Крахмал – природный углевод, накапливаемый в клетках растений в виде крахмальных зерен (шарообразной, чечевицеобразной или яйцевидной формы) и выделяемый из крахмалсодержащего сырья при его переработке [1].

В клетках растений крахмал содержится в виде зерен различного размера от 15 до 100 мкм [2].

Экспериментально доказано, что химическую формулу элементарного звена крахмала можно представить как C5O2H5(OH)2(CH2OH).

Крахмал не является химически индивидуальным веществом, а состоит из смеси полимеров двух типов, построенных из остатков глюкопиранозы (амилозы в количестве 18–25 % и амилопектина в количестве 72–82 %). Амилоза состоит из остатков глюкозы, соединенных в неразветвленную цепь. В составе амилозы – от 60 до 300 остатков глюкозы. Амилопектин состоит как из линейных, так и из разветвленных цепей, образованных примерно 1500 остатками глюкозы [1, 8].

В крахмале также содержится небольшое количество липидов, в основном полярных, выделяемых полярными растворами. Количество липидов в крахмале составляет 0,5–1,0 %. Содержание минеральных веществ колеблется в пределах 0,2–0,7 % и представлено в основном фосфатами, кремнеземом, азотистыми веществами и др. [8].

В современных технологических процессах для поглощения влаги и жира широко используются различные виды крахмалов.

При производстве мучных кондитерских изделий данные крахмалы позволят регулировать пластичность теста и придавать готовым изделиям хорошую водопоглотительную способность и рассыпчатость и др.

Известно их применение в химической технологии для разделения оптических изомеров, в тонкослойной хромотографии в качестве адсорбционного слоя, в газо-жидкостной хроматографии – в качестве твердого носителя [6].

В бытовой химии – как адсорбент для сухого удаления масляных пятен. При производстве лекарственных препаратов (таблеток) для всасывания жидкостей в таблетируемую массу в качестве влагоудерживающего агента при производстве таблеток [5].

При лечении наружных повреждений кожи крахмалы используют в качестве поглотителя жидкости, получившейся в результате воспаления, они оказывают подсушивающее действие. Крахмалы применяют в косметологии для лечения жирной кожи, так как сделанные из них маски позволяют снизить активность сальных желез, устраняют жирный блеск, способствуют сужению пор, очищают кожу от черных точек [3].

Таким образом, мы видим обширный спектр применения крахмалов в различных сферах в качестве поглотителей влаги и жира. Поэтому повышение поглощающих характеристик крахмалов является важной задачей.

Цель исследования – получение модифицированных крахмалов с повышенными свойствами водопоглощения и жиропоглощения.

Материалы и метод исследования

В качестве объектов исследования использовали образцы необлученных и облученных микроволнами картофельного и гречишного крахмалов. Исследования проводили методом центрифугирования.

В работе использовали картофельный нативный крахмал (ГОСТ 7699-78) и гречишный нативный крахмал (ГОСТ 19092-92). Обрабатывали при проведении эксперимента крахмалы в сухом виде массой по 100 г, в диапазоне от 0 до 30 секунд. Аппаратом для обработки крахмалов явилась бытовая микроволновая печь с мощностью 700 Вт. Навески крахмала в количестве 1 г помещали в центрифужные пробирки и добавляли по 6 мл растительного жира. Содержимое пробирок тщательно перемешивали стеклянной мешалкой в течение 1 мин, после этого оставляли в покое на 30 мин. Затем смесь центрифугировали в течение 25 мин с частотой вращения 3200 об/мин. Несвязанное масло после центрифугирования сливали в мерный цилиндр. Оставшуюся смесь центрифугировали в течение 25 мин с частотой вращения 3200 об/мин. Выделившееся масло сливали в тот же цилиндр.

Количество связанного растительного масла Yк, мл, определяли по формуле:

Yк = Yн – (Y1 + Y2), (1)

где Yк – количество связанного растительного масла, мл; Yн – количество добавленного растительного дезодорированного масла, мл; Y1 – количество несвязанного растительного масла, мл; Y2 – количество несвязанного масла после второго центрифугирования, мл.

Жиропоглощающую способность А, %, рассчитывали по формуле:

А = (Yк∙d)/B∙100, (2)

где Yк – количество связанного растительного масла, см3; d – плотность жидкого растительного масла (0,95 г/см3); B – масса навески продукта, г.

Определение адсорбции воды проводили по аналогии. Центрифугирование поводили при помощи лабораторной центрифуги ЦЛНМ-80-2S.

Результаты исследования и их обсуждение

1. Изменение жиропоглощения и водопоглощения гречишного крахмала

Результаты испытаний для гречишного крахмала, полученных методом центрифугирования, представлены на рис. 1, 2.

Рис. 1. Водопоглощение гречишного крахмала

Рис. 2. Жиропоглощение гречишного крахмала

Из представленных данных следует, что для гречишного крахмала после обработки в течение 20 секунд наблюдается наибольшее увеличение (в 1,5 раза) адсорбции воды по сравнению с контролем (рис. 1). Для этого же вида крахмала наибольшая адсорбционная способность жира наступает после обработки сухих образцов 5 секунд (рис. 2).

2. Изменение жиропоглощения и водопоглощения картофельного крахмала

Результаты испытаний для картофельного крахмала, полученных методом центрифугирования, представлены на рис. 3, 4.

Рис. 3. Водопоглощение картофельного крахмала

Рис. 4. Жиропоглощение картофельного крахмала

Для картофельного крахмала по сравнению с контрольным образцом наибольшая адсорбция воды наступает после обработки 10 секунд (рис. 3), а наибольшая адсорбция жира после обработки 20 секунд (рис. 4).

Выводы

Обобщая результаты экспериментов, можно дать несколько объяснений о причинах изменения свойств крахмалов под действием микроволн.

Одной из причин повышения адсорбции крахмалов является то, что под действием электромагнитных волн с частотой 2,45 Ггц и мощностью 700 Вт происходит частичное разрушение крахмальных зерен, что способствует повышению площади контакта адсорбента со средой [8].

Второй причиной являются сложные перестроения внутри самих молекул крахмалов. То есть в ходе обработки мы смогли поменять изначальную конфигурацию молекул крахмалов. Максимальный водопоглощающий эффект наблюдается при повышении активности гидрофильных групп крахмалов, гидроксильные группы при этом концентрируются на поверхности зерен крахмала. А максимальный жиропоглощающий эффект при повышении гидрофобных групп (углеводородных радикалов) [5, 7].

Таким образом, в ходе исследования мы разработали простой, доступный и универсальный способ, позволяющий управлять водопоглотительной и жиропоглотительной способностями картофельного и гречишного крахмалов.

Рецензенты:

Шевченко Т.В., д.т.н., профессор, преподаватель кафедры «Общая и неорганическая химия», ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности», г. Кемерово;

Ульрих Е.В., д.т.н., профессор, преподаватель кафедры «Обогащение полезных ископаемых», ФГБОУ ВПО «Кузбасский государственный технический университет им. Т.Ф. Горбачева», г. Кемерово.

Работа поступила в редакцию 18.04.2014.