очищают, пропуская через сита, гидроциклоны (для отделения песка). Крахмал отделяют от жидкости на осадительных центрифугах или гидроциклонах, снова промывают водой для удаления остатков растворимых веществ и механических примесей. На последних стадиях очистки крахмала вводят сернистую кислоту. Этим улучшают цвет крахмала, уменьшают в нем количество крапин - мелких темных включений, различаемых невооруженным глазом. После механического отделения воды получают сырой крахмал с влажностью около 50 %.
Производство кукурузного крахмала состоит из следующих стадий: замачивания зерна; дробления зерна; выделения зародыша; тонкого измельчения частей зерна; выделения и промывания мезги; разделения крахмала и белка; промывания крахмала.
Очищенное от примесей зерно замачивают в 0,2-0,3 %-ном растворе сернистной кислоты при температуре около 50 °С для размягчения и извлечения из него экстрактивных веществ. Замоченное зерно дробят на крупные части, водой вымывают свободный крахмал и отделяют зародыш, используемый для выработки кукурузного масла. Путем тонкого измельчения оставшихся частей зерна освобождают связанные крахмальные зерна. Полученную кашку промывают водой, отделяя мезгу на ситах. Образующееся при промывании кашки молоко является полидисперсной суспензией из зерен крахмала, глютена (нерастворимого белка), водного раствора экстрактивных веществ кукурузного зер«а, мелких частиц мезги и песка. Наиболее сложно отделить от зерен крахмала глютен, частицы которого меньше крахмальных зерен. Для этого применяют центробежные сепараторы, флотационные машины. Растворимые вещества удаляют, промывая крахмал на вакуум-фильтрах или шнековых центрифугах.
Для предотвращения развития микробиологических процессов в крахмальной суспензии должно содержаться не менее 0,1 % сернистой кислоты. В хорошо промытом крахмале не должно оставаться более 0,35-0,50 % нерастворимого белка, 0,10-0,15% золы и 0,05-0,1 % общих растворимых веществ. Эти примеси ухудшают качество продуктов, вырабатываемых из крахмала.
Разновидностью кукурузного крахмала является амилопектиновый, вырабатываемый из восковидных сортов кукурузы. Этот крахмал по своим свойствам близок к картофельному. Его используют в пищеконцентратной, кондитерской и других отраслях пищевой промышленности как стабилизатор и загуститель продуктов.
Производство пшеничного крахмала состоит из следующих операций: смешивания муки с водой; разделения крахмала и клейковины; очистки крахмала от примесей; освобождения клейковины. Крахмал вымывают из клейковины в тесте или разделяют суспензию, основываясь на разности плотностей крахмала и клейковины.
Сырой крахмал перед высушиванием дополнительно промывают, механическим обезвоживанием доводят влажность до 32- 38 %. Избыточную влагу крахмала удаляют до ее равновесного содержания высушиванием подогретым воздухом, предварительно освобожденным от пыли и других примесей. Условия сушки значительно влияют на качество готового крахмала. Крахмал, нагреваемый выше 45-50 °С, дает клейстеры пониженной вязкости. При температуре 60-70 °С сырой крахмал может клейстеризоваться, а при 80 °С зерна сухого крахмала растрескиваются и теряют блеск (люстр).
Высушенный крахмал просеивают для отделения крупки (слипшихся оклейстеризованных зерен), крупных комочков, случайных примесей и пропускают через магнитные сепараторы. Готовый крахмал упаковывают или хранят без тары в силосах - специальных емкостях.
Крахмал может изготавливаться из самых разнообразных растений. В частности используются:
- горох,
- ячмень,
- картофель,
- пшеница,
- кукуруза,
- батат,
- маниока.
Наиболее «крахмалистым» растением является кукуруза, которая содержит немногим менее 60% этого компонента. Для того чтобы выделить крахмал из кукурузы используют воду с серой. В такую теплую воду помещают початки, и после этого крахмал отделяется от растений.
Помимо этого в производстве используются так называемые гидроциклоны. Эти приборы применяются для того чтобы отделить протеин от кукурузного крахмала, который и используют в дальнейшем. Кукурузный крахмал – самый распространенный в мире, имеет применение:
- в создании кондитерских изделий,
- для создания консервированных продуктов,
- для изготовления бумаги.
Следующим по распространению является, пожалуй, картофельный крахмал. Свежий картофель содержит около 20% компонента. В технологии используется измельчение и высушивание.
Хранение картофельного крахмала становится более длительным при использовании диоксида серы, который добавляют к смеси для того чтобы дольше хранить картофельный крахмал. Используется этот компонент:
- в качестве добавки для соусов, супов, колбас,
- на текстильном и полиграфическом производстве.
Как вы поняли, в зависимости от сырья появляется разный крахмал, который применяется в различных направлениях. Например, довольно-таки распространенным является рисовый крахмал, который применяется в основном в кулинарии и для создания пудингов в частности. Пшеничный пудинг в свою очередь является великолепным дополнением для разнообразной выпечки и активно используется при создании хлебопекарной продукции.
Крахмал в домашних условиях
Возможно ли приготовить крахмал в домашних условиях? На самом деле этот процесс является довольно-таки легким и доступным, если использовать картофель. Из других растений крахмал дома получить труднее.
Для получения крахмала очищают и мелко натирают сырую картошку. Лучше всего изначально натирать в просторную емкость с теплой водой. После этого нужно оставить воду отстаиваться до появления белесой субстанции на дне емкости.
Далее картофельную массу следует неспеша извлечь, а оставшуюся субстанцию (которая и является крахмалом) промыть водой и просушить. Просушивайте на плоскости и в сухом помещении, в итоге получиться порошкообразный крахмал.
