Амилопектиновый крахмал что это
Амилопектин: 3 причины избегать продуктов с этим типом крахмала
Все мы знаем, что нагрузка на печенье, конфеты и газировку может резко повысить уровень сахара в крови и привести к неблагоприятным последствиям для здоровья. Но знаете ли вы, что то же самое может бы
Содержание:
Все мы знаем, что нагрузка на печенье, конфеты и газировку может резко повысить уровень сахара в крови и привести к неблагоприятным последствиям для здоровья. Но знаете ли вы, что то же самое может быть верно и для определенных типов крахмала? Благодаря амилопектину, типу углеводов, содержащемуся в крахмале, некоторые крахмалы могут фактически иметь аналогичный эффект.
Переваривание амилопектина может повышать уровень сахара в крови и уровень инсулина, вызывая повышение уровня триглицеридов и холестерина и приводя к накоплению жира.
Этот углевод широко распространен в продуктах питания и является основным компонентом крахмала, включая рис, хлеб и картофель.
Однако, выбирая продукты с меньшим содержанием амилопектина и увеличивая потребление продуктов с высоким содержанием клетчатки и низким гликемическим индексом, вы можете обойти негативные побочные эффекты этого углевод.
Что такое амилопектин?
Официальное определение амилопектина: «компонент крахмала, который имеет высокую молекулярную массу и разветвленную структуру и не склонен к гелеобразованию в водных растворах».
Проще говоря, амилопектин является типом углеводов, найденных в крахмалы что мы обычно потребляем, такие как рис, картофель и хлеб.
Крахмал состоит из двух разных полисахаридов или углеводов: амилозы и амилопектина. Каждая молекула крахмала содержит около 80 процентов амилопектина и 20 процентов амилозы.
Амилоза состоит из длинных линейных цепочек единиц глюкозы, в то время как амилопектин сильно разветвлен. Фактически он состоит из 2000-20000 единиц глюкозы, а каждая внутренняя цепь содержит 20-24 субъединицы глюкозы. (1)
Амилопектин также считается нерастворимым, что означает, что он не растворяется в воде.
Эта молекула крахмала имеет структуру, очень похожую на гликоген, тип разветвленного полисахарида, который используется для хранения глюкозы или сахара в вашей печени и мышцах. При сравнении амилопектина с гликогеном, оба сильно разветвлены и состоят из альфа-глюкозных звеньев, но у гликогена больше ветвей.
В то время как молекулы крахмала считаются основной формой накопления энергии в растениях, гликоген является основной формой накопления энергии у людей и животных.
Амилопектин против Амилозы
Амилоза и амилопектин имеют некоторые общие черты, но также сильно отличаются в том, как они перевариваются и обрабатываются в организме. Как упоминалось ранее, различия между этими двумя молекулами крахмала начинаются с их физической структуры. Амилоза длинная и линейная, в то время как амилопектин состоит из тысяч ветвей единиц глюкозы.
Хотя крахмалы содержат оба этих углевода, это соотношение может оказать существенное влияние на способ его переваривания и переработки. Это связано с тем, что амилопектин легче переваривается и всасывается, чем амилоза. Хотя это может звучать как хорошая вещь, на самом деле это означает, что употребление в пищу продуктов, богатых этим углеводом, может привести к скачкам уровня сахара в крови, уровня инсулина и холестерина, а также к увеличению жира на животе. Высокое количество амилопектина может также увеличить Гликемический индекс продуктов, который является мерой того, насколько уровень сахара в крови увеличивается после потребления. (2)
Между тем, продукты с высоким содержанием амилозы имеют повышенный уровень резистентного крахмала, типа крахмала, который полностью не расщепляется и не усваивается организмом. Было показано, что устойчивый крахмал уменьшает накопление жира, повышает сытость, более низкий уровень холестерина и уровень сахара в крови, и улучшить чувствительность к инсулину. (3)
Поэтому лучше минимизировать потребление продуктов с высоким содержанием амилопектина, а вместо этого сосредоточиться на выборе крахмалов с более высоким содержанием амилозы, чтобы обеспечить максимальную пользу для здоровья от диеты.
Функция амилопектина
Амилопектин составляет большую часть молекулы крахмала, которая является основной формой хранения энергии для растений.
Как и люди, животные и все живые организмы, растениям нужна энергия, чтобы они могли расти и функционировать. Растения используют специальный процесс, называемый фотосинтез, который включает в себя использование хлорофилл преобразовать солнечный свет, углекислый газ и воду в сахар или глюкозу, которые будут использоваться в качестве энергии. Любая дополнительная глюкоза хранится в виде крахмала, который растение может затем преобразовать обратно в глюкозу, когда ему требуется дополнительная доля энергии.
У людей, когда мы едим крахмал, он превращается в сахар или глюкозу, которая также может использоваться для производства энергии. Клетки в наших телах зависят от этой энергии, чтобы гарантировать, что мы в состоянии строить и поддерживать здоровые ткани, двигать нашими мышцами и поддерживать наши органы эффективными.
Как и растения, мы также можем хранить неиспользованную глюкозу для последующего использования в форме гликогена, который в основном хранится в мышцах и печени и при необходимости может быть легко преобразован в глюкозу.
