Способ получения высокоамилозного картофельного крахмала Российский патент 2023 года по МПК C08B30/00 

Изобретение относится к пищевой промышленности, а более конкретно к способам получения модифицированных крахмалов с увеличенной долей содержания амилозной фракции на основе ультразвукового воздействия.

Настоящее изобретение может использоваться в качестве способа получения функционального ингредиента, в технологиях пищевых систем (кондитерских, хлебобулочных, молочных, мясных и прочих).

Известна обобщенная схема процесса выделения крахмала из крахмалосодержащего сырья, представленная на фиг.

Модификация крахмалов, используемых для пищевой промышленности, осуществляется с применением известных способов: химических, физических и ферментативных, которые, как правило, по-разному изменяют технологические свойства и потребительские характеристики (вязкость, желатинизация, текстура, гидрофильные свойства).

Как правило, в большинстве используемых подходов, не прослеживаются изменения в свойствах фракционного состава, в частности, присутствия доли резистентного (устойчивого крахмала). Данная фракция определяет функциональные свойства пищевых систем.

Резистентный крахмал (RS) определяют, как устойчивый к процессу переваривания в тонком кишечнике человека, является типом пищевых волокон, обеспечивая пониженный гликемический индекс в продуктах его содержащих. По сути, в процессе модификации амилозная фракция крахмала увеличивается, не только количественно, но и качественно, за счет перестройки молекулы. Установлено, что RS, достигая отделов толстого кишечника, образует бутираты (масляная кислота), тем самым снижается уровень рН, уменьшаются риски возникновения воспаления, и как следствие, риск развития колоректального рака. Важным свойством RS. для технологии пищевых систем является его высокая термостабильность.

Все резистентные (устойчивые крахмалы) систематизированы с учетом степени их доступности для переваривания на пять типов:

1. RS1 - физически недоступен для переваривания, главным образом потому, что он окружен клеточными стенками или другими тканями, которые предотвращают контакт и реакцию с ферментами. RS1 нестабилен, и тонкий помол или глубокая обработка разрушают его структуру; обычно он содержится в частично размолотых зернах, семенах или клубнях.

2. RS2 относится к нативному крахмалу с компактной структурой, гранулы которого относительно обезвожены. RS2 плотно упакован радиально в гранулах необработанного крахмала, ограничивая доступ пищеварительных ферментов и большинства амилаз. RS2 содержится в сыром картофеле, горохе и зеленых бананах.

3. RS3 состоит из ретроградных крахмалов, которые в основном представляют собой перекристаллизованную амилозу, полученную после приготовления и охлаждения крахмалистых продуктов. RS3 относится к физически модифицированным крахмалам, которые в основном образуются в процессе желатинизации и ретроградации во время обработки и производства пищевых продуктов.

4. RS4 обычно относится к химически модифицированному крахмалу с измененной молекулярной структурой, который содержит новые химические связи, а не α-(1-4)- или α-(1-6)-гликозидные связи и, таким образом, проявляет повышенную устойчивость к амилолитическим ферментам.

5. RS5 представляет собой комплекс амилозы и липидов, который образует спиральную структуру, предотвращающую расщепление амилозы Липиды связываются с амилозой в грануле крахмала, предотвращая ее расширение и обеспечивая устойчивость к ферментативному гидролизу. Такие амилозо-липидные комплексы обычно образуются из крахмалов с высоким содержанием амилозы.

Для усиления резистентности крахмалов, добавляют различные вещества, которые богаты липидами, что позволяет сформировать комплекс амилозы с липидами, образуя структуру, к которой относится тип RS5 резистентного крахмала.

Еще одним способом увеличения резистентности нативных крахмалов является добавление к нативному крахмалу веществ клеточной стенки, при этом получается резистентность RS1 типа.

Данные известные способы получения резистентного крахмалопродукта описаны авторами патента RU 2759286 C1. Где в качестве вещества, увеличивающего резистентность нативных крахмалов, применяются семена льна и/или порошок льняного семени, и/или экстракт слизи льняного семени. При этом осуществляют механическое смешивание в течение 1-5 минут при 1000-3000 об/мин. С последующей однократной экструзионной обработкой на одно- или двухшнековой экструзионной установке при температуре 100-140°С, частоте вращения шнеков 50-100 об/мин., диаметре фильеры - 1-6 мм, с последующим дроблением на молотковой дробилке до частиц размером 0,1-1,0 мм, просеиванием через сито с отверстиями не более 1,0 мм и проведением магнитной сепарации с использованием постоянных магнитов, при этом толщина слоя продукта составляет 6-8 мм, а скорость прохождения слоя через магниты - не более 0,5 м/с. Данное изобретение позволяет разработать крахмалопродукт резистентный. Недостатком данного способа является изменение пищевой ценности крахмалопродукта, в связи с использованием вспомогательных веществ.

Известен еще один способ получения резистентного фосфорилированного крахмала (RU 2771048 C1), который включает обработку крахмала триполифосфатом натрия. Навеску образца крахмала 50 г диспергируют в дистиллированной воде путем перемешивания в течение 60 мин при температуре 25°С. Затем в перемешиваемую суспензию вносят по каплям водный раствор триполифосфата натрия 2 мл, доводят раствором НСl 0,5 н до рН 6 и перемешивают еще в течение часа. После седиментации суспензию четырежды промывают от кислоты дистиллированной водой и один раз этанолом. Надосадочную суспензию центрифугируют с помощью настольной центрифуги при 7000 об/мин в течение минуты и полученный осадок сушат до постоянной массы при 40°С. Изобретение направлено на разработку фосфорилированного крахмала с низким гликемическим индексом продуктов, который характеризует постепенное высвобождение глюкозы на протяжении длительного времени. Недостатком данного способа можно считать применение химических веществ при модификации крахмала, что сказывается на экологичности данного продукта, что также ограничивает его применение в некоторых продуктах, в том числе специализированного и функционального назначения.

Еще один способ получения крахмала, обогащенный устойчивым крахмалом (патент RU 2544058 C2), предусматривает воздействие на богатый амилозой крахмал с содержанием амилозы 40 % или более кислотной обработкой в водном растворе неорганической кислоты. При этом кислотная обработка проводится при реакционных условиях, заданных выражениями соотношения. Недостаток данного способа в сложности процесса, а также в применении химических веществ.

Наиболее близким по сущности является способ получения модифицированного крахмала, который был запатентован учеными Тюревым Е.П., Зверевым С.В., Цыгулевым О.В. (патент № RU 2078087). Данный способ получения крахмала включает предварительную обработку нативного крахмала и формирование крахмала-экструдера, при этом предварительную обработку ведут раствором крахмального клейстера или желатина, а крахмал-экструдер подвергают вторичному нагреву с использованием в качестве источника тепла ИК-излучатель. При этом используют 0,3 - 0,7 %-ный водный раствор крахмального клейстера или желатина, а вторичный нагрев осуществляют при температуре 15-18°С. Однако, технологические параметры данного способа не позволяют обеспечить повышение резистентных свойств нативных крахмалов.

Технической задачей и техническим результатом предлагаемого изобретения является расширение арсенала способов получения высокоамилозного крахмала, обладающего повышенной степенью резистентности за счет ультразвукового воздействия, который может использоваться в технологиях пищевых систем (кондитерских, хлебобулочных, молочных, мясных и прочих).

Техническая задача и результат предлагаемого способа достигается за счет того, что способ получения высокоамилозного картофельного крахмала, включает приготовление водной суспензии из нативного картофельного крахмала и ее ультразвуковую обработку, при этом из крахмала готовят 4% водную суспензию при температуре 34-37°С, полученную суспензию перемешивают в течение 3 минут и обрабатывают ультразвуковым воздействием с частотой 22 ± 1,65 кГц мощностью 409,5 Вт в течение 10 минут при температуре 34-37°С, затем ее центрифугирут при скорости 6000 об/мин в течение 10 минут и сушат при температуре 30-40°С до влажности 17-20%.

На основе применения низкочастотного ультразвукового воздействия (УЗВ) для модификации крахмала при вариациях по продолжительности и мощности наблюдаются кавитационные эффекты, которые обусловливают эрозию и образование пор на поверхности гранул крахмала, а это в свою очередь приводит к разрушению α-1,6-связей, при этом происходит увеличение содержания амилозной фракции, которое напрямую связано с количеством резистентного крахмала.

Экспериментально установлено, что:

- при УЗВ более 10 минут (при мощности 409,5 Вт) происходит разрушение α-1,6-связей и разрушение кристаллической структуры, при этом меняется размер крахмальных гранул, так как часть выделившейся амилозы переходит в раствор, здесь будет иметь место эффект микронизации;

- при УЗВ менее 10 минут (при мощности 409,5 Вт) не дает эффекта увеличения крахмального зерна в объеме, при этом α-1,6-связи не разрушаются, структурных изменений в крахмальном зерне не наблюдается, поэтому является не целесообразным.

Технология реализации данного способа состоит в следующем. Из картофельного крахмала готовят 4,0 % водную суспензию температурой 34-37°С. Далее полученные суспензии обрабатывались ультразвуком в охладительной рубашке (для предотвращения нагревания водных суспензий выше указанных температур и набухания крахмальных зерен) в течение 10 минут при мощности 409,5 Вт, на акустическом источнике упругих колебаний - ультразвуковом приборе «Волна», модель УЗТА-0,63/22-ОМ, работающем на частоте 22 ± 1,65 кГц и выходной мощности не более 630 Вт. В качестве контрольного образца для сравнения свойств полученного при реализации предлагаемого способа получения высокоамилозного крахмала, была взята 4,0 %-ая водная крахмальная суспензия без обработки УЗВ. В таблице 1 приведены параметры модификации картофельного крахмала, полученного предлагаемым способом.

Пример 1. 4,0 грамма нативного картофельного крахмала помещают в сосуд, заливают 100 мл подготовленной (очищенной) воды при температуре 34-37°С и механически перемешивают в течение 3 минут. Полученную 4,0 % водную суспензию обрабатывают ультразвуком на приборе «Волна» модель УЗТА-0,63/22-ОМ, на частоте 22 ± 1,65 кГц при мощности 409,5 Вт в течение 10 минут с контролем температуры - 34-37°С (для предотвращения нагревания водных суспензий и набухания крахмальных зерен). Обработанные УЗВ суспензии центрифугировали при 6000 об/мин в течение 10 мин. Далее высушивались при температуре 30 - 40°С, до влажности 17-20 %, влажности товарного продукта. Для изучения влияния УЗВ из полученного модифицированного крахмала выделяли амилозу методом дифференциальной сканирующей спектрофотометрии (табл.1).

Пример 2. 4,0 грамма нативного картофельного крахмала помещают в сосуд, заливают 100 мл подготовленной (очищенной) воды при температуре 34-37°С и механически перемешивают в течение 3 минут. Полученную 4,0 % водную суспензию обрабатывают ультразвуком на приборе «Волна» модель УЗТА-0,63/22-ОМ, на частоте 22 ± 1,65 кГц и мощностью воздействия 630 Вт в течение 10 минут с контролем температуры - 34-37°С (для предотвращения нагревания водных суспензий и набухания крахмальных зерен). Обработанную УЗВ суспензию центрифугировали при 6000 об/мин в течение 10 мин. Далее высушивали при температуре 30-40°С, до влажности 17-20 %, влажности товарного продукта. Для изучения влияния УЗВ из полученного модифицированного крахмала выделяли амилозу методом дифференциальной сканирующей спектрофотометрии (табл.1).

Все заявляемые параметры процесса получения модифицированного крахмала (концентрация крахмальной суспензии, режимы УЗВ (время, мощность, температура), другие режимы выполнения способа выбраны экспериментально из условий, обеспечивающих наиболее эффективное проведение процесса модификации крахмала для получения технического результата (табл. 1).

Таблица 1 - Параметры модификации картофельного крахмала Наименование образца Показатели Температура,
°С Диапазон размеров частиц, мкм Содержание амилозы, 625 нм Время УЗВ 5 мин,
мощность 630 Вт 34,5±0,3 45,26…29,59 0,1590 Время УЗВ 10 мин,
мощность 630 Вт 35,8±0,2 49,63…30,23 0,4100 Время УЗВ 15 мин,
мощность 630 Вт 36,5±0,3 46,08…23,22 0,4000 Время УЗВ 5 мин, мощность 409,5 Вт 34,1±0,1 44,75…24,96 0,1856 Время УЗВ 10 мин,
мощность 409,5 Вт 34,9±0,2 48,79…33,53 0,4290 Время УЗВ 15 мин, мощность 409,5 Вт 36,8±0,2 44,75…24,96 0,3900 Контроль 34,0±0,2 37,64…25,19 0,1430

Высушивают крахмал до влажности 17-20 %. Это необходимо для обеспечения оптимальных условий при хранении готового продукта. Приведенные выше примеры доказывают, что модификация крахмала предлагаемым способом с помощью УЗВ при мощности 409,5 Вт и времени воздействия 10мин. (табл.1) позволяет в три раза увеличить содержание амилозной фракции картофельного крахмала по сравнению с контрольным.

Изобретение относится к пищевой промышленности, а более конкретно к способам получения модифицированных крахмалов с увеличенной долей содержания амилозной фракции на основе ультразвукового воздействия. Технической задачей и достигаемым результатом предлагаемого изобретения является расширение арсенала способов получения высокоамилозного крахмала, обладающего повышенной степенью резистентности за счет ультразвукового воздействия, который может использоваться в технологиях пищевых систем (кондитерских, хлебобулочных, молочных, мясных и прочих). Способ получения высокоамилозного модифицированного картофельного крахмала включает приготовление водной суспензии из нативного картофельного крахмала и ее ультразвуковую обработку, при этом из крахмала готовят 4% водную суспензию при температуре 34-37°С, полученную суспензию перемешивают в течение 3 минут и обрабатывают ультразвуковым воздействием с частотой 22±1,65 кГц мощностью 409,5 Вт в течение 10 минут при температуре 34-37°С, затем ее центрифугирут при скорости 6000 об/мин в течение 10 минут и сушат при температуре 30-40°С до влажности 17-20%. 1 ил.

Способ получения высокоамилозного картофельного крахмала, включающий приготовление водной суспензии из нативного картофельного крахмала и ее ультразвуковую обработку, при этом из крахмала готовят 4% водную суспензию при температуре 34-37°С, полученную суспензию перемешивают в течение 3 минут и обрабатывают ультразвуковым воздействием с частотой 22 ± 1,65 кГц мощностью 409,5 Вт в течение 10 минут при температуре 34-37°С, затем ее центрифугируют при скорости 6000 об/мин в течение 10 минут и сушат при температуре 30-40°С до влажности 17-20%.