Исследование продуктов на содержание крахмала 3: Учебно-исследовательская работа по химии в 3 классе на тему «Содержание крахмала в любимых продуктах питания младших школьников»

Характеристика окраски растворов после проведения цветной реакции

Результат анализа

Контрольный раствор

Раствор пробы

Слабо-желтая

Видимое отличие от цвета контрольного раствора, проявляющееся в различных оттенках синего, фиолетового, красного или бурого цветов

Крахмал присутствует (массовая доля не менее 0,1%)

Слабо-желтая

Отсутствие видимых отличий цвета и интенсивности окраски от окраски контрольного раствора

Крахмал отсутствует (массовая доля менее 0,1%)

Автор: Скотт Хегенбарт, редактор
*

* (апрель 1991 — июль 1996)

C orn крахмал является основным ингредиентом крахмала, используемым американскими пищевыми компаниями. Но крахмалы из разных источников, и даже те, которые извлекаются из менее распространенных сортов кукурузы, предлагают ряд функциональных свойств, даже до модификации.Изучение уникальной функциональности различных нативных крахмалов представляет несколько потенциальных преимуществ.

• Расширенный набор функций. Многие крахмалы имеют свойства, которые не так легко воспроизвести путем модификации другого крахмала. Кроме того, начинать с сырья, более близкого к желаемым функциональным свойствам, даже желательно в модификации. Менее обширная модификация означает …
• Сниженная стоимость. Дизайнеры постоянно требуют, чтобы ингредиенты текстур были более функциональными, но при этом ограничения по стоимости все еще ужесточаются.Во многих случаях, чем меньше переработки получает крахмал, тем более он экономически эффективен. На рынке уже имеются высокофункциональные нативные кукурузные крахмалы, полученные из специально разработанных гибридов кукурузы. Они могут предложить большую экономию двумя способами.

  «У вас будет крахмал, который не нужно будет подвергать модификациям, что экономит затраты», — говорит Ибрагим Аббас, доктор философии, менеджер по разработке продуктов American Maize-Products Co., Hammond, IN. «Когда они модифицированы, в некоторых случаях гибриды более реагируют на химические вещества, поэтому мы можем использовать меньше.Это более эффективно, и вы можете сэкономить деньги. «

• Маркировка. Хотя это и не оказалось большой проблемой, как раньше считалось, модифицированные крахмалы все еще должны нести цифры E в Европе. Более функциональный натив крахмал не будет нести число E и будет казаться более естественным для европейских потребителей — проблема на постоянно расширяющемся глобальном рынке

Относящиеся к нему структура и функции

• Размер и форма гранул. Крахмальные гранулы выпускаются в широком диапазоне размеров от 3 до более 100 мкм.Для некоторых крахмалов размер гранул является полимодальным, то есть гранулы могут быть сгруппированы в более чем один диапазон размеров. Например, пшеничный крахмал имеет распределение как крупных, так и мелких гранул. Форма гранул также может быть разнообразной. Формы гранул включают симметричные сферы, асимметричные сферы, симметричные диски и асимметричные диски. Некоторые гранулы демонстрируют свою форму плавно, в то время как другие являются многогранниками с граненой поверхностью.
• Соотношение амилоза: амилопектин. Все крахмалы состоят из различных пропорций амилозы и амилопектина.Это соотношение варьируется не только среди различных типов крахмала, но и среди многих сортов растений в пределах одного типа. Восковые крахмалы — это те, которые содержат не более 10% амилопектина.
• Структура молекул амилозы и амилопектина. Длина молекул амилозы в крахмале, известная как степень его полимеризации, может сильно различаться. В амилопектине длина и количество ответвлений в молекуле столь же изменчивы.

  «Длина молекулы амилозы варьируется в зависимости от типа и сорта», — говорит Даниэль Патнэм, старший специалист по прикладным вопросам, Grain Processing Corp., Маскатин, IA. «Я видел 200-2000 как степень полимеризации в крахмальном типе».

• Другие варианты также существуют для крахмала. Их нельзя объединить в одну категорию, поскольку они могут быть уникальными для одного конкретного крахмала. В целом, однако, большинство таких изменений состоит из присутствия некрахмальных компонентов в грануле.

