Крахмал (lat. Amylum) представляет собой органическое соединение, а именно полисахарид с формулой (C 6 H 10 O 5), который состоит из α-D- глюкозных звеньев. Крахмал является одним из важнейших компонентов растительных клеток.
История открытия крахмала
Еще с древних времен (примерно от 1000 до 500 г. н.э.) человек постоянно использовал крахмал в своем пищевом рационе.
Впервые крахмал был извлечен из пшеницы и риса. Позже, примерно в 15-16 веках, его стали добывать из картофеля. Однако извлечение крахмала из кукурузной муки долгое время оставалось недоступным.
В начале индустриальной эры разработка соответствующего оборудования и центробежных машин сделала производство крахмала дешевым и доступным.
Крахмальные зерна
Крахмал является продуктом усвоения углекислого газа. Обычно он присутствует в растительной клетке в виде организованных зерен. Эти крахмальные зерна имеют, в зависимости от типа растения, различные размеры и форму.
Они могут выглядеть сферическими, овальными, линзовидными или веретенообразными. Иногда, как у молочая, похожими на стержень с набухшими концами. Нередко несколько зерен собираются вместе, образуя округлую фигуру (сложные зерна крахмала).
Образование крахмала при фотосинтезе
Крахмал — это материал, в котором наземные растения и зеленые водоросли запасают и хранят энергию.
Как полисахарид, крахмал образуется в фотосинтезирующих клетках хлоропластах (у зеленых растений, различных водорослей) и пластид — в тканях растений, которые не содержат хлорофилл.
При поглощении растениями углекислого газа мелкие крахмальные зерна откладываются в клетках растений. Эти резервные вещества нерастворимы в воде и служат клеткам для запаса и хранения энергии. Они сосредоточены главным образом в тканях семян, клубнях и корнях растений.
Целью образования крахмала является хранение глюкозы в нерастворимой и, следовательно, осмотически неактивной форме. Поэтому крахмал (по сравнению с глюкозой) может сохранять свои свойства без большого количества воды, в более компактном виде.
Важность крахмала для человека
Когда крахмал потребляется — независимо от типа исходного растения — он расщепляется путем переваривания на более удобные сахарные составляющие — так называемые моно-, ди- и олигосахариды.
Эти вещества являются для человеческого организма основным источником энергии.
В зависимости от природы проглатываемого крахмала его можно подразделить на быстро перевариваемый крахмал (например, вареные овощи), а также легко усваиваемый крахмал (например, сырая пища) и устойчивый крахмал (например, клетчатка).
Поведение при нагревании (желатинизация)
Крахмал может физически связывать и многократно желатинизировать собственный вес в воде под воздействием тепла. При нагревании с водой крахмал набухает при 47-57 °C. При этом происходит разрыв слоев. При 55-87 °C (картофельный крахмал при 62,5 °C, пшеничный крахмал при 67,5 °C) образуется крахмальная паста, которая имеет различную жесткость.
При низких температурах процесс идет в обратном направлении — это называется ретроградацией крахмала.
Производство крахмала
Крахмал в основном производится из картофеля или зерна. Однако его также получают из множества других растений. В том числе риса, кукурузы и тапиоки.
В некоторых растениях гранулы крахмала находятся в свободной форме (например, картофель), так что его извлечение является относительно простым процессом. Растительный материал мелко измельчают, а крахмал промывают водой, который затем отделяют от суспензии (так называемое крахмальное молоко) и сушат.
В злаках крахмал заключен внутри белкового матрикса и процесс извлечения является более сложным.
Картофельный крахмал (лат. Amylum Solani)
Картофель содержит около 75% воды, 21% крахмала и 4% других веществ. Для производства картофельного крахмала готовый продукт традиционно измельчают как можно более мелко на быстро вращающихся пилообразных цилиндрах с добавлением воды. Полученная каша промывается.
Промытая мякоть содержит 80-95% воды и используется в качестве корма для крупного рогатого скота, для производства крахмального сахара, бренди и бумаги.
Пшеничный крахмал (лат. Amylum Tritici)
Пшеничный крахмал изготавливается из белой, тонкой, мучной пшеницы. Он содержит около 58-64% крахмала, около 10% клея и 3-4% мякоти.
Рисовый крахмал (лат. Amylum Oryzae)
Рис содержит 70-75% крахмала в дополнение к 7-9% нерастворимых белковых веществ, которые растворяются путем замачивания риса в очень слабом растворе гидроксида натрия. Затем рис измельчают в мельнице с добавлением слабого раствора едкого натра, оставляют на короткое время оседать, так что более крупные части опускаются на дно. Осаженная вода отбирается.
Из осадка крахмал вымывается водой во вращающемся ситовом цилиндре, после чего он освобождается от клея дополнительной обработкой щелочью и суспензиями. Первому полученному чистому крахмалу дают отстояться, удаляют верхний загрязненный слой, обрабатывают остаток на центробежной машине и высушивают.
Кукурузный крахмал (лат. Amylum Maydis)
Кукуруза размягчается четыре-пять раз каждые 24 часа в воде при температуре 35 °С, промывается и затем проходит еще два цикла измельчения. Мука падает в заполненный водой чан с лопастной мешалкой и перемешивается.
Насыщенная крахмалом вода, прошедшая через ткань, проходит в желоба, затем фильтруется через тонкую ткань и, наконец попадает в наклонные сланцы длиной 80-100 м, на которых осаждается чистый крахмал.
Сточные воды, содержащие только следы крахмальной воды, оставляют для отстоя, чтобы использовать в качестве корма для скота.
Использование крахмала
Крахмал используется в основном в качестве подсластителя в производстве напитков, хлебобулочных, молочных и кондитерских изделий.
Отдельные виды крахмала (такие как картофельный или кукурузный) также служат незаменимым ингредиентом в пищевой промышленности, где они используется в форме модифицированного крахмала.
Крахмал является основным загустителем в пищевой промышленности и используется в различных готовых блюдах во всем мире.
Помимо прочего, крахмал применяют для травления хлопка и склеивания бумаги.
Относительно новым является использование крахмала для компостируемой одноразовой посуды и столовых приборов (биопластик).
Применяется для производства макаронных изделий и других мучных продуктов, таких как хлеб и другие хлебобулочные изделия.
В аптеке крахмал используется в производстве таблеток, где он может служить наполнителем, основой, дезинтегратором и связующим веществом.