Амилопектин побочные эффекты
1. Пики сахара в крови и инсулина
Продукты с более высоким содержанием амилопектина имеют более высокий гликемический индекс, что означает, что они могут вызвать быстрое повышение уровня сахара в крови и уровня инсулина.
Исследование из Белтсвилльского исследовательского центра по питанию человека в Мэриленде, опубликованное вАмериканский журнал клинического питания кормили 12 участников диетой, состоящей из 70% амилозы или амилопектина в течение пяти недель. По сравнению с амилозой амилопектин приводил к большему увеличению уровня сахара в крови и уровня инсулина. (4)
Другое исследование на животных из Австралии показало, что кормление крыс рационом с высоким содержанием амилопектина в течение 16 недель приводило к увеличению ответа на инсулин на 50%, а также к резистентности к инсулину. (5)
И наоборот, другое исследование, опубликованное вАмериканский журнал клинического питания показали, что более высокие количества амилозы задерживают переваривание и всасывание углеводов и вызывают снижение уровня сахара в крови и уровня инсулина. (6)
2. Повышает уровень холестерина
В дополнение к повышению уровня сахара в крови диета с высоким содержанием амилопектина также может отрицательно влиять на уровень холестерина в крови. Исследования показывают, что употребление в пищу продуктов с более высоким гликемическим индексом, таких как продукты с высоким содержанием амилопектина, может снизить уровень триглицеридов и хороший уровень холестерина ЛПВП. (7)
Исследования также показали, что резистентность к инсулину, которая может возникнуть в результате диеты с высоким гликемическим индексом, может быть связана с увеличением выработки холестерина. (8) В упомянутом выше исследовании Центра исследования питания человека в Белтсвилле, в частности, было установлено, что употребление диеты с высоким содержанием амилопектина приводит к повышению уровня холестерина и уровни триглицеридов по сравнению с диетой с высоким содержанием амилозы.
Между тем, многочисленные исследования на животных показали, что резистентный крахмал от более высоких концентраций амилозы может привести к снижению концентрации холестерина и триглицеридов в крови у крыс. (9, 10)
3. Увеличивает жир живота
Одним из наиболее заметных побочных эффектов амилопектина является его влияние на талию. Это потому, что употребление большого количества амилопектина может увеличить инсулин, что приводит к увеличению нутряной жир.
Инсулин играет важную роль в накоплении жира и метаболизме. Он блокирует расщепление жира и увеличивает поглощение триглицеридов из крови в жировые клетки. (11) Поддержание высокого уровня циркулирующего инсулина может вызвать резистентность к инсулину, а также увеличение накопления жира и снижение сжигания жира, как отмечалось в исследовании Университета Торонто в Канаде. (12)
Кроме того, употребление в пищу продуктов с высоким гликемическим индексом, таких как продукты с более высоким соотношением амилопектина, может увеличить чувство голода и риск переедания, как показывают исследования исследовательского центра по проблемам старения, проведенного Министерством сельского хозяйства США при Университете Тафтса при Университете Джин Майер. (13)
С другой стороны, исследования показали, что амилоза и устойчивый крахмал могут усиливать сжигание жира, способствовать сытости и уменьшить накопление жира. (14, 15)
Амилопектин Фудс
Хотя все крахмалы содержат некоторое количество амилопектина, некоторые типы могут иметь более высокое соотношение амилопектина, чем другие. Простые углеводы с высоким гликемическим индексом, вероятно, будут выше в амилопектине, тогда как продукты с более низким гликемическим индексом, вероятно, выше в амилозе.
Продукты с высоким содержанием амилопектина включают в себя:
Вместо того, чтобы наполнять свою тарелку этими продуктами, подумайте о замене нескольких продуктов с более высоким содержанием амилозы. Эти продукты могут помочь вам сохранить нормальный уровень сахара в крови уровни, поддерживать низкий уровень холестерина и предотвратить накопление жира.
Продукты с низким содержанием амилозы включают в себя:
история
Крахмал был неотъемлемой частью нашей истории с древних времен. Ранняя документация по использованию крахмала ограничена; Предположительно, египтяне использовали клейкий клей, чтобы склеить кусочки папируса еще в 4000 году до нашей эры. в то время как в 312 г. н. э. крахмал оказал помощь в предотвращении проникновения чернил в китайские бумаги. (16)
Однако, хотя крахмал был пищевым и промышленным продуктом на протяжении веков, только в последние несколько сотен лет мы стали лучше понимать его уникальную структуру и то, как амилоза и амилопектин функционируют в организме.
Антони ван Леувенхук, которого часто называют отцом микробиологии, впервые наблюдал крахмал под микроскопом в 1716 году. Однако только спустя 200 лет исследователи начали концентрироваться на различиях между амилозой и амилопектином.
В 1940-х годах ученые разработали более точные методы отделения амилозы и амилопектина от молекул крахмала и начали изучать сильно разветвленную структуру амилопектина. Они также смогли обнаружить фермент амилопектин, который способствует синтезу и расщеплению крахмала, что помогло им понять сложности его структуры еще больше. (17)
Другие исследования различных типов крахмала также были проведены сравнительно недавно. Например, в 1970-х годах изначально была разработана концепция устойчивого крахмала. Спустя годы Комиссия европейских сообществ официально профинансировала исследования, чтобы сформировать официальное определение резистентного крахмала. (18)
По мере того как наши знания о крахмале продолжают расти, мы начали больше узнавать о том, как этот важный диетический компонент может влиять на многие аспекты здоровья.
