CC BY
36
DOI: 10.24411/0235-2451-2019-11220 УДК 664.22:005.6
Факторы, влияющие на качество картофельного крахмала
в. г. костенко, г. и. подзигун, в. Г. Жуков
Всероссийский научно-исследовательский институткрахмалопродуктов - филиал Федерального научного центра пищевых систем им. В. М. Горбатова РАН, ул. Некрасова, 11, пос. Красково, Люберецкий р-н, Московская обл., 140051, Российская Федерация
резюме. Исследования проводили с целью определения влияния технологических факторов (добавления серной кислоты и пиросульфита натрия, рафинирование на различных ситах, использование разных сортов картофеля) на коэффициент отражения крахмала. Пиросульфит натрия и серную кислоту применяли в виде 0,1 М растворов. Пиросульфит натрия добавляли через 15...70 мин. после измельчения клубней, а при изучении сортовых особенностей картофеля - сразу после измельчения. Серную кислоту вносили в пробы кашки объемом 500 см3 в количестве 1,0.20,0 см3. Для изучения изменения коэффициента отражения при рафинировании крахмала использовали сита с сетками №№ 55, 58, 61, 64, 67, имеющими ячейки соответственно 132, 122, 114, 106, 99 нм, фильтровали под вакуумом. Коэффициент отражения определяли на приборе РЗ-БПЛ-Ц. Результатом считали среднеарифметическую величину пяти измерений. С увеличением продолжительности нахождения крахмала в кашке до 70 мин коэффициент его отражения уменьшался на 18,5 ед. (с 94,6 до 76 ,1 ед.). При последующем добавлении пиросульфита натрия величина этого показателя возрастала только на 2,7.4,4 ед. Снижение рН кашки с 6,25 до 4,80 ед. способствовало увеличению коэффициента отражения крахмала с 78,4 до 97,0 ед. Использование при рафинировании суспензии крахмала капроновых сеток №64 повышало величину этого показателя, по сравнению с сеткой №55, на 15,2 ед. (до 97,2 ед.). Для переработки целесообразно выбирать сорта картофеля с наибольшим коэффициентом отражения крахмала, обусловленным генотипическими особенностями, к числу которых относятся сорта Бронницкий и Эффект, а также образец Гибрид 30. Введение в свежеприготовленную кашку из клубней этих сортов пиросульфита натрия обеспечивает поддержание коэффициента отражения крахмала на уровне 95,2.98,9 ед.
ключевые слова: картофель, крахмал, крахмальная суспензия, мезга, кашка, рафинирование, химические реагенты, коэффициент отражения.
Сведения об авторах: В. Г. Костенко, кандидат технических наук, зав. лабораторией (е-таМ^пМк@аг^р.ш); Г. И. Подзигун, кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник; В. Г. Жуков, доктор технических наук, главный научный сотрудник.
для цитирования: Костенко В. Г., Подзигун Г. И., Жуков В. Г. Факторы, влияющие на качество картофельного крахмала // Достижения науки и техники АПК. 2019. Т. 33. № 12. С. 95-97. DOI: 10.24411/0235-2451-2019-11220.
ПЕРЕРАБОТКА
Factors Affecting Potato Starch Quality
V. G. Kostenko, G. I. Podzigun, V. G. Zhukov
All-Russian Research Institute of Starch Products - the branch of the V. M. Gorbatov Federal Science Center of Food Systems of the RAS, ul. Nekrasova, 11, pos. Kraskovo, Lyuberetskii r-n, Moskovskaya obl., 140051, Russian Federation
Abstract. The studies aimed to determine the influence of technological factors (addition of sulphuric acid and sodium pyrosulphite, refining on various sieves, use of different potato varieties) on the starch reflection coefficient. Sodium pyrosulphite and sulphuric acid were used as 0.1 M solutions. Sodium pyrosulphite was added in 15-70 minutes after tubers grinding or immediately after grinding when studying the varietal characteristics of potato. Sulphuric acid was added to porridge samples with a volume of 500 cm3 in an amount of 1.0-20.0 cm3. To study the change in the reflection coefficient during starch refining, we used sieves with meshes No. 55, 58, 61, 64, 67, with 132 nm, 122 nm, 114 nm, 106 nm, and 99 nm cells, respectively. Subsequently, the potato samples were filtered under vacuum. The reflection coefficient was determined on RZ-BPL-C device. The result was calculated as the arithmetic mean of five measurements. Increase the time before sodium pyrosulphite adding into potato samples up to 70 minutes led to a decrease in its reflection coefficient by 18.5 units (from 94.6 units to 76.1 units). With the subsequent addition of sodium pyrosulphite, the value of this indicator increased only by 2.7-4.4 units. Reducing the pH of potato samples from 6.25 to 4.80 units resulted in an increase in the starch reflection coefficient from 78.4 units to 97.0 units. The use of kapron meshes No. 64 when refining a starch suspension increased the value of this indicator compared to mesh No. 55 by 15.2 units (up to 97.2 units). For processing, it is advisable to choose potato varieties with the highest starch reflection coefficient due to their genotypic characteristics, which include Bronnitsky and Effekt varieties, as well as Hybrid 30 sample. The addition of sodium pyrosulphite into the freshly ground potato tubers of these varieties ensured the starch reflection coefficient of 95.2 - 98.9 units. Keywords: potato; starch; starch suspension; squash; pulp; refining; chemicals; reflection coefficient.
