Влияние декстрозного эквивалента на свойства мальтодекстринов

Мальтодекстрин – углевод (сахаристый крахмалопродукт), состоящий из соединенных вместе мономеров глюкозы, соединенных 1–4-связями. Представляет собой промежуточный продукт ферментного расщепления растительного крахмала, в результате чего молекулы крахмала делятся на фрагменты – декстрины, при этом образуются молекулы глюкозы (декстрозы), мальтозы, мальтотриозы [12]. Мальтодекстрин – это гидролизат крахмала с эквивалентом декстрозы (DE) менее 20. В отличие от натуральных крахмалов, мальтодекстрин растворим в воде. Фактически мальтодекстрин – это нечто среднее между глюкозой и крахмалом. Мальтодекстрины используются в продуктах переработки моло- ка, кондитерских и хлебобулочных изделиях, замороженных десертах, мясных продуктах из-за их способности образовывать мягкие, растекающиеся, термообратимые гели с характерным флейвором. Крахмалы обычно гидролизуются до значения DE от 0 до 100, и по мере увеличения DE увеличиваются реакция потемнения, понижение точки замерзания, гигроскопичность, сладость, растворимость и осмотичность, тогда как вязкость, эмульгирующая активность, пленкообразующая способность и способность предотвращать образование крупных кристаллов уменьшаются. Мальтодекстрин с низким DE имеет свойства, схожие со свойствами нативного крахмала, и может использоваться в качестве текстурообразователя [12].

Цель исследования – изучить влияние декстрозного эквивалента на свойства мальтодекстринов, полученных из различного крахмального сырья.

Объекты и методы исследования

Объектами исследования были определены: – мальтодекстрин, полученный из картофельного крахмала, и мальтодекстрин, полученный из кукурузного крахмала по ТУ BY 190239501.853-2013 [6] и ТИ BY 190239501. 10.068-2013 [5].

Органолептические исследования мальтодекстринов проводились согласно общепринятой методике постоянного титра Лейна и Эйнона [1].

Декстрозный эквивалент мальтодекстринов определен стандартизированной методикой по pat. US 5886168 [13].

Морфологическая структура оценена на сканирующем электронном микроскопе LEO 1420 (Германия). Металлизацию препаратов осуществляли золотом в вакуумной установке EMITECH K 550X.

Фазовая структура исследована методом рентгенографии. Образцы крахмала для записи рентгенодифрактограмм готовили в виде монолитных таблеток плоскоцилиндрической формы с гладкой поверхностью. Давление пресса было не менее 100 кг/см². Продолжительность воздействия пресса – от 15 до 30 мин в зависимости от типа образца. Дифракционные кривые записывали на рентгеновском дифрактометре HZG 4A (Carl Zeiss, Jena) с использованием медного (CuK) излучения, фильтрованного никелем. Все кривые снимались в абсолютно идентичных условиях, в шаговом режиме дискретного сканирования. Рентгенограммы исследуемых образцов описывали в режиме «на отражение». Степень кристалличности рассчитывали по отношению интенсивностей I к /I о, где I _к - интенсивность дифракции рентгеновских лучей на кристаллических областях; I о - общая интенсивность дифракции рентгеновских лучей.

Дегидратацию крахмала исследовали на синхронном термическом анализаторе STA 409 PC LUXX в температурном интервале 20– 220 °С со скоростями нагрева 5,0 К/мин; масса навески составляла 20,6–21,2 мг.

Статистическая обработка результатов. Статистическая обработка полученных результатов исследования проведена с использованием компьютерных средств (MS Office Excel) по общепринятым методикам.

Результаты исследований и их обсуждение

Чаще всего мальтодекстрины получают путем ферментативного гидролиза крахмала [4, 10, 14–16]. В качестве сырья используют крахмал различного ботанического происхождения [2–4, 14], крахмалосодержащее сырье [3, 8, 14], а также предварительно модифицированные крахмалы [15]. В зависимости от способа получения мальтодекстрины существенно различаются по структуре, свойствам и направлениям использования [7, 9–11, 17–20].

Анализируя внешний вид мальтодекстринов, полученных из картофельного и кукурузного крахмала, можно отметить, что они представляют собой мелкодисперсный порошок белого цвета (рис. 1). Однако мальтодекстрин из кукурузного крахмала имеет слегка заметный кремовый оттенок.

При сравнении морфологической структуры гранул мальтодекстринов, полученных из картофельного крахмала, и мальтодекстрина, полученного из кукурузного крахмала, можно отметить существенные отличия, прежде всего в размерах гранул (рис. 2). В сравнении с нативным крахмалом у мальтодекстринов размер гранул существенно меньше, причем гранулы картофельного мальтодекстрина крупнее гранул кукурузного мальтодекстрина.

Форма гранул мальтодекстринов как полученных из картофельного, так и полученных из кукурузного крахмала стремится к правильной округлой. Чем больше гранула мальтодекстрина, тем больше на ней дефектов, преимущественно вогнутостей (рис. 2).

Установлено, что нативный картофельный и нативный кукурузный крахмал имеют аморфно-кристаллическое строение, а картофельный и кукурузный мальтодекстрин представляют собой аморфное гало (рис. 3).

Проанализировав проведенные нами сравнительные физико-химические исследования картофельных и кукурузных мальтодекстринов и нативных крахмалов, можно предположить особенности строения гранулы мальтодекстрина (рис. 3).

Результаты исследований дегидратации мальтодекстринов представлены на ДСК кривых, где наблюдаются выраженные эндоэффекты при 75 и 210 °С. На кривых ТГ мальтодекстрина видно, что небольшие потери массы (3,5 %) происходят при 30–100 °С. В интервале температур 100–195 °С образцы остаются стабильными. Дальнейший нагрев при

а)

б)

Рис. 1. Внешний вид порошков мальтодекстринов: а – картофельного; б – кукурузного

а)                                                           б)

а)

Рис. 2. Сканирующие электронные микрофотографии мальтодекстрина: а – картофельного; б – кукурузного

б)

Рис. 3. Особенности структуры гранул: а – нативного крахмала:

1 – амилопектин, 2 – кристаллическая фаза амилопектина, 3 – аморфная фаза амилопектина, 4 – амилоза, 5 – аморфная фаза амилозы, 6 – внутренняя полость гранулы; б – мальтодекстрина: 1 – амилопектин (клейстеризован и частично гидролизован), 2 – амилоза (частично гидролизова-на), 3 – мальтотриоза, 4 – мальтоза, 5 – глюкоза (декстроза), 6 – внутренняя полость гранулы,

7 – аморфная фаза гранулы

195–300 °С приводит к потере 40 % от исходной массы образцов (рис. 4).

Следует отметить, что отличия между образцами картофельного и кукурузного мальтодекстрина незначительны и находятся в пределах погрешности измерений.

Свойства мальтодекстрина напрямую зависят от величины DE , который является относительной величиной, определяющей восстанавливающую способность, выражающуюся в граммах D-глюкозы (декстрозы) на 100 г сухого вещества (табл. 1, 2).

При величине DE = 4–6 % компонент сахара полностью отсутствует, мальтодекстрин состоит в основном из короткоцепочечных молекул амилозы и амилопектина, молекул тетрозы и обладает следующими свойствами:

• –    высокой связывающей способностью;

• –    высокой вязкостью водных растворов;

• –    хорошей антикристаллизационной способностью;

• –    способностью повышать температуру замерзания продукта [12].

При величине DE = 9–12 % в составе мальтодекстрина еще достаточно много молекул мальтотриозы; поэтому у такого мальтодекстрина отсутствует сладкий вкус, он плохо всасывает влагу и не принимает серую окраску; при использовании подобного мальтодекстрина в составе пищевого продукта улучшаются его вкусовые свойства, увеличиваются свойства вязкости.

При величине DE = 13–17 % величина сладости мальтодекстрина остается сравнительно низкой, он плохо всасывает влагу, не принимает серую окраску, имеет хорошую растворимость; при его применении можно получить желаемую вязкость пищевого продукта.

При величине DE = 18–20 % у мальтодекстрина начинает присутствовать немного сладковатый вкус, появляется свойство всасывания влаги. При определенном коэффициенте глюкозы (декстрозы) цвет может измениться на серый, он хорошо растворим в воде, а при использовании в пищевом продукте нет эффекта усиления вязкости.

Такие физико-химические показатели мальтодекстринов, как гигроскопичность, равновесная относительная влажность, осмотическое давление водных растворов мальтодекстринов, обусловлены средним значением молекулярных масс компонентов и присутствием связанной и несвязанной влаги. Так, мальтодекстрины с DE = 2 и 6 имеют наименьшую гигроскопичность. С увеличением DE происходит увеличение гигроскопичности и, как следствие, склонности к комкованию.

У мальтодекстринов сладость, побурение при нагревании, способность к ферментации увеличиваются с увеличением DE и в целом присущи сиропам глюкозы. Коэффициент сладости мальтодекстринов с DE = 2; 6; 12 равен ~ 0,1, а с DE = 17; 19; 20 коэффициент сладости равен ~ 0,2 (по отношению к сахарозе, коэффициент сладости которого принят за 1) [12].

а)

Рис. 4. ТГ кривые ( а ) и ДСК кривые ( б) мальтодекстринов:

1 – картофельный; 2 – кукурузный

б)

Таблица 1

Продукты неполного гидролиза крахмала при получении мальтодекстрина и его декстрозный эквивалент ( DE ) [2]

Таблица 2

Динамика изменения свойств мальтодекстрина в зависимости от декстрозного эквивалента

Свойства	Степень гидролиза
	Низкий DE	Высокий DE
1.    Связующая способность 2.    Молекулярный вес 3.    Антикристаллизующая способность 4.    Температура замерзания
1.    Сладкий вкус, гигроскопичность 2.    Реакция на тепло, появление коричневого оттенка 3.    Усиление запаха 4.    Ферментативность
Питательная ценность: 4 ккал/г	^^^^^^^^^^^^^^^^M