3.5.1 Изменения крахмала

Крахмал содержится в растениях в виде отдельных зерен. В зависимости от типа растительной ткани эти зерна могут иметь различные размеры - от долей до 100 мкм и более.

Крахмальное зерно — это биоло- гическое образование с хорошо организованными формой и структу- рой. В центральной части его имеется ядро, называемое зароды- шем, или «точкой роста» вокруг которого видны ряды концентри- ческих слоев «колец роста». Толщина слоев крахмальных зерен составляет примерно 0,1 мкм.

Амилопектин, который является одним из самых крупных полимеров, имеет большую молекулярную массу, чем амилоза (обычно выше 10⁷ ). Полисахариды в крахмальном зерне связаны между собой главным образом водородными связями. Молекулы полисахаридов расположены в зерне радиально.

При кулинарной обработке крахмалосодержащих продуктов крахмал проявляет способность к адсорбции влаги, набуханию и клейстеризации. Кроме того, в нем могут протекать процессы деструкции. Интенсивность всех этих процессов зависит от свойств самого крахмала, а также температуры и продолжительности нагревания, соотношения крахмала и воды, вида и активности ферментов и др.

Растворимость. Нативный крахмал практически не растворим в холодной воде. Однако вследствие гидрофильности он может адсорбировать влагу до 30% собственной массы. Низкомолекулярные полисахариды, в частности амилозы, содержащие до 70 глюкозных остатков, растворимы в холодной воде. При увеличении длины молекулы полисахариды могут растворятся только в горячей воде. Процесс растворения крахмальных полисахаридов протекает медленно вследствие относительно большого размера молекул. Известно, что линейные полимеры перед растворением сильно набухают, поглощая большое количество растворителя, и при этом резко увеличиваются в объеме. Растворению крахмальных полимеров в воде также предшествует набу- хание.

Набухание и клейстеризация. Набухание влияет на консистенцию, форму, объем и выход готовых изделий из крахмалосодержащих продук- тов. Степень набухания зависит от температуры среды и соотно- шения воды и крахмала. При нагревании водной суспензии крахмальных зерен до температуры 55⁰С они медленно поглощают воду (до 50%) и частично набухают. При этом повышение вяз- кости не наблюдается. При дальнейшем нагревании суспензии (в интервале температур от 60 до 100⁰С) набухание крахмальных зерен ускоряется, причем объем их увеличивается в несколько раз.

Дисперсия, состоящая из набухших крахмальных зерен и растворенных в воде полисахаридов, называется крахмальным клейстером, а процесс его образования — клейстеризацией. Клейстеризация – это изменение структуры крахмального зерна при нагревании в воде, сопровождающееся набуханием.

Процесс клейстеризации крахмала происходит в определенном интервале температур, обычно от (55 до 80⁰С). Одним из признаков клейстеризации является значительное повышение вязкости крахмальной суспензии. Вязкость клейстера обусловлена не только присутствием набухающих крахмальных зерен, сколько способностью растворенных в воде полисахаридов образовывать трехмерную сетку, удерживающую большое количество воды, чем крахмальные зерна. Этой способностью в наивысшей степени обладает амилоза.

Таблица 3 - Физико – химические свойства крахмала, выделенного из различных растений

Отдельные виды крахмала содержат неодинаковое количество амилозы, имеют разные температуру клейстеризации и способность к набуханию.

Крахмальные клейстеры служат основой многих кулинарных изделий. Клейстеры в киселях, супах - пюре обладают относительно жидкой консистенцией вследствие невысокой концентрации в них крахмала (2-5%). Более плотную консистенцию имеют клейстеры в густых киселях (до 8% крахмала). Еще более плотная консистенция клейстеров в клетках картофеля, подвергнутого тепловой обработке, кашах, в отварных бобовых и макаронных изделиях, так как соотношение крахмала и воды в них 1:2 – 1:5.

На вязкость клейстеров влияют другие факторы. Сахароза в концентрациях до 20% увеличивает вязкость клейстеров, хлористый натрий в очень незначительных концентрациях — снижает.

Уменьшение вязкости клейстеров наблюдается также при снижении рН. Причем в интервале рН от 4 до 7, характерном для многих кулинарных изделий, вязкость клейстеров снижается не- значительно. При более низких значениях рН (около2,5) она резко падает.

На вязкость клейстеров оказывают влияние поверхностно-ак- тивные вещества, в частности глицериды, которые снижают вяз- кость клейстеров, но являются их стабилизаторами.

Белки оказывают стабилизирующее действие на крахмальные клейстеры. Например, соусы с мукой более стабильны при хранении, замораживании и оттаивании, чем клейстеры на крахмале, выделенном из муки. В охлажденном состоянии крахмальный клейстер относительно высокой концентрации превращается в студень.

Ретроградация. При охлаждении крахмалосодержащих изделий может происходить ретроградация крахмальных полисахаридов- - переход их из растворимого состояния в нерастворимое вслед- ствие агрегации молекул, обусловленной появлением вновь обра- зующихся водородных связей.

Полисахариды в крахмальных студнях высокой концентрации (изделия из теста) быстро ретроградируют, что приводит к увеличению их жестко- сти — черствению. Объясняется это тем, что физически связанная с полисахаридами вода вытесняется из студня, вследствие чего изделия приобретают более жесткую консистенцию.

Ретроградация полисахаридов усиливается при замораживании изделий. Ретроградацию полисахаридов можно частично устранить нагреванием.

Деструкция. Под деструкцией крахмала понимают как разрушение крахмального зерна, так и деполимеризацию содержащихся в нем полисахаридов.

При кулинарной обработке крахмалосодержащих продуктов деструкция крахмала происходит при нагревании его в присут- ствии воды и при сухом нагреве при температуре выше 100⁰С. Кроме того, крахмал может подвергаться деструкции под дейст- вием амилолитических ферментов. Изменения крахмала при сухом нагреве называют декстринизацией.

В результате деструкции способность крахмала к набуханию в горячей воде и клейстеризации снижается. Степень деструкции крахмала характеризуется так называемым коэффициентом де- струкции, определяемым по формуле:

К_v1 – K_v2

КД= ,

K_v2

где К_v1 , степень набухания продукта до обработки, %;

K_v2 — степень набухания продукта после обработки, %.

Коэффициенты деструкции крахмала при изготовлении раз- личных кулинарных изделий неодинаковы и зависят от вида про- дукта и условий его обработки (табл. 3).

Увеличение температуры предварительного нагрева крахмала до 150⁰С вызывает более глубокую деструкцию полисахаридов. В этом случае амилоза деполимеризуется до такого состояния, что легко вымывается холодной водой, появляется и растворимая фракция амилопектина.

Таблица 4 - Коэффициенты деструкции крахмала

При изготовлении соусов используют пшеничную муку, предварительно прогретую в течении нескольких минут до 120⁰С (так называемая белая пассеровка) или до 150⁰С (красная пассеровка).

Для получения соуса одинаковой консистенции красной пассеровки расходуется в 2 раза больше, чем белой.

Ферментативная деструкция наблюдается при изготовлении дрожжевого теста и выпечке изделий из него, варке картофеля и др.

Амилолитические ферменты содержатся в муке, дрожжах, специальных препаратах, добавляемых в тесто для интенсификации процесса брожения. В муке присутствуют в основном два вида амилолитических ферментов — α — и β-амилазы.

α -амилаза вызывает частичную деполимеризацию крахмала с образованием низкомолекулярных полисахаридов, а продолжительный гидролиз приводит к образованию мальтозы и глюкозы.

β-амилаза гидролизует амило- зу и боковые цепи амилопектина до мальто- зы. Конечным про-дуктом являются высокомолекулярные остаточные декстрины.

В пшеничной муке обычно активна β -амилаза, активная α -ами лаза встречается в муке из дефектного зерна (проросшего и др.).

Накопление мальтозы в тесте в результате действия β -амила- зы интенсифицирует процесс брожения, так как этот сахар явля- ется субстратом для жизнедеятельности дрожжей.

Степень деструкции крахмала под действием β -амилазы уве- личивается с повышением температуры теста и продолжитель- ности замеса. Кроме того, она зависит от крупности помола муки и степени повреждения крахмальных зерен. Чем больше повреж- денных крахмальных зерен в муке, тем быстрее протекает фермен- тативная деструкция.

Ферментативная деструкция крахмала продолжается и при выпечке изделий, особенно в начальной ее стадии до момента инактивации фермента. При выпечке этот процесс проходит бо- лее интенсивно, чем при приготовлении теста, гак как оклейсте- ризованный крахмал легче гидролизуется ферментами.

Инактивация β -амилазы при выпечке происходит при темпера-турах до 65⁰С.

При повышенной активности α - амилазы образуются продукты деструкции, ухудшающие качество изделий из теста — мякиш по- лучается липким, а изделия — непропеченными.

Модификации крахмала. Крахмальные полисахариды являются весьма лабильными, реакционноспособными соединениями. Они активно взаимодействуют с ионами металлов, кислотами, окислителями, поверхностно – активными веществами. Это позволяет модифицировать молекулы крахмала – изменять их гидрофобность, способность к клейстеризации и студнеобразованию, а также механические характеристики студней. Одни виды модификации способствуют повышению растворимости крахмала в воде, а другие ограничивают набухание.

Обширную группу продуктов из обычных или модифицированных крахмалов путем деструкции с помощью кислот, щелочей и др., а также в результате действия физических факторов: температуры, механической обработки, замораживания, оттаивания и др.

Если реакция протекает в кислой среде, то наблюдаются процессы деструкции, которые приводят к получению целого ряда продуктов – жидкокипящего крахмала (с низкой вязкостью), патоки, глюкозы.

Модифицированный крахмал применяют при изготовлении желейных изделий, мучных кондитерских изделий, отделочных полуфабрикатов типа кремов, в качестве загустителей и стабилизаторов для соусов, мороженого и др. Крахмалопродукты со структурой, подобной образующейся при выпечке хлеба, получают в результате нескольких циклов замораживания и оттаивания крахмальной дисперсии, при этом образуется пористый крахмал, нерастворимый в холодной воде. Применяют его после пропитывания сиропами в качестве начинки для конфет.