Крахмал на протяжении тысячелетий используется в различных непищевых целях, например, в качестве клея для дерева и бумаги, а также в качестве резинки для текстильной промышленности

1
Крахмал на протяжении тысячелетий используется в различных непищевых целях, например, в качестве клея для дерева и бумаги, а также в качестве резинки для текстильной промышленности. Крахмал, наряду с древесиной и натуральными волокнами, был предпочтительным материалом с самого начала развития человеческих технологий. Крахмал, бесспорно, является одним из наиболее возможных применений в технологии полимеров.
2
С одной стороны, его можно превратить в химические вещества, такие как ацетон, этанол и органические кислоты, которые используются в производстве синтетических полимеров; с другой стороны, его можно даже ферментировать и использовать для получения биополимеров или гидролизовать и использовать в качестве мономера или олигомера. Кроме того, к нему можно прививать различные химические вещества для создания новых полимерных материалов, которые можно использовать как есть или в качестве наполнителей для других полимеров.
3.
Многие растения широко используются для производства крахмала. Источниками крахмала являются семена зерновых культур (пшеница, рис, сорго и кукуруза), корни (сладкий картофель, тапиока и маранта), клубни (картофель) и сердцевина саговой пальмы. Выбор растения определяется главным образом региональными и климатическими условиями, а также необходимыми функциональными качествами соответствующего крахмала. Независимо от температуры и условий ведения сельского хозяйства, он может обнаружить очень продуктивные растения для производства крахмала: картофель в холодных условиях, маниока (маниока или тапиока) и банан в субтропических условиях, кукуруза в умеренных и тропических зонах и рис в подверженных наводнениям районах.
4.
Крахмал может присутствовать во многих различных частях растения, включая эндосперм, корень, лист и мякоть плодов. Он образуется в виде полукристаллических гранул, похожих на сферолиты, с чередующимися кристаллическими и аморфными (или полукристаллическими) пластинками и нерастворим в холодной воде.
5
Разветвленная структура амилопектин позволяет соседним цепям образовывать двойные спирали, которые упаковываются в кристаллические пластинки, а точки ветвления находятся в аморфных пластинках. Чередование кристаллических и аморфных пластинок приводит к образованию матрица из полукристаллических крахмальных гранул. Большие годичные кольца (каждое содержит при сканировании видны многочисленные чередующиеся кристаллические/аморфные ламели) электронная микрофотография сломанной, частично переваренной гранулы картофельного крахмала.
6
Несколько мутаций кукурузы, риса и сахарного тростника разработаны из-за их уникальных свойств. свойства крахмала. Восковидные зерна (восковое сорго, восковая кукуруза и восковой рис) имеют крахмал, но без амилозного компонента (100% амилопектин). Селекционеры создали кукурузу виды, содержащие 50-80% амилозы в молекулах крахмала.
7
Все эти свойства влияют на растворимость, набухание и желатинизацию крахмала.
Эти параметры весьма важны для технологичности крахмала. Желатинизация
описывает необратимое набухание крахмала. Первое набухание происходит в аморфной
части частицы, разрывая и смачивая слабую связь между крахмалом гранулы. Когда температура водного раствора крахмала повышается, в аморфные области, а водородные связи в кристаллических областях начинают разрушаться. Гранулы продолжают расти в большую сетчатую сеть, скрепленную устойчивыми мицеллы, которые не были нарушены. Кристаллические участки разрушаются, когда это сильный отек. Более короткие мицеллы растворяются на самых ранних стадиях желатинизации но более длинные мицеллы остаются при более высоких температурах. Пока смесь нагревается и перемешивается, набухшие частицы крахмала ломаются и падают, в результате чего образуется порочный коллоидный раствор набухающие фрагменты гранул, агрегаты гидратированного крахмала и растворенные молекулы. Когда при повышении температуры раствора крахмала первые гранулы начинают желатинизироваться при
конкретная степень. При более высоких температурах другие гранулы в той же смеси, как правило, меньшие по размеру, чем первые, начинают желатинизироваться. Это означает, что желатинизация Раствор крахмала нельзя охарактеризовать как происходящий при определенной температуре, а, скорее, происходящее в определенном температурном диапазоне. (Свинкелс 1998). Желатинизация Характерные особенности природного крахмала показаны в таблице
8
Тапиока и картофельный крахмал имеют более низкую температуру склеивания, чем кукуруза и крахмал. пшеничный крахмал, как показано в таблице 2.1. При повышении температуры раствора крахмала гранулы набухают, а вязкость крахмального раствора увеличивается. Этот процесс выполняется до тех пор, пока не будет достигнута «пиковая вязкость». Пиковая вязкость – это наибольшая вязкость с которыми может столкнуться пользователь при приготовлении крахмальной пасты. Крахмалы из корней и клубней имеют более высокая пиковая вязкость и более быстрый рост вязкости при кипячении, чем у зерновых крахмалов. Пиковая вязкость картофельного крахмала самая большая. Поскольку частицы кукурузного крахмала лишь слегка набухли, максимальная вязкость сравнительно умеренная. Когда крахмал водный раствор нагревается чуть выше температуры гелеобразования, частицы расширяются постепенно. Силу набухания можно оценить с интервалом 5°C на протяжении всего приклеивания. Диапазон температур около 50–95 °C. При нагревании в воде гранулы тапиоки картофельный и восковидный кукурузный крахмал распадаются быстрее, чем зерна кукурузы и пшеницы. крахмал, что позволяет им достичь гомогенного состояния, необходимого для многих применений.
быстрее.
9
Если разбавленный раствор крахмала оставить на длительное время, он постепенно мутнеет и в конце концов образует нерастворимый осадок. Когда очень концентрированный раствор крахмала охлаждается, он быстро затвердевает в эластичный гель. Оба механизмы ретроградации, при которых крахмальный материал переходит из диссоциированного и растворенное состояние в присоединенное состояние. Кристаллические мицеллы в крахмальных гранулах представляют собой в основном состоят из молекул амилопектина. Напротив, ретроградный кристаллический крахмал в основном состоит из молекул амилозы. На стадии ретроградации помутнение и развивается помутнение, вязкость увеличивается при нагревании пасты, появляются нерастворимые частицы крахмала выпадает осадок, при этом происходит образование нерастворимых «шкурок», образование возникают гели. Ретроградация — сложный процесс, на который влияют несколько элементов. такие как тип крахмала, содержание крахмала, температура, процесс приготовления, pH, процесс охлаждения, срок хранения и наличие других химикатов. Пониженные температуры и высокие концентрации крахмала обычно благоприятны для ретроградации дисперсий крахмала. Скорость ретроградации является самой высокой при pH 5-7 и замедляется по мере увеличения pH и уменьшается. Ретроградация не происходит при pH 10 и происходит медленно при pH ниже 2.
9
Форма гранул крахмала, а также строение его первичного полимера. элементы стали предметом обширного исследования, которое проводится в настоящее время. из-за сложности основных трудностей. Форма молекул крахмала различна. не только по исходному растению, но и по частям того же растения. Степень полимеризация (ДП) амилозы и амилопектина, а также наличие других Компоненты гранулы, такие как липиды, белки и неорганические материалы, являю тся другими существенные переменные, определяющие свойства крахмала. Функциональность крахмалов также
зависят от этих свойств крахмала. Форма, размер частиц, амилоза и амилопектин
проценты являются для него важными параметрами.
10
Хотя натуральный крахмал является хорошим сырьем, в исходном состоянии он имеет
ограниченное использование в промышленных испытаниях из-за его нестабильной вязкости, плохой устойчивости к сдвиговому усилию, и термическая деградация, а также быстрая ретроградация и гелеобразование, но эти недостатки можно устранить. Чтобы устранить эти недостатки, его можно модифицировать физически. (термическая и нетермическая обработка), химически (деградация, замещение, сшивание), и ферментативно (деградация) или комбинация этих модификаций. методы. Благодаря этим модификациям крахмал становится более пригодным для использования (измените приготовление пищи). характеристики, уменьшают ретроградацию, уменьшают склонность к гелеобразованию паст, повышают стабильность паст при замораживании-оттаивании, уменьшить синерезис пасты и/или геля, улучшить пасту и/или прозрачность и блеск геля, улучшение текстуры пасты и/или геля, улучшение образования пленки, улучшение адгезию, добавляют гидрофобные группы) (BeMiller 2019). Эти модифицированные крахмалы могут быть легко используется во многих отраслях промышленности.
11-12