Крахмал: строение и его свойства

Слово «крахмал» произошло от немецкого kraftmehl, что означает «крепкая мука». И действительно, этот белый мучнистый, безвкусный, пылеобразный порошок больше всего напоминает муку, только при сжатии пальцами, он характерно поскрипывает.

Крахмал – природный полисахарид, содержащийся в разных органах растений и плодах. В клетках растений он находится в виде плотных образований, получивших название крахмальных зерен. Крахмал образуется в результате фотосинтеза в зеленых листьях растений из диоксида углерода, воды и минеральных солей под воздействием солнечной радиации. При образовании 1 т абсолютно сухого крахмала поглощается 1,58 т углекислого газа и выделяется 1,12 т кислорода [35].

По внешнему виду чистый товарный крахмал представляет собой белоснежный сыпучий порошок, состоящий из зерен различного размера. При микроскопическом исследовании по виду зерен можно определить природу крахмала.

Форма зерен крахмала самая разная: круглая, овальная, линзообразная, многогранная. Круглая и овальная формы зерен характерны крахмалам корнеклубнеплодов, гороха, мягкой пшеницы, мучнистых сортов кукурузы.

Многогранную и неправильную форму зерен имеют крахмалы твердой пшеницы, восковидной и кремнистой кукурузы, риса, ячменя. Это зависит от условий образования и развития зерен: они формируются в белковой матрице при низкой влажности и сдавливаются во время созревания зерна.

Форма и размеры зерен имеют важное значение при определении способов извлечения крахмала и установлении параметров разделяющих и осаждающих центрифугальных аппаратов [43].

…………………………………………………………………….

Гидролиз крахмала и его виды

Одной из важнейших технологических операций при производстве сахаристых крахмалопродуктов является гидролиз крахмала [44].

В зависимости от вида вырабатываемых продуктов, затрат на их производство и технологических особенностей производства гидролиз крахмала осуществляется с применением различных катализаторов.

Катализаторами называют вещества, изменяющие скорость химической реакции и остающиеся по ее завершению в неизменном состоянии и количестве. Изменение скорости химической реакции в присутствии катализаторов получило название катализа. К неорганическим катализаторам относятся некоторые металлы и их оксиды, к органическим – активные белки, называемые ферментами. Во многих реакциях катализаторами являются водородные и гидроксильные ионы.

Ход каталитической реакции и состав получаемых продуктов зависят от природы катализатора. Например, при кислотном гидролизе, где катализатором является Н-ионы, из крахмала образуется глюкоза и некоторое количество продуктов ее реверсии (конденсации), а при ферментативном гидролизе, где катализаторами являются ɑ- и β-амилазы, крахмал превращается в основном в мальтозу в смеси с некоторым количеством декстринов.

Независимо от вида катализатора процесс гидролиза крахмала можно условно разбить на три стадии: клейстеризация, разжижение и осахаривание [26].

………………………………………………..

В настоящее время в России имеются несколько вариантов решений по альтернативной замене свекловичного сахара. Одним из них является организация производства глюкозно-фруктозного сиропа из крахмала. Технология такого производства предусматривает двойной ферментативный гидролиз крахмала до глюкозы, очистку глюкозного сиропа, частичную изомеризацию глюкозы во фруктозу, обогащение сиропов фруктозой за счет сепарации фруктозы из раствора сахаров [18]. Такая технология, хотя и широко используется в мире, достаточно сложная. Необходимость наличия многих технологических последовательных процессов, особые требования к чистоте сиропов перед изомеризацией, энергозатратная технология хроматографического сепарирования сахаров и большое количество загрязненных стоков являются достаточно серьезным препятствием для массового применения такой технологии.

Кроме этого в стране имеется серьезная проблема с обеспечением отрасли сырьем – кукурузой, выращивание которой требует благоприятных климатических условий. Посевные площади, занятые под выращивание кукурузы, достаточно ограничены. В то же время в России может найти широкое распространение выращивание такой культуры, как цикорий, зона посева которого значительно севернее зоны выращивания свеклы и кукурузы. Цикорий можно интенсивно культивировать в Новгородской, Тверской, Ярославской, Костромской и других областях с урожайностью 200-300 центнеров и более с гектара.

Цикорий является эффективным сырьем для производства инулина – полисахарида, состоящего в основном из фруктофуранозных остатков. При гидролизе инулина с ферментным препаратом инулиназы получают сиропы, состоящие более чем из 85% фруктозы и 7-10% глюкозы [9].