Бесчисленные разновидности многих типов крахмала не могут быть подробно рассмотрены в одной статье.Следовательно, эта функция будет обсуждать некоторые общие тенденции среди основных типов крахмала, используемых в пищевой промышленности.

• Кукуруза. Существует четыре класса кукурузного крахмала. Обычный кукурузный крахмал содержит 25% амилозы, тогда как восковая кукуруза почти полностью состоит из амилопектина. Два оставшихся кукурузных крахмала являются кукурузными крахмалами с высоким содержанием амилозы; один имеет 55-55% амилозы, а второй — от 70 до 75%.

  Джей-Лин Джейн, доктор философии, профессор кафедры пищевых наук и питания человека в Университете штата Айова, Эймс, исследовала размер гранул и форму многих видов крахмала в рамках своих текущих исследований.С помощью сканирующей электронной микроскопии Джейн и ее исследовательская группа обнаружили, что обычный кукурузный крахмал имеет неправильные гранулы в форме многогранника. Их размер колеблется от 5 до 20 мкм.

  Крахмал восковой кукурузы также имеет гранулы неправильной формы, схожие по размеру с зернами обычной кукурузы. Тем не менее, отдельные лица не так отчетливо. Крахмалы с высоким содержанием амилозы также имеют неправильную форму, но имеют тенденцию быть гладкими. Некоторые из них даже в форме стержня. Крахмалы с высоким содержанием амилозы имеют более узкий диапазон размеров: от 5 до 15 микрон или даже от 10 до 15 микрон, в зависимости от разновидности.

• Картофель. Картофельный крахмал содержит около 20% амилозы. Как и у многих клубней, гранулы картофельного крахмала имеют большие округлые овальные формы. Из крахмалов, обычно используемых в пищу, картофельный крахмал является самым крупным; размер гранул от 15 до 75 микрон.
• Рис. Обычный рисовый крахмал имеет соотношение амилоза: амилопектин около 20:80, в то время как в восковом рисовом крахмале содержится только около 2% амилозы. Оба сорта имеют небольшие размеры гранул от 3 до 8 микрон.По словам Джейн, это многоугольники неправильной формы с восковым рисом с некоторыми сложными гранулами.
• Тапиока. Крахмал тапиоки содержит от 15 до 18% амилозы. Гранулы тапиоки представляют собой гладкие, неправильные сферы размером от 5 до 25 микрон.
• Пшеница. Пшеничный крахмал имеет содержание амилозы около 25%. Его гранулы относительно толстые, от 5 до 15 микрон, с гладкой круглой формой диаметром от 22 до 36 микрон. Пшеничный крахмал является бимодальным, поскольку он также имеет группу гранул крахмала другого размера.В этом случае эти другие гранулы очень маленькие, с диаметрами всего от 2 до 3 микрон.

Укладка конкурентов на крахмал

Далее следует обзор того, что в настоящее время известно о том, как структура и состав влияют на производительность. Имейте в виду, что эта дискуссия может вызвать больше вопросов, чем ответов. Но сначала, вот краткий обзор того, что происходит во время желатинизации крахмала:

Когда крахмал диспергируется в воде и нагревается, вода проникает в гранулу крахмала снаружи внутрь, пока гранула полностью не гидратируется. После гидратации водородная связь между амилозой и амилопектином поддерживает целостность гранулы, и она начинает набухать из ворот (в центре).После желатинизации набухшие гранулы могут увеличивать вязкость дисперсии и / или связываться с образованием гелей и пленок.

• Размер и структура гранул. Согласно многим источникам, размер гранул сам по себе, по-видимому, не оказывает сильного влияния на производительность крахмала. Однако полагают, что он является фактором, способствующим тому, как быстро крахмал желатинизируется, и его температуре желатинизации. Например, рисовый крахмал и крахмал тапиоки имеют содержание амилозы в одном и том же диапазоне, но гранулы крахмала тапиоки намного крупнее и, как следствие, набухают легче.