Меры предосторожности / побочные эффекты
Диета с высоким содержанием крахмала может негативно повлиять на многие аспекты здоровья. Это может привести к повышению уровня сахара в крови, уровня инсулина, холестерина и триглицеридов, а также к увеличению накопления жира.
В идеале амилопектин должен быть ограничен во всех диетах. Однако это особенно важно для тех, у кого диабет или неконтролируемый уровень сахара в крови.
Для этих людей потребление углеводов должно быть умеренным, а углеводы, включенные в рацион, должны быть богаты питательными веществами, с высоким содержанием клетчатки и продукты с низким гликемическим индексом, Это может помочь замедлить всасывание сахара из кровотока и предотвратить скачки и падения уровня сахара в крови.
Кроме того, многие продукты с высоким содержанием амилозы и амилопектина содержат глютен. Если у вас глютеновая болезнь или повышенная чувствительность к глютену, вам следует поменять эти продукты на цельнозерновые продукты, не содержащие глютена, такие как просо, лебеда, сорго, рис или гречневая крупа.
ГК «Униконс»
Продвижение и реализация комплексных пищевых добавок, антисептиков и др. продукции.
«Антисептики Септоцил»
Септоцил. Бытовая химия, антисептики.
«Петритест»
Микробиологические экспресс-тесты. Первые результаты уже через 4 часа.
«АльтерСтарт»
Закваски, стартовые культуры. Изготовление любых заквасок для любых целей.
ВНИМАНИЕ: Уважаемые клиенты и дистрибьюторы!
16.5. Загущающие и гелеобразующие свойства
В этой главе мы хотели бы познакомить специалистов пищевой промышленности с загущающей и гелеобразующей способностью крахмалов так, чтобы они могли максимально эффективно их использовать в своей работе, но сначала необходимо дать представление о всем наборе текстур, которые можно получить с помощью крахмалов, проявляющих в разных условиях свойства и загустителей, и гелеобразователей, а также о методах контроля и регулирования этих свойств.
16.5.1. Изменения крахмала в ходе переработки
Прежде чем говорить о загущающих и гелеобразующих свойствах крахмала, рассмотрим изменения, происходящие с крахмалом в ходе переработки.
Теоретически технолог должен иметь возможность остановить процесс геле- образования в тот момент, когда сформируется требуемая текстура. Это ключевое обстоятельство и определяет эффективность использования крахмала.
Процесс гелеобразования контролируют несколькими способами, но чаще всего применяют вискозиметр Брабендера или экспресс-методы анализа вязкости. При этом получают зависимость вязкости крахмалов от времени, температуры и скорости сдвига (рис. 16.9). Состояние гранул крахмала можно контролировать также под микроскопом.
Рис. 16.9. Вискозиграммы Брабендера промышленно выпускаемых крахмалов
Прежде чем перейти к описанию способов применения крахмала, рассмотрим микроскопический уровень, поскольку он сильнее всего влият на текстуру. Опишем сначала два крайних случая, а затем перейдем к промежуточным текстурам.
16.5.2. Кахмалы с загущающими свойствами
Загущающая способность крахмалов сильнее всего проявляется тогда, когда гранулы достигают наибольших размеров, и эти размеры сохраняются в всего «жизненного цикла» продукта. Упрощенно набухшие гранулы можно представить в виде воздушных шариков (рис. 16.10), заполняющих весь объем и не способных свободно перемещаться (из-за чего и увеличивается вязкость).
Рис. 16.10. Заполнения объема продукта
набухшими гранулами крахмала
16.5.3. Крахмалы с гелеобразующими свойствами
Другой крайний случай представляют собой крахмалы с гелеобразующими свойствами. Необходимым условием здесь является разрушение гранул и попадание в раствор молекул амилозы и амилопектина, где они ассоциируют и образуют гель. На свойства крахмального геля влияют тип взаимодействия, длина цепи и взаимодействие с другими ингредиентами. Дискретные гранулы и свободные полимеры крахмала в геле отсутствуют.
В горячих растворах полимеры имеют возможность перемещаться, что позволяет им взаимодействовать между собой и образовывать сетки из ассоциатов. При охлаждении эти взаимодействия усиливаются, и образуется более прочная сетка. Охлаждать крахмальную суспензию следует осторожно. При быстром охлаждении образуется гелевая сетка, но при медленном охлаждении или если в суспензии содержится много крахмала и мало других взаимодействующих ингредиентов может происходить ретроградация крахмала, то есть упорядочивание молекул крахмала с образованием мелких дискретных нерастворимых частиц. При гелеобразовании и загущении наличие этих частиц нежелательно, в отличие от получения нерастворимых волокнистых крахмальных материалов (рис. 16.11). Наиболее склонны к ге- леобразованию или ретроградации высокоамилозные крахмалы, а в случае полностью амилопектиновых крахмалов эти процессы не протекают.
Рис. 16.11. Гелеобразование при быстром застывании
по сравнению с желированием при медленном охлаждении
16.5.4. Регулирование загущающих и гелеобразующих свойств
Мы же уделим основное внимание инновациям и покажем, как путем регулирования поведения крахмала можно полнее использовать его свойства. Рассмотрим сначала традиционные направления модификации крахмала, которые можно разделить на три основные группы (упрочнение гранул, их ослабление и уменьшение длины цепей). В будущем же планируется цепи удлинять.
Амилопектиновый крахмал что это
Рисунок дает представление о некоторых свойствах полисахаридов. Эти соединения играют главным образом роль резерва питательных веществ и энергии (например, крахмал и гликоген), а также используются в качестве строительных материалов (например, целлюлоза).
Полисахариды удобны в качестве запасных веществ по ряду причин: большие размеры молекул делают их практически нерастворимыми в воде и, следовательно, они не оказывают на клетку ни осмотического, ни химического воздействия; их цепи могут компактно свертываться; при необходимости они легко могут быть превращены в сахара путем гидролиза.
Полисахариды, как уже было сказано, — это полимеры, построенные из моносахаридов.
Крахмал. Амилоза. Амилопектин.
Крахмал — полимер альфа-глюкозы. У растений крахмал служит главным запасом «горючего». У животных крахмала нет; в их организме его функцию выполняет гликоге. Крахмал может быть легко снова расщеплен до глюкозы, которая используется в процессе дыхания.
В прорастающих семенах из глюкозы синтезируется также целлюлоза и другие необходимые для роста материалы.
Молекулы крахмала состоят из двух компонентов — амилозы и амилопектина. В линейных цепях амилозы несколько тысяч остатков глюкозы соединены 1,4-связями, что позволяет им спирально свертываться и принимать более компактную форму.
У разветвленного полисахарида амилопектина компактность обеспечивается интенсивным ветвлением цепей за счет образования 1,6-гликозидных связей. Амилопектин содержит приблизительно вдвое больше глюкозных остатков, чем амилоза.
С раствором иода в йодистом калии (KI) водная суспензия амилозы дает темно-синюю окраску, а суспензия амилопектина — красно-фиолетовую. На этом основана проба на крахмал.
Крахмал запасается в клетках в виде так называемых крахмальных зерен. Их можно видеть в первую очередь в хлоропластах листьев, а также в органах, где запасаются питательные вещества, например в клубнях картофеля или в семенах злаков и бобовых.
Крахмальные зерна имеют слоистую структуру и у разных видов растений различаются как по форме, так и по размерам.
Крахмал
Крахмал (лат. Amylum), (С 6 Н 10 О 5) n — растительный высокомолекулярный полисахарид амилозы и амилопектина, мономером которых является глюкоза. Резервный Гомополисахариды растений. Накапливается в результате фотосинтеза в плодах, зерне, корнях и клубнях некоторых растений как запасная форма углеводов.
Виды крахмала: картофельный, кукурузный, амилопектинового, пшеничный, рисовый, гороховый, тапиоковый, модифицированный и др.
Этимология
Происходит от нем. Kraftmehl «крахмал». К русского, украинского и белорусского языков это слово пришло из польского (krochmal).
Биологические особенности
Богатый крахмалом зерно злаковых растений: риса (до 86%), пшеницы (до 75%), кукурузы (до 72%), а также клубни картофеля (до 24%) и зерно ячменя.
Для организма человека крахмал рядом с сахарозой служит основным поставщиком углеводов — одного из важнейших компонентов пищи. Под действием ферментов крахмал гидролизуется до глюкозы, которая окисляется в клетках до углекислого газа и воды с выделением энергии, необходимой для функционирования живого организма.
Известно, что крахмал активизирует обмен желчных кислот и способствует выведению холестерина из организма.
Физические свойства
Белый, хрустящий, аморфный и очень гигроскопичен порошок без вкуса и запаха. Обычно содержит 10-20% связанной воды, которую можно удалить высушиванием при 100-110 ° C. Под микроскопом — зернистый (гранулы) порошок. Нерастворимый в холодной воде, эфире, спирте; в горячей воде набухает, и образует коллоидный раствор, при охлаждении которого образуется устойчивый гель — крахмальный клейстер; с раствором йода дает синее окрашивание (амилоза дает синюю окраску, а амилопектин — от красного до фиолетового). Реакция с йодом дает возможность выявить даже миллионную часть крахмала в растворе. Молекулы крахмала неодинаковые по размерам.
Гранулы крахмала
Название крахмала | Размеры |
---|---|
Картофельный | 0,05-0,08 |
Кукурузный | 0,02-0,03 |
Пшеничный | 0,03-0,05 |
Рисовый | 0,05-0,01 |
Крахмал содержится в растениях в виде гранул. В зерновых культурах и других высших растениях гранулы крахмала образуют пластиды. Пластиды, из которых состоит крахмал называют амилопласты. В зерновых культурах (пшеница, кукуруза, рожь, ячмень, сорго и просо) крахмал представлен простыми гранулами — каждый амилопласты состоит из одной гранулы. В черта и овса гранулы составлены — каждый амилопласты содержит много гранул.
В ржи, пшеницы и ячменя различают два типа гранул крахмала: крупные — двояковипукли (линзовидные) гранулы, и небольшие — сферической формы. В ячменя двояковипукли гранулы формируются в перид первых 15 дней после опыления, а с 18-го по 30-й день — после опыления появляются маленькие гранулы, которые составляют 88% от общего количества гранул. В пшеницы и ячменя каждый пластид сначала формирует большую двояковипуклу гранулу крахмала. После этого пластиды образуют выпуклости, в которых происходит формирование маленьких гранул крахмала. Эти значительно более меньшие амилопласты отделяются от материнского пластида перетяжкой-стриктурой. Крахмал синтезируется в пластидах.
Кристалличность
О том, что крахмал является полукристаллического материалом известно еще с 1930-х годов. По форме рентгенограмм цельных гранул крахмала, они подразделяются на три типа, которые обозначают буквами А, В и С. Крахмал большинства зерновых культур относится к типу А, крахмал картофеля и других корнеплодов, а также ретроградуйований крахмал — к типу В, а крахмал гороха и бобов — до типа С, который представляет собой промежуточную форму между типами А и В. Под действием тепла картофельный крахмал типа В превращается в тип А. Более короткие декстрины (12-15 глюкозных единиц) могут принадлежать к любому из этих трех типов в зависимости от характера их кристаллизации. Одним из инструментальных способов исследования крахмала эффективно используется метод дифракции рентгеновских лучей.
Двойное преломление света
При рассмотрении крахмала в поляризованном свете наблюдается двойное преломление лучей, которое имеет характерную форму «мальтийского креста». Причиной такого преломления является высокоорганизованная структура гранул крахмала, которую не надо путать с кристалличность. Даже очень хорошо организованы молекулярные структуры могут не быть кристаллическими, но они обладают свойством двойного преломления лучей — целлюлоза в листе бумаги является полукристаллического, а кристаллы сами по себе являются двоякопереломляючимы (упорядоченными), но в силу того, что кристаллы ориентированы неупорядоченным образом, бумага свойством двойного променезаломлювання не обладает.
Химический состав крахмала
Крахмал содержит полисахарида 97-99%, белковых веществ 0,3-1,5%, клетчатки 0,2-0,7%, зольных веществ (фосфаты, силикатные кислоты) 0,3-0,6%.
В составе товарного крахмала могут присутствовать второстепенные компоненты, но они присутствуют в столь малых количествах, что не совсем ясно, являются ли они составляющими крахмала, представленными в нем очень малых количествах, или примесями, недостаточно тщательно удаленными в процессе выделения. Тем не менее, такие второстепенные компоненты, несмотря на их очень малое количество, могут существенно влиять на качестве крахмала.
В крахмале найдено 0,6% жирных кислот (пальмитиновой, стеариновой и др.). В крахмала, которые выпускаются промышленным способом из зерновых культур, содержится малое количество липидов, которые, как правило, являются полярными. Для их выделения необходимы полярные растворители, водный раствор метилового спирта. Обычно, содержание липидов в крахмале из зерновых культур составляет 0,5-1%, а изготовленных из незерновой сырья — почти не содержит.
Кроме того, в состав крахмала входят в незначительных количествах фосфор и азот. В зерновых культурах основная масса фосфора представлена в виде фосфолипидов. Известно, что картофельный крахмал етерификуеться к глюкозных остатков, тогда как с крахмалами зерновых культур этого не происходит. Во всех видах крахмалов содержится очень небольшое количество азота (менее 0,05%), часть которого входит в состав липидов, часть — в состав белков и, возможно, в состав остатков ферментов, участвующих в синтезе крахмала.
Крахмал в основном представляет собой полимеры α-D-глюкозы, которые с химической точки зрения можно разделить как минимум на два типа: амилозы (в целом линейный полимер) и амилопектин (сильно разветвленный полимер). То есть, молекула крахмала состоит из двух химически независимых частей (полисахариды): амилозы (20-30%) и амилопектина (70-80%), соотношение которых зависит от природы растений:
— В кукурузном крахмале амилоза составляет 25% всей массы вещества, а амилопектин — 75%. В восковидная кукурузе — более 95% амилопектина. Выращивают кукурузу и с 75% амилозы. — В картофельном крахмале амилозы — 20%, а амилопектина — 80%, что придает ему специфических свойств. — Крахмал яблок — с 100% амилозы.
Амилоза и амилопектин различаются между собой химическому строению. Однако, оба полисахариды состоят из глюкозных остатков, соединенных между собой образуя линейные или разветвленные цепи. В зернах крахмала молекулы амилозы и амилопектина образуют слои с кристаллической и аморфной строением. Энергия взаимодействия отдельных групп атомов в зерне крахмала зависит от расположения амилозы и амилопектина и их соотношение.
В горячей воде крахмал набухает. При этом амилоза переходит в раствор, а амилопектин образует коллоидный раствор (клейстер). Амилоза растворяется в горячей воде, не образует клейстера; с йодом дает синий цвет. Амилопектин не растворяется в воде, а набухает и образует клейстер. При окрашивание амилопектина йодом он принимает от красного до фиолетового цвет. Молекулы этих двух полисахаридов состоят из остатков глюкозы, соединенных в длинные цепочки. Чем длиннее цепочки амилозы, тем хуже она растворяется. В молекуле амилозы таких остатков в среднем более 1000, в молекуле амилопектина — намного больше.
Под действием ферментов или нагрева с кислотами — подвергается гидролизу.
При полном гидролизе в промышленности получают глюкозу, а промежуточными продуктами могут быть олигосахариды, мальтоза (К.Кирхгофф, 1814 гг.):
(С 6 Н 10 О 5) n | Н 2 О 180 ° C | (С 6 Н 10 О 5) m Декстрины | Т ° C | n / 2 С 12 Н 22 О 11 Мальтоза | Н + | n С 6 Н 12 О 6 Глюкоза |
Под действием амилаз в пищеварительном канале человека и животных крахмал подвергается гидролизу и расщепляется с образованием глюкозы и мальтозы, что расщепляется Мальтаза к глюкозе, которая усваивается организмом.
Содержание крахмала в растениях
Название растения | Часть растения | Содержание крахмала (до) | Содержание сахара | Примечания |
---|---|---|---|---|
Рогоз широколистный (Typha latifolia) | сухие корневища | 58% (25-58%) | 10% | — |
Цетрария исландский (Cetraria islandica) | наземная часть | 44% | % | (крахмал: лихенин) |
Глицерия (Glyceria) | зерновки | 75% | ? | — |
Кукуруза (Zea mays L.) | семян | 71% | ? | — |
Хлебное дерево (Artocarpus altilis) | сушеная мякоть плодов | 80% (60-80%) | 14% | — |
Кувшинка белая (Nymphaea alba) | корневище | 49% | 20% | |
Овес (Avena) | зерно | 60% | ? | Овес посевной (Avena sativa L.) |
Сусак (Butómus umbellátus) | корневище | 60% | ? | |
Водяной орех (Trapa natans) | орех | 55% | ? | |
Батат (Ipomoea batatas L.) | клубни | 72% | ? | |
Сорго (Sorghum) | ? | 74% | ? | |
Маниок (Manihot) | ? | 77% | ? | |
Горох (Pisum) | зерно | 40% | ? | |
Ячмень (Hordeum L.) | зерно | 75% | ? | |
Картофель (Solanum tuberosum) | клубни (в сухом веществе) | 82% | ? | |
Саговые пальмы (род. Латов. Cycas) | сердцевина пальмы | ? | ? | |
Рис (Oryza) | зерно | 89% | ? | |
Рожь (Secale) | зерно | 72% | ? | |
Пшеница (Triticum L) | зерно | 74% | ? | |
Алтея лекарственная (Althaea officinalis L.) | корни | 37% | 10% | (10% сахарозы) |
Стрелолист обыкновенная (Sagittaria sagittifolia L.) | клубни | 35% |
Получение крахмала
Крахмал получают из картофеля и риса, реже — из других зерновых. Саго — крахмалистые продукты из древесины саговой пальмы, а также некоторых саговников.
В тропиках выращивают много крохмалоносних растений: батат, ямс, таро, маниок и другие.
Чтобы добыть крахмал, нужно разрушить клеточные стенки и добыть сок. Для этого сырье измельчают на терках, получая кашицу. Чтобы выделить свободный крахмал, кашицу многократно промывают на ситах в ситовых аппаратах. Ситовые аппараты в пять степеней проводят разделение продукта на мезгу и крахмальную суспензию (крахмальное молоко) различной концентрации. Крахмальное молоко рафинируют (очищают). После этого выделенный крахмал многократно промывают чистой водой на специальных центрифугах-пурификаторах или гидроциклонах.
В производстве картофельного крахмала применяют процессы очистки картофеля от легких и тяжелых примесей, мойки, измельчения, выделения клеточного сока, ситування и промывки, центрифугирования и сушки.
Из картофельного крахмала можно получить отдельно амилозы (суперлозу) и амилопектин (ромалин). Для этого на крахмал действуют растворами солей MgSO 4, (NH 4) 2 SO 4, Na 2 SO 4, содержащие н-бутиловый спирт, при 120 ° С. После этого амилозы осаждают при 70 ° С, а амилопектин — 20 ° С.
В производстве кукурузного крахмала существует два способа: сирчистокислотний и щелочной. По первому способу кукурузное зерно замачивают в 0,1-0,2% водном растворе сернистой кислоты при 48-50 ° С в течение двух суток, зерно промывают, грубо измельчают, выделяют зародыш, тонко измельчают, промывают крахмал на ситовых аппаратах, отделяют от мелкой и крупной мезги, глютена (на сепараторах), промывают на вакуум-фильтрах, центрифугируют, высушивают или перерабатывают на крахмало-продукты. По второму способу кукурузу замачивают в водном растворе щелочи, промывают, измельчают, крахмал выделяют и проходят мимо на ситовых аппаратах, центрифугируют, высушивают или направляют без высушивания на переработку.
Фракционирования крахмала
Для разделения крахмала на его компоненты, амилозы и амилопектин, используют два основных способа. Амилозы можно выборочно выщелачиваться из гранул, нагретых чуть выше температуры клейстеризации. При более высоких температурах выщелачиваются не только амилоза, но и амилопектин, из-за чего требуется дополнительное очищение. Фракции, получаемые выщелачивания, трудно поддаются количественной оценке, но если перед процессом водного выщелачивания обработать крахмал горячим водным раствором бутанола, то способность амилопектнна до растворения снизится, в результате чего будет выделено большее количество амилозы.
