В чем заключается процесс старения крахмала

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.

Источник

Старение крахмальных студней

Кислотный гидролиз (инверсия)

В присутствии кислот, под влиянием теплового воздействия сахара распадаются ( на глюкозу и фруктозу), происходит их инверсия. Смесь глюкозы и фруктозы называют инвертным сахаром. Он имеет более сладкий вкус, предохраняет растворы от засахаривания. Фруктоза инвертного сахара не только увеличивает его сладость, но и делает его самым гигроскопичным сахаром.

Наблюдается при варке компотов, киселей, кислых соусов, помадки, джемов, варенья, при запекании яблок. При варке свеклы и моркови инверсия не протекает из-за низкой кислотности овощей и низкой инверсионной способности лимонной кислоты.

-тепловое воздействие (варка при 102С, жарка при 135С и выше);

-присутствие кислот (ускоряется в присутствии кислот);

-продолжительность тепловой обработки

-зависит от инверсионной способности кислот (наивысшая у щавелевой; в 10 раз меньшая у лимонной; в 45 раз меньшая у уксусной).

Технологическое значение инверсии:

— более сладкий вкус;

-предохранение растворов от засахаривания;

-имеет повышенную гигроскопичность;

— изменяется удельное вращение раствора с правого на левое;

Однако варка моркови, свеклы (с высоким содержанием сахаров) не сопровождается инверсией содержащихся в них сахаров, т.к. активная кислотность этих овощей низкая, а содержащаяся в них яблочная кислота обладает небольшой инверсионной способностью.

3.2 Глубокий распад сахаров:

Брожение сахаров.

Этот процесс протекает при производстве дрожжевого теста. Сахароза сбраживается, но в начале она распадается на глюкозу и фруктозу. Моносахариды под действием ферментов дрожжей превращаются в спирт, углекислый газ и ряд летучих веществ (органические вещества, сивушные масла). Кроме спиртового брожения наблюдается и молочнокислое брожение, накапливается также уксусная кислота.

Карамелизация сахаров.

Карамелизация – процесс разрушения сахаров при температуре 170С и выше, с отщеплением воды и образованием ангидридов (кармелан, кармелен, кармелин).

-кармелан – желтый цвет, растворимы в холодной воде;

-кармелин – черный цвет, растворимы в горячей воде.

Наблюдается при производстве жженого сахара, при жарке, запекании продуктов.

Меланоидинообразование.

Меланоидинообразование – сложный окислительно- восстановительный процесс взаимодействия азотистых веществ (аминокислот белков) с простыми сахарами, с образованием темноокрашенных веществ.

Наблюдается при жарке мяса, рыбы, блюд из творога, выпечке изделий из теста и др.

Условия протекания реакции:

— наличие редуцирующих сахаров ( дисахариды);

-свободнная аминная группа аминокислот, полипептидов, белков;

Отрицательное значение: снижается биологическая ценность белков.

Изменения крахмала

Крахмал при тепловой обработке подвергается следующим изменениям:

Клейстеризация –нагревание крахмала при наличии воды. При этом происходит разрушение нативной структуры крахмальных зерен, амилопектин набухает, часть амилозы растворяется.

Клейстеризация протекает в 3 этапа:

1. При нагревании суспензии крахмала до температуры 50-55С, зерна набухают, поглощая до 50% воды и образуется студень.

3. При температуре выше 70С – объем крахмальных зерен увеличивается в десятки раз, исчезает слоистость, повышается вязкость раствора, в раствор переходит амилоза и часть амилопектина.

4. Дальнейший нагрев приводит к тому, что пузырьки лопаются и вязкость клейстера снижается, поэтому кисели при варке не кипятят.

Факторы влияющие на температуру клейстеризации:

-сахара – повышают температуру клейстеризации.

Декстринизация крахмала

Декстринизациякрахмала происходит при сухом нагреве крахмала и температуре выше 120С, с разрушением крахмальных полисахаридов и образованием декстринов (окрашенных веществ). В прцессе декстринизации крахмала теряется способность крахмала к набуханию в горячей воде, снижается возможность клейстеризации.

Наблюдается при жарке картофеля, пассеровании муки, выпечке мучных изделий, запекании продуктов.

Гидролиз крахмала

Он может протекать при нагревании крахмала с водой в присутствии кислот или под действием ферментов ( амилаз) при низкой температуре.

В процессе гидролиза образуется глюкоза, мальтоза. Протекает в интервале температур 49-55С, до полной инактивации ферментов.

Наблюдается при кипячении соусов, заваривании киселей, варке картофеля, при приготовлении дрожжевого теста.

Старение крахмальных студней

Для предотвращения старения оклейстеризованного крахмала, блюда до отпуска надо хранить в горячемсостянии.

Источник

Проблема стабильности и старения крахмальных клейстеров

Проблема стабильности и старения крахмальных клейстеров одна из наиболее важных для общественного питания. Ранее отмечалось, что особенностью деятельности отрасли является необходимость реализовать изделия в «свежем», «горячем» виде.

Эти понятия у потребителей ассоциируются с качеством кулинарных изделий. Действительно, свежеприготовленное картофельное пюре или каши, или мучные и кулинарные изделия оцениваются потребителями как «намного лучше», чем аналогичные, которые хранились, или были охлаждены и повторно разогреты. Те же ощущения, относящиеся и к хлебу. При этом все же есть возможность улучшать показатели «свежести» за счет разогрева «черствых» изделий.

При анализе данных на рис. 3.9 видно, что клейстеризация крахмального зерна связана с различными стадиями, одной из которых является «эндотермическая остановка», в течение которой крахмальное зерно деградирует, т. е. теряет свою структуру. Именно этот интервал оценивается специалистами как температура клейстеризации, после чего идет собственно набухание. Именно этот участок графика разделяет систему «крахмал-вода» на коллоидные понятие «суспензия крахмала в воде» и «клейстер».

Однако не следует относиться к агрегации полисахаридов в клейстере только отрицательно, поскольку восстановление водородных связей, как явление широко используется в технологии, например при приготовлении желе на крахмале, бабок, запеканок, когда определенная консистенция, которая требуется присущими определенным изделиям показателями, возникает лишь после охлаждения. Также это явление используется при формировании изделий из овощных, крупяных масс, которое проводится при низких температурах.

Если крахмальный студень охладить, то за счет возникновения водородных связей между цепями молекулы делаются менее растворимыми и проявляют тенденцию к образованию агрегатов и частичной кристаллизации. Если клейстеры очень сильно разведены, то образуется осадок, но в большинстве кулинарной продукции наблюдается высокая концентрация, что ведет к образованию в желе трехмерной сетки полисахаридных молекул. На графике рис. 3.12 это проявляется в отклонении кривой вязкости в сторону увеличения последней при охлаждении.

К агрегации при охлаждении более способна амилоза, что продиктовано ее более линейными характеристиками.

В кристаллические мицеллы становятся включенными молекулы амилозы и амилопектина. Они переплетаются друг с другом, объединяясь молекулярными цепями.

Кристаллизация молекул амилопектина меньше выражена, частично ингибируется их разветвленной структурой, и главным образом боковыми ветвями. Кристаллический участок, включающий как набухшие зерна, так и водный раствор между зернами, во многом определяет прочность и упругость образованных желе. Часть макромолекул, включенных в кристаллические мицеллы, лежит в аморфных участках между мицеллами, и способность желе выдерживать определенное давление без разрушения в значительной степени определяется относительным количеством молекул в аморфной области.

Другими факторами, которые влияют на образование и свойства крахмальных желе, являются размер и морфологическая структура крахмальных зерен, степень зрелости крахмалоносителя и предварительная обработка, концентрация клейстера, время, температура, перемешивание при варке, время и температура хранения после варки и введения ингредиентов крахмала, содержащих как амилозу, так и амилопектин, одинаково склонные к образованию желе при относительно низких концентрациях. Значительно большая длина линейных участков молекул в картофельном крахмале и слабая их разветвленность препятствуют образованию мицеллярных структур. Хотя разветвленность структуры амилопектиновых крахмалов препятствует образованию желе при низких концентрациях, однако при высоких (около 30%) они образуются.

Когда крахмальные студни выдерживают длительное время, они сжимаются и выделяют некоторое количество жидкой фазы. Такой процесс называют ретроградацией; этот эффект значительно усиливается в замороженных желе. Вследствие замораживания вода изменяет свое агрегатное состояние и после восстановления нормальных условий уже не распределяется равномерно в сетке полисахаридов.

