Крахмал в чистом виде

Крахмал — это белый, хрустящий порошок, который не имеет ни запаха ни вкуса, он относится к сложным углеводам и в процессе усвоения пищи расщепляется до глюкозы — основного источника энергии для всех наших клеток. Поскольку он играет огромную роль в обеспечении нас энергией мы подобрали для вас десять интересных фактов о крахмал.

1. В рационе человека именно крахмал является основным источником углеводов, он содержится в картофеле, выпечке, макаронах и каше. Его много в крупах, среди злаковых больше всего его в рисе (до 89%), пшеницы (до 74%), ржи (до 72%) и кукурузе (до 72%). Чистый крахмал обычно получают из кукурузы, риса и картофеля.

2. В растениях крахмал содержится в виде гранул, преимущественно в плодах, клубнях и семенах. Крахмал — запас питательных веществ, которые накапливаются растениями в результате фотосинтеза.

3. Крахмал — растительный полисахарид, который состоит из молекул амилозы и амилопектина. В сочетании молекулы крахмала образуют гранулы, именно из-за трения гранул порошок крахмала так характерно скрипит.

4. Крахмал хорошо взаимодействует с йодом, молекулы йода проникают в кристаллическую структуру амилозы и амилопектина и меняют окраску амилозы на сине-фиолетовый, а амилопектина на фиолетово-красный цвет. Именно поэтому, если капнуть раствор йода на картофель она окрашивается интенсивно темно-синим цветом. Сочетание йода и крахмала неустойчиво и при нагревании цвет исчезает, а при охлаждении появляется снова. Благодаря такой особенности в домашних условиях есть возможность проверить наличие крахмала в продуктах, где его не должно быть, и обнаружить например фальсификацию меда или сметаны.

5. Для человека крахмал является основным источником углеводов. Под действием ферментов крахмал превращается в глюкозу и высвобождает энергию, которая необходима для функционирования организма.

6. В пищевой промышленности крахмал используют как загуститель и поэтому его добавляют в кисель, кетчуп, майонез и разнообразных соусов. Чтобы удешевить себестоимость продукта, крахмал часто добавляют в колбасу, сосиски и мясные паштеты. Обычно на этикетке крахмал обозначают кодом E1404.

7. Поскольку крахмал не имеет запаха и вкуса, его используют как наполнитель таблеток лекарственных препаратов. Также крахмал используется для получения глюкозы, а в текстильной промышленности с его помощью обрабатывают ткани.

8. Крахмал не растворяется в холодной воде, а в горячей он набухает (растворяется) и образуется коллоидный раствор — клейстер. Клейстер затвердевает после высыхания и поэтому его используют, как экологически безопасный клей. Кукурузный клейстер лучше затвердевает чем клейстер из картофельного крахмала.

9. Раствор крахмала в воде в соотношении 2:1 относится к «неньютоновской жидкости», то есть он меняет свою вязкость в зависимости от скорости взаимодействия с ним. Если медленно опустить руку в такой раствор то он будет оставаться жидким как вода, но если быстро ударить по его поверхности, он мгновенно превратится в очень эластичную и упругую массу, которая не позволит руке погрузиться в раствор.

10. Добыть крахмал можно и в домашних условиях. Для этого почищенную картофелину необходимо мелко натереть на терке и залить водой. Через несколько часов, после того, как раствор отстоится, на дно сосуда выпадет осадок (это и есть крахмал). Затем воду необходимо аккуратно слить, а полученный крахмальный осадок высушить.

Содержание

Устойчивый крахмал: что нужно знать об этом полезном углеводе?

Мы постоянно слышим о необходимости ограничивать углеводы, и слово «крахмал» вряд ли ассоциируется со здоровьем. Вы, возможно, будете удивлены, но существует полезная разновидность крахмала – это устойчивый, или резистентный, крахмал.

Что такое устойчивый крахмал и какую пользу он приносит?

Резистентный крахмал (от латинского resistere – сопротивляться) – это крахмал, устойчивый к воздействию пищеварительных соков. Его еще называют «неперевариваемый крахмал». Основные пищеварительные процессы протекают в тонкой кишке, где переваривается и основная часть крахмалов обычных. Резистентный крахмал имеет свойства растительной клетчатки и переваривается лишь незначительно. В организме человека нет ферментов, расщепляющих его. Устойчивый крахмал служит пищей для полезной микрофлоры кишечника – микробиома. Этот сложный углевод переходит неизменным из тонкой кишки в толстую, где ферментируется бактериями вместе с содержащейся в пище клетчаткой с образованием важных продуктов – короткоцепочечных жирных кислот. Наиболее ценная среди них – масляная кислота – бутират. Она дает питание клеткам кишечника и полезной микрофлоре, оказывает противовоспалительное и противораковое действие.