Другим методом является полное диспергирование гранул с последующим разделением компонентов. Крахмалы злаков очень трудно диспергировать полностью — для этого необходимо, чтобы смесь в течение нескольких часов находилась в автоклаве при температуре около 130 ° С. В этих условиях необходимо предотвратить расщеплению крахмала, то есть обезжирить его, буферизацию и защитить от воздействия кислорода. Существует несколько видов предварительной обработки крахмала, что позволяет его диспергировать полностью. Для этого можно использовать, например, жидкий аммиак, диметилсульфоксид или щелочной раствор. После полного диспергирования крахмала чаще всего для выделения амилозм ее осаждают в виде комплексов с n-бутанолом или тимолом. Для получения чистой амилозы необходимо несколько раз выполнить повторное осаждение. Амилопектин можно получить лиофилизацией или осадить спиртом.
Хранение
Применение
Крахмал сельскохозяйственных культур является ведущим компонентом рациона человека, важным сырьем для пищевой, фармацевтической и технических отраслей промышленности: текстильной, нефтяной, бумажной и др.
Крахмал широко применяется в пищевой отрасли как загуститель (E1404), при производстве патоки различного углеводного состава, для получения декстринов, глюкозы (кристаллической глюкозы, глюкозного концентрата, глюкозно-фруктозного сиропа, этанола и других продуктов брожения. Крахмал со степенью гидролиза (по глюкозе) меньше 5% — мальтодекстрин — используется в качестве стабилизатора в производстве майонеза. В производстве сахарных кондитерских изделий крахмал используют как рецептурный компонент рахат-лукума, а также как формовочный компонент для конфет и драже.
Комплексная переработка крахмала крахмал гидролизуется до глюкозы, которая изомеризуется в фруктозу и гидрированием превращается в сорбит, или идет на получение других продуктов — этанола, молочной кислоты, лимонной кислоты; гидролизат смешивается с волокнами для кормов скоту.
Сырьем для производства кристаллической глюкозы является крахмал, полученный из кукурузы, или пшеницы, хотя может быть использован и картофельный крахмал. Однако картофельный крахмал является незаменимым сырьем в других отраслях промиисловости и для производства глюкозы не используется. Основное сырье для производства кристаллической глюкозы — кукурузный крахмал.
Крахмал используют как клей, как микробиологическая среда при получении различных энзимов, антибиотиков, витаминов, а также как основа искусственных биоразлагаемых биополимеров.
Во врачебной практике крахмал очень часто используют как наполнитель и субстрат для изготовления таблеток (в качестве наполнителя в твердых лекарственных формах) и облаток и в пастах, в присыпках и мазях применяют при болезнях кожи, в виде отвара (клейстера) — при заболеваниях желудочно-кишечного тракта как обволакивающим средство. Крахмал и декстрины (продукты неполного гидролиза линейных полисахаридов) положительно влияют на холестериновый обмен, улучшают пищеварение. Он входит как важный компонент практически до всех диет. Также растворы крахмала является частью инфузионных растворов, которые используют для лечения неотложных состояний.
Основной объем крахмалопродуктов готовят из кукурузы, на долю которой приходится 45 млн т, остальные сырьевой базы составляет тапиока (5 млн т), пшеница (4 млн т) и картофель (2500000 т).
Амилопектин пригоден для производства пленок и упаковочного материала, которые можно после использования полностью компостировать.
Изменения крахмала
Клейстеризация
Нагрев крахмала при наличии воды вызывает клейстеризации, то есть разрушения нативной структуры крахмальных зерен. Этот процесс проходит тремя стадиями:
Наличие в воде солей, сахаров, спиртов и других веществ влияет на температуру клейстеризации. Поваренная соль даже в малых концентрациях повышает температуру клейстеризации и уменьшает набухание зерен.
В зависимости от соотношения крахмала и воды получают клейстер в виде геля или золя.
В кулинарии
Клейстер в виде геля образуется когда крахмальные пузырьки тесно скреплены между собой в результате почти полного поглощения ими воды. В приготовлении пищи плотные гели могут быть в киселях при наличии в них 6-8% крахмала, а еще плотные гели образуются в процессе варки круп, бобовых, макаронных изделий, картофеля, когда крахмал поглощает максимальное количество воды.
Крахмальные золе различной вязкости служат основой киселей жидкой и средней консистенции (содержание крахмала от 2 до 5%), сладких супов, соусов (содержание крахмала до 2%).
В тесте, при выпечке кондитерских изделий, воды мало, поэтому крахмал достигает лишь первой стадии клейстеризации.
Крахмал с картофеля дает прозрачный клейстер, а из зерновых (кукурузы) — непрозрачный.
Во время тепловой обработки картофеля клейстеризация крахмала происходит за счет влаги, которую выделяют белки клейковины, что зсилися. Во время варки каш, макаронных изделий крахмал клейстеризуется за счет влаги окружающей среды. Этим объясняется увеличение массы крупы и макаронных изделий во время варки.
При охлаждении и хранении в охлажденном состоянии крахмалосодержащие изделий содержание в них растворенного амилозы уменьшается и изделия черствеют (хлеб, каши, мучные изделия), то есть происходит старение оклейстеризованого крахмала.
Декстринизация
Декстринизация происходит во время сухого нагрева крахмала при температуре выше 120 ° С.
В кулинарии декстринизация осуществляется на поверхности изделий с образованием желтовато-коричневой корочки при жарке картофеля, мучных изделий, пассировки муки.
Гидролиз
Гидролиз — распад крахмальных полисахаридов с приенанням воды. Он может происходить при нагревании с водой в присутствии кислот (кислотный гидролиз) или под действием ферментов амилозы (ферментативный). Конечными продуктами гидролиза крахмала является глюкоза и фруктоза.
Ферментативный гидролиз происходит во время варки картофеля, замешивания и выпечки теста. При этом сахара переходят в отвар. Кислотный гидролиз крахмала происходит при варке соусов, киселей из ягод.
При гидролизе крахмала последовательно образуются дисахариды и декстрины, что в дальнишому превращаются в моносахариды, из которых преобладает глюкоза.
Крахмал при быстром нагревании расщепляется до декстринов формулы (С 6 Н 10 О 5) х, где х — число глюкозных остатков в декстрины гораздо меньше, чем в формуле крахмала. При добавлении кислот процесс ускоряется. В зависимости от глубины гидролиза (температуры, концентрации и вида кислоты, ферментов), крахмал расщепляется до декстринов, мальтозы, глюкозы. Во время гидролиза крахмала постепенно образуется растворимый крахмал, декстрины, ди- и моносахара.
Незначительно дикстринизований крахмал, который дает с йодом синее окрашивание, лучше растворяется в воде, по сравнению с обычным крахмалом, называют растворимым крахмалом.
В промышленности применяется гидролиз, который имеет ступенчатый характер.
Частичный гидролиз крахмала до декстринов, для которых уже характерные свойства восстановителя, происходит при быстром нагревании крахмала с небольшим количеством воды (10-20%).
Декстрины образуются при выпечке хлеба (появление корочки), или при воздействии горячего утюга на накрахмаленное ткань, в результате чего она сверкает. При этом, основная задача процесса хлебопечения заключается в преобразовании нерастворимого крахмала в растворимые декстрины, которые лучше усваиваются человеком в процессе пищеварения.
При неполном гидролизе крахмала получают крахмальную патоку (содержание глюкозы составляет 60%) или крахмальный сахар (содержание глюкозы 70%) для пищевых потребностей.
Модификация крахмала
Модифицированный крахмал — это продукт с заданными свойствами. В технике превращения крахмала в глюкозу (процесс осахаривания) происходит путем кипячения его в течение нескольких часов с раствором серной кислоты (каталитический влияние серной кислоты на осахаривания крахмала был изобретен в 1811 К. С. Кирхгофом). Чтобы с образованного раствора удалить серную кислоту в него добавляют мел, образуя с серной кислоты нерастворимый сульфат кальция. Последний отфильтровывают и вещество упаривают. Образуется густая сладкая масса — крахмальная патока, кроме глюкозы имеет значительное количество других продуктов гидролиза крахмала.
Патока используется для приготовления кондитерских изделий и для различных технических целей.
Если нужно получить чистую глюкозу, то кипячение крахмала ведут дольше, чем достигается более полное превращение его в глюкозу. Полученный после нейтрализации и фильтрования раствор сгущают, пока из него не начнут выпадать кристаллы глюкозы.
Также в наше время проводят энзиматический гидролиз крахмала, с использованием альфа-амилазы для получения декстринов различной длины, и глюкоамилазы — для дальнейшего их гидролиза с получением глюкозы.
При нагревании сухого крахмала до 200-250 ° C происходит частичное его разложение и получается смесь менее сложных чем крахмал полисахаридов (декстрин и другие).
Физическое изменение позволяет получать крахмал с высокой способностью удерживать влагу, что в свою очередь придает конечному продукту желаемую консистенцию.
Крахмал осаждается этиловым спиртом, образует комплексы с йодом, очень легко меняет ряд своих свойств при воздействии температуры, кислот, щелочей, солей и других химических реагентов. Основываясь на этом, разработано много видов модифицированных крахмалов (фосфатные, оксиетилкрохмаль, диальдегидний поперечно связан, желирующий, предварительно клейстеризований, гипохлоритний др.)
Селекция растений
Так как амилоза и амилопектин имеют различные потребительские свойства, селекцией пытаются создать сорта, содержащие или амилозы, или амилопектин. Использование таких сортов, которые содержат только одну форму крахмала является очень выгодным, ведь отпадают затратные химические и физические способы воздействия на их разделение.
В Украине селекционерами Селекционно-генетического института национального центра насиннезнавства и сортоизучения создана перспективная пшеница Вакс, которая в строении молекул крахмала имеет амилозы 0% и 100% амилопектина. Крахмал пшеницы Вакс имеет 10 ° C ниже обычный крахмал температуру клейстеризации, выдерживает процесс замораживания-размораживания и лучше усваивается организмом человека.