Модифицированный крахмал

Крохма́ль, лат. amylum (С6Н10О5)n — рослинний високомолекулярний полісахарид амілози і амілопектину, мономером яких єглюкоза. Нагромаджується в результаті фотосинтезу у плодах, зерні, коренях і бульбах деяких рослин як запасна формавуглеводів. Резервний гомополісахарид рослин.

Види крохмалю: картопляний, кукурудзяний, амілопектиновий кукурудзяний, пшеничний, рисовий, гороховий, тапіоковий, модифікований і ін.

Біологічні особливості

Найбагатше крохмалем зерно злакових рослин: рису (до 86%), пшениці (до 75%), кукурудзи (до 72%), а також бульби картоплі(до 24%) та зерно ячменю.

Для організму людини крохмаль поряд з сахарозою служить основним постачальником вуглеводів — одного з найважливіших компонентів їжі. Під дією ферментів крохмаль гідролізується до глюкози, яка окислюється в клітинах до вуглекислого газу і води з виділенням енергії, необхідної для функціонування живого організму.

Відомо, що крохмаль активізує обмін жовчних кислот та сприяє виведенню холестерину з організму.

Фізичні властивості.

Білий, хрусткий, аморфний і дуже гігроскопічний порошок без смаку і запаху. Зазвичай містить 10-20% зв'язаної води, яку можна видалити висушуванням при 100-110 °C. Під мікроскопом — зернистий (гранули) порошок. Нерозчинний у холодній воді,ефірі, спирті; у гарячій воді набухає, і утворює колоїдний розчин — крохмальний клейстер; із розчином йоду дає синє забарвлення. Реакція з йодом дає змогу виявити навіть мільйонну частину крохмалю в розчині. Молекули крохмалю неоднакові за розмірами.

 

 

 

 

 

 

 

 

Модифікація крохмалю

Модифікований крохмаль — це продукт з заданими властивостями. У техніці перетворення крохмалю на глюкозу (процес оцукрювання) відбувається шляхом кип'ятіння його упродовж декількох годин із розчином сірчаної кислоти (каталітичний вплив сірчаної кислоти на оцукрювання крохмалю було винайдено в 1811 р. К. С. Кирхгофом). Щоб із утвореного розчину вилучити сірчану кислоту до нього додають крейду, утворюючи з сірчаної кислоти нерозчинний сульфат кальцію. Останній відфільтровують і речовину упарюють. Утворюється густа солодка маса — крохмальна патока, яка крім глюкози має значну кількість інших продуктів гідролізу крохмалю.

Патока використовується для приготування кондитерських виробів і для різноманітних технічних цілей.

Якщо потрібно отримати чисту глюкозу, то кип'ятіння крохмалю ведуть довше, ніж досягається повніше перетворення його на глюкозу. Отриманий після нейтралізації і фільтрування розчин згущують, поки з нього не почнуть випадати кристали глюкози.

Також в наш час проводять ензиматичний гідроліз крохмалю, з використанням альфа-амілази для отримання декстринів різної довжини, і глюкоамілази — для подальшого їх гідролізу з отриманням глюкози.

При нагріванні сухого крохмалю до 200—250°C відбувається часткове його розкладання і виходить суміш менш складних ніж крохмаль полісахаридів (декстрин та інші).

Фізична зміна дозволяє отримувати крохмаль з високою здатністю утримувати вологу, що в свою чергу надає кінцевому продукту бажану консистенцію.

Крохмаль осаджується етиловим спиртом, утворює комплекси з йодом, дуже легко змінює ряд своїх властивостей при впливі температури, кислот, лугів, солей і інших хімічних реагентів. Грунтуючись на цьому, розроблено багато видів модифікованих крохмалів (фосфатні, оксиетилкрохмаль, диальдегідний поперечно зв'язаний, желюючий, попередньо клейстеризований, гіпохлоритний ін.)

 

Вміст крохмалю в рослинах.

Назва рослини	Частина рослини	Вміст крохмалю (до)	Вміст цукру	Примітки
Рогіз широколистий (Typha latifolia)	сухі кореневища	58 % (25-58 %)	10 %	-
Цетрарія ісландська (Cetraria islandica)	наземна частина	44 %	%	(крохмаль: ліхенін)
Гліцерія (Glyceria)	зернівки	75 %	?	-
Кукурудза ( Zea mays L.)	насіння	71 %[12]	?	-
Хлібне дерево (Artocarpus altilis)	сушена м'якоть плодів	80 % (60-80%)	14 %	-
Латаття біле (Nymphaea alba)	кореневище	49 %	20 %
Овес (Avena)	зерно	60 %	?	Овес посівний (Avena sativa L.)
Сусак (Butómus umbellátus)	кореневище	60 %	?
Водяний горіх (Trapa natans)	горіх	55 %	?
Батат (Ipomoea batatas L.)	бульби	72 %[12]	?
Сорго (Sorghum)	?	74 % [12]	?
Маніок (Manihot)	?	77 %[12]	?
Горох (Pisum)	зерно	40 %[12]	?
Ячмінь (Hordeum L.)	зерно	75 %[12]	?
Картопля (Solanum tuberosum)	бульби (в сухій речовині)	82 %[12]	?
Сагові пальми (рід. лат. Cycas)	серцевина пальми	?	?
Рис (Oryza)	зерно	89 %[12]	?
Жито (Secale)	зерно	72 %[12]	?
Пшениця (Triticum L)	зерно	74 %[12]	?
Алтея лікарська (Althaea officinalis L.)	корені	37 %	10%	(10% сахарози)
Стрілиця звичайна (Sagittaria sagittifolia L.)	бульби	35 %

 

Отримання крохмалю

Крохмаль одержують з картоплі і рису, рідше — з інших зернових. Саго — крохмалистий продукт з деревини сагової пальми, а також деяких саговників.

У тропіках вирощують багато крохмалоносних рослин: батат, ямс, таро, маніок та інші.

Щоб добути крохмаль, потрібно зруйнувати клітинні стінки й добути сік. Для цього сировину подрібнюють на терках, отримуючи кашку. Щоб виділити вільний крохмаль, кашку багаторазово промивають на ситах в ситових апаратах. Ситові апарати в п'ять ступенів проводять розділення продукту на мезгу та крохмальну суспензію(крохмальне молоко) різної концентрації. Крохмальне молоко рафінують (очищують). Після цього виділений крохмаль багаторазово промивають чистою водою на спеціальних центрифугах-пурифікаторах або гідроциклонах.

У виробництві картопляного крохмалю застосовують процеси очищення картоплі від легких і важких домішок, мийки, подрібнення, виділення клітинного соку, ситування і промивання, центрифугування і сушки.

З картопляного крохмалю можна отримати окремо амілозу (суперлозу) і амілопектин (ромалін). Для цього на крохмаль діють розчинами солей MgSO4, (NH4)2SO4, Na2SO4, які містять н-бутиловий спирт, при 120°С. Після цього амілозу осаджують при 70°С, а амілопектин - при 20°С.[5]

У виробництві кукурудзяного крохмалю існує два способи: сірчистокислотний і лужний. По першому способу кукурудзяне зерно замочують в 0,1-0,2% водному розчині сірчистої кислоти при 48-50°С протягом двох діб, зерно промивають, грубо подрібнюють, виділяють зародок, тонко подрібнюють, промивають крохмаль на ситових апаратах, відокремлюють від дрібної і крупної мезги, глютену (на сепараторах), промивають на вакуум-фільтрах, центрифугують, висушують або переробляють на крохмало-продукти. За другим способом кукурудзу замочують у водному розчині лугу, промивають, подрібнюють, крохмаль виділяють і проминають на ситових апаратах, центрифугують, висушують або направляють без висушування на переробку.

Зберігання:

Зберігають крохмаль у чистих, сухих, добре провітрюваних складах, без стороннього запаху, не заражених шкідниками. Оптимальною для зберігання вважають 70%-ну відносну вологість повітря, хоч допускається до 75 %, і температуру близько 10 °C. У цих умовах стандарти передбачають зберігання картопляного та кукурудзяного крохмалю 2 роки, а пшеничного — 1 рік. Триваліше зберігання суттєво знижує клейстеризуючу здатність крохмалю. У приміщеннях з підвищеною відносною вологістю повітря він зволожується, а внаслідок мікробіологічних процесів і псування набуває спочатку кислуватого, затхлого, а потім і гнильного запаху.[13]

Застосування:

Крохмальний клей

Крохмаль сільськогосподарських культур є провідним компонентом раціону людини, важливою сировиною для харчової, фармацевтичної та технічних галузей промисловості: текстильній, нафтовій, паперовій і ін.

Крохмаль широко застосовується в харчовій галузі як загущувач (E1404), при виробництві патоки різного вуглеводного складу, для одержання декстринів, глюкози (кристалічної глюкози, глюкозного концентрату, глюкозно-фруктозного сиропу,етанолу, та інших продуктів бродіння. Крохмаль зі ступенем гідролізу (по глюкозі) менше 5% — мальтодекстрин — використовується в якості стабілізатора у виробництві майонезу. У виробництві цукрових кондитерських виробів крохмаль використовують як рецептурний компонент рахат-лукума, а також як формувальний компонент для цукерок і драже.

Комплексна переробка крохмалю: крохмаль гідролізується до глюкози, яка ізомеризується у фруктозу та гідруванням перетворюється у сорбіт, або йде на отримання інших продуктів — етанолу, молочної кислоти, лимонної кислоти; гідролізат змішується з волокнами для кормів худобі.

Сировиною для виробництва кристалічної глюкози є крохмаль, отриманий з кукурудзи, чи пшениці, хоча може бути використаний і картопляний крохмаль. Однак картопляний крохмаль є незамінною сировиною в інших галузях промиисловості і для виробництва глюкози не використовується. Основна сировина для виробництва кристалічної глюкози — кукурудзяний крохмаль.

Крохмаль використовують як клей, як мікробіологічне середовище при одержанні різних ензимів, антибіотиків, вітамінів, а також як основа штучних біодеградабельних біополімерів.

У лікарській практиці крохмаль дуже часто використовують як наповнювач і субстрат для виготовлення таблеток (як наповнювач у твердих лікарських формах) і облаток та у пастах, у присипках та мазях застосовують при хворобах шкіри, у вигляді відвару (клейстеру) — при захворюваннях травного каналу як обволікуючий засіб. Крохмаль та декстрини (продукти неповного гідролізу лінійних полісахаридів) позитивно впливають на холестериновий обмін, поліпшують травлення. Він входить як важливий компонент практично до всіх дієт.

Основний об'єм крохмалепродуктів готують з кукурудзи, на частку якої припадає 45 млн т, решту сировинної бази складає тапіока (5 млн т), пшениця (4 млн т) і картопля (2,5 млн т).

Амілопектин придатний для виробництва плівок і упаковочного матеріалу, які можна після використання повністю компостувати.

 

Модифікований крохмаль - група харчових добавок, які використовуються в харчовій промисловості в якості загусників, стабілізаторів, наповнювачів.  
 
Модифікованим називається крохмаль, властивості якого направлено змінені в результаті фізичної,хімічної, біохімічної або комбінованої обробки.  
 
Модифікація властивостей нативного крохмалю необхідна для технологічних процесів сучасної харчової промисловості.

Модифіковані крохмалі можуть бути властиві наступні варіанти якостей, відсутні у нативних крохмалів:

• підвищена розчинність у холодній воді;
• підвищена або знижена температура клейстеризації;
• підвищена або знижена в'язкість;
• стійкість до кислот, високих температур, циклам відтавання-заморожування і т.д.

Застосування модифікованих крохмалів

Модифіковані крохмалі, дозволені до застосування: E1400 - Е 1414, Е 1420 - Е 1423, E1440, E1442, E1443,E1450, E1451.  
 
Використовуються в харчовій промисловості для виробництва:

• м'ясних продуктів,
• готових приправ - кетчупів, майонезів та інших соусів,
• йогуртів та інших молочних продуктів,
• хлібобулочних і кондитерських виробів.

Модифіковані крохмалі і ГМО

Для виробництва модифікованих крохмалів не використовуються методи генної інженерії. Ці харчові добавки можуть бути отримані з генномодифікованих культур - картоплі, кукурудзи, однак вони не містять ДНК, тобто в них відсутні білки, змінені за допомогою генної модифікації. 

 

 

До модифікованих видів крохмалю відноситься крохмаль зі спрямовано зміненими властивостями внаслідок фізичної, хімічної, біохімічної або комбінованої обробки.

Необхідність модифікації крохмалю обумовлюється технологічними процесами пов’язаними з приготуванням того чи іншого продукту.

Цей вид модифікації немає нічого спільного з процесами які пов’язані з генною інженерією. Однак це не спростовує того, що картопля чи кукурудза з якої виготовлений такий крохмаль, як і інша складова, може відноситись до трансгенних культур (ГМО).

Крохмаль, як би до нього не ставилися деякі люди, – одна із найважливіших речовин у світі. Людство отримує із крохмалю живлення (енергії) більше, ніж з будь-якої іншої речовини. Тож, наявність крохмалю в складі харчового продукту викликає занепокоєння тільки у тих, хто дотримується дієти. Проте дещо інша ситуація склалася з його модифікаціями. А чи не ГМО це бува? Чи безпечні такі «модифікації» для здоров’я? Саме на ці питання й спробуємо знайти відповіді.

Ще зі шкільних підручників ми знаємо, що людина отримує крохмаль із рослин, які накопичують його малесенькими крупинками у бульбах, кореневищах, зернах, плодах, стовбурах і стеблах та листках. Рослини, в свою чергу, виробляють крохмаль для того, аби він став живленням для молодих паростків, доки ті не зможуть «харчуватися» самостійно, і для підростаючого покоління крохмаль залишається найнеобхіднішою речовиною.  
Крохмаль застосовується у найнеочікуваніших місцях: при пранні та прасуванні, при виробництві паперу, тканин, клею, як складник антибіотиків, в якості основи для багатьох туалетних препаратів... Та, мабуть, найширше він використовується у харчовій промисловості – як згущувач для киселів, супів, соусів, у виробництві ковбас, кондитерських виробів, хлібопеченні,... навіть у напоях! 
Основна властивість натурального крохмалю – здатність утворювати в’язкий прозорий, але нестабільний клейстер або ж гель. Гель, що утворює нативний (тобто природний) крохмаль руйнується при тривалому зберіганні, зміні температурного режиму, кислотності тощо. Для покращення функціональних властивостей, натуральний крохмаль дещо змінюють, внаслідок чого він набуває заздалегідь заданих параметрів. 
Згідно ДСТУ 4380:2005 «Крохмаль модифікований. Загальні технічні умови» модифікований крохмаль – це крохмаль, одержаний внаслідок фізичного, хімічного, біохімічного або комбінованого обробляння нативного крохмалю для зміни його властивостей. 
Як бачимо з визначення, модифіковані крохмалі не відносяться до генно-модифікованих продуктів. Крохмаль модифікують (з німецької modifizieren – видозмінювати, перетворювати) без втручання в структуру ДНК, він набуває необхідних властивостей (в’язкості, желювальної здатності, гідрофільності тощо) за допомогою зовсім інших перетворень. 
Для виробництва нативного чи модифікованого крохмалю можуть бути використані генетично-модифіковані рослини (картопля, кукурудза чи ін.). Проте сам крохмаль і його модифікації, на думку вчених, можуть містити лише сліди, окремі фрагменти зміненої ДНК. У крохмалі, навіть отриманому із генно-модифікованої сировини, значимих частинок ГМО просто не залишається.  
Різноманітні модифіковані крохмалі стали необхідним інгредієнтом більшості продуктів харчування, доступних сьогодні міським жителям. Вони застосовують у якості згущувачів, стабілізаторів, наповнювачів та емульгаторів і входять до Переліку харчових добавок, дозволених до використання у харчових продуктах (затвердженого Постановою Кабінету Міністрів України від 04.01.1999 № 12 з доповненнями). У сусідній Росії дозволено близько 20 видів модифікованих крохмалів. У нас це: 
• E 1400 Декстрин харчовий та його похідні; 
• E 1404 Оксидований крохмаль; 
• E 1410 Монокрохмалю фосфат; 
• E 1412 Дикрохмалю фосфат; 
• E 1413 Фосфатованого крохмалю фосфат; 
• E 1414 Ацетильованого крохмалю фосфат; 
• E 1420 Крохмаль ацетильований;  
• E 1422 Ацетильованого крохмалю адипат; 
• E 1440 Гідроксипропілен-крохмаль;  
• E 1442 Гідроксипропілен-крохмалю фосфат;  
• E 1450 Крохмалю натрійоктеніл сукцинат.  
Е 1400, наприклад, – термічно оброблений картопляний або кукурудзяний крохмаль, що широко використовується в найрізноманітніших галузях народного господарства, у харчовій промисловості його застосовують в якості носія активних інгредієнтів харчових порошків та фарбуючих речовин. А ще, при виготовленні тари для харчових виробів, клейових засобів, у тому числі паперових пакетів, наклейок на скляну тару тощо. 
Е1414 застосовують для стабілізації консистенції фруктових, овочевих, сиркових, вершкових начинок для випічки, а також для згущування без нагрівання сиркових і вершкових десертів, кремів, мусів, пудингів. Е 1442 – для приготування фруктових начинок для випічки, фруктових наповнювачів для молочних продуктів, для десертів, конфітюрів, повидла (дозволяє зберегти розміри, форми, смак і аромат використаних фруктів). Окрім цього, для виготовлення вафельних виробів, бісквітів і печива для зменшення кількості клейковини у тісті, одночасно дозволяючи зменшити використання цукру і жиру. Е 1450 використовують в якості емульгаторів жирів (маргаринах, спредах, масляних кремах), також може бути використаний як замінник яєчного порошку. І це все стосується лише застосування модифікованих крохмалів у кондитерських виробах! 
А ще їх використовують для виробництва м’ясних продуктів низького цінового сегменту із низькосортної сировини, для зв’язування вільної вологи, яка виділяється при нагріванні; соусів, кетчупів, майонезів, йогуртів та інших молочних напоїв у якості згущувача або стабілізатора; для покращення якості хлібобулочних виробів (підвищують гідрофільні властивості тіста, укріплюють клейковину, інтенсифікують окисно-відновні процеси, покращують пористість м’якушки, затримують черствіння). Навіть у такому екзотичному продукті як індійська приправа чатні використовується крохмаль ацетильований, а в солодких безалкогольних напоях – крохмалю натрійоктеніл сукцинат (E 1450 ).  
Фахівці харчової промисловості вважають, що в нинішньому столітті випуск якісних продуктів харчування стане взагалі неможливим без використання різноманітних харчових добавок, серед яких значне місце посідають саме модифіковані крохмалі.  
Крохмалі, дозволені для використання в продуктах харчування, вважаються безпечними, і не повинні негативно впливати на здоров’я людини. Але споживачеві не варто забувати про індивідуальні особливості організму. Традиційний для України картопляний крохмаль не можна вживати діабетикам, а модифіковані крохмалі можуть бути використані і в дієтичних продуктах харчування.  
Проте всі синтетичні добавки умовно можна віднести до класу підозрілих і, відповідно, потенційно небезпечних для людини. Адже вони є ксенобіотиками – речовинами, з якими людський організм на еволюційному шляху не зустрічався. Зважте на це, і не перенасичуйте свій організм «хімією».