Открытие устойчивого крахмала

Наука стала проявлять интерес к полезным свойствам крахмалов, в том числе и устойчивых, несколько десятилетий назад. Ученые, изучавшие злокачественные кишечные опухоли, обратили внимание на то, что у некоторых народностей и племен Восточной Африки очень низкая заболеваемость раком кишечника. При этом в их рационе было мало клетчатки, считавшейся в то время одним из главных средств предотвращения кишечного рака, и много таких высококрахмалистых продуктов, как кукуруза, бананы, батат (сладкий картофель), ямс. Эти народы, также, мало болели сахарным диабетом и сердечно-сосудистыми заболеваниями. Позже было доказано, что это связано с большим содержанием устойчивого крахмала в этих продуктах. В последнее время интерес к резистентным крахмалам усилился, было установлено их большое значение и многоплановое действие на организм.

Типы резистентного крахмала

Различают 4 типа по его источникам:

1 тип резистентного крахмала содержится в цельных и грубого помола зернах злаков, семенах, бобовых и корнеплодах. Этот тип устойчив к перевариванию из-за того, что связан с клетчаткой.

2 тип находится в картофельном крахмале, сыром картофеле, зеленых бананах. Человеческий организм может переварить его после тепловой обработки. Однако после нее крахмал уже не будет резистентным, и не будет питать полезную микрофлору.

3 тип образуется в отварных крахмалсодержащих продуктах после их охлаждения: в картофеле, рисе белом и коричневом, овсянке, макаронных изделиях, бобовых, корнеплодах. Содержится в хлебе цельнозерновом и из муки грубого помола. Длинные молекулы крахмала восстанавливаются.

4 тип – химически модифицированный крахмал. Обычно, делается из кукурузы. Используется в производстве продуктов, полуфабрикатов.

В рационе здорового питания должны быть только три первых вида устойчивого крахмала.

Полезные свойства устойчивого крахмала

Резистентный крахмал – слишком ценное вещество, чтобы забывать о нем, и обладает многими полезными свойствами. Вот основные из них:

Устойчивый крахмал поддерживает полезную кишечную микрофлору и угнетает патогенную

Бутират, образующийся при расщеплении резистентных крахмалов ферментами полезных бактерий, служит им пищей. Хорошая микрофлора развивается, подавляя при этом рост микрофлоры патогенной.

Питает клетки кишечника

Бутират питает не только микробиом, но и клетки кишечника, являясь для них одним из основных источников энергии.

Участвует в регуляции уровня сахара в крови

Одно из важнейших свойств. Устойчивые крахмалы – «медленные» углеводы. Они расщепляются ферментами бактерий, в основном, до короткоцепочечных кислот, и небольшого количества глюкозы, в отличие от крахмалов обычных, дающих простые сахара. Влияние резистентных крахмалов на уровень сахара и инсулина в крови активно изучается. Доказано, что добавление в пищу этого вида крахмала способствует стабилизации уровня сахара на невысоких значениях и повышает чувствительность к инсулину.

Это свойство особенно важно для имеющих лишний вес, страдающих диабетом и преддиабетом. Крахмал медленно расщепляется и дает постепенное поступление глюкозы в кровь. Благодаря этому не повышается уровень инсулина, который «помогает» увеличению жирового запаса. Причем предотвращение резкого подъема сахара проявляется и при следующем приеме пищи. Например, при употреблении пищи с резистентным крахмалом на завтрак, уровень сахара в крови будет без всплесков и в обед.

  • Доказано, что чувствительность тканей к инсулину снижается на 40% при превышении массы тела на 35-40% от нормы.

Повышение чувствительности к инсулину (или снижение инсулинорезистентности) проявляется при регулярном употреблении пищи, содержащей устойчивый крахмал.

Такое действие резистентных крахмалов имеет значение и для всех людей в плане профилактики заболеваний и поддержания общего здоровья.

Устойчивый крахмал помогает в похудении

Наряду с клетчаткой и белком резистентный крахмал дает стойкое чувство насыщения и минимум калорий при этом. Мы получаем около 2 килокалорий от 1 грамма крахмалов устойчивых, в то время как от 1 г усвояемых крахмалов – 4,2 ккал. Устойчивые крахмалы способствуют вовлечению в обмен веществ жировых запасов.

Улучшает усвоение и биодоступность минеральных веществ

Необходимые нам элементы, такие как кальций и железо, обычно находятся в связанном состоянии и поэтому трудно усваиваются. Мы часто испытываем дефицит этих важных элементов. При ферментации крахмала кишечной микрофлорой создаются условия для лучшего усвоения минеральных веществ. Исследования показали существенное увеличение всасывания железа и кальция, фосфора и цинка в толстой кишке.

Способствует повышению иммунитета

Бутират дает питание клеткам слизистой оболочки кишечника, в том числе и находящимся там иммунным клеткам, увеличивая их количество. Кишечник является важной частью иммунной системы: в его слизистой оболочке находится больше иммунных клеток, чем во всем остальном организме.

Улучшает моторику кишечника

Нерегулярное опорожнение кишечника, явления запора или диареи часто могут быть уменьшены включением в рацион резистентного крахмала. Он поддерживает полезную кишечную микрофлору – одно из главных условий здорового пищеварения. Полезные бактерии активно предотвращают диарею, помогают формированию правильного стула.

Профилактика рака кишечника

Одна из главных причин включать в рацион продукты с устойчивым крахмалом – профилактическое действие в отношении рака толстой кишки. Смертность от рака кишечника находится на третьем месте на планете среди злокачественных опухолей. В этом направлении в мире ведется большая научно-исследовательская работа.