Author Details: V. G. Kostenko, Cand. Sc. (Tech.), head of laboratory (e-mail: vniik@arrisp.ru); G. I. Podzigun, Cand. Sc. (Chem.), leading research fellow; V. G. Zhukov, D. Sc. (Tech.), chief research fellow.
For citation: Kostenko V. G., Podzigun G. I., Zhukov V. G. Factors Affecting Potato Starch Quality. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2019. Vol. 33. No. 12. Pp. 95-97 (in Russ.). DOI: 10.24411/0235-2451-2019-11220.
Качество картофельного крахмала должно соответствовать ГОСТ Р 53876-2010. Этот стандарт не предусматривает оценки по цвету - белизне или коэффициенту отражения. Однако величина этого показателя влияет на товарные свойства продукта. Многолетняя практика переработки картофеля показала, что цвет крахмала во многом зависит от используемого оборудования, технологии переработки, сырья [1].
Картофельный крахмал в Российской Федерации производят на гидроциклонных установках ГУ-200, ГУ-500 [2], а также по классической схеме с исполь-
зованием дуговых и центробежных конусных сит. При истирании картофеля кашка почти сразу начинает темнеть. Темнеет и находящийся в ней крахмал. В процессе производства он интенсивно адсорбирует красящие вещества, приобретая сероватый или желтоватый оттенок. Это приводит к ухудшению товарного вида, снижению сортности крахмала и экономических показателей предприятия.
Красящие вещества образуются после измельчения картофеля. В картофеле содержится 0,6.3,7 % (в среднем 2,1 %) азотистых веществ. Из них на белковый азот приходится 60 % (40 % растворимого
Таблица 1. изменение коэффициента отражения крахмала в зависимости от длительности его нахождения в кашке
Продолжительность нахождения крахмала
в кашке, мин
15
30
50
70
94,6
84,7 87,5
83,1 85,8
81.4
84.5
76,1 80,5
Коэффициент отражения
Исходный, ед.
После обработки пиросульфитом натрия, ед.
и 20 % нерастворимого), аминный - 26 %, амидный - 6 %, аммиачный и др. - 8 % [3]. Из незаменимых аминокислот, которые присутствуют в картофеле, на качество крахмала влияют тирозин, фенилаланин и другие фенольные соединения [4].
Между гидроксильной группой тирозина и заряженной карбоксильной группой может возникать водородная связь (6,3 кДж/моль). Первичный продукт окисления тирозина о-дифенилоксидазой -диоксифенилаланин, при последующих превращениях которого образуются продукты конденсации черного цвета - меланины. Наличием этих веществ объясняют почернение тканей картофеля. Кроме того, в клубнях в большом количестве содержится хлорогеновая кислота, которая при окислении о-дифенолоксидазой также дает темноокрашенные продукты [2]. Количество их может быть снижено еще в процессе вегетации картофеля. Этому способствуют калийные удобрения, при внесении которых повышается урожайность картофеля, а доля темноокрашенных продуктов снижается. Калийные удобрения также оказывают влияние на физико-химические свойства картофельного крахмала [3, 5]. Улучшением свойств и качества крахмала занимаются как селекционеры и генетики [6], так и технологи.
Цель исследования - изучить влияние различных факторов на коэффициент отражения крахмала.
