Модифицированные крахмалы из восковой кукурузы


В современной пищевой промышленности используется ряд функциональных пищевых добавок, 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.
Издавна одним из наиболее доступных ингредиентов, используемых для вышеуказанных целей, является крахмал, который может влиять на ряд важнейших параметров конечного продукта, таких как выход, вкус, текстура, сроки хранения и др.
Уже при рассмотрении базовых свойств крахмалов, полученных из различных видов растительного сырья, становится ясно, что они различаются по следующим критериям:
    * соотношение содержания линейных и разветвленных полисахаридов - амилозы и амилолектина;
    * размер гранул крахмала;
    * форма крахмальных гранул;
    * однородность распределения гранул по размерам.
В свою очередь названные различия определяют:
    * температуру клейсгеризации крахмала (при которой гранулы начинают набухать и связывать воду);
    * вязкость крахмального клейстера;
    * текстуру крахмального клейстера и его способность к гелеобразованию;
    * устойчивость к механическим воздействиям и влиянию кислой среды;
    * прозрачность вкуса.
Некоторые свойства нативных крахмалов, полученных из различных видов сырья, приведены в таблице 1.
Таблица 1
Крахмал     Диаметр в микронах     Температура клейстеризации     Содержание амилозы, %
Кукурузный     5-26     62-72     22-28
Из восковой кукурузы     5-26     63-72     
Тапиоковый     5-25     62-73     17-22
Картофельный     15-100     59-68     23
Сорго     6-30     68-78     23-28
Пшеничный     2-35     58-64     17-27
Рисовый     3-8     68-78     16-17
Высокоамилозная кукуруза     3-24     63-92     50-90
Исторически наиболее широко в производстве колбасных изделий использовался картофельный крахмал (реже пшеничный) - 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, например кукурузного, в этих условиях не смогут набухнуть и эффективно связать воду.
Однако оказалось, что необходимо не только быстро связать воду, но и удерживать ее 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 на основе восковой кукурузы.
На рис.1 схематически представлена гранула крахмала, состоящая из разветвленных полисахзридных молекул амилопектина и линейных молекул амилозы. В процессе заваривания крахмала линейные молекулы амилозы выходят из объема гранулы, равномерно распределяются по всему объему раствора и связывают влагу, придавая определенную вязкость.
Рис. 1. Ретроградация крахмала вследствие ассоциации линейных молекул амилозы
Рис. 2. Динамика нарастания вязкости модифицированного крахмала
Однако в процессе хранения линейные молекулы амилозы могут ассоциироваться друг с другом, образуя псевдокристаллическую решетку, в результате чего происходит так называемая ретроградация крахмала (образование агрегатов) и отделение воды (синерезис). Как видно из таблицы 1, лишь крахмалы, полученные из восковой кукурузы, не содержат амилозы и, следовательно, более пригодны для продуктов, где требуется больший срок хранения (из-за отсутствия амилозы крахмалы на основе восковой кукурузы не окрашивают йод в синий цвет).
Более того, чтобы избежать синерезиса в результате возможной ассоциации линейных фрагментов амилопектина, крахмал из восковой кукурузы обрабатывают по типу стабилизационной модификации, создавая стерические препятствия для вероятного сближения линейных фрагментов. Такие крахмалы могут удерживать влагу на протяжении нескольких месяцев и в режиме глубокого замораживания/оттаивания.
На рис. 2 отражено поведение нативного картофельного крахмала во время пастеризации (график изменения вязкости суспензии крахмала в воде во времени при нагревании). Гранулы крахмала начинают связывать воду (набухать) и увеличиваться в размере лишь по достижении температуры клейстеризации. Увеличиваясь в размере в процессе нагревания, гранулы разрушаются после достижения максимального объема. Разрушение гранул приводит к снижению влагоудерживэющей способности крахмала (снижению вязкости на графике) и отделению воды в процессе хранения. При проведении пастеризации колбасных изделий из-за различий в температурном режиме в середине батона колбасы и периферийной области, а также из-за длительного воздействия температуры происходит неравномерное набухание гранул, вследствие чего часть гранул разрушается, и происходит потеря части воды.
Для того, чтобы избежать разрушения гранул в процессе пастеризации, крахмал из восковой кукурузы обрабатывают таким образом, что молекулы эмилопектина сшиваются между собой. В результате укрепляется структура гранул, и такой модифицированный крахмал не теряет влагу даже при длительной и высокотемпературной пастеризации.
Необходимо отметить, что при модифицировании крахмала также изменяется его температура клейстеризации. Таким образом, модификация крахмала на основе восковой кукурузы позволяет связывать и удерживать большее количество воды в процессе пастеризации и длительного срока хранения продукта, а также снизить температуру клейстеризации крахмала до уровня, достаточного для применения в колбасном производстве.
Как правило, модифицированный крахмал не требует особых условий для работы и вводится в конце куттерования вместе с водой в соотношении 1:6. Рекомендуемые дозировки, позволяющие получить максимальное влагоудерживание и не влияющие на вкусовые характеристики продукта при замене основного сырья, составляют 3 % на конечный продукт. Следует отметить, что передозировка крахмала может привести не только к снижению влагоудерживающей способности на единицу крахмала, но и к ослаблению текстуры колбасного изделия.
Регулируя степень модификации, можно получить не только крахмалы с низкой температурой клейстеризации, применяющиеся в колбасном производстве, но и крахмалы, выдерживающие очень высокие температуры и пригодные для производства стерилизованных продуктов (паштетов и других мясных консервов). Так, на рис. 3 приведена диаграмма изменения вязкости в зависимости от температуры для одного из таких крахмалов. Из диаграммы видно, что даже выдержка при температуре 130°С не приводит к снижению вязкости. Таким образом, при использовании модифицированных крахмалов в стерилизованных продуктах обеспечивается эффективное связывание воды и стабильность текстурных характеристик как при высоких температурах во время производственного процесса, так и на протяжении длительного срока хранения.
Таким образом, модифицированные крахмалы, полученные из восковой кукурузы*, могут иметь различную температуру клейстеризации и применяться как в низкотемпературных процессах (пастеризация колбасных изделий), так и в процессах стерилизации (мясные консервы).
Во всех случаях основными преимуществами данного вида крахмалов являются:
    * высокая влагоудерживающая способность, сочетающаяся с устойчивостью к различным воздействиям технологического процесса;
    * надежное связывание влаги на протяжении длительных сроков хранения без изменения текстуры конечного продукта;
    * высокие органолептические показатели и нейтральность вкусовых характеристик;
    * простота и надежность в использовании;
    * высокая микробиологическая чистота.
* Восковая кукуруза - сорт кукурузы, полученный без использования методов генетической модификации.
Рис. 3. Динамика нарастания вязкости модифицированного крахмала на основе восковой кукурузы при нагревании до 130°С