Повреждения ДНК кишечных клеток и мутации приводят к образованию раковых клеток. Выявлено, что постоянное поступление бутирата в толстую кишку вызывает запуск программы самоуничтожения измененных клеток. Если в кишечнике мало бутирата и наш микробиом «голоден», то он не может защитить нас от раковых клеток. Употребляя продукты, содержащие резистентный крахмал, мы поддерживаем микробиом и, тем самым, свое здоровье.

Как получать достаточное количество устойчивого крахмала с пищей?

В источник полезного крахмала можно превратить обычные картофель и рис. Для этого нужно просто сварить их, а затем поставить в холодильник на несколько часов. Это же относится к бобовым и другим крахмалсодержащим продуктам, например, макаронам. Любимое многими картофельное пюре и печеный картофель теперь тоже можно не исключать из меню, разумеется, охладив их.

Следует помнить, что при разогревании резистентный крахмал снова переходит в обычный и теряет свои свойства. Однако приготовленные и охлажденные продукты не обязательно есть холодными. Лучше есть их лишь немного подогретыми, теплыми. Или дать им постоять на столе и нагреться до комнатной температуры.

  • Употребление холодной пищи полезно имеющим избыточный вес: организм тратит дополнительные калории на ее нагревание.

Другие продукты, содержащие резистентный крахмал: овсяные хлопья (длительного приготовления!), хлеб цельнозерновой и из муки грубого помола, корнеплоды, особенно, топинамбур, из южных – батат, маниок (кассава), ока.

Надо чаще есть бобовые. Кроме устойчивого крахмала они содержат качественный растительный белок. У некоторых, однако, бобовые вызывают вздутие живота. Для хорошего усвоения перед приготовлением их нужно замачивать на ночь. В индийской и азиатской кухнях применяется специя асафетида, облегчающая усвоение бобовых. Теперь ее можно купить и у нас. Бобовые хорошо сочетаются с некрахмалистыми овощами и зеленью, с ними хорошо делать овощные и мясные салаты. Кстати, население регионов мира с традиционным потреблением бобовых отличается здоровьем и долголетием.

Много устойчивого крахмала содержится в недозрелых бананах и, конечно, в сыром картофельном крахмале. Кушать неспелые бананы и крахмал не всегда захочется, но их прекрасно можно добавлять в смузи вместе с сырыми овсяными хлопьями длительного приготовления. Смузи при грамотном подходе – не просто коктейль, и его регулярное употребление надо взять за правило.

► Смузи с крахмалом – тыква и морковный сок для здоровья кишечника.

Добавляйте неспелые бананы во фруктовые салаты.

Картофельный крахмал, как источник резистентного крахмала, можно добавлять в блюда. Рекомендуется начинать с 1 столовой ложки в день, постепенно увеличивая дозу до 3 ложек для достижения большего эффекта. Если начать делать это регулярно, положительный эффект от устойчивого крахмала наступит через 1-2 недели, когда в кишечнике начнет образовываться максимальное количество бутирата. В одной столовой ложке крахмала содержится примерно 8 граммов устойчивого крахмала и практически нет усвояемых углеводов. Хорошо переносимая суточная доза – 40-45 г. Увеличивать ее нет смысла. Превышение может приводить к повышенному газообразованию: кишечные бактерии не справляются с таким количеством крахмала.

Немного крахмала можно добавлять в утренний стакан воды – 1/3-1 чайную ложку.

Лучшим решением будет все же употребление устойчивых крахмалов в их естественном виде: вареный рис и картофель, бобовые, недозрелые бананы, корнеплоды. Хорошо делать салаты с охлажденными чечевицей, фасолью, картофелем. Все эти продукты дают нам не только резистентный крахмал, но и клетчатку, микронутриенты и много другого полезного. Если таких продуктов в рационе мало, надо увеличить их долю, есть больше сырой и малообработанной пищи. Тогда мы будем получать необходимые нам 15-30 г устойчивых крахмалов в день, а также растительную клетчатку.

В одном среднем зеленом банане содержится примерно 15 г резистентного крахмала. В 100 г несваренных овсяных хлопьев длительного приготовления – 10 г.

Исследования показали больший эффект от устойчивого крахмала при его сочетании с пшеничными отрубями. Это обеспечивает более медленную ферментацию резистентного крахмала и бОльшую его концентрацию в нижних отделах толстой кишки, где больше всего нужен образующийся из устойчивых крахмалов бутират. Это, также, способствует снижению концентрации аммиака.

Сколько резистентного крахмала нам нужно?

15-30 граммов ежедневно. И лучше получать его из продуктов.

Повышает ли устойчивый крахмал уровень сахара в крови?

Не повышает. Он практически не усваивается. Этот вид крахмала – пища для полезных кишечных бактерий, а не для вас. Картофель лучше варить, а не жарить или запекать, тогда его гликемический индекс будет значительно меньше – 70, а не 95.

Всем ли полезен устойчивый крахмал?

Нет. Страдающим синдромом раздраженного кишечника следует ограничивать употребление нерастворимых пищевых волокон, а, следовательно, и резистентных крахмалов.

