МОДИФИЦИРОВАННЫЙ КРАХМАЛ-Применение - Фокус
ПРИМЕНЕНИЕ МОДИФИЦИРОВАННОГО КРАХМАЛА
Основная структура крахмала представляет собой полимерный полисахарид, образованный звеньями глюкозы, соединенными α-1,4-гликозидными связями (амилоза) и α-1,6-гликозидными связями (амилопектин). Его молекулы содержат большое количество гидроксильных групп. Модифицированный крахмал – производное крахмала, полученное после модификации природного крахмала путем комплексного применения физических, химических и биологических ферментативных методов. По сравнению с сырым крахмалом его физико-химические свойства, такие как растворимость, вязкость, стабильность, пленкообразование и т. д.), значительно оптимизированы, чтобы удовлетворить более сложные промышленные или пищевые потребности. Физическая модификация крахмала относится к модификации крахмала с помощью физических средств, таких как тепло, механическая сила и физическое поле, с целью разрушения кристаллической структуры, аморфной области, молекулярного расположения или межмолекулярных водородных связей частиц крахмала и достижения структурного ремоделирования. Основные средства включают гидротермальную жидкость, микроволновое излучение, ионизирующее излучение, ультразвук, шаровую мельницу, экструзию и т. д. Микроволновая обработка широко используется в пищевой промышленности для получения суперабсорбирующей смолы из привитого крахмала сополимера с сильным водопоглощением и удержанием воды.
МОДИФИКАЦИЯ ТЕРМООБРАБОТКИ
Контролируя температуру, влажность и время, регулируют желатинизацию, регенерацию или молекулярную перегруппировку частиц крахмала, а распространенные методы включают предварительную желатинизацию, отжиг и влажную термическую обработку.
(1) Прежелатинизированный крахмал
Процесс: Крахмал диспергируют в холодной или горячей воде, нагревают до температуры желатинизации (обычно 60-90°C), чтобы частицы полностью желатинизировались, а затем обезвоживают и сушат с получением негранулированного, водорастворимого крахмального продукта.
Механизм: Нагревание заставляет частицы крахмала поглощать воду и расширяться, кристаллическая структура разрушается, молекулярные цепи разворачиваются и переплетаются, образуя трехмерную сеть, а структура сети «фиксируется» после высыхания, а вода быстро регидратируется с образованием пасты при использовании.
Характерные изменения: высокая растворимость в холодной воде, температура желатинизации, близкая к комнатной, средняя прозрачность пасты, но меньшая вязкость и прочность геля, чем у сырого крахмала.
Применение: полуфабрикаты продуктов питания (например, пакеты приправ для лапши быстрого приготовления, ингредиенты для супов быстрого приготовления), проклеивающие вещества для бумаги, проклеивающие вещества для текстиля (упрощенный процесс).
(2) Отжиг
Процесс: Крахмал выдерживают в теплой воде с температурой выше температуры стеклования, но ниже температуры желатинизации в течение от нескольких часов до десятков часов, при этом содержание влаги (30% - 50%) контролируется.
Механизм: В субжелатинизированном состоянии молекулы амилозы мигрируют из аморфной области в зону кристаллизации, способствуя ближнедействующей упорядоченной перегруппировке и повышая стабильность зоны кристаллизации.
Характерные изменения: повышается начальная температура желатинизации, повышается термостойкость пасты, увеличивается твердость геля, но растворимость несколько снижается.
Применение: Пищевые продукты, требующие высокотемпературной обработки (например, пищевые продукты в асептической упаковке) или продукты, требующие повышенной прочности геля (желе, мясные продукты).
(3) Гидротермальная обработка (Ht)
Процесс: Отрегулируйте влажность высушенного крахмала до уровня более 30%, затем нагрейте его до 80-120°C, держите в тепле в течение нескольких часов, а затем высушите.
Механизм: При высокой влажности частицы крахмала поглощают воду и расширяются, частично разрушают кристаллическую структуру, а затем во время высыхания молекулярные цепи перестраиваются, образуя более плотные аморфные области или новые кристаллические структуры, при этом подавляя воздействие участков ферментативного гидролиза.
Характерные изменения: повышается температура клейстеризации, снижается вязкость пасты, повышается усвояемость (образуется более устойчивый крахмал RS3), растворимость зависит от интенсивности обработки (умеренная обработка увеличивает растворимость, избыточная обработка снижается).
Применение: продукты с низким ГИ (например, хлеб из резистентного крахмала, сухие завтраки), корма (улучшение использования питательных веществ), ферментация биоэтанола (снижение потребления энергии для ферментативного гидролиза).
МОДИФИКАЦИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
Посредством механического сдвига, экструзии или измельчения структура частиц крахмала разрушается, а молекулярная цепь очищается, а распространенные методы включают экструзию и экструзию, шаровую мельницу и измельчение, а также механическую обработку с помощью ультразвука.
(1) Модификация экструзии
Процесс: после того, как крахмал смешивается с небольшим количеством влаги (10%-30%) и возможными добавками, он обрабатывается шнековым экструдером при высокой температуре (120-200°C), высоком давлении (5-20 МПа) и высокой силе сдвига, а материал распыляется из головки для снижения давления и расширения с образованием пористой структуры.
Механизм: Сила сдвига высокого давления разрушает кристаллизационные и аморфные области частиц крахмала, молекулярная цепь разрывается и переориентируется, а высокая температура способствует разрыву межмолекулярных водородных связей, образуя рыхлую пористую сетчатую структуру.
Характерные изменения: скорость расширения может достигать 5 - 20 раз, растворимость значительно увеличивается, растворимость в холодной воде снижается, температура желатинизации снижается, термическая стабильность улучшается, пористая структура сдерживает термическое разложение, но молекулярная масса уменьшается.
Применение: воздушные продукты (например, кукуруза в початках, рисовые крекеры), корм для домашних животных, биоразлагаемые материалы (пористый адсорбент крахмала).
(2) Шаровая мельница
Процесс: Крахмал и мелющие шары измельчаются на низкой скорости в шаровой мельнице в течение нескольких часов до десятков мелких размеров), а измельчение достигается за счет столкновения и трения между шарами и частицами крахмала.
Механизм: Механические силы разбивают частицы крахмала на фрагменты нано/микронного размера, кристаллическая структура полностью разрушается, молекулярная цепь разрывается и обнажается больше гидроксильных групп.
Характерные изменения: уменьшается размер частиц, увеличивается удельная поверхность, растворимость чрезвычайно высока (наноразмерный крахмал может образовывать гиаглоколлоид), скорость желатинизации ускоряется, но прочность геля снижается.
Применение: Нанокомпозиты, такие как наночастицы крахмала/полимера, носители лекарств, адсорбирующиеся лекарства с высокой удельной поверхностью, разлагаемые пластиковые наполнители.
(3) Ультразвук - вспомогательная механическая обработка
Процесс: суспензия крахмала помещается в ультразвуковой генератор, и кавитационный эффект ультразвука способствует механическому сдвигу, разрушающему структуру частиц.
Механизм: локальное высокое давление и сила сдвига, создаваемая разрывом кавитационных пузырьков, ускоряют деполимеризацию частиц крахмала и разрыв молекулярной цепи, а термический эффект ультразвука способствует движению молекул.
Характерные изменения: сокращение времени желатинизации (эффект кавитации, разрушающий зону кристаллизации), улучшение стабильности пасты (более короткая молекулярная цепь, ее нелегко регенерировать) и повышение растворимости.
Применение: быстрая желатинизация крахмала (например, клей для мгновенной этикетки), производство биодизеля (повышение эффективности преобразования крахмала в глюкозу).
МОДИФИКАЦИЯ ФИЗИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
Используя электромагнитные волны, радиацию и другие энергии физического поля, чтобы вызвать изменения в структуре молекул крахмала, распространенные методы включают микроволновую обработку и обработку облучением (γ-лучи, электронные лучи).
(1) Микроволновая обработка
Процесс: смешайте крахмал с водой (влажность 20% - 50%), нагрейте его в микроволновой печи от нескольких минут до десятков минут, желатинизируйте крахмал и измените структуру за счет внутреннего нагревательного эффекта микроволновой печи.
Механизм: Микроволны проникают в частицы крахмала, заставляя полярные молекулы (вода, гидроксильные группы) вибрировать и генерировать тепло с высокой частотой, а быстрый внутренний нагрев приводит к мгновенному расширению частиц, разрушению кристаллической структуры и разрыву молекулярных цепей.
Характерные изменения: очень короткое время желатинизации (минуты по сравнению с десятками минут при обычном нагревании), низкая вязкость пасты (разрыв молекулярной цепи) и улучшенная термическая стабильность (равномерный микроволновый нагрев снижает местное разложение при перегреве).
Применение: промышленное быстрое производство прежелатинизированного крахмала, очистка сточных вод (микроволновая модифицированная адсорбция крахмала ионов тяжелых металлов).
(2) Облучение
Процесс: Сухой крахмал облучают гамма-лучами или пучками электронов, чтобы разорвать молекулярные связи посредством ионизирующего излучения.
Механизм: Энергия излучения возбуждает электроны в молекулах крахмала и производит свободные радикалы (такие как · OH、·H), которые инициируют разрывы молекулярных цепей (гликозидные связи, связи C-C) и окисление гидроксильных групп, одновременно подавляя рост микроорганизмов.
Характерные изменения: снижение молекулярной массы (снижение температуры желатинизации), повышение растворимости, повышение прозрачности пасты, малые дозы облучения могут задерживать регенерацию (увеличивать срок годности пищевых продуктов), высокие дозы приводят к чрезмерной деградации.
Применение: консервация пищевых продуктов (облученный модифицированный крахмал в качестве покрытия, препятствующий миграции воды), медицинские перевязочные материалы (пленка из облученного крахмала, антибактериальная и разлагаемая).
ХИМИЧЕСКАЯ МОДИФИКАЦИЯ КРАХМАЛА
Химическая модификация крахмала включает кислотный гидролиз, окисление, этерификацию, этерификацию и сшивание, что является наиболее широко используемым методом модификации крахмала.
КИСЛОТНЫЙ ГИДРОЛИЗ КРАХМАЛ
В процессе кислотного гидролиза температура желатинизации снижается на начальной стадии, температура гидролиза увеличивается на пике гидролиза и на конечной стадии, а эндотермическое значение сначала увеличивается, а затем уменьшается при кислотном гидролизе, а сила набухания и растворимость увеличиваются. Химическая модификация крахмала кислотным гидролизом — это процесс разложения высокомолекулярного крахмала на продукты с низкой молекулярной массой (такие как декстрин, олигосахариды или моносахариды) путем разрыва гликозидных связей молекул крахмала кислотами. За счет уменьшения молекулярной массы и полимеризации крахмала его физико-химические свойства значительно изменяются, чтобы получить определенные функции (например, низкую вязкость, высокую растворимость, хорошую прозрачность и т. д.).
МЕХАНИЗМ РЕАКЦИИ МОДИФИКАЦИИ КИСЛОТНОГО ГИДРОЛИЗА
Крахмал представляет собой полимерный полисахарид, образованный звеньями глюкозы, соединенными α-1,4-гликозидными связями (остов амилозы) и α-1,6-гликозидными связями (точки разветвления амилопектина), а ядром кислотного гидролиза является каталитический разрыв гликозидных связей кислотами, конкретный процесс заключается в следующем:
Протонирование: Кислота обеспечивает H⁺, который связывается с атомами кислорода в молекуле крахмала (кислорода или гидроксикислорода гликозидными связями), протонируя его и ослабляя стабильность гликозидных связей.
Разрыв гликозидной связи: протонированная гликозидная связь гетеро-расщепляется с образованием промежуточного иона оксигаллия, который впоследствии гидролизуется до низкомолекулярного декстрина, мальтозы или глюкозы.
Отличия гидролиза амилопектина: энергия связи α-1,6-гликозидных связей выше, чем у α-1,4-гликозидных связей, поэтому точки ветвления амилопектина разрушаются медленнее во время кислотного гидролиза, и конечный продукт может сохранять некоторые структуры с короткой разветвленной цепью.
ИЗМЕНЕНИЕ СВОЙСТВ КИСЛОТЫ-ГИДРОЛИЗОВАННОГО КРАХМАЛА
По сравнению с крахмалом-сырцом физико-химические свойства крахмала, гидролизованного кислотой, существенно изменяются за счет уменьшения молекулярной массы, что проявляется главным образом в:
Пониженная молекулярная масса и полимеризация
Разрыв гликозидных связей привел к тому, что молекулы крахмала изменились с длинных цепей на короткие, что снизило степень полимеризации на 50%-90%.
Вязкость значительно падает
Молекулярные цепи стали короче, межмолекулярная намотка и водородные связи были ослаблены, начальная вязкость пасты значительно снизилась, улучшилась стабильность вязкости при высоких температурах.
Улучшенная растворимость
Низкомолекулярные продукты уменьшают межмолекулярную агрегацию, повышают растворимость в холодной воде и улучшают прозрачность пасты.
Температура желатинизации снижается.
Кристаллическая структура частиц крахмала разрушается кислотой (особенно упорядоченная структура амилозного крахмала), а энергия, необходимая для желатинизации, снижается, а температура желатинизации снижается.
(Температура желатинизации сырого кукурузного крахмала составляет 62-72°С, после гидролиза она может быть снижена до 55-65°С).
Формирование пленки и регулировка адгезии
Слегка гидролизованный крахмал все еще сохраняет определенную степень когезии, что подходит для проклейки бумаги или текстиля; Глубокий гидролиз снижает адгезию, но образует более однородную пленку (например, для покрытия пищевых продуктов).
Улучшение пищеварения
При уменьшении молекулярной массы кислотно-гидролизованный крахмал легче гидролизуется амилазой и имеет повышенную скорость переваривания (например, при использовании в качестве источника легкоусвояемых углеводов в детском питании).
ЭТЕРИФИКАЦИЯ КРАХМАЛ
1. Гидроксипропилирование крахмала является формой этерификации крахмала, гидроксипропилированный крахмал может уменьшить разложение крахмала, изменить температуру желатинизации, вязкость и другие характеристики крахмала. После гидроксипропильной модификации крахмала способность к свободному расширению и степень молярного замещения крахмала были улучшены, а мутность, процент дегидратационной усадки и скорость разложения снизились. Гидроксипропилирование крахмала — это процесс введения гидроксипропила (-O-CH₂-CHOH-CH₃) в молекулы крахмала посредством реакции этерификации, которая представляет собой неионную модификацию этерификации. Модификация изменила межмолекулярные силы и гидрофильный баланс крахмала за счет введения гидрофильных эфирных связей, значительно улучшив его растворимость, стабильность и функциональное разнообразие. Гидроксипропилированный крахмал широко используется в пищевой, медицинской, бумажной и других областях благодаря своей высокой безопасности и отличным характеристикам.
Механизм реакции гидроксипропилирования:
В щелочных условиях (например, NaOH) гидроксидепротоны крахмала образуют алкокси-анионы (-O⁻), повышая нуклеофильность. Алкокси-анионы атакуют атомы углерода оксида пропилена, вызывая разрыв эпоксидного кольца с образованием промежуточных продуктов. После гидролиза окончательно образуется гидроксипропиловый эфир крахмала.
Изменения свойств гидроксипропилированного крахмала:
По сравнению с неионной этерификацией (такой как метилирование), эффект гидрофильного стерического затруднения гидроксипропильных групп придает крахмалу уникальные свойства со следующими основными изменениями:
Растворимость и свойства желатинизации
Растворимость холодной воды значительно улучшается: эфирная связь (-O-) гидроксипропильной группы образует водородные связи с молекулами воды, а водородная связь между молекулами крахмала ослабляется из-за стерических затруднений, так что крахмал быстро диспергируется и растворяется в холодной воде.
Снижение температуры желатинизации: гидроксипропил разрушает кристаллизационную структуру частиц крахмала и снижает устойчивость к желатинизации.
(Температура желатинизации исходного крахмала 60-80°С, после гидроксипропилирования она снижается до 50-70°С).
Стабильность пасты и защита от регенерации
Превосходная стабильность при замораживании/оттаивании: стерические препятствия гидроксипропила предотвращают перегруппировку и кристаллизацию молекул крахмала во время замораживания/оттаивания, а паста остается прозрачной после 3–5 циклов замораживания/оттаивания (-20°C/25°C) без отделения воды (лучше, чем сырой крахмал и ацетатный крахмал).
Низкая склонность к регенерации: гидроксипропильные группы препятствуют спиральной агрегации между молекулами амилозы, и вязкость пасты медленно снижается при хранении.
(подходит для длительного хранения продуктов питания или покрытий).
Низкая начальная вязкость: гидроксипропил снижает силу межмолекулярного взаимодействия, а начальная вязкость пасты ниже, чем у исходного крахмала, но стабильность вязкости улучшается при высокой температуре (вязкость нелегко уменьшить из-за сдвига или нагревания).
Хорошая гибкость при пленкообразовании: гидрофильность гидроксипропила делает пленку непростой для разрыва после поглощения воды, а пленка прозрачна и устойчива к сгибанию (используется для упаковочной пленки или проклейки текстиля).
2.Катионный крахмал представляет собой четвертичную аммониевую группу (-NR₄⁺) с положительным зарядом на гидроксильной группе (-OH) молекул крахмала в результате реакции кватернизации с образованием катионного эфира крахмала, который придает крахмалу положительный заряд, так что он может электростатически притягиваться к отрицательно заряженным веществам и значительно улучшать его флокуляционные, улучшающие и удерживающие свойства. Катионный крахмал стал основной добавкой в производстве бумаги, очистке сточных вод, бурении нефтяных скважин и других отраслях промышленности благодаря своей высокой эффективности, легкому разложению и низкой стоимости.
Механизм реакции катионизации
Гидроксильная группа крахмала (-OH) реагирует с реагентом алкилирования, содержащим четвертичную аммониевую группу, с образованием ковалентно связанного эфира четвертичного аммония.
Бумажная промышленность: влажные добавки для улучшения удерживания волокон/наполнителей и повышения прочности бумаги в сухом/мокром состоянии, проклеивающие вещества.
Очистка сточных вод: обезвоживание осадка, флокулянт: удаление анионных загрязнителей: адсорбционные красители, комплексы тяжелых металлов.
Бурение нефтяных скважин: средство для снижения потерь при фильтрации, катионный крахмал адсорбирует глину на стенках скважины и уменьшает проникновение фильтрата.
Материал для закупорки утечек: содержит карбонат кальция для герметизации микротрещин.
Текстиль и бытовая химия: Загуститель для шампуня: катионные свойства адсорбируют поверхность волос, придавая им ощущение мягкости (вместо катионного поверхностно-активного вещества на основе четвертичного аммония).
ОКИСЛЕННЫЙ КРАХМАЛ
Гидроксильная группа первичного крахмала является основным местом реакции окисления. Окислительная модификация разрушает гидроксильные или гликозидные связи молекул крахмала посредством окислителей, вызывая два типа реакций:
Гидроксильное окисление: Гидроксильная группа окисляется до карбонила (альдегида, кетона) или карбоксила (-COOH), что уменьшает межмолекулярные водородные связи и улучшает растворимость и реакционную способность крахмала.
Разрыв гликозидных связей: окислитель разрушает гликозидные связи, вызывая разрыв молекулярной цепи крахмала, в результате чего образуются продукты с низкой молекулярной массой, такие как декстрины, которые уменьшают молекулярную массу и вязкость крахмала.
По сравнению с исходным крахмалом существенно изменяются физико-химические свойства окисленного крахмала:
Улучшенная растворимость: гидроксильные группы окисляются до карбоксильных/карбонильных групп, ослабляя межмолекулярные водородные связи и увеличивая растворимость в холодной воде (особенно амилопектина).
Снижение температуры желатинизации: разрыв молекулярной цепи и восстановление гидроксильных групп снижают кристалличность и сопротивление расширению частиц крахмала, что облегчает желатинизацию.
Повышенная стабильность пасты: продукты с низкой молекулярной массой уменьшают регенерацию (старение), паста становится более прозрачной и менее склонной к расслоению.
(При использовании в пищевых соусах срок годности можно продлить)
Пониженная вязкость: молекулярная масса уменьшается за счет разрыва гликозидных связей, снижается начальная вязкость пасты, но стабильность вязкости улучшается при высоких температурах (подходит для проклейки бумаги).
Улучшенное образование пленки: присутствие карбоксильных групп усиливает межмолекулярные силы, что приводит к образованию более однородной и гибкой пленки (для упаковки или проклейки текстиля).
КРОСС-СВЯЗЫВАЮЩИЙ КРАХМАЛ
Сшивание часто используется для модификации природного крахмала, особенно для производства материалов с низким содержанием воды. этерификация придает гидрофобность крахмальным продуктам за счет замещения гидроксила, сшивка заключается в увеличении внутримолекулярных и межмолекулярных связей в случайных положениях в частицах крахмала, а сшивка также может использоваться для ограничения водопоглощения благодаря способности увеличивать плотность сшивки в структуре крахмала.
Модификация сшивания — это образование ковалентных связей («молекулярных мостиков») между гидроксильными (-OH) группами молекул крахмала посредством бифункциональных или многофункциональных сшивающих агентов, связывающих несколько молекул крахмала в трехмерную сетку. Основная цель состоит в том, чтобы повысить структурную стабильность частиц крахмала, предотвратить разрыв частиц во время желатинизации, а также улучшить сопротивление сдвигу, термостойкость, стойкость к кислотам и щелочам пасты.
Механизм реакции
Молекулы крахмала содержат большое количество гидроксила (-OH), и сшивающий агент реагирует с гидроксильной группой двумя способами, образуя мостиковую связь:
Одинарное сшивание: две активные группы сшивающего агента реагируют с гидроксильными группами двух молекул крахмала (например, связывание фосфата с двумя гидроксильными группами в положении C6);
Двойное сшивание: несколько активных групп сшивающего агента реагируют с разными гидроксильными группами одной и той же молекулы крахмала.
(например, эпихлоргидрин связывается с гидроксильными группами в положениях C2 и C3 одной и той же молекулы или реагирует с гидроксильными группами двух разных молекул крахмала (образуя межмолекулярные мостики)
·
Типичные примеры реакций (сшивка триметафосфатом натрия):
Гидроксильная группа крахмала (-OH) депротонируется в щелочных условиях с образованием алкокси-отрицательного иона (-O⁻), атакует атом фосфора триметафосфата натрия ((NaPO₃)₃) и образует сложноэфирную связь фосфорной кислоты (-O-PO₂⁻-O-) после депротонирования в щелочных условиях, соединяя две молекулы крахмала.
Значительно улучшенное сопротивление сдвигу: паста сохраняет высокую вязкость.
(калибровка ткани во избежание потерь навоза)
Повышенная термическая стабильность: температура желатинизации увеличилась.
(60-80°C для сырого крахмала, 70-95°C после сшивки), и паста не легко разлагается при высокой температуре (подходит для стерилизации консервов при высокой температуре)
Хорошая стойкость к кислотам и щелочам: паста стабильна в диапазоне pH 2-12.
(В отличие от сырого крахмала, который легко снижает вязкость в сильных кислотах/щелочах) и может использоваться в кислых напитках (соках) или щелочных моющих добавках.
Сохранение морфологии частиц: некоторые неповрежденные частицы все еще сохраняются после желатинизации, а прозрачность пасты высокая.
(Используется для покрытий при производстве бумаги для улучшения гладкости бумаги)
ЭТЕРИФИКАЦИЯ МОДИФИКАЦИЯ КРАХМАЛ
Модификация этерификации включает реакцию кислоты/ангидрида кислоты/ацилхлорида с гидроксильными группами крахмала с целью введения сложноэфирных групп (-COOR, -PO₃R2 и т. д.) в молекулы крахмала с целью изменения их гидрофильности, гидрофобности, заряда и реакционной способности. Модификация крахмала ацетилированием заключается во введении ацетильной группы (-COCH₃) в гидроксильную группу (-OH) молекулы крахмала посредством реакции этерификации с образованием ацетата крахмала. Это типичная неионная эстерификация, которая регулирует гидрофильность, гидрофобность, заряд и межмолекулярную силу крахмала посредством введения ацетильных групп, тем самым значительно улучшая его функциональные свойства (такие как эмульгирование, стабильность и свойства против старения). Ацетилированный крахмал широко используется в пищевой, бумажной, текстильной и других областях благодаря своей высокой безопасности и отличным характеристикам. Глюкозное звено в молекуле крахмала богато гидроксильными группами (-OH). Суть реакции ацетилирования заключается в реакции этерификации ангидрида кислоты и спирта.
Введение сложноэфирных групп придает крахмалу уникальный гидрофобный баланс и функциональность.
Ацетатный крахмал: снижает температуру желатинизации (исходный крахмал 60-80°С, 50-70°С после этерификации ацетата), высокая прозрачность пасты; высокая устойчивость к старению (ингибирует ретроградацию амилозы), используется в мороженом и быстрозамороженных пельменях для предотвращения затвердевания при хранении; хорошая эмульгируемость, может использоваться в качестве эмульгатора для стабилизации пищевых эмульсий (например, сокосодержащих напитков). Ацетилированный крахмал увеличивает твердость, не оказывая существенного влияния на когезионность, и может частично заменить пшеничную муку с низким содержанием белка, используемую при производстве лапши быстрого приготовления, снижая потребление жиров.
Фосфатный крахмал: сильно гидрофильный (фосфатные группы образуют водородные связи с молекулами воды), вязкость пасты высокая и стабильная, используется в покрытиях для изготовления бумаги (для улучшения удержания пигмента), анионные свойства (фосфаты имеют отрицательный заряд), может использоваться в сочетании с катионными добавками (такими как соли четвертичного аммония) и может использоваться в качестве флокулянтов при очистке сточных вод. Пищевой фосфатный крахмал нетоксичен и может использоваться в качестве загустителя для детского питания (например, рисовой муки, фруктового пюре).
Стеарат крахмала: гидрофобность значительно улучшена, и его можно использовать для приготовления разлагаемых гидрофобных пленок (таких как упаковочные материалы) или носителей лекарств с пролонгированным высвобождением (лекарства заворачивают в гранулы крахмала и медленно высвобождают).
Натриевая соль крахмала, модифицированная октенилянтарным ангидридом (сокращенно OSA-крахмал) представляет собой неионный поверхностно-активный модифицированный крахмал, полученный путем введения групп октенилянтарного ангидрида (OSA) в крахмал посредством реакции этерификации. Его суть в том, что в щелочных условиях гидроксильная группа крахмала реагирует с ангидридной группой OSA с образованием октенилсукцината крахмала, который затем нейтрализуется с образованием натриевой соли. Межфазная активность и эмульгирование. Низкая критическая концентрация мицеллообразования (ККМ),
Высокая эмульгирующая способность: (заправка для салата, кофейный мате, стабильность эмульсии).
Устойчив к электролитам (NaCl ≤ 5%) и циклам замораживания/оттаивания (-20℃/25℃ три раза без деэмульгации).
Гидрофобный - гидрофильный баланс (регулируемое значение ГЛБ), подходит для эмульгирования масло/вода (например, молоко, ароматизированное молоко)
Окислительное сшивание двойной связи: после обработки перекисью водорода двойные связи образуют эпоксидные группы, и прочность геля улучшается (используется для покрытия, имитирующего крем).
В пищевых продуктах: эмульгированные ароматизаторы, эмульсии для напитков, детские смеси, хлебобулочные изделия.
В косметике: кремовый эмульгатор, носитель лекарственного средства [капсулы].
Текстильная печать, эмульгатор в промышленной сырой нефти
ФЕРМЕНТАТИВНАЯ ОБРАБОТКА КРАХМАЛА
Биомодификация — это ферментативная обработка крахмала, такого как циклодекстрин, мальтодекстрин, амилоза и т. д., которые представляют собой модифицированные крахмалы, полученные ферментативной обработкой.
Ферментативная модификация крахмала использует каталитический эффект биологических ферментов для точного разрезания или восстановления гликозидных связей молекул крахмала посредством таких реакций, как гидролиз, трансгликозилирование или разветвление, тем самым изменяя его молекулярную структуру (например, молекулярную массу, степень разветвления, количество восстанавливающих концов и т. д.) и в конечном итоге регулируя его физические и химические свойства (такие как растворимость, характеристики желатинизации, усвояемость, вязкость и т. д.). По сравнению с традиционной химической модификацией ферментативная обработка имеет преимущества мягких условий (нормальная температура и давление, нейтральный pH), высокой специфичности, небольшого количества побочных продуктов, а также экологичности и защиты окружающей среды. Это важное направление современной глубокой переработки крахмала.
1. Растворимость и свойства желатинизации
Низкомолекулярный декстрин: растворим в холодной воде, температура желатинизации понижена (молекулярная цепь короткая, легко впитывает воду и набухает).
Амилоза: растворимость средняя (амилоза легко агрегируется), температура желатинизации повышается (линейные межмолекулярные водородные связи прочнее).
Резистентный крахмал RS2 (обработка нежелатинизированным ферментом): например, после частичного разветвления пуллуланазой крахмал с высоким содержанием амилозы образует кристаллическую структуру, нерастворим в холодной воде и все еще сохраняет устойчивость к пищеварению после желатинизации.
2. Вязкость и термическая стабильность
Мальтодекстрин (ограниченный гидролиз альфа-амилазой и глюкоамилазой): низкая начальная вязкость (малая молекулярная масса), стабильная вязкость при высоких температурах (отсутствие длинноцепных молекулярных переплетений).
Сироп с высоким содержанием мальтозы (обработка бета-амилазой): средняя вязкость, хорошая термическая стабильность (сила между молекулами мальтозы слабая и ее нелегко разложить).
Устойчивый крахмал (циклизация трансглюкозидазы): низкая вязкость после желатинизации (кольцевая структура нелегко впитывает воду и набухает), но сохраняет низкую вязкость после охлаждения.
3. Пищеварительные и физиологические функции
Быстроусвояемый крахмал (RDS, полный гидролиз глюкоамилазой): высокое содержание глюкозы, быстрое переваривание.
(используется в глюкозном сиропе, спортивных напитках).
Медленно перевариваемый крахмал (SDS, ограниченный гидролиз β-амилазой): в основном мальтоза и ограниченное количество декстрина, медленное переваривание.
(используется в продуктах с низким ГИ для задержки повышения уровня сахара в крови)
Резистентный крахмал (RS, ферментативное разветвление и отжиг): при разветвлении пуллуланазой и обработке влажным теплом он образует кристаллическую структуру и не гидролизуется ферментами тонкого кишечника.
(Функция пищевых волокон, регулирующая кишечную флору)
4. Функциональные возможности приложения
Пленкообразующие свойства: Крахмал с высоким содержанием амилозы (после отделения разветвлений) обладает хорошими пленкообразующими свойствами и используется для изготовления разлагаемых упаковочных пленок.
Стабильность вкуса: декстрин с низким содержанием восстанавливающих концов (обработка α-амилазой) не подвержен реакции Майяра и может использоваться для сохранения цвета хлебобулочных изделий.