Изменения, обусловленные ретроградацией, сопровождающиеся выделением жидкости в замороженных загущенных крахмалом соусах после оттаивания, а также вызывающие черствение мучных изделий, являются абсолютно неприемлемыми с точки зрения качества продуктов.

Известно, что ретроградировавший амилопектин может быть частично возвращен в исходное состояние нагреванием при 50. 60 °С, но восстановить свойства ретроградировавшей амилозы значительно сложнее, что обусловлено образованием кристаллических участков линейными молекулами амилозы.

Существуют, однако, данные, что изменения, обусловленные ретроградацией амилопектина, в пищевых системах могут быть нереверсивными, как это наблюдается в простых системах «крахмал- вода». Выделение жидкости замороженными белыми соусами, изготовленными с крахмалами воскообразной кукурузы или сорго, при нагревании их до 90 °С гораздо меньше, чем при нагревании до 35 °С, однако полностью не исключается.

При остывании и хранении в остывшем состоянии кулинарных изделий, содержащих оклейстеризованный крахмал, происходит его старение. Оно сопровождается ретроградацией растворенной амилозы и обратным переходом в гель пептизированного амилопектина, что приводит, в противоположность клейстеризации, к уменьшению количества водорастворимых веществ в изделиях (см. гл. 10). Если указанные изделия после 24-часового хранения при комнатной температуре нагреть до 95 °С, то количество водорастворимых веществ в них увеличится. Это говорит о том, что старение оклейстеризованного крахмала представляет собой процесс в большей или меньшей степени обратимый.

Затормозить старение оклейстеризованного крахмала или свести его к возможному минимуму можно, если свежеприготовленные изделия до момента их потребления сохранять в горячем состоянии.

Источник

Старение крахмального клейстера

Факторы, влияющие на температуру клейстеризации

Добавление соли даже в очень небольших количествах повышает температуру клейстеризации и уменьшает набухаемость крахмальных зёрен.

Сахара и спирт также повышают температуру клейстеризации.

Белки оказывают стабилизирующее действие на процесс клейстеризации. Так, соусы с мукой более стабильны при хранении, замораживание и оттаивание, чем клейстеры на очищенном крахмале.

В охлаждённом состоянии клейстер высокой концентрации превращается в студень.

Где в кулинарной практике мы встречаемся с этим явлением?

При остывании и долгом хранении в остывшем состоянии кулинарных изделий содержащих оклейстеризованный крахмал. Так, если каши или кисель долго хранятся, то на поверхности появляется вода; при хранении булок, хлеба они черствеют. Вызывают эти процессы старение оклейстеризованного крахмала, что ухудшает качество кулинарных изделий. Явление носит название ретроградации.

От чего зависит скорость старения?

От времени— чем продолжительнее сроки хранения, тем сильнее старение. Так, в кашах, отварной вермишели старение обнаруживается уже через два часа после их варки и нарастает по мере хранения.

Ретроградация усиливается после охлаждения и особенно после замораживания. Если крахмальную суспензию подвергнуть несколько раз замораживанию и оттаиванию, то она полностью и необратимо ретроградирует.

Ретроградацию можно частично устранить нагреванием, но с растворами амилозы это сделать гораздо труднее, чем с ретроградированными растворами амилопектина. Поэтому, для предотвращения старения оклейстеризованного крахмала изделия до момента потребления необходимо хранить в горячем состоянии.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Изменения крахмала. Часть первая

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 биологическое образование с хорошо организованными формой и структурой. В центральной части его имеется ядро, называемое зародышем, или «точкой роста» вокруг которого видны ряды концентрических 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 10 7 ). 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 крахмала

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 набухание.

Набухание и клейстеризация крахмала

Набухание влияет на консистенцию, форму, объем и выход готовых изделий из крахмалосодержащих продуктов. Степень набухания зависит от температуры среды и соотношения воды и крахмала. При нагревании водной суспензии крахмальных зерен до температуры 55 0 С они медленно поглощают воду (до 50%) и частично набухают. При этом повышение вязкости не наблюдается. При дальнейшем нагревании суспензии (в интервале температур от 60 до 100 0 С) 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 80 0 С). 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.

Источник