Отзыв: Крахмал картофельный «Айдиго» — Качественный крахмал в удобной упаковке с хорошим рецептом.

Крахмал покупаю редко, потому что использую лишь в одном блюде — рубленные куриные котлеты, которые готовлю редко. Обычно покупала самый дешевый в Магните. А тут нужно было проведать в больнице подругу, которая заказала сварить ей кисель. Кисель очень полезный напиток особенно для тех, у кого есть проблемы с желудком. Но мы, к сожалению, его в свой рацион не включаем. Сварить кисель просто, но я варила его своему маленькому сыну более 20 лет назад, поэтому прочитать рецепт с пропорциями мне было просто необходимо. Сейчас с этим нет проблем, в интернете рецептов много. Но для начала отправилась я в магазин за крахмалом, где приобрела вот такой картофельный крахмал » Айдиго».

Пакет массой 250 грамм имеет ZIP застежку и устойчивое дно, что бесспорно удобно для хранения данного продукта.
Изготовлен этот крахмал в Свердловской области. Производитель гарантирует высокое качество крахмала. И действительно крахмал имеет белый цвет с кристаллическим блеском, без серого оттенка.

На упаковке есть рецепт киселя.

Я решила сварить именно по этому рецепту из замороженных ягод.
Кисель получился замечательный, по густоте в самый раз. Подруге моей очень понравился, да и мы с мужем выпили по чашечке с удовольствием.

Спасибо » Айдиго» за хороший рецепт и качественный продукт.
Картофельный крахмал этого производителя к покупке рекомендую и сама буду покупать.

Гомополисахариды: крахмал (амилоза и амилопектин), гликоген, целлюлоза — строение, свойства, гидролиз, биороль.

Крахмал. Этот полисахарид состоит из полимеров двух типов, построенных из D-глюкопиранозы: амилозы (10-20%) и амилопектина (80-90%). Крахмал образуется в растениях в процессе фотосинтеза и «запасается» в клубнях, корнях, семенах.

Крахмал — белое аморфное вещество. В холодной воде нерастворим, в горячей набухает и некоторая часть его постепенно растворяется. При быстром нагревании крахмала из-за содержащейся в нем влаги (10-20%) происходит гидролитическое расщепление макромолекулярной цепи на более мелкие осколки и образуется смесь полисахаридов, называемых декстринами. Декстрины лучше растворяются в воде, чем крахмал.

Такой процесс расщепления крахмала, или декстринизация, осуществляется при хлебопечении. Крахмал муки, превращенный в декстрины, легче усваивается вследствие большей растворимости.

Амилоза — полисахарид, в котором остатки D-глюкопиранозы связаны α(1,4)-гликозидными связями, т. е. дисахаридным фрагментом амилозы является мальтоза.

Цепь амилозы неразветвленная, включает до тысячи глюкозных остатков, молекулярная масса до 160 тыс.

По данным рентгеноструктурного анализа, макромолекула амилозы свернута в спираль. На каждый виток спирали приходится шесть моносахаридных звеньев. Во внутренний канал спирали могут входить соответствующие по размеру молекулы, например молекулы йода, образуя комплексы, называемые соединениями включения. Комплекс амилозы с йодом имеет синий цвет. Это используется в аналитических целях для открытия как крахмала, так и йода (йодкрахмальная проба).

Рис. 1. Спиралевидная структура амилозы (вид вдоль оси спирали)

Амилопектин в отличие от амилозы имеет разветвленное строение (рис. 2). Его молекулярная масса достигает 1-6 млн.

Рис. 2. Разветвленная макромолекула амилопектина (цветные кружки — места ответвления боковых цепей)

Амилопектин — разветвленный полисахарид, в цепях которого остатки D-глюкопиранозы связаны α(1,4)-гликозидными связями, а в точках разветвления — α(1,6)-связями. Между точками разветвления располагаются 20-25 глюкозных остатков.

Гидролиз крахмала в желудочно-кишечном тракте происходит под действием ферментов, расщепляющих α(1,4)- и α(1,6)-гликозидные связи. Конечными продуктами гидролиза являются глюкоза и мальтоза.

Гликоген. В животных организмах этот полисахарид является структурным и функциональным аналогом растительного крахмала. По строению он подобен амилопектину, но имеет еще большее разветвление цепей. Обычно между точками разветвления содержатся 10-12, иногда даже 6 глюкозных звеньев. Условно можно сказать, что разветвленность макромолекулы гликогена вдвое больше, чем амилопектина. Сильное разветвление способствует выполнению гликогеном энергетической функции, так как только при множестве концевых остатков можно обеспечить быстрое отщепление нужного количества молекул глюкозы.

Молекулярная масса гликогена необычайно велика и достигает 100 млн. Такой размер макромолекул содействует выполнению функции резервного углевода. Так, макромолекула гликогена из-за большого размера не проходит через мембрану и остается внутри клетки, пока не возникнет потребность в энергии.

Гидролиз гликогена в кислой среде протекает очень легко с количественным выходом глюкозы. Это используют в анализе тканей на содержание гликогена по количеству образовавшейся глюкозы.

