Научная статья на тему 'Сравнительный анализ устойчивости модифицированных картофельных крахмалов'

Сравнительный анализ устойчивости модифицированных картофельных крахмалов Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
377
117
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
МОДИФИЦИРОВАННЫЕ КРАХМАЛ / ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ РЕЗИСТЕНТНОСТЬ / ФЕРМЕНТНАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ / MODIFIED STARCH / PHYSICAL AND CHEMICAL RESISTANCE / ENZYME-RESISTANCE

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Никитина Е. В., Габдукаева Л. З.

Был проведен сравнительный анализ модифицированных картофельных крахмалов (оксиамильного ОПВ-1, гидролизованного, набухающего по ТУ9187-016-5747146-95) с нативным по устойчивости к минеральным кислотам, повышенной температуре и амилолитеческим ферментам. Показано, что картофельный оксиамильный и гидролизованный крахмалы обладают высокой резистентностью к испытанным факторам внешнего воздействия

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по промышленным биотехнологиям , автор научной работы — Никитина Е. В., Габдукаева Л. З.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The comparative analysis of the modified potato starch (oxiamilic OPV-1, hydrolyzed, swelling of TU9187-0165747146-95) with native resistance to mineral acids, high temperature and amylolytic enzymes was performed. It is shown that potato hydrolyzed and oxiamilic OPV-1 starches have proven highly resistant to external impact factors.

Текст научной работы на тему «Сравнительный анализ устойчивости модифицированных картофельных крахмалов»

УДК бб4

Е. В. Никитина, Л. З. Габдукаева

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ УСТОЙЧИВОСТИ МОДИФИЦИРОВАННЫХ КАРТОФЕЛЬНЫХ КРАХМАЛОВ

Ключевые слова: модифицированные крахмал, физико-химическая резистентность, ферментная устойчивость.

Был проведен сравнительный анализ модифицированных картофельных крахмалов (оксиамильного ОПВ-1, гидролизованного, набухающего по ТУ9187-01б-574714б-95) с нативным по устойчивости к минеральным кислотам, повышенной температуре и амилолитеческим ферментам. Показано, что картофельный оксиамильный и гидролизованный крахмалы обладают высокой резистентностью к испытанным факторам внешнего воздействия.

Keywords: modified starch, physical and chemical resistance, enzyme-resistance.

The comparative analysis of the modified potato starch (oxiamilic OPV-1, hydrolyzed, swelling of TU9187-016-

5747146-95) with native resistance to mineral acids, high shown that potato hydrolyzed and oxiamilic OPV-1 starches

Введение

В современной пищевой промышленности используется ряд функциональных пищевых добавок, в том числе и модифицированные крахмалы, обладающих высокой влагоудерживающей

способностью и придающих конечному продукту желаемую текстуру и консистенцию. Каждая из пищевых добавок обладает определенными преимуществами и недостатками, знание которых позволяет достигать максимального результата при использовании этих добавок в конкретных технологических условиях [1, 2].

В качестве источника для получения модифицированных крахмалов используют картофельный крахмал, кроме того, применяются кукурузный, пшеничный, рисовый, тапиоковый и некоторые другие виды растительных крахмалов, которые в процессе получения модифицированных крахмалов проходят обработку физическими, химическими или энзиматическими способами [3].

Различия в свойствах крахмалов проявляются в соответствии с источником и генотипом. Свойства крахмала главным образом зависят от физических и химических характеристик среднего размера гранул, процентное распределение различных размерных групп гранул, отношение амилоза/амилопектин и минеральное содержание [4]. Форма и размер гранул крахмала являются характеристиками их ботанического происхождения. Гранулы изменяются от совершенно сферического до многогранного, округленный, или овального [5, 6].

По изменениям, происходящим в нативных крахмалах, можно выделить пять основных модификаций: набухание, деполимиризация,

окисление, стабилизация (без поперечного сшивания полимерных цепей), образование поперечно-сшитых крахмалов [3].

Картофельный крахмал один из самых распространенных полисахаридов, используемый в качестве загустителя и стабилизатора пищевых систем. Исторически наиболее широко в производстве

temperature and amylolytic enzymes was performed. It is have proven highly resistant to external impact factors.

колбасных изделий использовался именно картофельный крахмал - главным образом из-за низкой температуры клейстеризации. Учитывая, что процесс пастеризации колбасных изделий проходит при довольно низкой температуре (70-72 °С), возникала опасность того, что гранулы какого-либо другого крахмала в этих условиях не смогут набухнуть и эффективно связать воду [7]. Степень изменения в гранулированной структуре крахмалы от одной сортовой культуры растения до другого сорта растения значительно выше в именно в случае картофеля. Было выявлено, что в картофеле размеры гранул крахмала располагаются в широком диапазоне, от нескольких микронов в диаметре для маленьких гранул до 110 мкм для больших гранул [8].

Исследования различных по молекулярной массе фракций крахмалов из картофеля различных сортов выявили общую закономерность содержания амилозы: наибольшая концентрация амилозы было во фракции с высокомолекулярными гранулами, меньшее - со среднемолекулярными, и низкое - с низкомолекулярными [9]. Аналогичная тенденция была выявлена при анализе способности фракций к клейстеризации и показателя вязкости.

Известно, что желирующая способность высоко- и низкомолекулярных крахмальных гранул от различных культурных сортов картофеля имеют различные температурные режимы желирования [10]. Фракция с гранулами крахмала малого размера имела выше содержание фосфора, чем большие гранулы [11]. Физико-химические свойства как коэффициент пропускания света, содержание амилозы, набухаемость и водосвязывающая способность значительно коррелировали со средним размером гранул крахмалов, выделенных от различные сортов картофеля [12, 13].

Кроме способности к желированию и набуханию для современных крахмалов в пищевой промышленности важно удерживать воду на протяжении всего процесса пастеризации и желаемого срока хранения. Вот здесь-то и возникает

задача, непосильная для нативного картофельного крахмала и решаемая с помощью модифицированных крахмалов.

Модифицированные крахмалы могут иметь различную температуру клейстеризации и применяться как в низкотемпературных процессах (пастеризация колбасных изделий), так и в процессах стерилизации (мясные консервы). В связи с широким использованием модифицированных крахмалов в продуктах питания, которые проходят термообработку, подвергаются химическому воздействию, и в связи с задачей снижения гликемического индекса крахмалов, целью исследования было оценить резистентность картофельных модифицированных крахмалов к различных физико-химическим и биологическим факторам.

Материалы и методы исследования

В качестве объекта исследования выступали картофельные крахмалы: нативный (ГОСТ P 527912007), модифицированные - оксиамильный ОПВ-1, гидролизованный, набухающий по ТУ9187-016-5747146-95, предоставленные ГУ НИИ питания РАМН (г. Москва). Для исследований готовили растворы крахмала в концентрации 1% с предварительным завариванием и выдерживанием при 60 оС.

Исследование устойчивости крахмалов к кислотному гидролизу. Для определения устойчивости к кислотному гидролизу использовали 10 мл 1% крахмального клейстера с добавлением 1 мл концентрированной серной кислоты. Смесь инкубировали при 37оС, отбирали пробы на для определения содержания глюкозы в течение 1 ч.

Исследование термостабильности

крахмалов. Для определения термостабильности крахмальных клейстеров (1% растворы) их подвергали обработки при 80, 100 и 150 оС в течении 30 мин. По окончании 30 мин растворы анализировали содержание глюкозы.

Исследование устойчивости крахмалов к ферментному гидролизу. Для следования

устойчивости к ферментному гидролизу использовали коммерческие а-амилазу (type II-A: из Bacillus sp., Sigma-Aldrich) и в -амилазу (получена из ячменя, Fluka), ферменты кристализованны и лиофильно высушены.

Механизм действия а-амилазы: гидролизует внутренние а-1,4-гликозидные связи крахмала, в среде накапливается глюкоза, в меньшей степени мальтоза и декстрины. Механизм действия в -амилазы: гидролизует а-1,6-гликозидные связи крахмала, в среде накапливается мальтоза, в меньшей степени глюкоза и декстины.

Определение устойчивости к ферментам амилолитического ряда проводили в клейстерных растворах исследуемых крахмалов с добавлением ферментов в концентрации 0,1 мг/г крахмала. Инкубировали смеси при 37 оС в течение 1 ч. В течение этого времени отбирали пробы для измерения глюкозы.

Во всех случая определение количества выделевшейся глюкозы проводили антроновым методом [14].

Результаты исследований и обсуждение

Исследование устойчивости картофельных крахмалов к действию минеральной кислоты выявило большую устойчивость

модифицированных полисахаридов по сравнению с нативным крахмалом (рис. 1). Среди химически модифицированных крахмалов наибольшей устойчивостью обладают оксиамильный и гидролизованый крахмалы. Что касается

набухающего, то в его случае наблюдалось запаздывание накопления глюкозы по сравнению с нативным крахмалом на 20 минут, что свидетельствует о частичной устойчивости этого полисахарида.

А--------Б - - - -В -я- - Д

Рис. 1 - Динамика накопления глюкозы при кислотном гидролизе картофельных крахмалов (А -нативный, Б - оксиамильный ОПВ-1, В -гидролизованный, Д - набухающий по ТУ)

Картофельный крахмал имеет широкое применение в мясоперерабатывающей

промышленности. В технологическом цикле производства многих видов мясопродуктов существует стадия нагревания. В связи с этим проверка терморезистентности крахмалов весьма актуальна.

Воздействие на крахмальные клейстеры температуры 80 оС привело к большему накоплению глюкозы в случае модифицированных крахмалов, что свидетельствует об их нестойкости (рис. 2). Однако, это может быть следствием меньшей температуры клейстеризации, что с точки зрения технологических особенностей является

положительным моментом.

Повышение температуры до 100 оС привело к уравниванию терморезистентности нативного с оксиамильным и гидролизованными крахмалами. Эти же образцы оказались наиболее неустойчивы к 150 оС. Набухающий крахмал проявил одинаковый ответ на воздействия всех температур, что видимо связано, с устойчивостью его структуры в виде клейстера и способности образовывать гели с высокой водоудерживающей способностью.

■ А □ Б □ В ШД

Рис. 2 - Изменения количества глюкозы после нагревания крахмалов при различных температурах (А - нативный, Б - оксиамильный ОПВ-1, В - гидролизованный, Д - набухающий по ТУ)

Ферментативная устойчивость полисахаридов была проверена под воздействием альфа- и бета-амилаз. В случае всех модифицированных крахмалов, проверяемых на устойчивость к действию альфа-амилазы (гидролизует внутренние альфа-1,4-гликозидные связи крахмала), выявлена их ферментативная резистентность (рис. 3). Количество глюкозы, образующееся в процессе воздействия амилолитического фермента на модифицированные крахмалы в среднем в 2 раза ниже, чем в случае обработки нативного. Наибольшая

энзимрезистентность к альфа-амилазному воздействию выявлена у оксиамильного картофельного крахмала.

О 20 40 T, мин 60

-------А-------Б- - - -В—*. -Д

Рис. 3 - Динамика накопления глюкозы при гидролизе модифицированных крахмалов под действием альфа-амилазы (А - нативный, Б -оксиамильный ОПВ-1, В - гидролизованный, Д -набухающий по ТУ)

Для подтверждения высокой устойчивости проверяемых крахмалов к ферментам амилолитического ряда кроме альфа-амилазы была осуществлена проверка на резистентность к действию бета-амилазы, которая гидролизует альфа-1,6-гликозидные связи крахмала. В этом случае высокую неустойчивость проявил наряду с нативным крахмалом и модифицированный гидролизованный (рис. 4) . Возможно, что такой вид модификации ведет к повышению доступности амилопектина, в которых глюкоза связана альфа-1,6-гликозидными связями. Высокая бета-амилазная устойчивость выявлена у оксиамильного и набухающего крахмалов.

А--------Б - - - -В -я- - Д

Рис. 4 - Динамика накопления глюкозы при гидролизе модифицированных крахмалов под действием бета-амилазы (А - нативный, Б -оксиамильный ОПВ-1, В - гидролизованный, Д -набухающий по ТУ)

Таким образом, полученные результаты по исследованию комплексной устойчивости модифицированных крахмалов к физикохимическим факторам подтвердил ранее полученные результаты о пониженной устойчивости набухающего по ТУ крахмала к высокотемпературному воздействию в смеси с лизином [14] или водорастворимыми белками мяса [15] в отсутствии или присутствии нитрита натрия. Кроме того, высокая энзимрезистентность

модифицированных крахмалов сравнима с ранее полученными данными о высокой устойчивости ферментно-модифицированных картофельных

крахмалов [16]. В перспективе, использование

модифицированных крахмалов в пищевой промышленности может расшириться за счет

применения некоторых полисахаридов

крахмального ряда в качестве пищевого волокна в продуктах питания функционального назначения.

Литература

1. А.П. Нечаев, А.А. Кочеткова, А.Н. Зайцев. Пищевые добавки, Колос-ПрессМосква, 2002, 256 с.

2. СанПиН 2.3.2.1293-03. Гигиенические требования по применению пищевых добавок. М.: Минздрав России, 2003, 32 с.

3. F. Bomet, Food Chemistry. 4, 8-13 (1996).

4. M.H. Madsen, D.H. Christensen, Starch, 48, 245-249 (1996).

5. A.Buleon, P. Colonna, V. Planchot, S. Ball. Int. J. Biol. Macromol. 23, 85-112 (1998).

6. J. L. Jane, T. Kasemsuwan, S. Leas, A. Ia, H. Zobel, D. Il, et al. Starch, 46, 121-129 (1994),.

7. А. А. Соколов. Физико-химические и биохимические основы технологии мясопродуктов. М.: Пищевая промышленность, 1965. 490 с.

8. R. Hoover Carbohydrate Polymers, 45, 253-267 (2001).

9. L. Kaur, J. Singh, O.J. McCarthy, H. Singh // J. Food Engineering. 82, 383-394 (2007).

10. N. Singh, L. Kaur. J. Sci. Food Agricul., 84, 1241-1252 (2004).

11. Z. Chen, H.A. Schols, A. G. J. Voragen. J. Food Science, 68, 1584-1589 (2003).

12. J. Singh, N. Singh. Food Chemistry. 75, 67-77 (2001).

13. M. Zhou, K. Robards, M. Glennie-Holmes, S. Helliwell. Cereal Chemistry, 75, 273-281 (1998).

14. Е.В. Никитина, Л.З. Габдукаева. Вестник Казанского технологического университета, 19, 154-161 (2011).

15. Е.В. Никитина. Вестник Казанского технологического университета, 18, 125-130 (2011).

© Е. В. Никитина - канд. биол. наук, доц. каф. пищевых производств КНИТУ, [email protected]; Л. З. Габдукаева - асп. той же кафедры.

16. Е.В. Никитина, Л.З. Габдукаева, О.А.Решетник Вестник Казанского технологического университета, 10, 375-381 (2010).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.