После обработки модифицированного крахмала в экструдере его физические, химические и структурные свойства значительно изменяются, что в основном связано с воздействием высокой температуры, высокого давления, высоких сдвиговых сил и механического воздействия в процессе экструзии. Ниже приведены основные изменения и последствия, возникающие в модифицированном крахмале в ходе экструзионной обработки:
- Структурные изменения
- Желатинизация крахмала и разрушение кристаллической структуры
- Желатинизация: Высокая температура (обычно 100–200 °C) и высокое давление в процессе экструзии приводят к тому, что гранулы крахмала поглощают воду и разбухают, водородные связи разрываются, кристаллическая структура разрушается, а молекулы крахмала переходят из упорядоченного состояния в неупорядоченное гелеобразное состояние.
- Преобразование кристаллического типа: Кристаллы натурального крахмала типа А (зерновой крахмал) или типа В (клубневой крахмал) могут частично преобразовываться в более стабильные кристаллы типа V (амилоз-липидный комплекс), что влияет на растворимость и усвояемость.
- Молекулярная деградация и реорганизация
- Разрыв молекулярной цепи: Высокая сила сдвига может привести к разложению молекул крахмала (амилозы и амилопектина), снижению молекулярной массы, образованию декстрина или низкомолекулярных сахаров, а также к снижению вязкости.
- Сшивание или реорганизация: Некоторые модифицированные крахмалы (например, сшитые крахмалы) могут подвергаться дальнейшему сшиванию в процессе экструзии для повышения термической стабильности; в то же время молекулярные цепи других типов могут перестраиваться, образуя новые сетевые структуры.
- Изменения физических свойств
- Растворимость и способность к набуханию
- Растворимость желатинизированного крахмала в воде повышается, при этом может повыситься и его растворимость в холодной воде (особенно в случае прежелатинизированного крахмала).
- Образование пористой структуры после экструзии может повысить водопоглощение, однако чрезмерное разрушение структуры может привести к снижению способности к набуханию.
- Реологические свойства
- Вязкость значительно снижается (вследствие распада молекул), однако прочность геля может увеличиваться за счет реорганизации, в зависимости от типа крахмала и параметров экструзии (таких как температура и влажность).
- Морфология и текстура
- После экструзии крахмал приобретает пористую, чешуйчатую или волокнистую структуру с более рыхлой консистенцией, которую можно использовать для производства воздушных продуктов или в качестве носителя.
- Изменения химических свойств
- Реакция химической группы
- Исходные группы химической модификации (такие как ацетил и гидроксипропил) модифицированного крахмала могут частично разлагаться под воздействием высокой температуры, что сказывается на функциональных свойствах (таких как устойчивость к циклам замораживания-оттаивания).
- Может происходить реакция Майяра (при наличии белка) или реакция окисления, что приводит к изменению цвета (потемнению).
- Образование устойчивого крахмала (RS)
- В результате рекристаллизации амилозы во время экструзии может образовываться устойчивый крахмал (RS3 или RS4), что повышает содержание пищевых волокон и снижает гликемический индекс.
- Изменения функциональных свойств
- Термическая стабильность и механические свойства
- Термостойкость и сопротивление сдвигу сшитого крахмала можно ещё больше повысить, что сделает его пригодным для использования в пищевых продуктах, подвергающихся высокотемпературной обработке.
- Пленкообразующие или волокнообразующие свойства крахмала после экструзии могут быть улучшены, что позволяет использовать его в биоразлагаемых упаковочных материалах.
- Свойства, способствующие пищеварению
- Увеличение содержания быстроусвояемого крахмала (RDS): в результате гелеобразования крахмал становится более восприимчивым к ферментативному гидролизу.
- Образование устойчивого крахмала (RS): Некоторые модифицированные структуры могут быть устойчивы к перевариванию в зависимости от условий обработки (например, экструзия при низкой влажности способствует образованию RS).
(3) Адсорбция и функция носителя
- Пористая структура позволяет увеличить объем впитывания ароматических веществ и активных ингредиентов и часто используется в системах микрокапсулирования или системах пролонгированного высвобождения лекарственных средств.
- Влияние приложения
Модифицированный крахмал после экструзионной обработки демонстрирует более высокую эффективность в следующих областях:
- Пищевая промышленность: готовые к употреблению продукты, воздушные снеки, носитель ароматизаторов.
- Медицина: носитель лекарственного вещества с контролируемым высвобождением, разрыхлитель.
- Экологически чистые материалы: биоразлагаемые пластики, упаковочные пленки.
- Переработка кормов: для улучшения усвояемости крахмала или в качестве связующего вещества.
Основные нормативные факторы
На эффект экструзии влияют следующие параметры:
- Температура: при высокой температуре происходит желатинизация и разложение, при низкой температуре может сохраняться часть кристаллической структуры.
- Содержание влаги: высокая влажность (20–30%) способствует гелеобразованию, низкая влажность — распаду молекул и образованию пористой структуры
- Скорость вращения винта и сдвиговая сила: высокая сила сдвига усугубляет разрушение молекул.
- Тип крахмала: соотношение линейных и разветвленных цепей, а также метод модификации (ацетилирование, сшивание и т. д.) определяют конечные свойства.
Резюме
Экструзионная обработка за счет физико-химического синергетического эффекта существенно изменяет структуру и функциональные свойства модифицированного крахмала, делая его более пригодным для применения в областях с высокой добавленной стоимостью. Регулируя параметры технологического процесса, можно контролировать степень желатинизации, распределение молекулярной массы, усвояемость и другие свойства крахмала с целью удовлетворения различных промышленных потребностей. Если у вас есть вопросы, пожалуйста, свяжитесь с нами.
Для получения дополнительной информации обращайтесь: