CC BY
32
УДК 664
Е.В. Никитина, М.С. Цыганов ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОДИФИЦИРОВАННЫХ АМИЛОСУБТИЛИНОМ
ТАПИОКОВЫХ КРАХМАЛОВ
Ключевые слова: амилосубтилин, тапиоковый крахмал, вязкость, амилоза, желирование.
С помощью амилосубтилина был модифицирован тапиоковый крахмал. Варьирование концентрации амилоли-тического фермента позволило получить крахмалы, отличающиеся по вязкости, температуре желирования, количеству амилозы. Ферментно модифицированные крахмалы имели долю амилозы 20 % и выше, вязкость ниже в 2 т более раз, количество редуцирующих сахаров снизилось в 2 и более раз.
Keywords: amylosubtiline, tapioca starch, viscosity, amylose, gelation.
Tapioca starch was modified by amylosubtiline. We varied concentrations of amylolytic enzyme therefore starches were differed of viscosity, gelation temperature, the quantity of amylose. Enzyme modified starches had amylose fraction 20% or higher, a viscosity of below 2 times or more, the amount of reducing sugars dropped to 2 or more times.
Введение
Крахмал является одним из пищевых ингредиентов, который добавляют в пищевые смеси с целью повышения качества, он выступает в качестве средства улучшения адгезии, связывания и удерживания влаги, гелеобразования [1,2].
Плоды маниока (Manihote sculanta) широко используются для выработки маниокового/тапиокового крахмала, причем ведущими производителями являются страны Центральной Африке [3], других тропических районов, например Таиланда [4]. Маниока может служить экономичным источником крахмала [5]. Экспорт маниокового крахмала из Таиланда в 2009 году составил 2,5 миллиона тонн на сумму 1000 USD млн [6], и эта цифра постоянно растет.
Тапиоковый крахмал используется в качестве загустителя или/и стабилизатора во многих продуктах питания, таких как супы, соусы, фруктовые пироги, пудинги и мясные продукты. Функционально-технологические свойства тапиокового крахмала позволяют применять его в продуктах для улучшения их качественных характеристик [7]. Он может быть использован в качестве наполнителя в колбасе, чтобы улучшить влагоемкость и влагоудержание продукта, текстурные свойства, в том числе в продуктах с низким содержанием жира [8]. Таким образом, на российском рынке маниоковый/тапиоковый крахмал может стать альтернативой картофельного крахмала для пищевой промышленности.
У природных крахмалов есть свойства, которые могу быть скорректированы с помощью различных методов. Например, физические, химические и ферментативная методы могут быть использованы для изменения молекулярной структуры крахмала [9], и, таким образом задержать его скорость пищеварения. Среди них, ферментативные методы представляют особый интерес, поскольку они более безопасны для окружающей среды и потребителей, и реакция может быть более конкретно контролируема в мягких условиях, что приводит к меньшему количеству побочных продуктов [10].
Целью настоящей работы было выявить возможность применения амилосубтилина для изменения физико-химических свойств тапиокового крахмала и
проследить за закономерностями этих изменений при варьировании концентрации используемого фермента.
Материалы и методы исследования
Используемые крахмалы. В качестве объекта исследования выступал нативный тапиоковый крахмал (Nat) (ГОСТ Р 51953-2002) и крахмал, ферментированный комплексным препаратом амилосубтили-ном. Препарат амилосубтилина (СибБио, РФ) получают путем высушивания культуральной жидкости после глубинного выращивания культуры Bacillus subtilis.
Модификацию осуществляли в дистиллированной воде при pH=7.5 при температуре 40°C, 60 мин, с регулярным перемешиванием смеси крахмала и фермента в воде. Концентрация крахмала в реакционной смеси 30г/100мл. Реакцию гидролиза останавливали путем добавления концентрированной серной кислоты до pH=2. Затем крахмал отделяли от жидкости фильтрованием и высушивали при 40°C в сушильном шкафу с дальнейшим высушиванием при комнатной температуре [13].
В зависимости от концентрации используемого амилосубтилина крахмалы были названы: А-1; А-0,5; А-0,25; А-0,1; А-0,05 (табл. 1).
Таблица 1 - Варианты и условия получения ферментно обработанных крахмалов
Вари- Актив- Амилосубтилин Получен-ный в
анта ность Концентрация результате
опыта фермен- сухого препарата, ферментации
та, U/г г/ 100 мл реакци- крахмал
крахмала онной смеси
1 8,3 0,2010 А-1
2 4,15 0,1005 А-0,5
3 2,07 0,0500 А-0,25
4 0,83 0,0201 А-0,1
5 0,415 0,0100 А-0,05
Для дальнейших исследований высушенный крахмал измельчали с помощью ступки до порошкообразной формы. Влажность крахмалов была в пределах нормы и варьировала от 7 до 9 %.
Определение динамической вязкости. Вязкость определяли у 1 % раствора крахмала, предварительно клейстерезованного и охлажденного до 20оС на вискозиметре.
Определение амилозы. Реактивы: А - KJ - 20 г и 2 г J2 растворяли в 100 мл дистиллированной воды (сначала растворяли в минимальном количестве этилового спирта). В - 10 мл раствора А разводили водой до 100 мл в мерной колбе.
Для определения содержания амилозы 20 мг крахмала смешивали с 10 мл 0,5 Н KOH в мерной колбе и перемешивали на магнитной мешалке 5 мин, затем доводили до 100 мл дистиллированной водой. От этого объема отбирали 10 мл и смешивали с 5 мл 1Н HCl и 0,5 мл йодного раствора В, затем доводили дистиллированной водой до 50 мл. В течение 5 минут измеряли при 625 нм. Расчет процентного количества амилозы вычисляли по формуле: Y = 85,24 х X - 13,19, где Х - это величина поглощения при 625 нм [11 ].
Определение декстрозного эквивалента. Осуществляли стандартным методом Лэйна-Эйнона [12].
Определение температуры желирования. Определение проводили у 1 % раствора крахмала в дистиллированной воде при медленном нагревании на водяной бане. Отмечается температура, при которой происходит загустевание клейстера и осветление массы. Температуру желирования образцов фиксировали с помощью электронного термометра Piccolo (HI 98111) (Hanna, Italy).
Результаты исследования и обсуждение
Крахмалы из различных растительных сырьевых источников различаются по многим характеристикам: размерам и форме гранул, соотношению амило-за:амилопектин, химической структуре молекул амилозы и амилопектина.
Селективный ферментативный гидролиз эта одна из разновидностей биохимической модификации. Этот гидролиз очень часто встречается в разных отраслях пищевых производств, так как он многофункционален. В зависимости от глубины модификации и вида используемого ферментами можно получить крахмалы с различной длинной молекулярной цепи и степенью разветвленности. Эти характеристики напрямую влияют на свойства крахмалов.
Полученные нами в процессе ферментной обработки крахмалы образовывали клейстеры с меньшей вязкостью, чем нативный (рис.1). Выявлено, что клей-стеры крахмалов, обработанные меньшими концентрациями фермента, были менее вязки, чем крахмалы, полученные после модификации большими концентрациями амилосубтилина (А-0,5 и А-1). Наименьшая вязкость была у клейстера из образца А-0,25.
Соотношение амилоза/амилопектин в ферментно обработанных крахмалах сильно отличается от натив-ного (рис.2). В процессе обработки тапиокового крахмала удалось получить крахмалы, в которых процентное содержание амилозы возросло в 4 раза. Причем наибольшее содержание выявлено у крахмала А-0,25.
Nat А-0,05 А 0,1 А 0,25 А-0,5 А-1 Вид крахмала
Рис. 1 - Вязкость нативного и ферментно модифицированных тапиоковых крахмалов
Nat А-0,05 А-0,1 А-0,25 А-0,5 А-1
Вид крахмала
■ % амилозы ■ % амилопектина
Рис. 2 - Соотношение амилозы и амилопектина в нативном и ферментно модифицированных тапиоковых крахмалах
Декстрозный эквивалент — отношение содержания редуцирующих веществ в продукте, выраженных в глюкозных единицах, к содержанию сухих веществ в нем. Количество редуцирующих сахаров в ферментно обработанных крахмалах удаось снизить в 2-5 раз (рис.3).
га 14 -г-
Nat А-0,05 А 0,1 А-0,25 А-0,5 А-1
Вид крахмала
Рис. 3 - Декстрозный эквивалент нативного и ферментно модифицированных тапиоковых крахмалов
Наименьшее значение декстрозного коэффициента обнаружено у крахмала А-1, а наибольшее - у образца А-0,25.
Значительные изменения химического состава тапиокого крахмала повлияли на величину температуры желирования биомодифицированных крахмальных клейстеров. Повышение температуры
желирования по сравнению с нативным вывлено только у крахмала, обработанного самой малой дозой амилосубтилина (А-0,05) (рис. 4). В остальных случая происходило монотонное снижение температуры желирования по мере увеличения концентрации фермента при обработки.
60
50
ii
III
ii
Nat А-0,05 А-ОД А-0,25 А-0,5 А-1 Вид крахмала
Рис. 4 - Температура желирования нативного и ферментно модифицированных тапиоковых крахмалов
Полученные модификации тапиокового крахмала имеют различные физико-химические свойства. Увеличение температуры желирования крахмала А-0,05 является следствием увеличения доли амилозы (20 %) и снижения количества сахаров (рис. 2 и 3). Молекулы амилозы, будучи линейными, легче выстраиваются в ряд, образуя больше водородных связей. Следовательно, требуется больше энергии для разрыва этих связей и желеобразования такого крахмала. Обычно, чем больше содержание амилозы, тем выше температура желеобразования.
Ферментированные крахмалы (А-0,5 и А-1), обработанные более высоким концентрация фермента обладают меньшей температурой желирования, но концентрация амилозы находится на уровне 20 %, видимо, на этот показатель влияет высокая раздробленность крахмального зерна. Действительно, эти крахмалы имеют более высокую вязкость, что может быть
© Е. В. Никитина - канд. биол. наук, доц. каф. технологии пищевых производств КНИТУ, НОЦ фармацевтики КФУ, [email protected]; М. С. Цыганов - студент каф. технологии пищевых производств КНИТУ.
© E.V. Nikitina - PhD, Assoc. of prof. of Dep. Of food production technology KNRTU, REC pharmacy, Kazan (Volga Region) Federal University, [email protected]; M. S. Tsyganov - the student of the department of technology of food production KNRTU.
обусловлено лучшей способность этих крахмалов набухать.
Таким образом, ферментная модификация позволила получить тапиоковый крахмал с более высоким содержанием амилозы, но с разными способностями к желеобразованию и связыванию воды. Изучение морфологических и технологических параметров полученных крахмалов будет являться предметом дальнейшего изучения.
Литература
1. Pietrasik, Z. // Meat Sci. 1999 - V51,- P.17-25.
2. Aktas, N., Genccelep H. // Meat Sci. 2006. V.74, - P.404-408.
3. Mbougueng P.D., Tenin D., Tchiegang C., Scher J. // American J. Food Sci and Technol. 2015, Vol. 3, No. 2, 3339.
4. Prabpree R., Pongsawatmanit R. // Kasetsart J. (Nat. Sci.) 2011. - V.45, P.314 - 324.
5. Mbougueng, P. D., Tenin, D., Tchiegang, C., Scher, J. // Int J Food Eng. 2009. - V.5, P.1-17.
6. Office of Agricultural Economics (OAE). 2010. [Cited: 10 November 2010]. [Available from: http://www.oae.go.th/oae_report/export_import/export.php].
7. Chantaro, P., Pongsawatmanit R. // J. Food Eng. 2010. -V.98, P.44-50.
8. Lyons, P.H., Kerry F.J., Morrissey P.A., Buckley D.J. // Meat Sci. 1999. - V.51, P. 43-52.
9. Lee, C.K.; Le, Q.T.; Kim, Y.H.; Shim, J.H.; Lee, S.J.; Park, J.H.; Lee, K.P.; Song, S.H.; Auh, J.H.; Lee, S.J.; et al. // J. Agric. Food Chem. 2008, - V.56, - P.126-131.
10. Le, Q.T.; Lee, C.K.; Kim, Y.W.; Lee, S.J.; Zhang, R.; Withers, S.G.; Kim, Y.R.; Auh, J.H.; Park, K.H. // Carbo-hydr. Polym. 2009. V.75, - P.9-14.
11. Williams P.C, Kuzina F.D., Hlynka I, A. Cereal Chem 1970. 47, 411-420.
12. ГОСТ Р 50549-93 Продукты гидролиза крахмала. Определение восстанавливающей способности и эквивалента глюкозы. Метод постоянного титра Лейна и Эй-нона.