  «Чем крупнее гранулы, тем меньше у нас молекулярных связей, поэтому они быстрее набухают», — говорит Пол Смит, президент Paul Smith Associates, Норт-Плейнфилд, штат Нью-Джерси. «Но они также ломаются быстрее».

  Большие крахмальные гранулы имеют тенденцию к увеличению вязкости, но вязкость деликатная, потому что физический размер гранулы делает ее более чувствительной к сдвигу. Несмотря на такие различия, более компактная структура меньшей молекулы не всегда означает значительную разницу в желатинизации.Например, пшеничный крахмал имеет бимодальное распределение как мелких, так и крупных гранул. Помимо размера, эти гранулы имеют практически одинаковый состав амилозы и амилопектина и так далее. Однако свойства желатинизации больших и малых гранул не показывают значительных различий в производительности.

  «Один тест показал, что маленькие гранулы имеют температуру желатинизации на 3 ° выше, чем большие, но начальные температуры были схожими», — говорит Аббас. «Я бы сказал, что в пшеничном крахмале (размер гранул) не является основным фактором.»

• Соотношение амилоза: амилопектин. Восковые кукурузные крахмалы и обычные кукурузные крахмалы имеют одинаковый размер гранул, но восковая кукуруза будет набухать в большей степени, и каждый желатинизируется при различных температурах. Это в значительной степени обусловлено их различной амилозой: состав амилопектина.

  «Молекулы амилозы благодаря своей линейности быстрее выстраиваются в линию и имеют более обширные водородные связи, — говорит Аббас. — Следовательно, требуется больше энергии для разрыва этих связей и желатинизации крахмала.«

  Как правило, чем выше амилоза, тем выше температура желатинизации. Это наиболее заметно у двух кукурузных крахмалов с высоким содержанием амилозы, которые требуют таких высоких температур для желатинизации, что их необходимо готовить под давлением. Соотношение амилоза: амилопектин также определяет текстура, которую будет образовывать желатинизированный крахмал.

  «Вообще говоря, амилоза дает вам прочность геля, а амилопектин дает вам высокую вязкость», — говорит Аббас. «Таким образом, крахмалы с высоким содержанием амилозы придадут вам желирующие свойства и воскообразность. крахмалы дадут вам высокую вязкость.»

  Линейная структура амилозы также способствует прочности геля. В растворе молекулы линейной амилозы могут легче выравниваться друг с другом и связываться посредством водородных связей с образованием гелей. Молекулы разветвленного амилопектина не могут выравниваться так же легко и, таким образом, дают более слабые водородная связь и прочность геля

  Вязкость, с другой стороны, зависит только от молекулярного веса. Разветвленная структура амилопектина со всеми присоединенными цепями дает гораздо большую молекулу, чем амилоза.Следовательно, амилопектин лучше строит вязкость, чем амилоза.

  Итак, если разработчик продукта хочет гелеобразующих свойств, следует выбрать крахмал с высоким содержанием амилозы, тогда как крахмал с высоким содержанием амилопектина (воскообразный) был бы выбором, если требуется вязкость, верно? Не совсем. Чистая прочность и вязкость геля часто полезны, но они не всегда нужны дизайнерам. Крахмал с высоким содержанием амилозы может сделать пудинг слишком твердым. Тот, который слишком высок в амилопектине, может создать правильную вязкость при диетическом коктейле, но при употреблении он может выглядеть как вязкий и «слизистый».Следовательно, соотношение амилоза: амилопектин определяет не только основную текстуру, но и характер этой текстуры.

  Использование крахмала в экструдированных продуктах показывает, насколько тонким может быть балансирование этого соотношения. Как и в случае образования геля, образование пленки является функцией ассоциации линейных молекул амилозы. Чем выше амилоза, тем лучше пленкообразующие свойства. В экструдированной закуске желательны пленкообразующие свойства, чтобы получить четкую текстуру в готовом продукте.Но одна только свежесть не делает или ломает закуску.

  «Тесно связанная природа полимера амилозы влияет на хрусткость, — говорит Джим Залли, директор по пищевой технологии, National Starch and Chemical Co., Бриджуотер, Нью-Джерси. — Но это материал с более низкой молекулярной массой, который не может захватывать воздух это происходит из воды, превращающейся в пар во время вентиляции «.

  Использование крахмала с повышенными уровнями амилопектина увеличивает расширение соответственно за счет свежести. В результате соотношение амилоза: амилопектин должно быть тщательно подобрано.В некоторых случаях текстурные требования к продукту требуют объединения крахмалов из разных источников.

  «Некоторые люди используют комбинации разных базовых крахмалов, чтобы получить более короткую или более длинную текстуру», — говорит Майк Августин, менеджер по применению пищевых ингредиентов, A.E. Staley Manufacturing Co., Decatur, IL. «Мы собирали смеси, чтобы получить определенную текстуру или качество готового продукта».

  В дополнение к текстуре здания, крахмалы используются для обеспечения стабильности пищевых продуктов.Это часто принимает форму удержания воды. Как упоминалось ранее, молекулы желатинизированного крахмала имеют тенденцию связываться друг с другом. Эта повторная ассоциация вытесняет воду из молекулы, вызывая перекристаллизацию крахмала. Тенденция крахмала рекристаллизоваться или ретроградно таким образом определяет его пригодность для долгосрочной стабильности.

  «Разветвленный амилопектин создает стерические препятствия», — говорит Патнэм. «Это не позволяет молекулам повторно связываться, поэтому он не склонен к ретроградной реакции так легко».»

• Молекулярная структура амилозы и амилопектина. Более длинные молекулы амилозы имеют тенденцию делать текстуру продукта вязкой из-за способа, которым они ассоциируются. Молекулярная масса амилозы также влияет на эластичность геля. Более длинные молекулы имеют тенденцию связывать больше сильно и производят более прочные, более хрупкие гели, но есть предел этому эффекту. ассоциировать с National Starch and Chemical Co.«Теория, лежащая в основе этого, основана на молекулярном весе. У картофеля и тапиоки молекулярный вес намного выше, чем у кукурузы, что фактически затрудняет ассоциацию молекул».

  Молекулярный вес не всегда обеспечивает прямую корреляцию производительности. В 1992 году Джейн из штата Айова сообщила об исследовании влияния размера молекулы амилозы и длины разветвленной цепи амилопектина на пастообразные свойства крахмала. Джейн обнаружила, что молекулы амилопектина с более длинными ветвями не только имеют тенденцию к гелеобразованию, но и что прочность геля увеличивается с длиной ветви.Однако вязкость амилоз различной длины также не коррелирует. Фактически, лучшая вязкость была получена с амилозой средней длины, в то время как самая большая и самая маленькая молекулы амилозы обе производили одинаково низкие вязкости.

  Можно установить более четкую связь между размером молекулы и стабильностью. Более длинная молекула амилозы в определенной степени будет иметь более высокую прочность геля из-за ее повышенной способности связываться посредством водородных связей. Эта увеличенная способность ассоциировать увеличивает тенденцию молекулы ретроградно.Меньшие молекулы амилозы проявляют более слабую ассоциацию и, следовательно, более устойчивы к ретроградации. Последние данные показывают, что молекулы амилопектина с более длинными ветвями также более подвержены ретроградации. Это вызывает особую обеспокоенность у исследователей, пытающихся удлинить молекулы амилозы путем скрещивания.

  «Когда вы вводите ген-удлинитель амилозы, вы также в конечном итоге удлиняете цепочки амилопектина», — говорит Памела Дж. Уайт, доктор философии, исполняющая обязанности директора департамента пищевых наук и питания человека, Университет штата Айова.

• Фосфор. Крахмалы содержат фосфор в той или иной форме. Природа фосфора влияет на производительность крахмала. В большинстве зерновых крахмалов фосфор в основном содержится в виде лизофосфолипидов, которые будут склонны к комплексированию с амилозой крахмала и уменьшать его способность связывать воду. Эти комплексы также вносят непрозрачность в крахмальную пасту.

  Фосфор в крахмалах клубней, таких как картофель, находится в форме моноэфиров фосфатов, которые присутствуют в молекуле крахмала в виде отрицательно заряженных групп.Ионное отталкивание, создаваемое этими группами, ослабляет связь между молекулами и увеличивает способность к связыванию воды, силу набухания и прозрачность пасты.

Раскрытие тайн

Как указывалось ранее, изучение отношений структура / функция крахмала порождает больше вопросов, чем ответов. В результате у исследователей, работающих в этой области, есть много, чтобы держать их занятыми. Университет штата Айова является одним из мест, где проводится постоянное изучение крахмала.

С 1987 года исследователи ISU Уайт и Джейн занимаются поиском крахмалов с уникальными функциональными свойствами для использования при разработке новых гибридов кукурузы. Работает с ними Линда Поллак, доктор философии, U.S.Dep. Сельскохозяйственно-сельскохозяйственной исследовательской службы генетик, работающий с ISU Департамент агрономии.

Используя доступ Поллака к североамериканской библиотеке генотипов мутантов кукурузы, команда исследовала экзотические виды кукурузы, чтобы определить характер изменений функциональных свойств.

«Прямое структурное исследование трудно и отнимает много времени», — говорит Уайт. «Таким образом, наш подход состоял в том, чтобы начать с быстрого скрининга крахмала, извлекая его в лаборатории всего с одним ядром.«

Этот первоначальный скрининг проводится с использованием дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК). Образец крахмала наклеивается, затем сканируется на ДСК. После хранения наклеенного образца в течение семи дней при 4 ° С (оптимальная температура для ретроградации крахмала) образец повторно сканируется.

«Сканирование, которое мы получаем на свежем и сохраненном образце, говорит нам, могут ли крахмал иметь уникальные функциональные свойства, — говорит Уайт. — Как только мы находим что-то необычное, мы проверяем, что это действительно дает нам другой ДСК в другой раз.»

Другая информация, полученная в результате этого анализа DSC, включает температуру желатинизации и диапазон желатинизации. Низкая температура желатинизации может обеспечить экономию энергии при крупной производственной операции. Узкий диапазон желатинизации также сделает производство более эффективным, сделав желатинизацию более быстрой.

«Это ключевые вещи, на которые мы начинаем смотреть, — говорит Уайт. — Когда мы видим вещи, которые сильно отличаются от нормы при измерении с помощью DSC, мы затем проводим структурный анализ, чтобы определить, почему они это делают, и связать структуру с функция.«

. Первый шаг в этом направлении требует выращивания мутантной кукурузы в больших количествах для дальнейшего анализа. Тесты включают определение процента амилозы с помощью потенциометрического титрования йодом и / или гель-проникающей хроматографии; распределение молекулярной массы с использованием гель-проникающей хроматографии; Длина разветвленной цепи амилопектина, рассчитанная по восстановительному значению, определенному с помощью влажной химии или гель-проникающей хроматографии

Если доступно достаточное количество крахмала, также проводятся функциональные тесты, такие как тесты на вязкость и прочность геля.

«Еще одна вещь, которую мы часто делаем, это измерение размера гранул с помощью электронной микроскопии», — говорит Уайт. «Было показано, что мелкозернистый крахмал полезен для гладкого вкуса во рту, что является полезным свойством заменителей жира, чтобы избежать зернистой текстуры».

В конце концов, связь между желаемыми функциональными свойствами и структурой крахмала сделаны. Тогда генетики растений вступают во владение и пытаются развести желаемые качества в разнообразие, которое можно культивировать.

Расширение понимания функциональности нативного крахмала полезно как для разработчиков продуктов, так и для создателей новых ингредиентов крахмала.Однако порой кажется, что каждый шаг на пути к этому пониманию только увеличивает расстояние до дороги. Тем не менее, эти усилия должны продолжаться, потому что — хотя путешествие может никогда не закончиться — каждый шаг ближе приносит новые достижения, которые помогают улучшить продукты питания.

© 1996 Weeks Publishing Company

3400 Dundee Rd. Люкс № 100
Northbrook, IL 60062
Телефон: 847 / 559-0385
Факс: 847 / 559-0389
Электронная почта: