В рамках постоянного мониторинга инновационных решений и передовых исследований, наша команда систематически осуществляет анализ разнообразных информационных источников.
Недавно наше внимание привлекло исследование ученых из Всероссийского научно-исследовательского института крахмала и переработки крахмалсодержащего сырья (филиал ФГБНУ «ФИЦ картофеля имени А.Г. Лорха») о разработке технологии получения цитратного крахмала из тапиоки и тритикале.
Применение лимонной кислоты для модификации крахмала не так распространено и пока не получило широкого применения в промышленности, однако существует ряд исследований на эту тему, как зарубежных, так и отечественных, которые доказывают эффективность получения качественных модифицированных крахмалов, а также подтверждают возможность их применения даже в детском питании.
Основная цель исследования заключается в разработке технологических режимов получения цитратных эфиров крахмала (крахмалоцитратов) с повышенной растворимостью в холодной воде и устойчивостью клейстера при хранении и сдвиге.
Этерификация крахмала – наиболее востребованный процесс химической модификации, помогающий получить эфиры крахмала пищевого назначения. В промышленных масштабах в качестве эфирообразующих реагентов применяют различные органические кислоты, в основном уксусную и адипиновую, или их ангидриды.
При проведении исследования для этерификации нативного крахмала (тапиокового и тритикалевого), применяли метод экструзии, а в качестве эфирообразующего реагента – лимонную кислоту.
Этерификация крахмала — это процесс присоединения к полисахаридам крахмала химических радикалов с образованием простых и сложных эфиров, а также поперечно связанного сшитого крахмала.
Экструзия крахмалосодержащего сырья — метод преобразования свойств крахмала при одновременном воздействии на него влаги, тепла и механического напряжения, который позволяет изменять структуру и физико-химические свойства крахмала.
Ученые провели исследование влияния концентрации лимонной кислоты, влажности подкисленного крахмала и температуры экструзии на физико-химические свойства крахмалоцитрата и изучили основные функциональные свойства готового продукта, в частности устойчивость клейстера при сдвиге и хранении.
Как сказано выше, в качестве эфирообразующего реагента используют моногидрат лимонной кислоты пищевой согласно ГОСТ 908-2004. В своей химической формуле лимонная кислота имеет три гидроксильные группы, благодаря которым может образовывать сложные эфирные связи с расщепленными в процессе экструзии полисахаридами крахмала. Карбоксильные группы лимонной кислоты образуют прочные поперечные связи с гидроксильными группами молекул крахмала, что предотвращает ретроградацию и расслаивание клейстера цитратного эфира крахмала при хранении и сдвиге.
Получение цитратного крахмала проводили по следующей технологической схеме:
1) Подготовка лимонной кислоты путем ее растворения в воде температурой 55-60°С.
2) Перемешивание крахмала с кислотой в смесителе путем равномерного мелкодисперсного распыления кислоты на поверхность крахмала при постоянном перемешивании до достижения оптимальной влажности.
3) Экструзионная обработка подкисленного крахмала при частоте вращения шнеков экструдера 135 об/мин.
4) Выпрессовывание экструдата через матрицу с диаметром отверстий 4 мм.
5) Измельчение экструдата и просеивание через сита размером ячейки 1 мм.
Диапазон измерений для образцов выбрали следующий:
1) Концентрация реагента – от 0 до 0,45% к массе СВ;
2) Температура – от 150 до 190°С;
3) Влажность – от 20,4% до 28,0%
Было выяснено, что показатель влажности крахмала при загрузке в экструдер и концентрация реагента являются самыми важными параметрами получения качественного продукта. С повышением влажности крахмала с реагентом уменьшается процесс расщепления молекул полисахаридов крахмала – это означает, что чем обрабатываемое в экструдере сырье влажнее, тем менее однородным получается крахмалоцитрат на выходе.
По итогам проведения всех испытаний были определены оптимальные параметры для производства качественного цитратного крахмала, отвечающего всем требованиям. В зависимости от исходного сырья, эти показатели отличаются.
Так, при исследовании влияния влажности смеси тапиокового крахмала с реагентом, его качество оценивали по содержанию редуцирующих веществ и степени растворимости в холодной воде. Анализ данных показывает, что с повышением влажности крахмала с реагентом уменьшается процесс расщепления молекул полисахаридов крахмала.
По результатам экспериментов было определено, что оптимальная влажность тапиокового крахмала, подкисленного раствором лимонной кислоты, составляет 22-23%, в то время как для тритикалевого крахмала этот показатель составляет 25%.
Также, было проведено исследование зависимости степени растворимости крахмалоцитрата от концентрации реагента (раствора лимонной кислоты) и температуры экструзии. Результаты показали, что с ростом температуры до 160, 170 и 180°С и концентрации реагента соответственно 0,40; 0,35 и 0,30% к массе СВ, степень растворимости повышается и может достигать 100% (рисунок 1).
Это обусловлено расщеплением гликозидных связей в полисахаридах крахмала под действием лимонной кислоты и высокой температуры, вследствие которого образуются низкомолекулярные полисахариды, растворимые в холодной воде.
Результаты исследований показали, что для получения качественного тритикалевого крахмалоцитрата, массовая доля влаги в подкисленном крахмале должна составлять 25%.
С увеличением температуры экструзии степень растворимости образцов тритикалевого крахмалоцитрата, также повышается, достигая максимального значения (100 %) при температурах 180 и 190°С и при концентрации лимонной кислоты 0,40% к массе СВ крахмала. Это происходит за счет ослабления водородных связей, которые удерживают мицеллярные структурные частицы и молекулы воды в связанном состоянии и реакции гидролиза в присутствии лимонной кислоты, в результате которой образуются низкомолекулярные продукты, растворимые в холодной воде.
В результате проведенных исследований получены зависимости динамической вязкости клейстера тритикалевого крахмалоцитрата от разных температур экструзии и концентраций реагента (рисунок 2).
Результаты исследований клейстеров цитратных крахмалов на устойчивость показали, что динамическая вязкость клейстера каждого образца при хранении в течение 7 суток при комнатной температуре практически оставалась на одном и том же уровне. Клейстеры не расслаивались и не ретроградировали, что свидетельствует об устойчивости их при хранении. Устойчивость клейстера образцов тапиокового крахмалоцитрата при перемешивании и длительном хранении обусловлена образованием сложноэфирных связей в полисахаридах тапиокового крахмала.
Вывод.
Важным результатом исследования является подтверждение высокой устойчивости клейстеров крахмалоцитратов к ретроградации и расслаиванию при хранении, что обусловлено образованием сложноэфирных связей между молекулами крахмала и лимонной кислоты. При этом, полученный продукт соответствуем международным стандартам безопасности, а благодаря применению в качестве модифицирующего агента нетоксичной лимонной кислоты, может успешно применяться в пищевой промышленности, в том числе и в детском питании.
Оставайтесь в курсе событий: в ближайшее время мы поделимся новыми и интересными новостями о пищевых ингредиентах.
Следите за нашими обновлениями в социальных сетях — здесь мы публикуем важные новости и экспертный контент. Вы можете выбрать любую удобную платформу:
С уважением,
Команда «GEA Ingredients»