РЭА им. Г.В. Плеханова ИЭФ, кафедра ТОПП

Лекция n 7 Продолжение темы: Изменения углеводов при кулинарной обработке продуктов Изменения крахмала

Крахмал относится к основным резервным углеводам и является одним из самых распространенных веществ в растительном мире. Содержание крахмала в отдельных пищевых продуктах весьма значительно:

мука пшеничная – 56-68% (в зависимости от сорта),

рисовая крупа – до 74%,

гречневая крупа – 64%,

фасоль – до 43%,

картофель - до 18%.

В кулинарной практике имеют дело как с выделенным крахмалом – картофельным, пшеничным, кукурузным, маисовым, так и с крахмалом, содержащимся в продуктах.

В различных пищевых продуктах крахмал содержится в виде зерен своеобразной формы, характерной для данного продукта. От вида крах­мала зависит и размер крахмального зерна – от I мкм до 100 мкм и более. Состояние крахмала в различных пищевых продуктах также не оди­наково и зависит от вида продукта и способа его предварительной обра­ботки. В картофеле крахмальные зерна находится внутри клеток, в кле­точных структурах – пластидах: лейкопластах и амилопластах. В зернобобовых крахмальные зерна составляют основную часть сухой массы зерен, располагаясь в клетке между алейроновыми зернами и частицами высохшей цитоплазмы. Мука представляет собой скопление крахмальных зерен, частиц клеточных стенок и пленок высохшего белка. А различные вида пищевого крахмала – это смесь крахмальных зерен различной величины. Полученный в производственных условиях крахмал содержит от 10 до 20% влаги.

Состав и строение крахмального зерна

Подавляющая часть крахмальных зерен приходится на амилозу и амилопектин – полисахариды, в основе которых лежит глюкоза (97-99%) .

Молекула амилозы – неразветвленная (или слабо разветвленная) цепь из 1,4-связанных остатков глюкопиранозы. Молекула амилопектина – разветвленная цепь из остатков глюколиранозы, связанных в остатках цепей связями -1,4, а в точках ветвления – -1,6 (рис. 1).

Полисахариды отличаются не только строением, но и степенью полимеризации. Средняя степень полимеризации амилозы около 10³, но может достигать I0⁵-I0⁶, для амилопектина – на 2-3 порядка выше (более 10⁷). В среднем длина ответвлений в амилопектине составляет от 20 до 30 глюкозных остатков. Но при этом долее компактная молекула амлопектина с общим количеством глюкозных остатков около 100 000 имеет диаметр = 50 нм¹, а линейная: амилоза – 500 нм.

Рисунок 1. – Строение амилозы и амилопектина

Полисахаридам в крахмальных зернах сопутствуют фосфорная, кремние­вая и жирные кислоты. Фосфорная кислота связана с обоими полисахаридами, при этом в картофельном крахмале ее больше в амилопектине, в пшеничном – в амилозе.

Соотношение между самими полисахаридами в различных продуктах таково: амилозы содержится в кукурузе, рисе, пшенице около 20%, в кар­тофеле – 30%, амиломаисе – до 80%. Восковидный крахмал почти полностью состоит из амилопектина.

Строение зерен крахмала

Крахмальные зерна имеют хорошо организованную форму и структуру. В центральной части зерен имеет ядро (зародыш, точка роста), вокруг которого находятся ряды концентрических слоев «колец роста» толщиной около 0,1 мкм.

Молекулярные спирали полисахаридов в "кольцах роста" уложены в складки с близкой к кристаллической упорядоченностью. Следует отметить радиальную ориентацию молекул и наличие водородных связей между ними. Упорядоченность отдельных зон зерна, близкая к кристаллической, и аморфный характер других подтверждается при рассматривании зерен в поляризационный микроскоп. Оптическая анизотропия зон определяет нали­чие в поле зрения так называемого «мальтийского креста».

Анизотропия – неодинаковость всех или некоторых свойств вещества по различным направлениям. Обладает двойным лучепреломлением – распадением пучка света на два слагающих, распространяющихся с разными скоростями и поляризованных в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях.

В кристаллических участках крахмальные полисахариды расположены более упорядоченно и прочно связаны между собой, а в аморфных – укладка менее упорядочена и полисахариды упакованы менее плотно. В настоящее время считают, что кристалличность крахмального зерна образована в основном упорядоченным расположением боковых ответвлений амилопектина, т.е. он стабилизирует в основном кристалличность структуры. Ориентация отдельных крахмальных полисахаридов в крахмальном зерне, связь их между собой осуществляется при помощи водородных связей. Последние образуются как при непосредственном взаимодействии гидроксилов полиса­харидов между собой, так и при взаимодействии гидроксилов полисахаридов через молекулу воды. Таким образом, вода участвует в создании кристаллической решетки крахмального зерна.

В целом молекулы полисахаридов в зерне расположены складчато-радиально, т.е. сами цепи полисахаридов находятся в складчатой форме. При этом амилоза концентрируется ближе к центральной части зерна. Схема строения крахмального зерна показана ниже:

В наружном слое крахмального зерна полисахарида образуют подобие прочной оболочки, не обладающей свойствами полупроницаемости, но обла­дающей свойством к расширению или растягиванию.

Все крахмальное зерно пронизано микропорами. На этом основано использование крахмала в качестве адсорбента.