условия, материалы и методы. Способов улучшения качества крахмала может быть несколько. Один из них - применение химических реагентов. При исследовании в заводских условиях использовали картофель (ГОСТ 6014-68) разных товаропро-
500 см3 вносили 1,0; 2,5; 5,0; 10; 20 см3 0,1 М раствора реагента, перемешивали, выдерживали 10...60 мин. Для прекращения реакции кашку разбавляли водой (2 дм3), отделяли мезгу на сите № 25. Выделенную мезгу промывали 4 раза и выбрасывали. При определении воздействия мезги суспензию крахмала рафинировали на ситах с сетками №№ 55, 58, 61, 64, 67 с размерами ячеек соответственно 132, 122, 114, 106, 99 нм, фильтровали под вакуумом, крахмал высушивали при комнатной температуре, измельчали и просеивали через капроновую сетку. Коэффициент отражения определяли на приборе РЗ-БПЛ-Ц. Результатом считали среднеарифметическую величину 5 измерений.
При изучении влияния генотипических особенностей картофеля на качество крахмала исследовали 6 образцов (сорта Лукьяновский, Десница, Броницкий, Эффект, Бурбанк и линия Гибрид 30), переработанных без пиросульфита натрия и с его использованием.
результаты и обсуждение. При производстве картофельного крахмала на гидроциклонной установке кашку направляют в сборник, рассчитанный на 2-х часовую работу, что приводит к ее потемнению. Коэффициент отражения крахмала, выделенного сразу после измельчения картофеля, был равен 94,6 ед. Через 15 мин он уменьшился на 9,9 ед., через 70 мин - на 18,5 ед. При обработке пиросульфитом натрия коэффициент отражения увеличился только на 2,8.4,4 ед., что свидетельствует о невозможности обесцвечивания потемневшей кашки и находящегося в ней крахмала с использованием этого приема (табл. 1).
Таблица 2. влияние кислотности кашки на коэффициент отражения крахмала
Наименование Объем серной кислоты, см3
0 1 1 2,5 I 5 I 10 20
Водородный показатель кашки, ед. рН Коэффициент отражения крахмала, ед 6,25 78,4 5,75 5,60 5,50 5,15 88,4 91,0 94,9 95,3 4,80 97,0
изводителей. В качестве реагентов были выбраны 0,1 М растворы пиросульфита натрия и серной кислоты. При производстве крахмала по методике «завод на столе» пробы кашки объемом 500 см3 отбирали из сборника под тёрками, в лабораторных условиях - после измельчения картофеля на лабораторной терке. Суспензии крахмала, полученные из кашки и после промывок мезги, смешивали и делили на 5 проб.
При определении действия пиросульфита натрия на потемнение кашки и крахмала в зависимости от продолжительности их контакта с воздухом пробы выдерживали в комнатных условиях 15, 30, 50, 70 мин. Для изучения влияния на обесцвечивание кашки и крахмала серной кислоты в пробы объемом
Широко известен и используется на практике «индикаторный эффект» изменения окраски некоторых веществ путем варьирования кислотности среды. В наших исследованиях водородный показатель исходной кашки был равен 6,25 ед. рН (табл. 2). При добавлении даже незначительного количества (1 см3) 0,1 М серной кислоты (рН = 1,2) он снижался до 5,75 рН, а коэффициент отражения крахмала возрастал на 10 ед. С увеличением количества серной кислоты рН продолжал уменьшаться, а коэффициент отражения крахмала возрастать, но не пропорционально. При добавлении 20 см3 серной кислоты, что в 20 раз больше первой дозы, он увеличился только на 8,6 ед. При этом коэффициент отражения достигал 97,0 ед.
Таблица 3. влияние рафинирования крахмальной суспензии на коэффициент отражения крахмала
Наименование Номер капроновой сетки
55 58 I 61 64 67
Размер ячейки, мкм Коэффициент отражения крахмала, ед. 132 82,0 122 114 86,1 91,2 106 94,7 99 97,2
Таблица 4. влияние генотипа картофеля на коэффициент отражения крахмала, ед.
Кашка Лукьяновский Десница Бронницкий Эффект Бурбанк Гибрид 30
Без пиросульфита натрия С пиросульфитом натрия 74,6 79,5 77.5 83.6 86,4 95,2 99 82,9 86,2 93,5 98,9
При производстве крахмала с использованием гидроциклонной установки крахмальную суспензию после седьмой ступени разбавляют и направляют на сита рафинировки, оснащённые капроновой сеткой № 55.67. Через ячейки сеток малых номеров проходит очень мелкая мезга. С увеличением номера сита, то есть уменьшением размера ячеек, ее количество снижается вплоть до полного отсутствия, что приводит к росту коэффициента отражения крахмала, по сравнению с сеткой № 55, на 4,1.15,2 ед. (табл. 3).
Изучение генотипических особенностей картофеля показало, что лучше всего для переработки на крахмал подходят сорта Бронницкий и Эффект, а также образец Гибрид 30. Коэффициент отражения полученного из них крахмала был равен соответственно 86,4: 91,1 и 93,5 ед., при добавлении пиросульфита натрия он дополнительно возрастал на 8,8; 5,0 и 5,4 ед. У крахмала из картофеля сортов Бурбанк, Десница, Лукьяновский величина этого показателя даже при использовании пиросульфита натрия не превышала 79,5.86,2 ед. (табл. 4), что
может быть обусловлено различным содержанием полифенольных соединений [4].
выводы. Добавление в картофельную кашку пиросульфита натрия через 15.70 мин после измельчения обеспечивает увеличение коэффициента отражения крахмала на 2,8.4,4 ед. С учетом того, что за указанное время величина этого показателя уменьшается на 9,9.18,8 ед. использование такого приема не решает проблемы. Увеличение кислотности среды с 6,25 до 4,80 ед. рН позволяет повысить коэффициент отражения крахмала до 97,0 ед., использование при рафинировании крахмальной суспензии капроновых сеток № 64 — до 97,2 ед.
Для переработки целесообразно выбирать картофель с наиболее высоким коэффициентом отражения крахмала, обусловленным генотипическими особенностями, к числу которых относятся сорта Бронницкий и Эффект, а также образец Гибрид 30. Введение в свежеприготовленную кашку из клубней этих сортов пиросульфита натрия обеспечивает поддержание коэффициента отражения крахмала на уровне 95,2.98,9 ед.
Литература.
1. Романенко В. Н., Филиппова Н. И. Комплексное использование сырья в крахмало-паточном производстве. М.: Агропромиздат, 1985. С. 21.
2. Андреев Н. Р., Холмянский Ю. А., Карпенко Т. Р. Энергосберегающая гидроциклонная установка в картофелекрах-мальном производстве//Пищевая промышленность. 2011. № 11. С. 46-47.
3. Метлицкий Л. З. Основы биохимии плодов и овощей. М.: Экономика, 1976. С. 32-35.
4. Кретович В. Л. Биохимия растений. М.: Высшая школа, 1986. С. 120.
5. Effects of potassium fertilization on potato starch physicochemical properties / W. Zhang, X. Liu, Q. Wang, et al.// International Journal of Biological Macromolecules. 2018. Vol. 117. Pp. 467-472. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2018.05.131.
6. Improving Starch-Related Traits in Potato Crops: Achievements and Future Challenges / S. Ahmed, X. Zhou, Y. Pang, et al. //Starch. 2018. Vol. 70. Pp. 9-10. doi: 10.1002/star.201700113.
References
1. Romanenko VN, Filippova NI. Kompleksnoe ispol'zovanie syr'ya v krakhmalo-patochnom proizvodstve [Complex use of raw materials in starch and syrup production]. Moscow: Agropromizdat; 1985. p. 21. Russian.
2. AndreevNR, Kholmyanskii YuA, Karpenko TR. [Energy-saving hydrocyclone plant in potato starch production]. Pishchevaya promyshlennost'. 2011;11:46-7. Russian.
3. Metlitskii LZ. Osnovy biokhimii plodov i ovoshchei [Fundamentals of biochemistry of fruits and vegetables]. Moscow: Ekonomika; 1976. p. 32-5. Russian.
4. Kretovich VL. Biokhimiya rastenii [Plant biochemistry]. Moscow: Vysshaya shkola; 1986. p. 120. Russian.
5. Zhang W, Liu X, Wang Q, et al. Effects of potassium fertilization on potato starch physicochemical properties. International Journal of Biological Macromolecules. 2018;117:467-72. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2018.05.131.
6. Ahmed S, ZhouX, Pang Y, et al. Improving starch-related traits in potato crops: Achievements and future challenges. Starch. 2018;70:9-10. doi: 10.1002/star.201700113.
вниманию соискателей ученых степеней и других заинтересованных лиЦ!
Редакция журнала «Достижения науки и техники АПК» издает монографии и другую книжную продукцию с редактированием и всеми выходными данными.
Цены договорные. Заявки отправлять по адресу: 101000, г Москва, Моспочтамт, а/я 166. Тел.: (963) 758-48-44. E-mail: agroapk@mail.ru