Аналогично гликогену в животных организмах такую же роль резервного полисахарида в растениях выполняет амилопектин, имеющий менее разветвленное строение. Это связано с тем, что в растениях значительно медленнее протекают метаболические процессы и не требуется быстрого притока энергии, как иногда необходимо животному организму (стрессовые ситуации, физическое или умственное напряжение).

Целлюлоза. Этот полисахарид, называемый также клетчаткой, является наиболее распространенным растительным полисахаридом. Целлюлоза обладает большой механической прочностью и выполняет функцию опорного материала растений. Древесина содержит 50-70% целлюлозы; хлопок представляет собой почти чистую целлюлозу. Целлюлоза является важным сырьем для ряда отраслей промышленности (целлюлозно-бумажной, текстильной и т. п.).

Целлюлоза — линейный полисахарид, в котором остатки D-глюкопиранозы связаны β(1,4)-гликозидными связями. Дисахаридный фрагмент целлюлозы представляет собой целлобиозу.

Макромолекулярная цепь не имеет разветвлений, в ней содержится 2,5-12 тыс. глюкозных остатков, что соответствует молекулярной массе от 400 тыс. до 1-2 млн.

β-Конфигурация аномерного атома углерода приводит к тому, что макромолекула целлюллозы имеет строго линейное строение. Этому способствует образование водородных связей внутри цепи, а также между соседними цепями.

Такая упаковка цепей обеспечивает высокую механическую прочность, волокнистость, нерастворимость в воде и химическую инертность, что делает целлюлозу прекрасным материалом для построения клеточных стенок растений. Целлюлоза не расщепляется обычными ферментами желудочно-кишечного тракта, но необходима для нормального питания как балластное вещество.

Большое практическое значение имеют эфирные производные целлюлозы: ацетаты (искусственный шелк), нитраты (взрывчатые вещества, коллоксилин) и другие (вискозное волокно, целлофан).

Преобразование крахмала

Преобразование крахмала

Сухие вещества в сусле на 90-92% состоят из углеводов (карбогидратов) . Белок же занимает всего 4-5%, остальное это витамины, минералы и рассеянные микроэлементы. Углеводы на 95% являются продуктом преобразования крахмала в заторном баке. Затирание — основной способ деградации крахмала в заторе. При этом из нерастворимого крахмала образуются сахара — топливо для дрожжей, необходимое для ферментации. Время, за которое происходит это преобразование, и условия определяют эффективность с которой потребляются ингредиенты сусла, степень сбраживаемости и качество сусла.

Во время затирания преобразованию крахмала предшествует его желатинизация. Этот процесс не является обязательным (хотя в процессе роста растения из зерна происходит точно такой же процесс), но преобразование крахмала ферментами (алфа-, бета-амилазой и предельной декстриназой) значительно ускоряется вымыванием амилозы и амилопектина из гранул крахмала.

Желатинизация

Образование крахмальных зерен начинается в определенных точках стромы пластиды, называемых образовательными центрами. Рост зерна происходит путем последовательного отложения слоев крахмала вокруг образовательного центра. Смежные слои в одном зерне могут иметь различный показатель преломления света, и тогда они видны под микроскопом – слоистые крахмальные зерна. Расположение слоев может быть концентрическим (пшеница) или эксцентрическим (картофель). Во время роста зерна слои чередуются, образовывая аморфную и кристаллическую последовательность.

Гранулы крахмала нерастворимы в холодной воде, впитывая в себя лишь её небольшой объем. Они формируют суспензию, быстро оседая без взбалтывания. С нагревом от 50 градусов гранулы поглощают больше воды, разбухая . На этом этапе объем поглощенной воды может быть больше размера зерна крахмала до тридцати раз. Поглощение воды происходит в аморфных слоях роста. В этот момент из гранулы крахмала начинает выщелачиваться амилоза, при этом кристаллические слои отрываются от гранулы, образуя желатиновые листы. При этом кристаллическая структура зерна крахмала теряется . Это и есть процесс желатинизцаии.

В то время как диапазон температур, при которых происходит желатинизация отдельных крахмальных зерен, весьма узок (~ 1C), желатинизация всего затора может происходить при большем разбросе температур. На рисунке 1 показаны диапазоны температур желатинизации разных крахмалосодержащих культур. Как видно из графика, при паузе осахаривания крахмала ячменя крахмал других растений далеко не всегда может желатинизироваться. Для осахаривания крахмала этих растений он должен быть полностью желатинизирован до паузы осахаривания. Так же проблемы могут возникнуть и с мелкими зернами крахмала. Они в отличии от крупных зерен требуют более высокой температуры. Этим свойством объясняются плюсы эффективности отварочного метода затирания.

Желатинизация требует достаточного объема свободной воды для набухания крахмала и разрыва водородных связей, поддерживающих кристаллическую структуру зерен. Если объем воды ограничен из-за высокой концентрации крахмала, набухание зерен уменьшается, и разрушение кристаллической структуры требует её расплавления . Что требует повышения температуры желатинизации. Недостаток свободной воды может быть вызван наличием сахаров и других растворенных веществ. Например для кукурузного крахмала повышение содержания сахарозы в заторе на 25% повышает температуру желатинизации с 70 до 78С . Это является одной из причин, по которой густой затор обладает меньшей эффективностью чем жидкий.

Во время желатинизации крахмала вязкость жидкой фракции дробины повышается. Это не так заметно в пивоварении как в готовке. В то же время ферменты (а частности α-амилаза) разрывают освободившиеся цепочки амилозы амилопектина. Этот процесс уменьшает вязкость затора и называется сжижением . Нагрев до 70-74C и последующая пауза уменьшает вероятность подгорания затора при отварочном методе.

Сильное увеличение вязкости зернового затора часто является серьёзной проблемой для пивовара. Особенно это заметно с варками риса, который очень сильно разбухает. Это ведет к подгоранию и остановке перемешивания сусла мешалками . По этой причине следует добавлять немного солода при температуре 75-80С (до того как вся α-амилаза будет денатурирована) для разжижения перед кипячением.

Температура желатинизации также зависит от условий роста зерновых и года урожая . Кесслер выяснил, что существует прямая зависимость температуры желатинизации от показателя солода «VZ 45C», которое является отношением экстракта, полученного при 45С и экстракта, получаемого при congress mash (особая процедура затирания при 70С). Этот параметр часто используется в спецификации солодов. На рисунке 2 представлена информация, полученная Кесслером. В соответствии с данными от компании Ваерманн, показатель VZ45 в их солодах достигает 35, что требует 65С для желатинизации. Эта температура не вызывает проблемы при одной паузе осахаривания, однако при мальтозной паузе, проводимой при 63С крахмал не сможет полностью желатинизироваться. В этом случае нужна дополнительная пауза на 65С для достижения требуемой сбраживаемости сусла.

Расщепление молекул крахмала ферментами

Преобразование крахмала в заторе по больше части ферментативный процесс, в котором принимают участие 4 типа ферментов. Наиболее известны α- и β-амилаза. Оба работают на α(1-4) гликозидных связях молекул крахмала и декстрина. Другой фермент — предельная декстриназа способна расщеплять α(1-6) гликозидные связи, формирующие узлы из нескольких цепочек амилопектина. И наконец — мальтаза, которая отщепляет молекулы глюкозы он нередуцированного конца дисахарида или полисахарида. Так как этот фермент быстро инактивируется при температурах выше 45 С, он обычно не играет важной роли.

α-амилаза — это фермент, способный расщеплять любую α(1-4) связь в крахмале или декстрине за исключением точек ветвления. Это расщепление гликолизидных связей называется гидролизом так как поглощает одну молекулы воды. Этот фермент отвечает за быстрое уменьшение вязкости затора и отсутствие «синей» йодной пробы после желатинизации крахмала. Этот процесс называется разжижением затора. В то время как α-амилаза хороша в расщеплении крахмала на декстрины, которые показывают коричневую йодную пробу вместо синей, она не слишком хороша для сбраживаемых сахаров. α-амилаза имеет особенность расщеплять более крупные молекулы.

β-амилаза подходит куда лучше для производства сбраживаемых сахаров. β-амилаза «откусывает» по 2 молекулы глюкозы с нередуцированного конца цепочки молекул одну за другой. Из-за принципа действия фермента в пивном сусле большая часть сахаров — это мальтоза. Действие фермента прекращается при приближении к связи α(1-6). После это требуется помощь α-амилазы или предельной декстриназы. Первая разорвет цепочку молекул и подготовит новый с нередуцированный конец, вторая разорвет связь α(1-6) и так же оставит новый с нередуцированный конец, с которым опять начнет работу β-амилаза. Это процесс называется осахариванием и обычно идет за разжижением затора. Если сусло должно быть хорошо сбраживаемым используют β-амилазу путем подходящей температуры затирания.

Для полного осахаривания недостаточно действия α- и β-амилазы. Причина тому связи α(1-6), которые составляют 6-7% в амилопектине. Тут нам и поможет предельная декстриназа. У этого фермента оптимальная температура 60-62,5 С (по другим данным 50-60 С), схожая с оптимумом для β-амилазы. Её нестабильность при 63-70 градусах является основной причиной большого числа предельных декстринов в сусле, которые не расщепляются α- и β-амилазой. Предельные декстрины придают пиву положительные свойства, поэтому их следует расщеплять только для получения хорошо сбраживаемого сусла.

Таблица 1. Сравнительное содержание карбогидратов в солоде и сусле

Оптимальный диапазон температур для мальтазы находится между 30 и 40 °С, она может отделять одну молекулу глюкозы от цепочки с нередуцированного конца. Этот фермент предпочитает простые молекулы с низкой полимеризацией, чаще выбирая для своей целью мальтозу . На деле мало интересна для затирания, так как требует замачивания ниже 40 °С. Если ставится цель поднять содержание глюкозы в сусле, то следует после осахаривания при 63-65 °С остудить сусло до 40 °С и провести пазу на 30-45 минут с добавлением дополнительной порции солода и свежего фермента. После чего следует повторно провести осахаривание. О таком затирании рассказал Маркус Германн из пивоваренной школы Ванштефан, оно способствует получению богатых эфирных пшеничных сортов пива .

Сахараза и инвертаза также активны в заторе. Эти ферменты расщепляют сахарозу на фруктозу и глюкозу. В то же время сахарозы крайне мало в заторе, поэтому роль ферментов незначительна.

Потребление одной молекулы воды означает, что при производстве одного килограмма мальтозы (или эквивалентной смеси глюкозы, мальтозы и крупных сахаров/декстринов) крахмал потребляет 50 миллилитров воды. Типичный затор для получения 19 литров сусла употребит 150 миллилитров воды. Это 1% от всей воды, добавленной на затирание, он обычно опускается из расчетов.

Кунце описывает четыре различных этапа преобразования крахмала при затирании . При низких температурах крахмал не набухает и остается в воде в виде суспензии. После окончания перемешивания зерна крахмала быстро оседают на дно. При этом йодная проба не синеет, вязкость жидкой фазы низкая. Но даже при низкой температуре амилазы уже начали свою атаку на гранулы крахмала. С повышением температуры происходит желатинизация крахмала, освобождая молекулы амилозы и амилопектина. Эти крупные молекулы сгущают затор, его вязкость растет. Йодная проба черно-синяя на этом этапе. В этот момент амилазы (в особенности α-амилаза) и предельная декстриназа начинают быстро расщеплять молекулы амилозы и амилопектина на крупные декстрины, тем самым серьезно снижая вязкость затора. Этот процесс называется разжижением. Йодная проба становится менее синей и более красно-коричневой, что показывает общее уменьшение молекул крахмала. Декстрины становятся мельче, β-амилаза и предельная декстриназа начинают активнее работать, расщепляя их не ферментируемые сахара, в то время как α-амилаза оказывает предпочтение крупным молекулам. Этот процесс называется осахариванием, он завершается частой йодной пробой.

Влияние условий затирания

Такие условия затирания как температура, время, гидромодуль, pH и остальные влияют на сложное взаимодействие между ферментами и субстратами, качеством получаемого сусла. Контролируя эти условия, пивовар может серьезно влияет на состав сусла и вкус готового пива. Помимо качества сусла, изменяется и объем экстракта, получаемого из засыпи. Вот почему пивовар должен иметь хорошее представление о процессах, проходящих при затирании.

Ниже следует детальное описание условий, влияющих на разнообразные параметры затора.

Температура и время

Процесс затирания заключается в последовательности температурных пауз, выдерживаемых определенное время. В самом простом случае проводится только одна пауза. Такой способ затирания называется изотермическим или однопаузным. Температура и длительность выбирается таким образом, что только определенные ферменты работают над затором. Эффект от оптимальной температуры не является постоянным для ферментов, но в то же время зависит от длительности проводимой паузы. При низкой температуре ферменты работают медленней, в то же время сохраняя дольше свою жизнеспособность, расщепляя больше продукта.

В то время как при 55 °С ферменты могут переработать до 90% потенциального экстракта, температура желатинизации крахмала не достигается, поэтому для осахаривания выбирается более высокая температура. Таким образом ферменты используются наиболее эффективно.

Таблица 2. Оптимальные температура и pH по Нарциссу и Кунце

Температура затирания и его продолжительность напрямую влияют на сбраживаемость сусла. Сбраживаемость — это отношение между сбраживаемыми сахарами (глюкоза, мальтоза, мальтотриоза) и общим объемом экстракта. Так как большая часть экстракта углеводы, сбраживаемость напрямую связана с балансом между сбраживаемыми и несбраживаемыми продуктами расщепления крахмала. Этот баланс управляется интенсивностью работы β-амилазы и предельной декстриназы. Оба эти фермента более чувствительны к теплу, чем α-амилаза (Таблица 2), эта особенность и используется для управления их активностью, особенно при однопаузном затирании.

Зависимость активности β-амилазы от температуры

Зависимость активности α-амилазы от температуры

Чем дольше работает β-амилаза и предельная декстриназа, тем больше становится степень сбраживания сусла. При однопаузном затирании этот процесс управляется температурой. Чем выше температура, тем быстрее денатурируется β-амилаза, и меньше сбраживаемых сахаров производится. На низких температурах эти ферменты остаются активными и продолжают работу более медленно. Заметьте, что для получения нередуцированных концов цепочек молекул глюкозы требуется активность α-амилазы (особенно за точками ветвления молекул амилопектина). Хотя эта температура и не является оптимумом для работы α-амилазы, её активности достаточно. При многопаузном затирании сбраживаемость сусла контролируется длительностью мальтозной паузой при 60-64 С.

Зависимость экстрактивности от времени и температуры. Рисунок 5

На Рисунке 5 показан процесс затирания трёх однопаузных заторов при трех разных температурах. Здесь наглядно видно, что при высокой температуре затор быстрее насыщается до максимума получаемого экстракта. Это результат того, что крахмал ограничен для преобразования, а ферментов в солоде более чем достаточно для его полного осахаривания из растворимого сырья. Только затирание при 60 С длится долго до насыщения. Это результат неполной желатинизации и меньшей активности ферментов при этой температуре. В то же время порог насыщения все равно был достигнут, так же как и в случае с другими температурами.

Выход экстракта зависит от температуры. Чем выше температура затирания, тем быстрее достигается максимум, после чего выход остается постоянным. Это результат быстрой денатурации β-амилазы и предельной декстриназы. Результат после 180 минут затирания при 65 С опережает затирание при 60 С, которое должно было дать больше сбраживаемых сахаров.

Показатель pH и вода для пивоварения

Показатель pH затора может существенно влиять на активность ферментов, так как помимо температуры напрямую влияет на их деятельность. Показателем pH можно так же управлять процессом затирания. Оптимальные диапазоны показателя pH можно увидеть в Таблице 3.

Характеристика pH при температуре затирания pH охлажденного затора
Наименьшее время осахаривания 5.3 5.7
Наибольший выход экстракта 5.2-5.4 5.55 — 5.75
Наибольший выход экстракта с отваркой 5.3-5.6 5.3-5.6
Лучшая сбраживаемость 5.1-5.3 5.4-5.6
Максимальная активность α-амилазы 5.3 5,7
Максимальная активность β-амилазы 5.1-5.3 5.4-5.6
Максимальная активность фитазы 5.2 5.5

Таблица 3. Оптимальный pH

Существует некая неточность измерения показателя pH, так как он зависит от температуры. Затор ведет себя как слабые кислоты, которые диссоциируют (становится больше ионов водорода) с ростом температуры. Известно, что показатель pH затора при 65 С на 0.35 pH ниже pH при 25 С и и выше на 0.4 при 75 С соответственно . Оптимальным pH для α-амилазы является 5.3 при комнатной температуре. Для затирания же считается оптимальным 5.7. Причина тут в том, что pH затора обычно измеряют при комнатной температуре. Измерение при температурах затирания возможно, однако большая часть оборудования предназначена для измерения охлажденных образцов.

Подходящий pH влияет не только на деятельность ферментов. Он влияет на характер как кипящего сусла, так и выкипевшего сула. Показатель pH при кипении может быть немногим выше значения при затирании, а выкипевшее сусло на 0.1-0.2 pH ниже, чем кипящее сусло.

α-амилаза стабилизируется наличием ионов кальция в заторе . Однако α-амилаза и так достаточно стабильна для преобразования всего крахмала при обычных температурах затирания. При затирании несоложеного сырья этот эффект может быть полезен, так как крахмала для желатиназации тут больше, а ферментов меньше. Стабильность β-амилазы не зависит от кальция, его концентрация не влияет на сбраживаемость сусла.

Гидромодуль

Гидромодуль может вносить большой вклад в скорость затирания. Очень густой затор с гидромодулем менее 2 тяжело мешать, выход экстракта мал, желатинизация и преобразование крахмала замедленно .

Гидромодуль может быть самый различный. В традиционных английских варках затор может быть плотный (гидромодуль 2-2.5), в то время как в немецких варках затор пожиже (гидромодуль 3.5-5). Причина этому — использование различного оборудования. В традиционном английском пивоварении использовался инфузионный способ затирания с неподогреваемым фильтром-заторником, в то время как немецкие пивовары нагревали заторник, перемешивая затор. Далее затор перекачивался для отварки и в фильтр.

Зависимость активности β-амилазы от гидромодуля (Narziss via ). Рисунок 6

Амилазы стабильней в густом заторе (Риснуок 6). Это особенно актуально для чувствительной к повышенной температуре β-амилазы. Получается, что густой затор дает более сбраживаемое сусло чем жидкий при затирании на высоких температурах . В то время как густой затор сохраняет ферменты, он замедляет их активность из-за недостатка воды . Кроме того, желатинизация идет медленней и при более высокой температуре, в результате чего жидкий затор дает больше экстракта при стандартных температурах.

Влияние гидромодуля на экстрактивность. Рисунок 7

Рисунок 7 показывает данные экспериментов Виндиша, Кольбаха и Шильда. Здесь видно, как жидкий затор дает преобразовать больше экстракта из крахмала, а так же получить больше сбраживаемых сахаров. В то же время процент сбраживаемых сахаров остается постоянным при изменении гидромодуля. Здесь также есть информация по растворенному в сусле азоту. Как видно, жидкий затор имеет большую протеолитическую активность.

Сбраживаемость сусла так же немного зависит от гидромодуля, что соответствует исследованиям Нарцисса о том, что при использовании хорошо модифицированного солода сбраживаемость сусла слабо зависит от гидромодуля . В то же время в жидком заторе процесс преобразования крахмала идет лучше.

Помол

Помол так же играет большую роль в процессе. Особенно важна степень помола. Мелкий помол дает больше муки. Эндосперм лучше отделяется от оболочек. Так вода и ферменты лучше доставляются к крахмалу, что ведет к быстрой желатинизации и преобразованию. В результате имеем лучший выход экстракта и лучшую сбраживаемость. Пивовары стремятся делать настолько мелкий помол, сколько позволяет отфильтровать их система. Некоторые коммерческие пивоварни измельчают зерна в муку, но тогда для фильтрации используются специальные заторные фильтры.

С ростом выхода экстракта улучшение сбраживаемости не было обнаружено при мелком помоле.

Литература

Крахмал в чистом виде

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *