CC BY
222
doi: 10.24411/0235-2451-2020-11214 УДК 664.2:577.15
О современных направлениях технологии гидролиза крахмала
А. А. ПАПАХИН, Н. Д. ЛУКИН, В. В. АНАНСКИХ, З. М. БОРОДИНА
Всероссийский научно-исследовательский институт крахмалопродуктов - филиал «Федерального научного центра пищевых систем им. В. М. Горбатова» РАН, ул. Некрасова, 11, пос. Красково, г.о. Люберцы, Московская обл., 140051, Российская Федерация
Резюме. Современные методы селекции крахмалсодержащих растений, более совершенные и эффективные технологии выделения и модификации свойств крахмала позволили создать новые виды крахмалопродуктов и способы их применения в различных областях промышленности. Работу проводили с целью анализа и оценки перспективных направлений исследования в области технологии ферментативного гидролиза крахмала для производства новых продуктов с функциональными свойствами, предназначенных для различных областей промышленности. Полный или частичный ферментативный гидролиз крахмала с применением в качестве катализаторов композиций амилолитических ферментов нового поколения с повышенной активностью, термостабильностью и устойчивостью к изменениям рН субстрата, обеспечивает получение сахаристых продуктов с различным углеводным составом и расширенным спектром функциональных (или физико-химических) свойств (возможностей). Продукты низкотемпературного гидролиза - модифицированный пористый крахмал и глюкозный сироп высокой чистоты с содержанием глюкозы 96...98 %. Поры, образующиеся на поверхности крахмала в результате гидролиза, обеспечивают его повышенную адсорбционную и водосвязывающую способность, по сравнению с нативным. Поэтому пористый крахмал можно использовать в качестве инкапсулянта или носителя при производстве продуктов с функциональными свойствами. К числу способов предварительной модификации свойств нативных крахмалов, которые позволяют ускорить основной технологический процесс, снизить расход вспомогательных материалов, включая ферменты, относятся обработка крахмала различной влажности нагреванием при температуре ниже или выше клейстеризационной, истирание крахмала в шаровой мельнице, экструзионная обработка и др. Их использование ослабляет структуру зерен крахмала и обеспечивает более легкий доступ к субстрату, что интенсифицирует действие амилаз в процессе гидролиза. Применение продуктов частичного гидролиза клей-стеризованного крахмала - мальтодекстринов для инкапсулирования лекарственных средств и других биологически активных веществ способствует защите биоактивных соединений от распада и улучшению их физико-химических свойств, увеличивая применимость различных экстрактов в качестве пищевых добавок.
Ключевые слова: крахмал, гидролиз, глюкозный сироп, мальтодекстрины, инкапсулирование, амилаза, глюкоамилаза, глюкозный эквивалент, биологические активные вещества.
Сведения об авторах: А.А. Папахин, кандидат технических наук, зав. лабораторией (e-mail: vniik@arrisp.ru); Н.Д. Лукин, доктор технических наук, зам. директора по науке; В.В. Ананских, кандидат технических наук, зав. лабораторией; З.М. Бородина, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник
Для цитирования: О современных направлениях технологии гидролиза крахмала / А.А. Папахин, Н.Д. Лукин, В.В. Ананских и др. // Достижения науки и техники АПК. 2020. Т. 34. № 12. С. 84-89. doi: 10.24411/0235-2451-2020-11214.
Modern trends in starch hydrolysis technology
A.A. Papakhin, N.D. Lukin, V.V. Ananskikh, Z.M. Borodina
All-Russia Research Institute for Starch Products - branch Federal Research Center of V.M. Gorbatov
Abstract. Modern methods of selection of starch-containing plants and more advanced and efficient technologies for the isolation and modification of starch properties made it possible to create new types of starch products and methods of their application in various fields of industry. The work aimed to analyze and evaluate promising areas in the field of starch enzymatic hydrolysis technology for the production of new products with functional properties intended for various industries. If we use a composition of amylolytic enzymes with increased activity, thermal stability and resistance to changes in the pH-value of the substrate as a catalyst, then the complete or partial enzymatic hydrolysis of starch provides sugary products with different carbohydrate composition and an expanded range of functional (or physicochemical) properties (capabilities). Low-temperature hydrolysis products are modified porous starch and high-purity glucose syrup with a glucose content of 96-98%. The pores formed on the surface of starch as a result of hydrolysis provided its increased adsorption and water-binding capacity, compared to native starch. Therefore, porous starch can be used as an encapsulant or carrier in the manufacture of products with functional properties. The methods of preliminary modification of the properties of native starches allow accelerating the main technological process and reducing the consumption of auxiliary materials, such as enzymes. They include the processing of starch with different moisture content by heating at temperatures below or above the gelatinization temperature, attrition of starch in a ball mill, extrusion processing, etc. Their use weakens the structure of starch grains and provides easier access to the substrate that intensifies the action of amylases in the process of hydrolysis. The products of partial hydrolysis of gelatinized starch are called maltodextrins. They are used for encapsulating drugs and other biologically active substances to protect bioactive compounds from degradation and to improve their physicochemical properties, increasing the applicability of various extracts as food additives.
Keywords: starch; hydrolysis; glucose syrup; maltodextrins; encapsulation; amylase; glucoamylase; glucose equivalent; biologically active substances.
Authors Details: A.A. Papakhin, Cand. Sc. (Tech.), head of laboratory (e-mail: vniik@arrisp.ru); N.D. Lukin, D. Sc. (Tech.), deputy director for science; V.V. Ananskikh, Cand. Sc. (Tech.), head of laboratory; Z.M. Borodina, Cand. Sc. (Tech.), leading research fellow. For citation: Papakhin AA, Lukin ND, Ananskikh VV, еt al. [Modern trends in starch hydrolysis technology]. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2020; 34(12):84-9. Russian. doi: 10.24411/0235-2451-2020-11214.
Создание высокоэффективных и безотходных технологий переработки крахмалсодержащего сырья и крахмала с изготовлением качественной продукции, отвечающей современным требованиям и тенденциям -одно из приоритетных направлений развития производства сахаристых крахмалопродуктов в России. Исследования последних лет, разработка новых методов и инструментов
получения крахмалопродуктов дали возможность глубже проникнуть в основные ключевые особенности строения крахмального зерна, лучше понять высокоорганизованную структуру крахмала [1, 2].
Несмотря на сложность структурной организации, свойства крахмала довольно легко подвергаются изменению с использованием физико-химических, биологических
и комбинированных методов обработки, что позволяет получать весьма широкий спектр производных крахмала с заданным составом и функциональными свойствами [3]. Кроме того, привлекательность и востребованность крахмала подкрепляются тем, что источники сырья для его производства по существу неисчерпаемы. Благодаря отмеченным особенностям, крахмал широко используют в самых различных отраслях промышленности (пищевой, медицинской, текстильной, бумажной и др.) [4].
Цель работы - анализ и оценка перспективных направлений исследования в области технологии ферментативного гидролиза крахмала для производства новых продуктов с функциональными свойствами, предназначенных для различных областей промышленности.
Крахмал - биополимер, включающий два основных компонента: амилозу и амилопектин. В большинстве растений на долю амилозы приходится 15.. .35 % гранулы крахмала и первоначально она представляет собой линейный полисахарид, состоящий из а-1,4-связанных D-глюкозных колец. Молекула амилопектина содержит аналогичные а-1,4 D-глюкозные кольца с высокой степенью разветвлений в положении а-1,6. Различия в строении этих полисахаридов и определяют основные структурные, физико-химические и биологические свойства крахмала: амилоза в водной среде в клейстеризованном состоянии имеет склонность к высокой ретроградации, формирует жесткие гели и прочные пленки, а амилопектин более стабилен, образует мягкие гели и непрочные пленки [3]. В процессе приготовления клейстера из нативного крахмала амилопектин препятствует ретроградации амилозы, играя роль защитного коллои -да. Кроме того, он довольно трудно атакуется р-амилазой (расщепляется до 54 % амилопекти на) вследствие того, что в точках ветвления в молекуле амилопектина глюкозные остатки присоединены не а-1,4-связью, как у линейной молекулы амилозы, а а-1,6-связью, которую р-амилаза не может разрушить. Соответственно, само по себе изменение соотношения амилозы и амилопектина приводит к ощутимым модификациям свойств крахмала и его производных [5, 6]. Соотношение амилозы и амилопектина в крахмале зависит от вида крахмалоноса, условий его произрастания, технологии выделения крахмала и в среднем составляет 1:3, однако путем селекции были выведены сорта зерновых и бобовых культур, а также картофеля с измененным составом полисахаридов (высокоамилозные и амилопектиновые) [7, 8, 9].
Биокаталитическая реакция полного или частичного гидролиза крахмала в нативном или клейстеризованном состоянии с использованием в качестве катализаторов процесса амилолитических ферментов - одно из основных направлений модификации свойств крахмала [10, 11]. В отношении крахмала ферментативный гидролиз служит избирательной и направленной технологией модификации, которая может быть успешно адаптирована к требуемым свойствам получаемых продуктов [10]. Заменяя химическую модификацию крахмала, такая технология обеспечивает неизменно высокое качество продуктов при их низкой стоимости, исключает нежелательные побочные включения, а также улучшает чистоту продукта при более мягких условиях реакции. Кроме того, благодаря появлению новых видов ферментных препаратов, открывается направление комплексной безотходной переработки различных видов крахмалсодержащего сырья (рожь, пшеница и др.) [12, 13].
Биомодификация крахмала за последние несколько лет во всем мире стала хорошо изученным и освоенным в производстве промышленным процессом, включающим действие амилолитических ферментов на крахмал в на-
тивном и клейстеризованном состоянии в водной среде при определенных условиях (рН, температура, концентрация субстрата, продолжительность процесса) [14, 15, 16].
Установлено, что в нативном состоянии на гидролиз крахмала оказывают воздействие большинство амилолитических ферментов, однако эффективнее всего этот процесс у неклейстеризованного крахмала катализирует глюкоамилаза [17].
Во ВНИИ крахмалопродуктов проведены исследования гидролиза нативного кукурузного крахмала при температуре ниже клейстеризации в присутствии глюкоамилазы [2, 18], разработана принципиальная схема и методика определения степени гидролиза крахмала в гетерогенной среде [19]. Продукты такого низкотемпературного гидролиза - модифицированный пористый крахмал и глюкозный сироп высокой чистоты с содержанием глюкозы 96.98 %. Поры, образующиеся на поверхности крахмала в результате гидролиза, обеспечивают его повышенную адсорбционную, водосвязывающую способность, по сравнению с нативным. Поэтому пористый крахмал можно использовать в качестве инкапсулянта или носителя при производстве продуктов с функциональными свойствами для пищевой, парфюмерной, медицинской и других отраслей промышленности [20]. Глюкозный сироп можно успешно использовать в производстве кристаллической и гранулированной глюкозы, глюкозно-фруктозных сиропов и в качестве сахаристого продукта в пищевой промышленности.
Одним из направлений усовершенствования технологии ферментативного гидролиза крахмала может быть разработка способов предварительной модификации свойств нативных крахмалов, которые позволяют ускорить основной технологический процесс, снизить расход вспомогательных материалов, в частности ферментов. К их числу относятся обработка крахмала различной влажности нагреванием при температуре ниже или выше клейсте-ризационной, истирание крахмала в шаровой мельнице, экструзионная обработка и др. [21, 22]. Предварительная обработка крахмала тем или иным способом ослабляет структуру его зерен и обеспечивает более легкий доступ к субстрату, что интенсифицирует действие ферментов-амилаз в процессе гидролиза [23, 24].
Обработка кукурузного крахмала при температуре ниже клейстеризационной при избытке воды (суспензия 25.35 % СВ), или так называемая влаготермическая обработка приводит к увеличению начальной температуры клейстеризации и энтальпии, а также к снижению области клейстеризации, что указывает на изменения внутренней структуры гранулы [23, 24, 25]. Степень изменения свойств при этом обратно пропорциональна кристалличности на-тивных крахмалов. Изучение влияния восприимчивости влаготермически обработанных кукурузного нормального и амилопектинового крахмалов с различным содержанием амилозы к действию а-амилазы и глюкоамилазы в принятых условиях (концентрация суспензии 31,2 %, Т = 50 °С, т = 1. 36 ч) показало, что степень гидролиза влаготермически обработанных образцов кукурузных крахмалов через 36 ч была на 0,6.1,0 % выше, чем у нативных, при использовании а-амилазы и на 1.4 % в присутствии глюкоамилазы. Обработанные влаготермическим способом крахмалы можно использовать при производстве консервов и замороженных продуктов, рисовой лапши, поскольку этот процесс улучшает термостабильность и снижает степень увеличения вязкости клейстера при охлаждении. Эту обработку также применяют при производстве резистентного крахмала с сохранением структуры гранул [23].
Термическая обработка кукурузного и амилопектинового крахмалов с различной влажностью при 100 °С
не приводит к изменению размера и формы гранул, но вызывает увеличение степени их кристалличности. При этом у обработанных образцов отмечали значительное снижение ферментативной восприимчивости в присутствии а-амилазы и глюкоамилазы, что указывало на реорганизацию и укрепление связей в гранулах [26]. Величина этих изменений зависела от содержания влаги в образцах во время термической обработки и от вида крахмала. При влажности образцов 27 % термообработка вызывала прорыв в дальнейшей реорганизации связей в гранулах, продуцируя некоторую степень разрушения крахмала с последующим увеличением областей гранул, доступных для амилолиза.
Механическая обработка крахмала оказывает значительное влияние на его структурные и физико-химические свойства, при этом степень их изменения зависит от конструкции мельницы, условий и продолжительности помола. В ходе механического помола на шаровой мельнице в течение 0.. .3 ч структура гранулы нарушается, и степень кристалличности крахмала снижается от полукристаллической до аморфной [27]. С увеличением продолжительности помола снижается температура клейстеризации крахмала, вязкость клейстеров и повышается содержание амилозы. Микроскопирование показало, что гранулы в ходе обработки сохраняют свою форму, но становятся более рыхлыми, а их размер увеличивается по мере роста продолжительности помола. При этом исследователи отмечают повышение растворимости механически модифицированных крахмалов в холодной воде, увеличение прозрачности их растворов и высокий процент набухания. Величины этих показателей считаются определяющими при производстве пищевых продуктов быстрого приготовления [28]. Механическая обработка на шаровой мельнице в течение 8 ч приводила к резкому повышению гелеобра-зующей способности крахмала - при суспензировании образца в холодной воде до концентрации СВ 25.30 % наблюдали образование стабильных гелей [29].
С увеличением степени диспергирования (помола) значительно повышается восприимчивость крахмала к действию амилолитических ферментов в процессе низкотемпературного биокатализа без тепловой клейстеризации [26]. Действие фермента глюкоамилазы на неклейстеризован-ный кукурузный крахмал с увеличением продолжительности помола до 8 ч возрастало, по сравнению с необработанным, в 2,3 раза. В целом механическая обработка крахмала путем предварительного помола в течение 8 ч и более позволяет достичь степени гидролиза 95 % и выше [29].
Предварительная экструзия разрушает кристаллическую структуру крахмала, повышает степень его растворимости, а, следовательно, и доступность для ферментативного расщепления. Кроме того, в результате предварительного экструдирования расщепляются белковые и некрахмальные полисахариды, что в итоге позволяет увеличить выход продуктов биокатализа [30]. При этом на качество конечной продукции влияют следующие факторы: температура процесса экструзии, влажность и дозировка ферментных препаратов. Они также значимы с экономической и технологической точки зрения при дальнейшей разработке режимов и расчетах эффективности процесса биокатализа с использованием предварительного экструдирования сырья.
Применение передовых ферментативных технологий гидролиза крахмала в клейстеризованном состоянии в сочетании с современными процессами разделения, очистки и сушки обеспечивает производство разнообразных питательных сиропов и порошков с широким спектром функциональных возможностей углеводов, которые входят
в их состав. Образующиеся в результате такого гидролиза крахмала мальтодекстрины, патоки с различным углеводным составом, сиропы с высоким содержанием фруктозы и глюкозы, декстрозы и мальтозы, реализуемые в высушенной или чистой кристаллической форме, пригодны для широкого спектра направлений пищевого, фармацевтического и технического применения [31]. Продукты ферментативного гидролиза или осахаривания крахмала, помимо контролируемой сладости обеспечивают разнообразие таких физических свойств, как вязкость, осмотическое давление, замедление кристаллизации, блеск, увлажненность, консистенция и многие другие.
В традиционном и общепринятом виде технология включает в себя две основные стадии. На первой осуществляется процесс клейстеризации и декстринизации (разжижения) крахмала при температуре 95.110 °С в присутствии термостабильной бактериальной а-амилазы, расщепляющей а-1,4-гликозидные связи в крахмале. При этом значительно снижается вязкость реакционной массы и образуются растворимые цепи декстрина. На второй стадии происходит последующее осахаривание гидролизата с применением грибных амилаз, глюкоамилазы, р-амилазы, пуллуланазы и др., которые расщепляют полисахаридные цепи разжиженного крахмала до глюкозы, мальтозы и остаточных высших олигосахаридов. В зависимости от необходимого состава и свойств конечного продукта, используют те или иные ферменты, как индивидуально, так и в композиции.
В последние годы в научной литературе отмечается возрастающий интерес к производству и применению мальтодекстрина - продукта неполного гидролиза крахмала с декстрозным эквивалентом (DE) от 5 до 25 %. Мальтодекстрины представляют собой смесь углеводов: мальтозы, олигосахаридов, декстринов и незначительного количества глюкозы. При разжижении крахмала с DE 15.25 % процесс гидролиза протекает в течение 2.4 ч. Вязкость продукта при этом снижается и его можно подвергать фильтрованию и адсорбционной очистке. При разжижении крахмала в непрерывном разваривателе «джет-кукере» DE продукта составляет до 5.10 %. В связи с этим к мальтодекстринам зачастую относят разжиженный крахмал [32].
Образующиеся при ферментативном разжижении мальтодекстрины с низким DE (не более 10 %) направляют на производство глюкозы. Для увеличения ее выхода и качества мальтодекстрин подвергают осахариванию в присутствии комплекса ферментных препаратов пуллуланазы и глюкоамилазы [33]. При ферментативном осахаривании с участием пуллуланазы в сиропах были обнаружены глюкоза, мальтоза и изомальтоза, причем глюкоза была основным продуктом гидролиза мальтодекстрина с DE более 99,5 %. В процессе осахаривания устанавливается баланс между глюкозой и дисахаридами, обусловленный ферментативным гидролизом и его обратной реакцией. Комплекс ферментов готовится с соотношением глюкоамилазы к пуллуланазе как 50:1. При концентрации мальтодекстрина 20 % СВ, содержание глюкозы в сиропе составляло около 99 % с пространственно-временным выходом 6 мг/г. После оптимизации процесса с использованием методики ортогонального проектирования и поверхности отклика значение DE достигало 99,35 % при дозировке ферментов 75 ед./г, температуре 55 °C и рН 4,5 ед. в течение 36 ч.
Особое внимание уделяется изучению возможностей применения мальтодекстринов в качестве носителей функциональных ингредиентов. При исследовании влияния мальтодекстринов, произведенных из химически модифицированных крахмалов (стабилизированных, сшитых и дважды модифицированных), на свойства пены из яичного альбумина было обнаружено, что мальтодекстрины
из фосфатного крахмала с DE-6 лучше стабилизировали пену, в то время как при использовании в качестве сырья ацетилированного крахмала их благоприятного влияния на стабильность пены не наблюдали. Более того, было обнаружено, что стабильность пены снижается по мере увеличения декстрозного эквивалента мальтодекстрина. Пены, стабилизированные таким образом, проявляли вязкоупругие свойства. Их восприимчивость к деформации зависела от типа и величины DE мальтодекстрина [34].
Большой интерес благодаря возможности разностороннего применения в промышленности вызывают пористые углеродные материалы. Их синтезируют с использованием различных способов, позволяющих адаптировать физические свойства материалов. В частности, на основе мальтодекстринов из высокоамилозного горохового крахмала путем прямого пиролиза сверхсшитого полимера, известного как наногубка, удалось получить микропористые углеродные сферы, которые характеризовались очень узким распределением пор по размеру в диапазоне 5.17 ангстрем [35].
Шелуха какао - потенциальный источник полифенолов пригодных для использования в качестве функциональных ингредиентов в пищевых продуктах. Однако низкая устойчивость к окислению и термическому разложению ограничивает их практическое применение. Решение такой проблемы возможно путем микрокапсулирования фенольных экстрактов шелухи какао в мальтодекстрин. Экстракт на основе воды и этанола в соотношении 50:50, содержащий 93,3 мг полифенолов на 1 г сухого вещества, подвергали распылительной сушке с мальтодекстринами. Стабильное общее содержание фенолов и антиоксидант-ную активность у полученных порошков наблюдали до 90 дней. После модельной выпечки печенья оптимальным соотношением мальтодекстринов к сухому экстракту для микрокапсулирования было признано 80:20 [36].
Интерес к употреблению свежих фруктов в значительной степени связан с содержанием в них биоактивных питательных веществ, которые важны в качестве пищевых антиок-сидантов. При этом потребность в их доставке в организм с использованием функциональных пищевых продуктов постоянно увеличивается, что связано с проблемой защиты биологической активности антиоксидантов при обработке и последующем прохождении пищевых продуктов через желудочно-кишечный тракт. Результаты исследований показали, что полифенолы черной смородины сохраняют свою стабильность в случае хранения при температуре -20 °С в течение 9 месяцев. Использование в качестве материала для микрокапсулирования мальтодекстрина с DE-11 и инулина обеспечивало высокую антиоксидантную активность инкапсулированных полифенолов через 12 месяцев хранения при 8°С и 25°С. В целом микрокапсулы полифенолов черной смородины представляют собой многообещающую пищевую добавку для включения в функциональные пищевые продукты [37].
При инкапсулировании мальтогенной амилазы в мальтодекстрине с низким значением DE (4.7), низкой концентрацией мальтодекстринов (1 %) и высокой (82 мг/мл) фермента эффективность инкапсуляции составляла 93,35 ± 5,05 %, при высокой величине DE (16,5.19,5) она достигала 68,15 ± 18,07 %. Инкапсулированные ферменты затем использовали для приготовления безглютенового хлеба. Хлеб, в рецептуру которого
включали мальтодекстрин с DE 4.7 характеризовался лучшим качеством (меньшая потеря массы, большая пористость и лучшая микроструктура), по сравнению с продуктом, который содержал мальтодекстрины с DE (16,5.19,5). При этом твердость и влажность продукта в обоих вариантах была одинаковой [38].
Этанольный экстракт из листьев стевии содержит антиоксидантные фитохимические вещества. Однако он характеризуется низкой растворимостью и, следовательно, слабой биодоступностью при переваривании in vitro. Процесс микрокапсулирования защищает биоактивные соединения с различным pH от переваривания и улучшает физико-химические параметры их экстрактов, увеличивая применимость последних в качестве возможной пищевой добавки. Исследования с использованием сканирующей электронной микроскопии физико-химических характеристик микрокапсул, содержащих этанольный экстракт из листьев стевии, инкапсулированный методом распылительной сушки с мальтодекстринами с DE-10 и DE-19 показали, что они отличались высокой растворимостью (около 35 %) и пониженным содержанием влаги (около 29 %). При этом мальтодекстрин с DE-10 имел более высокую эффективность в качестве инкапсулирующего агента (87 %), по сравнению с DE-19 (76 %), а микрокапсулы из него характеризовались четко выраженной сферической формой. Микрокапсулиро-вание обеспечило сохранение содержания фенольных соединений (7,2 %), присутствовавших в экстракте, и антиоксидантной активности (87,5 %). Биодоступность микрокапсулированных соединений и их антиоксидант-ная активность при различных условиях пищеварения in vitro (во рту, желудке и кишечнике) были выше и не показали цитотоксических эффектов. Указанный метод инкапсулирования можно рекомендовать для сохранения биологически активных соединений входящих в этанольный экстракт из листьев стевии [39].
Выводы. В целом в области технологии ферментативного гидролиза крахмала для производства новых продуктов с функциональными свойствами, предназначенных для различных областей промышленности, перспективными направлениями исследований можно считать следующие:
полный или частичный гидролиз крахмала в нативном или клейстеризованном состоянии с использованием в качестве катализаторов амилолитических ферментов;
предварительная модификация свойств нативных крахмалов, которая позволяет ускорить основной технологический процесс, снизить расход вспомогательных материалов, включая ферменты, в том числе обработка крахмала различной влажности нагреванием при температуре ниже или выше клейстеризационной, истирание в шаровой мельнице, экструзионная обработка и др. ;
использование мальтодекстринов для инкапсулирования лекарственных и других биологически активных веществ, обеспечивающего сохранение содержания основных питательных веществ, повышение их биодоступности, улучшение физико-химических характеристик и увеличение применимости получаемых продуктов в качестве возможных пищевых добавок.
Результаты таких исследований позволят наладить производство разнообразных питательных сиропов и порошков с широким спектром функциональных возможностей углеводов, которые входят в их состав.
Литература.
1. Perez S, Bertoft E. The molecular structures of starch components and their contribution to the architecture of starch granules: A comprehensive review//Starch/Starke. 2010. Vol. 62. No. 8. P. 389-420. doi: 10.1002/star.201000013.
2. Some physico-chemical and thermodynamic characteristics of maize starches hydrolyzed by glucoamylase / L. A. Wasserman, A. A. Papakhin, Z. M. Borodina, et al. //Carbohydrate Polymers. 2019. Vol. 212. P. 260-269. doi: 10.1016/j.carbpol.2019.01.096.
3. Bertoft E. Understanding starch structure: recent progress //Agronomy. 2017. Vol. 7. No. 3. P. 56. doi: 10.3390/agronomy7030056.
4. Eliasson A-Ch. Starch in food: structure, function and applications. Woodhead Publishing, 2004. 624 р.
5. Relationships between amylopectin molecular structures and functional properties of different-sized fractions of normal and high-amylose maize starches /L. S. Lin, C. H. Cai, R. G. Gilbert, et al. //Food hydrocolloids. 2016. Vol. 52. P. 359-368. doi: 10.1016/j. foodhyd.2015.07.019.
6. Relationship between structure and functional properties of normal rice starches with different amylase contents/J. Cai, J. Man, J. Huang, et al. //Carbohydrate Polymers. 2015. Vol. 125. P. 34-44. doi: 10.1016/j.carbpol.2015.02.067.
7. Starch macromolecular structure. In: Bertolini A. C. Starches: characterization properties and applications / L. A. Bello-Perez, S. L. Rodriguez-Ambriz, M. M. Sanchez-Rivera, et al. Florida: CRC Press, 2010. P. 33-59.
8. Nhan M., Copeland L. Effect of variety and growing environment on pasting and thermal properties of wheat starch // Starch/Starke. 2016. Vol. 68. P. 436-445. doi: 10.1002/star.201500243.
9. Thitisaksakul M. Effect of environmental factors on cereal starch // Journal of Cereal Science. 2012. Vol. 56. P. 67-80. doi: 10.1016/J. JCS.2012.04.002.
10. Radeloff M. A., Roland H. F. B. «Clean label» - Starches and their functional diversity //Sugar Industry. 2016. Vol. 4. No. 141. P. 209-215.
11. Blanco M., Coello J., Itturriaga H. On-line monitoring of starch enzymatic hydrolysis by near- infrared spectroscopy//The Analyst. 2010. Vol. 125. No. 4. P. 749-752. doi: 10.1039/a909248j.
12. Андреев Н. Р., Лукин Н. Д., Папахин А. А. Глубокая переработка зерна озимой ржи //Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2014. № 6 (43). С. 9-12.
13. Milian Y. P., AguilarA. I., Lopez L. R. Obtaining glucose syrups from UDG-110 sorghum flourby enzymatic hydrolysis// Afinidad. 2019. Vol. 76. No. 588. P. 292-298.
14. Amylolysis of large and small granules of native triticale, wheat and corn starches using a mixture of a-amylase and glucoamylase / S. Naguleswaran, J. Li, T. Vasanthan, et al. //Carbohydrate Polymers. 2012. Vol. 88. P. 864-874. doi: 10.1016/j.carbpol.2012.01.027.
15. Qi X., Tester R. F. Effect composition and structure of native starch granules on their susceptibility to hydrolysis by amylase enzymes //Starch/Starke. 2016. Vol. 68. P. 811-815. doi: 10.1002/star.201600063.
16. The role of sequential enzyme treatments on structural and physicochemical properties of cassava starch granules / L. Guo, H. Li, L. Lu, et al. //Starch/Starke. 2019. Vol. 71. Article 1800258. doi: 10.1002/star.201800258.
17. Hydrolysis of native and annealed tapioca and sweet potato starches at sub-gelatinization temperature using a mixture of amylolytic enzymes / Y. N. Shariffa, U. Uthumporn, A. A. Karim, et al. //International food research journal. 2017. Vol. 24. No. 5. P. 1925-1933.
18. Папахин А. А, Бородина З. М. О свойствах ферментативно модифицированного пористого кукурузного крахмала //Пищевая промышленность. 2019. № 4. С. 78-79. doi: 10.24411/0235-2486-2019-10039.
19. Методика оценки действия амилолитических ферментов на нативный крахмал / А. А. Папахин, З. М. Бородина, Н. Д. Лукин и др. //Хранение и переработка сельхозсырья. 2014. № 4. С. 14-17.
20. Папахин А. А., Колпакова В. В., Бородина З. М. Фруктовый полуфабрикат с модифицированным пористым крахмалом для производства кондитерских и хлебобулочных изделий //Хлебопродукты. 2020. № 8. С. 37-41. doi: 10.32462/0235-2508-202029-8-37-41.
21. Heat pretreatment improves the enzymatic hydrolysis of granular corn starch at high concentration / H. Kong, X. Yang, Z. Gu, et al. // Process Biochemistry. 2018. Vol. 64. P. 193-199.
22. Uthumporn U., Shariffa Y. N., Karim A. A. Hydrolysis of native and heat-treated starches at sub-gelatinization temperature using granular starch hydrolyzing enzyme //Applied biochemistry and biotechnology. 2012. Vol. 166. P. 1167-1182.
23. Jaykody L., Hoover R. Effect of annealing on the molecular structure and physicochemical properties of starches from different botanical origins - A review //Carbohydrate Polymers. 2008. Vol. 74. P. 691-703.
24. Physicochemical changes of maize starch treated by ball milling with limited water content / L. Shi, F. Cheng, P. Zhu, et al. // Starch/ Starke. 2015. Vol. 67. No. 9-10. P. 772-779.
25. O'Brien S., Wang Ya-J. Susceptibility of annealed starches to hydrolysis by a-amylase and glucoamylase // Carbohydrate Polymers. 2008. Vol. 72. P. 597-607.
26. Franco C. M. L., Ciacco Cf., Tavares D. Effect of the heat-moisture treatment on the enzymatic susceptibility of corn starch granules // Starch/Starke. 1995. Vol. 47. No. 6. P. 223-228. doi: 10.1002/star.19950470607.
27. Ball-milling treatment effect on physicochemical properties and features for cassava and maize starches / Z-Q. Huang, X-L. Xie, V. Chen, et al. //Comptes Rendus Chimie. 2008. Vol. 11. No. 1-2. Р. 73-79.
28. Moraes J., Alves F. S., Franco C. M. L. Effect of ball milling on structural and physicochemical characteristics of cassava and Peruvian carrot starches //Starch/Starke. 2013. Vol. 65. No. 3. P. 200-209.
29. Влияние механической обработки на физико-химические, структурные и морфологические свойства кукурузного крахмала /Н. Д. Лукин, З. М. Бородина, А. А. Папахин и др. //Хранение и переработка сельхозсырья. 2015. № 12. С. 27-31.
30. Шариков А. Ю., Степанов В. И., Иванов В. В. Термопластичная экструзия в процессах пищевой биотехнологии //Известия вузов - Прикладная химия и биотехнология. 2019. № 3(9). С. 447-460.
31. Radeloff M. A, Beck R. H. F. Starch hydrolysis nutritive syrups and powders // Sugar industry-Zuckerindustrie. 2014. Vol. 139. No. 4. P. 222-227.
32. Bettin L. A, Qjintero J. C. Study of glucose syrup production from maltodextrines using two comercial enzymes // Vitae-revista de la facultad de quimica farmaceutica. 2010. Vol. 17. No. 2. P. 165-172.
33. Enhancement of glucose production from maltodextrin hydrolysis by optimisation of saccharification process using mixed enzymes involving novel pullulanase / W. C. Zhao, Y. Nie, X. Mu, et al. //International journal of food science and technology. 2015. Vol. 50. P. 2672-2681. doi: 10.1111/ijfs.12939.
34. Pycia K., Galkowska D., Juszak L. Maltodextrins produced from chemically modified starches as agents affecting stability and rheological properties of albumin foam // LWT - Food Science and Technology. 2017. Vol. 80. P. 394-400. doi: 10.1016/j.lwt.2017.03.002.
35. Preparation and characterization of microporous carbon spheres from high amylose pea maltodextrin / A. Anceschi, G. Magnacca, F. Trotta, et al. //RSC Advances. 2017. Vol. 7. No. 57. P. 36117-36123. doi: 10.1039/c7ra05343f.
36. Cocoa hulls polyphenols stabilized by microencapsulation as functional ingredient for bakery applications / V. A. Papilo, M. Locatelli, F. Travaglia, et al. // Food research international. 2019. Vol. 115. P. 511-518. doi: 10.1016/j.foodres.2018.10.004.
37. Bakowska-Barczak A. M., Kolodziejczyk P. P. Black currant polyphenols: Their storage stability and microencapsulation // Industrial crops and products. 2011. Vol. 34. No. 2 (SI). P. 1301-1309. doi: 10.1016/j.indcrop.2010.10.002.
38. Use of encapsulated maltogenic amylase in malotodextrins with different formulations in making gluten-free breads / S. Haghighat-Kharazi, M. V. Jafar, M. R. Kasaai, et al. // LWT - Food Science and Technology. 2019. Vol. 110. P. 182-189. doi: 10.1016/j.lwt.2019.04.076.
39. Spray drying encapsulation of stevia extract with maltodextrin and evaluation of the physicochemical and functional properties of produced powders / M. R. T. Zorzenon, M. Formigoni, S. B. da Silva, et al. // Journal of Food Science. 2020. Vol. 85. P. 3590-3600. doi: 10.1111/1750-3841.15437.
References
1. Perez S, Bertoft E. The molecular structures of starch components and their contribution to the architecture of starch granules: A comprehensive review. Starch/Starke. 2010;62(8):389-420. doi: 10.1002/star.201000013.
2. Wasserman LA, Papakhin AA, Borodina ZM, et al. Some physico-chemical and thermodynamic characteristics of maize starches hydrolyzedby glucoamylase. Carbohydrate Polymers. 2019;212:260-9. doi: 10.1016/j.carbpol.2019.01.096.
3. Bertoft E. Understanding starch structure: recent progress. Agronomy. 2017;7(3):56. doi: 10.3390/agronomy7030056.
4. Eliasson A-Ch. Starch in food: structure, function and applications. [place unknown]: Woodhead Publishing; 2004. 624 p.
5. Lin LS, Cai CH, Gilbert RG, et al. Relationships between amylopectin molecular structures and functional properties of different-sized fractions of normal and high-amylose maize starches. Food hydrocolloids. 2016;52:359-68. doi: 10.1016/j.foodhyd.2015.07.019.
6. Cai J, Man J, Huang J, et al. Relationship between structure and functional properties of normal rice starches with different amylase contents. Carbohydrate Polymers. 2015;125:34-44. doi: 10.1016/j.carbpol.2015.02.067.
7. Bello-Perez LA, Rodriguez-Ambriz SL, Sanchez-Rivera MM, et al. Starch macromolecular structure. In: Bertolini AC. Starches: characterization properties and applications. Florida: CRC Press; 2010. p. 33-59.
8. Nhan M, Copeland L. Effect of variety and growing environment on pasting and thermal properties of wheat starch. Starch/Starke. 2016;68:436-45. doi: 10.1002/star.201500243.
9. Thitisaksakul M. Effect of environmental factors on cereal starch. Journal of Cereal Science. 2012;56:67-80. doi: 10.1016/J. JCS.2012.04.002.
10. Radeloff MA, Roland HFB. "Clean label"- Starches and their functional diversity. Sugar Industry. 2016;4(141):209-15.
11. Blanco M, Coello J, Itturriaga H. On-line monitoring of starch enzymatic hydrolysis by near- infrared spectroscopy. The Analyst. 2010;125(4):749-52. doi: 10.1039/a909248j.
12. Andreev NR, Lukin ND, Papakhin AA. [Deep processing of winter rye grain]. Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka. 2014;(6):9-12. Russian.
13. Milian YP, Aguilar AI, Lopez LR. Obtaining glucose syrups from UDG-110 sorghum flour by enzymatic hydrolysis. Afinidad. 2019;76(588):292-8.
14. Naguleswaran S, Li J, Vasanthan T, et al. Amylolysis of large and small granules of native triticale, wheat and corn starches using a mixture of a-amylase and glucoamylase. Carbohydrate Polymers. 2012;88:864-74. doi: 10.1016/j.carbpol.2012.01.027.
15. Qi X, Tester R F. Effect composition and structure of native starch granules on their susceptibility to hydrolysis by amylase enzymes. Starch/Starke. 2016;68:811-5. doi: 10.1002/star.201600063.
16. Guo L, Li H, Lu L, et al. The role of sequential enzyme treatments on structural and physicochemical properties of cassava starch granules. Starch/Starke. 2019;71: Article 1800258. doi: 10.1002/star.201800258.
17. Shariffa YN, Uthumporn U, Karim AA, et al. Hydrolysis of native and annealed tapioca and sweet potato starches at sub-gelatinization temperature using a mixture of amylolytic enzymes. International food research journal. 2017;24(5):1925-33.
18. Papakhin AA, Borodina ZM. [About the properties of enzymatically modified porous corn starch]. Pishchevaya promyshlennost'. 2019;(4):78-9. Russian. doi: 10.24411/0235-2486-2019-10039.
19. Papakhin AA, Borodina ZM, Lukin ND, et al. [Method for assessing the action of amylolytic enzymes on native starch]. Khranenie i pererabotka sel'khozsyr'ya. 2014;(4):14-7. Russian.
20. Papakhin AA, Kolpakova VV, Borodina ZM. [Fruit semi-finished product with modified porous starch for the production of confectionery and bakery products]. Khleboprodukty. 2020;(8):37-41. Russian. doi: 10.324620235-2508-2020-29-8-37-41.
21. Kong H, Yang X, Gu Z, et al. Heat pretreatment improves the enzymatic hydrolysis of granular corn starch at high concentration. Process Biochemistry. 2018;64:193-9.
22. Uthumporn U, Shariffa YN, Karim AA. Hydrolysis of native and heat-treated starches at sub-gelatinization temperature using granular starch hydrolyzing enzyme. Applied biochemistry and biotechnology. 2012;166:1167-82.
23. Jaykody L, Hoover R. Effect of annealing on the molecular structure and physicochemical properties of starches from different botanical origins - A review. Carbohydrate Polymers. 2008;74:691-703.
24. Shi L, Cheng F, Zhu P, et al. Physicochemical changes of maize starch treated by ball milling with limited water content. Starch/Starke. 2015;67(9-10):772-9.
25. O'Brien S, Wang Ya-J. Susceptibility of annealed starches to hydrolysis by a-amylase and glucoamylase. Carbohydrate Polymers. 2008;72:597-607.
26. Franco CML, Ciacco Cf, Tavares D. Effect of the heat-moisture treatment on the enzymatic susceptibility of corn starch granules. Starch/ Starke. 1995;47(6):223-8. doi: 10.1002/star.19950470607.
27. Huang Z-Q, Xie X-L, Chen V, et al. Ball-milling treatment effect on physicochemical properties and features for cassava and maize starches. Comptes Rendus Chimie. 2008;11(1-2):73-9.
28. Moraes J, Alves FS, Franco CM L. Effect of ball milling on structural and physicochemical characteristics of cassava and Peruvian carrot starches. Starch/Starke. 2013;65(3):200-9.
29. Lukin ND, Borodina ZM, Papakhin AA, et al. ¡The effect of mechanical processing on the physicochemical, structural and morphological properties of corn starch]. Khranenie i pererabotka sel'khozsyr'ya. 2015;(12):27-31. Russian.
30. Sharikov AYu, Stepanov VI, Ivanov VV. ¡Thermoplastic extrusion in food biotechnology processes]. Izvestiya vuzov - Prikladnaya khimiya ibiotekhnologiya. 2019;(3):447-60. Russian.
31. Radeloff MA, Beck RHF. Starch hydrolysis nutritive syrups and powders. Sugar industry-Zuckerindustrie. 2014;139(4):222-7.
32. Bettin LA, Qjintero JC. Study of glucose syrup production from maltodextrines using two comercial enzymes. Vitae-revista de la facultad de quimica farmaceutica. 2010;17(2):165-72.
33. Zhao WC, Nie Y, Mu X, et al. Enhancement of glucose production from maltodextrin hydrolysis by optimisation of saccharification process using mixed enzymes involving novel pullulanase. Internationaljournal of food science and technology. 2015;50:2672-81. doi: 10.1111/ ijfs.12939.
34. Pycia K, Galkowska D, Juszak L. Maltodextrins produced from chemically modified starches as agents affecting stability and rheological properties of albumin foam. LWT - Food Science and Technology. 2017;80:394-400. doi: 10.1016/j.lwt.2017.03.002.
35. Anceschi A, Magnacca G, Trotta F, et al. Preparation and characterization of microporous carbon spheres from high amylose pea maltodextrin. RSC Advances. 2017;7(57):36117-23. doi: 10.1039/c7ra05343f.
36. Papilo VA, Locatelli M, Travaglia F, et al. Cocoa hulls polyphenols stabilized by microencapsulation as functional ingredient for bakery applications. Food research international. 2019;115:511-8. doi: 10.1016/j.foodres.2018.10.004.
37. Bakowska-Barczak AM, Kolodziejczyk PP. Black currant polyphenols: Their storage stability and microencapsulation. Industrial crops and products. 2011;34(2 Suppl I):1301-9. doi: 10.1016/j.indcrop.2010.10.002.
38. Haghighat-Kharazi S, Jafar MV, KasaaiMR, et al. Use of encapsulatedmaltogenic amylase in malotodextrins with different formulations in making gluten-free breads. LWT - Food Science and Technology. 2019;110:182-9. doi: 10.1016/j.lwt.2019.04.076.
39. Zorzenon MRT, Formigoni M, da Silva SB, et al. Spray drying encapsulation of stevia extract with maltodextrin and evaluation of the physicochemical and functional properties of produced powders. Journal of Food Science. 2020;85:3590-600. doi: 10.1111/17503841.15437.
