автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.05, диссертация на тему:Развитие теории и практики модификации крахмалосодержащего сырья для создания новых продуктов

На правах рукописи

ЛИТВЯК Владимир Владимирович

РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ МОДИФИКАЦИИ КРАХМАЛОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ ДЛЯ СОЗДАНИЯ НОВЫХ ПРОДУКТОВ

05.18.05 - Технология сахара и сахаристых продуктов, чая, табака и субтропических культур

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

31 СЖТ 2013 005536949

Краснодар - 2013

005536949

Работа выполнена в РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию»

Научный консультант: Ловкие Зенон Валентинович,

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: Решетова Раиса Степановна,

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры технологии зерновых, пищевкусовых и субтропических продуктов ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет» Лукин Николай Дмитриевич, доктор технических наук, заместитель директора по научной работе ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт крахмалопродуктов»Россельхозакадемии Ильина Ирина Анатольевна, доктор технических наук, профессор, заместитель директора по научно-исследовательской работе ГНУ «СевероКавказский зональный НИИ садоводства и виноградарства» Россельхозакадемии

Ведущая организация: ГНУ «Краснодарский НИИ хранения и

переработки сельскохозяйственной продукции» Россельхозакадамии

Защита диссертации состоится «21» ноября 2013 года в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.100.05 в ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет» по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, ауд. Г-248.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет».

Автореферат разослан «18» октября 2013 г.

Учёный секретарь, канд. техн. наук, доцент

В.В. Гончар

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1.1 Актуальность темы. В последнее время в разных отраслях промышленности широкое применение получили различные виды нативных и модифицированых крахмалов с целенаправленно измененными (заданными) свойствами, приобретаемыми в результате их обработки физическими, физико-химическими, химическими или биохимическими способами.

Большой вклад в разработку научно-технологических основ создания крахмалосодержащих модифицированных продуктов внесли работы Керра Р.В., Рихтера М., Жушмана А.И., Трегубова H.H., Андреева Н.Р., Лукина Н.Д., Гулюка Н.Г., Карпова В.Г., Ладур Т.А., Костенко В.Г. и др.

Однако до настоящего времени не до конца исследованы особенности и механизмы модификации крахмала и крахмалосодержащего сырья, недостаточно используются модифицированные крахмалы и крахмалопродукты для разработки новых продуктов. Таким образом, исследования физико-химических, технологических и органолептических свойств крахмала и крахмалопродуктов, а также создание современных высокоэффективных технологий получения модифицированных крахмалов и продуктов из крахмалосодержащего модифицированного сырья является актуальной проблемой для пищевой промышленности Российской Федерации и Республики Беларусь.

Проблема, рассматриваемая в диссертационной работе, - научное обоснование и разработка высокоэффективных, экологически безопасных импортозамещающих технологий получения разнообразных модифицированных крахмалопродуктов, необходимых для интенсификации развития пищевой промышленности, соответствует утвержденным указом № 378 от 22.07.2010 г. Президента Республики Беларусь приоритетным направлениям научно-технической деятельности в Республике Беларусь на 2011-2015 гг. и Перечню приоритетных направлений фундаментальных и прикладных научных исследований Республики Беларусь на 2011-2015 гг., утвержденному Постановлением Совета Министров Республики Беларусь № 585 от 19.04.2010 г. (раздел прикладных научных исследований п.5.8.: Разработка адаптивных ресурсосберегающих экологически безопасных технологий и технических средств), что подтверждает актуальность данного исследования.

Отдельные фрагменты данной работы выполнялись в соответствии с Государственной программой «Возрождение и развитие села на 2005-2010 гг.», утвержденной Указом Президента Республики Беларусь от 25.03.2005 г. №150 (задание: «Разработать технологию и освоить производство новых видов желатинированных продуктов из крахмалосодержащего сырья», дог.

№ 19 от 21.11.2006 г.) и «Программой развития картофелеперерабатывающей отрасли на 2005-2010 гг.», утвержденной Постановлением Совета Министров Республики Беларусь от 15.07.2005 г. № 792.

1.2 Цель исследований. Целью исследований явилась разработка научно-технологических основ создания импортозамещающих высокоэффективных, экологически безопасных технологий получения модифицированных крахмалов и крахмалосодержащего сырья с использованием физических, физико-химических, химических и биохимических модифицирующих факторов для создания новых продуктов.

1.3 Задачи исследований. В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

-научно обосновать регуляцию крахмалонакопления в растительной клетке на примере прорастающего зерна пшеницы с использованием биологически активных веществ;

-провести сравнительное исследование физико-химических свойств (основных технологических показателей, спектроскопических, реологических, молекулярно-массовых характеристик, фазовой и морфологической структур) крахмалов различного ботанического происхождения, крахмалопродуктов и крахмалосодержащих биокомпозитов.

-исследовать участие крахмала в формировании органолептических свойств картофельных композитов;

-разработать научные основы, механизмы и высокоэффективные технологии физической (экструзия), физико-химической (облучение и электрохимическое окисление), химической (окисление и катионизация) и биохимической (ферментативное расщепление) модификации крахмала, а также получения фармакопейного крахмала.

-научно обосновать получение крахмальной патоки различного углеводного состава методом кислотно-ферментативного гидролиза крахмала;

-разработать на основе использования модифицированных крахмалов технологии и рецептуры новых продуктов питания;

-провести опытно-промышленную апробацию и внедрение в производство разработанных технологий модификации крахмалов и рецептур новых продуктов;

-разработать нормативную и техническую документацию на модифицированные крахмалы и новые продукты питания;

-рассчитать ожидаемый экономический эффект от использования разработанных технологий и рецептур новых продуктов.

1.4 Научная концепция диссертационной работы заключается в познании закономерностей, разработке научных основ, механизмов и совершенствовании технологий физической, физико-химической,

химической и биохимической модификации крахмалов и крахмалосодержащего растительного сырья для создания на их основе новых продуктов питания.

1.5 Основные положения диссертации, выносимые на защиту: -Результаты исследования регулирования накопления крахмала в растительной клетке при помощи дефосфорилированных триммеров (2',5')олигонуклеотидов на примере озимой пшеницы на ранних этапах онтогенеза.

-Научные данные сравнительного исследования физико-химических свойств (основных технологических показателей, спектроскопических, реологических, молекулярно-массовых характеристик, фазовую и морфологическую структуру) различных типов крахмалов и крахмалопродуктов, а также крахмалсодержащих биокомпозитов.

-Теоретическая модель формирования органолептических свойств картофельных композитов и особенности участия в данном процессе крахмала.

-Разработанные высокоэффективные технологии:

■ получения безводного нативного крахмала;

■ физической модификации крахмала: получение экструзионных крахмалов;

■ физико-химической модификации крахмала: получение облученных и электрохимически окисленных крахмалов;

■ химической модификации крахмала: получение окисленных и катионных крахмалов;

■ получения фармакопейного крахмала;

■ получения крахмальной патоки различного углеводного состава методом кислотно-ферментативного гидролиза крахмала с применением отечественных и зарубежных амилолитических ферментных препаратов;

■ получения новых продуктов питания: картофельного концентрата и безалкогольных напитков на его основе.

1.6 Научная новизна данной работы заключается в полученных новых научных данных о:

-регулировании накопления крахмала в растительной клетке при помощи дефосфорилированных триммеров (2',5')олигонуклеотидов на примере прорастающего зерна озимой пшеницы на ранних стадиях онтогенеза;

-морфологии, фазовой структуре, ИК-спектроскопии нативных крахмалов разного ботанического происхождения: кукурузного, картофельного (выработанного из 20 сортов картофеля, из которых 10:

«Атлант», «Лазурит», «Ласунок», «Лилея», «Маг», «Скарб», «Сузорье»,

«Явар», «Уладар», «Веснянка» - белорусской, 4: «Лазарь», «Диво», «Эффект», «Вестник» - российской, 2: «Дзет», «Лелека» - украинской, 4: «Albatros», «Kormoran», «Kranich», «Sonate» - немецкой селекции), а также тапиокового, пшеничного, рисового, ржаного, горохового, амарантового, ячменного, соргового, тритикалевого крахмала, модифицированных (физически, физико-химически, химически и биохимически) крахмалопродуктов и крахмалосодержащих биокомпозитов (ржаной обдирной и сеянной муки, пшеничной муки, пшонной муки, чумизной муки, овсяной муки, гречневая муки, фасолевой муки, бобовой муки, чечевичной муки, банановой муки, полуфабрикатов картофелепродуктов «Хворост» и «Оригинальный», сухого картофельного пюре в виде хлопьев), крахмальной (картофельной и кукурузной) мезги); для оценки нативных крахмалов на основе фазового и морфологического анализа предложен коэффициент сродства к модифицирующему химическому фактору (критерий -относительная степень аморфности) и коэффициент сродства к модифицирующему физическому фактору (критерий - средний размер крахмальной гранулы);

-экологически безопасном безводном способе получения нативных крахмалов [Пат.№16622.ВУ];

-механизме физической модификации крахмала, крахмалосодер-жащего сырья и крахмалопродуктов методом экструзии и созданной на основе факторного эксперимента эмпирической математической модели, связывающей параметры экструзии с молекулярной массой полимеров [Пат.№ 10715 .В Y; Пат.№12800.ВУ; Пат.№13003.ВУ; Пат.№13004.ВУ; Пат.№13730.ВУ; Пат.№13947.ВУ; Пат.№14367.ВУ; Пат.№14686.ВУ; Пат.№151б1.ВУ; Пат.№15551.ВУ; Пат.№15889.ВУ; Пат.№16015.ВУ];

-механизме физико-химической модификации крахмала и установлении закономерностей облучения нативного крахмала ионизирующим излучением [Пат.№10952.ВУ; Пат.№12800.ВУ] и электрохимического окисления нативного крахмала [Пат.№7422.ВУ; Пат.№12403.ВУ];

-механизме химической модификации крахмала и разработке научно обоснованных режимов окисления [Пат.№9875.ВУ; Пат.№11129.BY] и катионизации нативного крахмала [Пат.№12797.BY];

-механизме ферментативного гидролиза крахмала и крахмалосодержащих биокомпозитов и разработке теоретических основ амилолитического расщепления крахмала в биокомпозитных материалах [Пат.№10323 .BY; Пат.№13232.ВУ; Пат.№15570.ВУ; Пат.№16028.ВУ; Пат.№16762.ВУ; Пат.№16756.ВУ; Пат.№16895.ВУ; Пат.№16896.ВУ; Пат.№17105.ВУ; Пат.№17164.ВУ; Пат.№17157.ВУ];

-влиянии (физических, физико-химических, химических и биохимических факторов на уровень микробиологической обсемененности крахмалосодержащего сырья, крахмалов и крахмалопродуктов [Патент №10952; Пат.№7422.ВУ; Пат.№ 12403.BY].

Предложены гипотеза химической модификации в крахмальной грануле, теоретическая модель формирования органолептических свойств картофельных композитов и гипотеза процесса бланшировки растительного сырья.

Новизна предлагаемых технологических и технических решений подтверждена 29-ю патентами BY на изобретения и патентом BY на полезную модель.

1.7 Практическая значимость диссертационной работы заключается в следующем:

-полученные результаты исследований влияния биологически активных веществ — (2',5')олигоаденилатов на крахмалонакопление в растительной клетке могут служить основой для моделирования клеточных регуляторных систем, состоящих из фитогормонов и вторичных посредников клеточной активности, in vitro, что позволит контролировать крахмалонакопление;

-полученные результаты исследований нативных и модифицированных крахмалов, а также картофельных композитов, реакции меланоидинообразования и особенностей формирования органолептических свойств при технологической обработке разнообразного крахмалосодержащего сырья, могут быть использованы в мясной, молочной, масло-жировой, хлебопекарной, кондитерской, крахмало-паточной и других отраслях пищевой промышленности, а также в медицинской, целлюлозно-бумажной, деревообрабатывающей и даже в литейной промышленности;

—разработаны высокоэффективные технологии получения нативных крахмалов, а также технологии физической модификации крахмала, позволяющей получать экструзионные и облученные крахмалы; физико-химической модификации крахмала, позволяющей получать электрохимически окисленный крахмал; химической модификации крахмала, позволяющей получать окисленные и катионные крахмалы; ферментативного расщепления крахмала, позволяющего получать крахмальную патоку различного углеводного состава (низкоосахаренную, карамельную, высокоосахаренную и мальтозную), картофельный концентрат и напиток, приготовленный на его основе и фармакопейного картофельного крахмала;

-установлена возможность и целесообразность использования экструзионных крахмалов в качестве: хлебопекарного улучшителя, стабилизатора майонеза, структурообразователя и связующего агента в полуфабрикатах мясных рубленых и картофелепродуктах, основы для

поверхностной проклейки бумаги, средства для образования регулярной упорядоченной структуры отвержденной смолы при изготовлении древесностружечных плит, стабилизатора формовочных смесей в литейном производстве, реологической добавки, загустителя и стабилизатора строительных смесей;

-результаты, полученные при исследовании физико-химических свойств нативных крахмалов, могут быть использованы при разработке высокотехнологичного оборудования, предназначенного для выделения из крахмалосодержащего сырья нативного крахмала (терок, гидроциклонных установок и т.п.).

Полученные результаты являются научной основой для разработки новых высокоэффективных технологий переработки крахмала, крахмалосодержащего сырья и получения новых продуктов.

Практическая значимость диссертационной работы подтверждена 18 комплектами нормативных и технических правовых актов (ТУ и ТИ), 9 актами внедрения и 20 актами, подтверждающими практическое использование полученных результатов.

1.8 Реализация результатов исследований. Предлагаемые технологические и технические решения апробированы в промышленных условиях и внедрены на предприятиях Республки Беларусь (ОАО «Краснобережский крахмало-паточный завод», РУПП «Экзон Глюкоза», ОАО «Машпищепрод», РУП «Технопрод», ОАО «Гомельский жировой комбинат», КУП «Минскхлебпром» Хлебозавод №3, РУП «Белмедпрепараты», РУП «Минский тракторный завод», РУП «Минский автомобильный завод», УП «Минский завод автоматических линий им. П.М. Машерова», ООО «Илмакс»), России (ЗАО «Погарская картофельная фабрика»), Вьетнама (Daklak tapioca factory «Fampimex») и Китая (Представительство Компаний «Китайская корпорация внешнеэкономического и технического сотрудничества по легкой промышленности»).

Полученные теоретические данные востребованы Министерством сельского хозяйства и продовольствия Республики Беларусь, Министерством экономики Республики Беларусь, Концерном «Белгоспищепром», Концерном «Беллесбумпром», Республиканской ассоциацией производителей картофеля и плодоовощной продукции «Картофельплодовощ» и широко внедрены в учебный процесс в УО «Белорусский государственный экономический университет», УО «Белорусский торгово-экономический университет потребительской кооперации» и УО «Белорусский государственный технологический университет».

Ожидаемый экономический эффект от производства, реализации и использования модифицированных крахмалосодержащих продуктов составит 170-230 дол. США на 1 т готовой продукции.

1.9 Личный вклад соискателя. Соискателем осуществлено планирование всех экспериментов, выполнена экспериментальная работа, статистическая обработка полученных данных и проведено теоретическое обоснование полученных результатов, приведенных в диссертации, разработаны научные основы создания высокоэффективных технологий физической, физико-химической, химической и биохимической модификации крахмалосодержащего сырья, крахмалов и крахмалопродуктов; соискатель участвовал в разработке, согласовании и утверждении нормативных и технических правовых актов, а также во внедрении разработанных технологий модификации крахмалов, технологий и рецептур новых продуктов.

1.10 Апробация. Результаты исследований и основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены в период с 1999 по 2011 гг. более чем на 30 международных научных и научно-практических мероприятиях: конференциях и симпозиумах в Москве, Краснодаре, Казани, Краснообске, Минске, Могилеве, Гродно, Киеве, Донецке, Одессе.

1.11 Публикации. Основные научные результаты опубликованы в 187 научных работах, в том числе: в энциклопедии, 2 монографиях, атласе, 3 учебных пособиях, 68 научных статьях, в том числе в журналах и научных изданиях, рекомендованных ВАК РБ и Минобрнауки РФ - 56, 65 тезисах докладов и материалах конференций. Получено 29 патентов РБ на изобретения, патент РБ на полезную модель, а также разработано 18 нормативных и технических правовых актов. Без соавторства опубликованы 22 научные работы.

1.12 Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора отечественной и зарубежной научно-технической литературы и патентной информации по теме исследований, постановки цели и задач исследований, характеристики, объектов и методов исследований, экспериментальной части, заключения, списка использованных литературных источников, списка публикаций соискателя и приложения. Полный объем диссертации составляет 509 страниц, включая 200 страниц основного текста, 258 рисунков, 62 таблицы, 40 страниц списка использованных литературных источников из 257 наименований, в том числе 113 - зарубежных авторов, публикаций соискателя из 187 наименований и приложение - на 173 страницах.

2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 2.1 Объекты исследований. В качестве объектов исследований были использованы нативные (картофельный, кукурузный, тапиоковый, пшеничный, рисовый, ржаной, гороховый, амарантовый, ячменный, сорговый, тритикалевый, овсяный) и модифицированные крахмалы, а также крахмалосодержащие продукты (мука, картофелепродукты, мезга и др.).

2.2 Методы исследований. На рисунке 1 представлена принципиальная структурная схема получения и исследования модифицированных продуктов из крахмалосодержащего сырья.

При проведении исследований применяли ИК- и ЯМР-спектрометрию (однолучевой Фурье-спектрометр модели Перкин Эльмер «Спектрум 1000» и ЯМР-спектрометр Bruker АС 400), сканирующюю электронную микроскопию (сканирующий электронный микроскоп LEO 1420 и вакуумная установка EMITECH К 550Х), световую микроскопию (световой микроскоп Zeiss Axiostar plus и цифровая фотокамера Panasonic DMC-LZ1), рентгеновскую дифрактометрию (рентгеновский дифрактометр HZG 4А), хроматографию (высокоэффективный жидкостной хроматограф Agilent Technologies 1200 Series, хроматографические колонки: Eclipse XDB-C18, Zorbax SB-Aq и Nucleogel GFC 1000-8), спектрофотометрию (спектрофотометр Specord M 40), визкозиметрию (ротационные вискозиметры: Rheotest2.1, Брукфильда LVDV-II+Pro), титриметрию и другие стандартные методы физико-химического и микробиологического анализа в соответствии с ТИПА: ГОСТ 7698, ГОСТ 8756.13, ГОСТ 8756.22, ГОСТ 24556, ГОСТ 25999, ГОСТ 26668, ГОСТ 26669, ГОСТ 26670, ГОСТ 10444.15, ГОСТ 30518, ГОСТ 30519, ГОСТ 10444.12.

Компьютерное моделирование химических и технологических процессов осуществляли на кластерном суперкомпьютере СКИФ-ОИПИ. Статистическая обработка полученных результатов исследования проведена с использованием MathCad Professional 2000, MS Office Excel 2003.

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 3.1 Регуляция крахмалонакопления в растительной клетке прорастающей пшеницы биологически активными веществами.

Установлено на примере прорастающего зерна озимой пшеницы на ранних стадиях онтогенеза с использованием биологически активных веществ, что дефосфорилированные тримеры (2',5')олигоаденилатов, являющиеся вторичными посредниками клеточной активности и взаимодействующие с фитогормонами, оказывают существенное влияние на процесс крахмалонакопления в растительной клетке, замедляя амилолитический гидролиз крахмала.

Олигоаденилаты снижают расход крахмала, повышают содержание глюкозы. Олигонуклеотиды (10~7М) понижают активность а- и увеличивают активность ß-амилазы при низкой общей амилазной активности, а в концентрации 10~'°М повышают активность а-, снижают активность ß-амилазы и незначительно изменяют общую амилазную активность. В отношении а-амилазной активности олигоаденилаты (10~7М) проявляют подобие с эффектом абсцизовой кислоты, а в концентрации Ю~10М с

Модифицированный крахмал

I

І-Надмолекулярная структура:

1 .Морфологические исследования Н.Молекулярная структура:

1.Спектроскопические исследования

2.Реттентофазовые исследования ІІІ.Исследование технологических

показателей:

1. Органолептические свойства (внешний вид, цвет, запах, вкус, наличие посторонних примесей).

2. Физико-химические показатели (влажность, зола, содержание 8СЬ, кислотность, растворимость, иабу-хаемость, вязкость водных растворов, среднечисловая и среднемас-совая молекулярная масса, коэффициент полидисперсности)

3. Исследования биохимических показателей (белок, жир и др.)

¡.Надмолекулярная структура: 1 .Морфологические исследования Н.Молекулярная структура: 1 .Спектроскопические исследования 2.Рентгентофазовые исследования

СЫРЬЕ: крахмалосодержащие биокомпозиты:

- мука ржаная обдирная;

- картофельное пюре

*

1.Надмолекулярная структура: 1 .Морфологические исследования Н.Молекулярная структура: 1 .Спектроскопические исследования. 2.Рентгентофазовые исследования

III.Реологические свойства *

Нсслсловавпе влияния модифицирующих факторов на реакцию меланоидннообразованяя

Изучение возможности применения в пищевой промышленности н в технических целях

Рисунок 1 - Структурная схема получения и исследований модифицированных продуктов из крахмалосодержащего сырья

действием гиббереллинов. Это позволяет моделировать клеточные регуляторные системы in vitro, состоящие из фитогормонов и вторичных посредников клеточной активности и эффективно контролировать крахмалонакопление в растительной клетке.

3.2 Физико-химические свойства крахмалов и крахмалопродуктов. Установлено, что по инфракрасным спектрам можно идентифицировать крахмал в отличие от других порошкообразных продуктов. В спектральной характеристике нативных и модифицированных крахмалов выявлены общие тенденции по форме пиков (рисунок 2).

б - кукурузного: 1 - нативного; 2 - экструзионного Рисунок 2 - ИК-спектры крахмала

У крахмалопродуктов в инфракрасных спектрах имеются отличительные особенности пиков по интенсивности и ширине полос.

Различия в спектрах по отдельным видам крахмалов и амилозе определяются специфическими способами производства крахмалов и выделения их составляющих, а также изменением в структуре новых ботанических сортов исходного растительного сырья.

В ходе экструзии муки, крахмала, а также смесей различных крахмалов не происходит изменений функционального состава полисахаридов, а наблюдается перераспределение системы межмолекулярных водородных связей ОН-групп, при этом общее количество и прочность этих связей в модифицированных полисахаридах уменьшается, что связано с протеканием реакций деструкции полисахарида при его экструзии.

Проведение экструзионной обработки картофельного, кукурузного и тапиокового крахмалов при различных температурах приводит к получению образцов с достаточно близкими средними молекулярными массами (М\\>) и степенью полидисперсности, при этом повышение температуры экструзии почти не сказывается на этих показателях для всех видов крахмалов (таблица 1).

Экструзионные кукурузные крахмалы имеют максимальные значения Мм> в сравнении с образцами из картофельного и тапиокового крахмалов.

Таблица 1 — Молекулярно-массовые характеристики экструзионных _крахмалов____

Образец крахмала ¿(экстррии), С Среднечисловая молекулярная масса, Д Среднемассовая молекулярная масса, Д Коэффициент полидисперстности

Картофельный 140 2,2-105 8,6-Ю5 3,9

170 2,7-Ю5 9,4-105 3,5

Кукурузный 140 2,9-105 1,2-10" 4,2

160 2,6-105 1,2-106 4,7

Тапиоковый 140 2,3-Ю5 9,5-Ю5 4,2

Научно доказано, что фазовая (таблица 2) и морфологическая (таблица 3, рисунки 3 и 4) структуры зависят от вида растительного крахмалоодержаще-го сырья и от его сортовой принадлежности.

картофельный: а - нативный; б - экструзионный; в - поверхность частицы экструзионного

крахмала; кукурузный: г - нативный; д - экструзионный; е - поверхность частицы экструзионного крахмала Рисунок 3 - Морфологическая структура крахмала Для оценки нативных крахмалов предложен коэффициент сродства к модифицирующему химическому фактору (критерий — относительная степень аморфности) и коэффициент сродства к модифицирующему физическому фактору (критерий - средний размер крахмальной гранулы). Максимальное сродство к химическому модифицирующему фактору (кк= 1) проявляли ячменный и гороховый, а минимальное (кх = 0,6) — амарантовый крахмалы. К физическому модифицирующему фактору максимальное сродство (/сф = 27,9) отмечено у ржаного, а минимальное (кф = 4) - у амарантового крахмалов. Неодинаковая степень окрашивания разных участков крахмальной гранулы полярными красителями показала, что реакции химической модификации протекают, главным образом, в аморфных более интенсивно окрашенных областях.

Химическая модификация, как правило, осуществляется в водной среде (рисунок 5). Вначале происходит набухание крахмальной гранулы, в результате которого в гранулу проникают свободные молекулы воды и молекулы растворенного в воде химического агента. Иногда в качестве растворителя используют органическое вещество. При достижении опреде-

Таблица 2 - Особенности фазовой структуры крахмалов

Показатели Относительная степень кристалличности, % Относительная степень аморфности, % Ш Коэффициент сродства к химическому модифицирующему фактору (кг=ак/ак „„)

Зерновой крахмал

Кукурузный 20,0 80,0 0,986 Средний 0,870

Пшеничный 36,4 63,6 0,784

Ржаной 27,5 72,5 0,894

Тритикалевый 28,6 71,4 0,880

Ячменный 18,9 81,1 (<w) 1,000

Рисовый 39,6 60,4 0,745

Сорговый 35,0 65,0 0,801

Зерно-бобовый крахмал

Нутовый 22,8 77,2 0,952 Средний 0,976

Гороховый 18,9 81,1 (<w) 1,000

Клубневой крахмал

Тапиоковый 39,4 60,6 0,747 Средний 0,774

Картофельный 35,0 65,0 0,801

Сорта картофеля белорусской селекции

«Атлант» 40,0 60,0 0,922 Средний 0,914

«Лазурит» 41,8 58,2 0,894

«Ласунок» 40,6 59,4 0,912

«Лилея» 39,7 60,3 0,926

«Маг» 40,0 60,0 0,922

«Скарб» 42,9 57,1 0,877

«Сузорье» 38,1 61,9 0,951

«Явар» 40,0 60,0 0,922

«Уладар» 41,3 58,7 0,902

«Веснянка» 40,8 59,2 0,909

Сорта картофеля российской селекции

«Лазарь» 37,9 62,1 0,954 Средний 0,901

«Диво» 42,9 57,1 0,877

«Эффект» 42,2 57,8 0,888

«Вестник» 42,4 57,6 0,885

Сорта картофеля украинской селекции

«Дзвін» 38,8 61,2 0,940 Средний 0,953

«Лелека» 37,2 62,8 0,965

Сорта картофеля немецкой селекции

«Albatros» 37,5 62,5 0,960 Средний 0,968

«Kormoran» 37,9 62,1 0,954

«Kranich» 37,6 62,4 0,959

«Sonate» 34,9 65,1 (Октог) 1,000

ленного критического момента набухания крахмальной гранулы (т.е. при критическом содержании молекул воды или другого растворителя и химического агента в полости гранулы), по-видимому, начинается процесс разрыхления кристаллических участков, что делает их доступными для воздействия химического агента и усиливает химическую модификацию. Процесс разрыхления кристаллических участков катализируется при повышении температуры.

Таблица 3 - Морфологическая характеристика нативных крахмалов различ-

ного ботанического происхождения

Нативные крахмалы Параметры

Среднее, мкм min-max, мкм Распределение гранул по размерам Форма гранул

Ржаной 21,2±2,36 4,9^2,8 Тримодальное Овальная и округлая

Пшеничный 12,4±1,9 2,8-27,1 Бимодальное Правильная овальная и округлая

Тритикале 13,2±1,75 4,0-30,7 Бимодальное Правильная овальная и округлая

Сорго 11,0±0,76 3,5-21,7 Мономодальное Овальная и многогранная

Ячменный 10,9±1,15 3,0-21,4 Мономодальное Овальная и округлая

Рисовый 5,3±0,29 2,7-7,9 Тримодальное Неправильная многогранная

Овсяный 7,4±0,87 4,0-14,9 Мономодальное Неправильная округлая

Гороховый 20,4±2,57 6,1-32,3 Мономодальное Неправильная овальная

Нутовый 14,8±0,93 6,0-25,6 Мономодальное Правильная овальная

Амарантовый 1,1 ±0,04 0,5-1,5 Мономодальное Многогранная

Кукурузный 9,8±0,42 3,6-19,2 Моно модальное Неправильная многоранная

Картофельный 21,7±1,22 7,7-60,0 Бимодальное Неправильная овальная

Тапиоковый 10,6±0,50 2,8-31,2 Бимодальное Неправильная округлая

Минимум П Максимум °3'6 И Среднее

2 13

15 16

I - Атлант; 2 - Лазурит; 3 - Ласунок; 4 - Лилея; 5 - Маг; 6 - Скарб; 7 - Сузорье; 8 - Явар; 9-Уладар; 10-Веснянка; 11 -Albatras; 12-Kormoran; 13-Kranich; 14-Sonate; 15-Лазарь; 16-Дзвін; 17-Лелека Рисунок 4 - Размеры крахмальных гранул, полученных из разных сортов

картофеля

и -------Среднее для цели 1

----Среднее для цепи 2

Время, пс

О I«ООО20000 3000« 4000050000 60000 7«000 8000090000100000

б

а - между концевыми атомами 01 и 04

амилозы (40 остатков глюкозы) - между концами 2 А-цепей амилопектина Рисунок 6 — Расстояния между концевыми атомами углерода молекулы крахмала

1 - крахмальная гранула; 2 - внутренняя полость крахмальной гранулы; 3 — кристаллический участок;

4 - аморфный участок Рисунок 5 — Механизм химической модификации крахмальной гранулы

В ходе моделирования молекулярной динамики амилозы из 40 остатков глюкозы нами обнаружено, что изолированная цепь амилозы не обладает стабильной структурой (рисунок 6а). За отрезок в 1 мкс мы пронаблюдали «биение» цепочки и общую конформационную нестабильность структуры расположения звеньев. Ионная сила раствора не оказала влияния на характер движений цепочки.

Увеличение молекулярной массы и ветвление структуры кардинально меняют характер движения отдельных участков цепи (рисунок 66). Длина цепей составляет 15 остатков глюкозы от точки ветвления до свободного конца. Среднее расстояние для А-цепей амилопектина длиной 15 остатков глюкозы составило 53,6 А. Различие среднего для двух цепей незначимо. В пересчете на количество остатков 1)-глюкозы боковые цепи амилопектина

О 2<МИММ1 40ПЛЛЛ бшмкю 8ГНИММІ КММИИМ)

а

70

оказались фактически длиннее на 52,7%. Амплитуда их движений намного более узкая.

Амилоза является разрыхляющим фактором крахмальной гранулы и приводит к образованию аморфных участков в ней, а амилопектин напротив способствует формированию кристаллических участков (рисунок 6).

Воздействие температуры и давления при экструзии вызывает принципиальную структурную модификацию картофельного, тапиокового и кукурузного крахмала: декристаллизацию исходного нативного образца (рисунок 3). В результате экструзии уже при 140°С произходит разрушение крахмальных гранул и декристаллизация нативной структуры крахмала.

Нами впервые предложен безводный способ получения нативного крахмала, при котором осуществляют подготовку крахмалосодержащего сырья к переработке, проводят исследование морфологической структуры крахмала в крахмалосодержащем сырье с определением размера крахмальных гранул, подготовленное сырье измельчают, высушивают до удаления из растительных клеток свободной и связанной влаги, подвергают тонкому измельчению для разрушения растительных клеток и извлекают крахмал путем многократного просеивания через систему сит, подобранную в соответствии с размерами крахмальных гранул перерабатываемого крахмалосодержащего сырья.

3.3 Физико-химические свойства крахмалосодержаицих композитов. Установлено, что сушеный картофель и мука, полученная из различного крахмалосодержащего растительного сырья, имеют целые не-клейстеризованные крахмальные гранулы и аморфно-кристаллическое строение. При получении сухого картофельного пюре без и с бланшировкой наблюдается полное разрушение крахмальных гранул и аморфизация биокомпозитных материалов.

Экструзионная обработка крахмалосодержащего растительного материала приводит к полному разрушению крахмальных гранул и амор-физации.

Сухое картофельное пюре в виде 10%-ных дисперсий являются псевдопластичными жидкостями. Дисперсия сухого картофельного пюре из хлопьев, полученных без бланшировки, т.е. с применением двойной термообработки проявляет более ярко выраженные псевдопластические свойства, по сравнению с пюре из хлопьев, полученных с дополнительной бланшировкой, т.е. с применением четырехкратной термообработки, но только при малых сдвиговых нагрузках. С возрастанием сдвиговой нагрузки величины вязкостей пюре сближаются.

В результате бланшировки (рисунок 7) стенки растительной клетки (целлюлозная основа) сохраняются, а во внутриклеточном пространстве

Клетка

Клеточная стекл

Жировые ВКЛЮЧГИІЯ

6" S"

н н

5+ 5*

стро*штв ЙОДЫ

Бланшировка

основные процессы: ацня белка; -клейстеризацня »фахмала; -окислительные процессы (образования отрицательно заряженных функциональных групп: -СО" и -СОО |

Клеточная стеж а (целшалотл. ПеКТІП) (-)

EfeCH+ii-)

: жіч» <-> : +

І Клоістррі no- ; в.тнныЛ - крахмал (-) - +

- HjCH+ її —) - +

Денетл-рироглнныП белок (+ п

Клеточная стежа

<№ЛЛЮЛОЇД. ГУКТ1ЖІІ '->

Клетка после бланшировки

S§<

Частица сухого картофельного пюре

Рисунок 7 - Принципиальная схема процесса бланшировки растительной

клетки (на примере клубней картофеля) происходят процессы клейстеризации крахмала и денатурации белка. Клейстеризованный крахмал и денатурированный белок вступают во взаимодействие с целлюлозной основой клеточной стенки с образованием сложных комплексов белков и крахмала с целлюлозой клеточной стенки. В дальнейшем после ряда технологических стадий (варки, измельчения (получения пюре), сушки его на вальцовых сушилках) образуется сухое картофельное пюре в виде тонких пластинок (хлопьев). Частицы картофельного пюре, полученного с предварительной бланшировкой картофеля, могут состоять из углеводно-жиро-белковых комплексов (жиро-крахмальный комплекс + углеводно-белковые комплексы: целлюлозо-пектиново-белковый и крахмало-жиро-белковые), которые ориентированы в пространстве определенными образом при помощи молекул воды. Биокомпозитные частицы подобного строения способны объяснить различия реологических характеристик картофельного пюре, полученного с и без предварительной бланшировки картофеля. Данные биокомпозитные комплексы способны распадаться при сдвиговой нагрузке.

3.4 Формирование органолептических свойств картофельных композитов. Показано, что в формировании органолептических свойств картофеля принимают участие все его химические составляющие: аминокислоты, белки, сахара, жиры, алколоиды и т.д. У картофеля подвергнутого разным технологическим обработкам (варке, жарке,

приготовлению пюре) наблюдается уменьшение массы, воды, белков, жиров, углеводов (моно- и дисахаридов, крахмала, клетчатки), органических веществ, золы, минеральных веществ (Na, К, Са, Mg, Р, Fe) и витаминов ф-каротина, витаминов Bi, В2, РР и С). Снижение питательной ценности, а также вкус, аромат и цвет картофеля, подвергнутого термообработке, обуславливает сахароаминная реакция (рисунки 8 и 9). Кроме того, термическая обработка способствует разложению глюкозы и образованию оксиметилфурфурола (ОМФ).

Текстуру картофеля обуславливает крахмал, содержащий большое количество фосфатных групп.

На органолептические свойства картофеля большое влияние оказывает агротехника возделывания, почвенно-климатические факторы, а также время и условия хранения.

3.5 Физическая модификация крахмала. Разработаны две технологии физической модификации крахмала и крахмалосодержащего сырья: методом экструзии без предварительного увлажнения и облучением ускоренными электронами.

Экструзия крахмала является сложным многофакторным процессом и позволяет, изменяя параметры процесса, получить широкий спектр продуктов с разными физико-химическими и технологическими свойствами (рисунок 10).

В качестве выходного параметра для построения эмпирической математической модели выбрана среднемассовая Mw образцов экструзионных крахмалов. Влияние параметров экструзии на Mw является сходным: повышение температуры и увеличение скорости вращения рабочих шнеков приводит к усилению деструкции и снижению Mw в 1,6—2,5 раза. Самую высокую степень деструкции имеет экструзионный картофельный крахмал (Mw 1,0-2,5- 10б), а самую низкую - экструзионный тапиоковый (Mw 2,7-4,3-106).

По результатам факторного эксперимента построена эмпирическая математическая модель (рисунок 11), связывающая параметры экструзии (t = 140-180°С, п = 70-90 об/мин) с Mw полимеров и коэффициентом полидисперсности (Кр). -для картофельного:

ЛМартсф. = 9,59386 - 0,00950-í- 0,11473-и + 0,000023-f2 - 0,00012- t-n + 0,00057-и2 /фкартоф. = 57,0016 - 0,4781 • г - 0,2115- и + 0,00049- г2 + 0,0041 ■ t- и - 0,00265278- и2; -для кукурузного:

MwKiX¡v. = 17,8668 -0,09543-/-0,17427-п + 0,00013-í2 + 0,00054- t-n + 0,00041 -и2 Kp,mv. = 40,8753 - 0,1502-í - 0,3510-и + 0,0003-í2 + 0,0008-í-n + 0,0010n2; -для тапиокового:

Л/и-тапИ01<. =20,1901 - 0,07592-í- 0,19173-и + 0,00005-í2 + 0,00060-í-n + 0,00026-и2 пяок, = 62,7776 - 0,4115-/ - 0,4029-п + 0,0005-г2 + 0,0035-í-n - 0,0010-м2.

■ Варка в кожуре

СИ Варка очищенного в Варка молодого 4} Варка на пару

■ Жарка отварного очищенного

■ Жарка отварного в кожуре

■ Жарка сырого

® Жарка во фритюре

Приготовление картофельного пюре

Рисунок 8 - Потери основных веществ при различной тепловой обработке

картофеля

Генетические характеристики

Факторы окружающей среды

(температура, влажность, освещенность, механическое воздействие н тд.)

i —

Лгроте&ннкн возделывания

Сахароамннная реакция

"ас*—*** не—сн

R—СН-СООН ♦ H¿CHHC¿H-* R-CHj-C^ »V¿ .3Hfl

¿4

CHjOH с' HOCH—неон

с-н

Формирование биохимического компонентного состава

(азотистых веществ (аминокислот, белков), жиров, углеводов и т.д.)

КАРТОФЕЛЬ

Подготовка к переработке

Переработка:

1.Варка:

- в кожуре;

- очищенного, молодою;

- на пару.

2.Жарка. "

- отварного очищенного;

- отварного в кожу ре;

- сырого;

- во фритюр.

3. При готовлен не картофельного пюре

л=

Углеводы

-карамедизация; -расщепление.

Крахмал: -клейетеринция: -частичное рашонснис; -формирование структуры и вкуса

юсн—неон Мр ÇH CHjOH с«н с-н

J-T-Jf-Г-нр

"ЧИ.О tc-,0,-(f «

ч

1 ° с -н , - «

CHOH CH^HC-kHÇH

соон

Содержание 5-гидроксиметил фурфурол а

Азотистые вещества

(бедки и аминокислоты) -расщепление

ш

ФОРМИРОВАНИЕ ОРГАНОЛЕПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

m

-эндогенные; -экзогенные

m

РЕАКЦИЯ МЕЛАНОИДИНООБРАЮВАНИЯ (сахароамннная реакция или реакция Майара):

редуцирующий сахар + вещество содержащее аминогруппу —» меланондины + побочные продукты

ш

последовательность снижения активности

углеводов:

рибоза > ксилоза > арабиноза > галактоза

> глюкоза > мальтоза

> фруктоза

=П

500040005 3000-

S

20001000

НС-сн II II I О I С—H СН2ОН З-шлроксмнетил-фурфурол

5182

132,4

последовательность снижения активности аминокислот:

Lys > Gly > Mel > Ala > Val > Gin > Phe > Cys > Туг

1. Меланондины —» цвет

2. Побочные продукты:

■ лету чие — запах, вкус

■ нелетучие —» вкус

Сахарный колер Картофельный Крахмальная концентрат патока

Рисунок 9 - Теоретическая модель формирования

органолептических свойств картофельных композитов

Полученные экспериментальные результаты могут быть использованы в производстве экструзионных крахмалов для точного управления технологическими режимами с целью получения конечного продукта с заданной молекулярной массой, степенью полидисперстности и как результат этого стабильными свойствами: реологическими характеристиками, растворимостью и т.д. (таблица 4).

Таблица 4 - Взаимосвязь средней молекулярной массы крахмала с технологическими показателями

Тип крахмала Технологические показатели

Растворимость, (S, %) Вязкость, (ti, мПа-с)

Картофельный S= -8,481n(Mw) + 100,0; R¿ = 0,924 r| = 3,338Mw + 6,879; R¿ = 0,923

Кукурузный 5' = -5,721n(Aftv) + 93,95; R¿ = 0,859 Л = 5,248Mw + 2,932; R¿ = 0,911

Тапиоковый S = -0,981n(A/w) + 100,7; R¿ = 0,872 Л = 5,269Mw + 8,442; R¿ = 0,912

В нативном картофельном крахмале присутствуют 7 аминокислот: Ala, Gly, Leu, Pro, Ser, Met, Asp, в тапиоковом - 10 аминокислот: Ala, Val, Gly, Ile, Leu, Pro, Ser, Met, Asp и Glu, а в кукурузном — 13 аминокислот: Ala, Val, Gly, Ile, Leu, Pro, Thr, Ser, Met, Phe, Asp, Glu и Lys. Сумма аминокислот в нативном картофельном крахмале составляла 1,0%, в тапиоковом — 1,3%, а в кукурузном — 2,2% в пересчете на сухое вещество.

Контрольное просеивание

_ Нативный крахмал

Поврежденные гранулы

Полимеры крахмала

Олигасахариды и сахара

Удаление i .

■ „ i_ь Ферропримеси

ферромагнитных примесеи ! -

Экгтрузионная обработка

г = 140-180°С: л = 70-90 об^ин

'-1 Ш-fjt.n) I

Коклиционированне

Крупные

Измельчение

рэткер частил - 0,5-0,7 мм

Просеивание

X

Взвешивание и v паковка

11 = СМ*, H'f'Mwi S-f(Atw)

©

Регулирование технологических свойств

Теплоте

Гранулы крахмала

Клеисгериэованный крахмал

/SY-

Декстрин

» Крахмая экструпюнный

Параметры процесса

—Тип экстру дера

Геометрия шнека — Геометрия матрицы Скорость вращения шнека Температура корпуса Расход сырья Свойства сьтркя:

- влажность

- морфология гранул

- химический состав

Параметры системы

(ь) ь

>1

=Ла)

— Температура материала Механическое воздействие (деформация сдвига) Давление

— Продолжительность обработки Реология материала

— Степень заполнения L Mежмолокулярные

взаимодействия

Структуры ы е параметры

Сb ^

=ЛЬ)

- Морфология частиц

- Степень клейстеризации

■ Разрушение и образование валентных связей

■ Образование побочных продуктов

Целевые параметры

¥

d=«c)

- Г r.'ióyx ЛСМОС11.

— Растворимость

— Специфическая вязкость

Стулнеобразукнцая способность

- Водо- и жироудержи-ваюшая способность Органолептические свойства g

a - технология производства экструдированных продуктов из крахмалсодержащего сырья; б - модель деградации крахмала в процессе экструзии; в - системно-аналитическая модель Рисунок 10 - Технологическая схема процесса экструзии крахмала Экструзионная обработка крахмала сопровождается существенным снижением количества аминокислот. Проведение экструзии при 140°С уменьшает количество аминокислот: в картофельном крахмале на 1,9—48,1 в тапиоковом - на 6,8-48,5% и в кукурузном - на 3,2-72,8%. Присутствие некоторых аминокислот, найденных в образцах нативных крахмалов, не было отмечено в физически модифицированных. При экструзии при температуре 140°С не обнаружен Не в тапиоковом крахмале, в кукурузном отсутствуют Thr и Lys. Вместе с тем Met оказался устойчивым к экструзии. У нативного кукурузного крахмала и экструзионного при 140°С уровень Met составляет 0,125% в пересчете на сухое вещество.

Повышение температуры экструзии понижает качественный и количественный аминокислотный состав кукурузного крахмала. При температуре экструзии 150°С в крахмале не было найдено Ile, Thr, Phe и Lys, а при повышении температуры экструзии до 160°С в крахмале не было отмечено присутствие Val, Ile, Thr, Phe, Glu и Lys. У экструдированного при 150°С кукурузного крахмала содержание аминокислот понижается на 4,8-93,2%, а при 160°С - на 27,2-75,0%.

Средняя молекулярная масса Мм*

1 і'ффіІШКІЧ Пи ШиН.Пф.НОіІІІ

11.0-113

■ 1ІЯ1Л £ 11.6-11.9

■ 11.9-122 и 122-12.5

12,5.12.8

■ 128-13.1

■ 13,1-13.4 13.4-13.7

■ 13,7-14,0

Средняя

молекулярная

масса Мч/ Частота, ио шш

2.7-2.85

■1 2,85-3,0 86

■ 3.0-3,15

■ 3.1&-3.3

■ 3.3-3.45

■ 3.46-3.6 78 1

■ 3.6-3.75

Н 3.75-3.9 74 -

З.Э-4.05

■ 4.05-4.2 ■ 4.2-4.35 ■1 4.35-4.5 70

140 150 160 170 180 Температура. °С

Ісїффииисні

іьзшіліаіеіішаїлі

14.0-14.3 Н 14.3-14.6 Ж М.е-14.9 Ш 14,9-15.2 Ш 15,2-15,5 Ш 15.5-15.6 Ш 15.8-16.1 т 16,1-16.4 16,4-16.7 Ж 16.7-17.0 Ж 17.0-17,3

молекулярная масса: 1 - картофельного; 3 - кукурузного; 5 - тапиокового полидисперсность: 2 - картофельного; 4 - кукурузного; б - тапиокового Рисунок 11 - Поверхности отклика взаимосвязи технологических режимов с молекуляной массой и коэффициентом полидисперсности Физически модифицированные экструзионные крахмалы обладали хорошими органолептическими и микробиологическими показателями и могут послужить основой для разработки целого ряда продуктов с низким содержанием белка для диетического питания детей с генетическими заболеваниями (целиакией и фенилкетонурией).

Полученные экструзионные крахмалы нашли применение в пишевой промышленности (хлебопекарный улучшитель, стабилизатор майонеза,

структурообразователь и связующий в полуфабрикатах мясных рубленых и картофелепродуктах) и в технических целях (основа для поверхностной проклейки бумаги, средство для образования регулярной упорядоченной структуры отвержденной смолы при изготовлении ДСП, стабилизатор формовочных смесей в литейном производстве, улучшающая добавка строительных смесей).

Облучение картофельного крахмала ускоренными электронами в интервале доз от 110 до 440 кГр приводит к значительному изменению физико-химических свойств (рисунок 12).

о.?- Л = 4Е-06.1' - 0,0003л- + 0,1214;

/

ч

/

■ '-аыА.

ч,

/

20. град.

Рентгенодифрактограммы: 1 - нативного; 2 — облученного дозой 440 кГр

7000-

V, = 18257л: ; = 0.966

Доза облучения. кГр

Содержания функциональных групп: 1 - карбоксильных; 2 - карбонильных у = I Е-08л( - ЗЕ-06л: + 0,0005.»- + 0,0998; ^ = 1

-100 0 100 2(Ю 300 400 500 600 ТОО 800 900 100)1100120013001400 Скорость сдвига, с*

Доза обручения, кГр

Растворимость

Вязкости крахмального клейстера: 1 - нативного; 2 - облученного дозой 110 кГр

Рисунок 12 - Физико-химические свойства облученного крахмала Наблюдается существенная аморфизация структуры облученного крахмала с сохранением морфологии. При облучении на воздухе дозами до 440 кГр происходит заметная деструкция макромолекул крахмала, а вклад окислительных процессов незначителен. Аморфизация и деструкция цепей картофельного крахмала повышают его растворимость в холодной воде и кислотность. Физико-химические свойства облученного крахмала не постоянны. Через определенное время растворимость и кислотность

облученных крахмалов существенно понижаются, вплоть до получения крахмалов полностью не растворимых в воде.

Наиболее оптимальным способом стабилизации физико-химических свойств может оказаться контактная сушка на вальцовых сушилках или экструзионная обработка облученного крахмала совместно с сухим льдом (твердая форма углекислого газа), который добавляется в количестве 1-3% к массе сухих веществ.

Предварительная экструзионная обработка или контактная сушка 30-40% крахмальной суспензии на вальцовых сушилках при 120-180°С приводит к клейстеризации, т.е. разрушению крахмальных гранул и может вызвать повышение эффекта облучения вследствие увеличения возможных вариантов рекомбинации полимерных цепей крахмала.

Облучение крахмала ионизирующим излучением в виде пучка ускоренных электронов с энергией 6-7 МэВ и дозой 5-10 кГр приводит к полному уничтожению имеющейся микрофлоры.

Физически модифицированные крахмалопродукты могут найти широкое применение в пищевой промышленности (хлебопекарной, мясо-молочной, масло-жировой и картофелеперерабатывающей отрасли), в медицине и в технических целях (литейном производстве, целлюлозобумажной отрасли, деревообработке).

3.6 Физико-химическая модификация крахмала. Впервые разработана технология модификации крахмала электрохимическим способом, которая может найти широкое применение в пищевой и других отраслях промышленности (рисунок 13 и таблица 5).

Проведена модификация картофельного крахмала электрохимическим способом в результате прокачивания аналита - 30%-ой крахмальной суспензии через электролизер в течение 60 мин при постоянной температуре электролита и разной силе тока: 0,2-7А. Поддержание постоянной силы тока достигалось в результате постепенного уменьшения напряжения на электродах. Каталитом служил 2% раствор №С1. Пропускание электрического тока через крахмальную суспензию приводит к снижению ее рН. С повышением силы тока с 0,2 до 7А наблюдается увеличение содержания карбоксильных с 0,005 до 0,027% и карбонильных (альдегидных и кетонных) с 0,003 до 0,019% групп, при одновременном снижении средней степени полимеризации с 1349 до 975%, средней массы степени полимеризации с 9807 до 4689% и полимолекулярности с 7,27 до 4,81%. Содержание минеральных веществ в крахмале, модифицированном электрохимическим способом существенно ниже, чем в крахмалах, окисленных химическими окислителями.

Электрохимическая обработка крахмала аналогична окислению неселективными окислителями и модификации крахмала кислотами. При

О 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Время, мин

о 0,2 А о 0,4 А А 0,6 А Х0.8А Ж 1,0 А О 1,5 А + 2,0 А - 7А

6 а

а - схема лабораторной установки: 1 — емкость для крахмального молочка; 2 — емкость

для электролита; 3 - электролизер; 4 - ионообменная мембрана; 5 - холодильник; 6 - насос; 7 - диодный мостик; 8 - автотрансформатор; V - вольтметр; А - амперметр; б - изменение водородного показателя при электрохимическом окислении картофельного

крахмала

Рисунок 13 — Физико-химический способ модификации крахмала Таблица 5 - Изменение свойств крахмала при физико-химической модифи-

Наименование показателей Нативный крахмал Крахмал обработанный

НСІ N300 Н2О2 Сила тока, А

0,2 | 0,6 | 2 | 7

Содержание карбонильных и карбоксильных групп

-С ООН, % - - 0,197 ±0,004 0,002 ±0,001 0,005 ±0,001 0,011 ±0,001 0,015 ±0,003 0,027 ±0,004

=СО, % - 0,008 ±0,001 0,028 ±0,005 0,014 ±0,002 0,003 ±0,001 0,005 ±0,001 0,009 ±0,002 0,019 ±0,002

Степень полимеризации и полимолекулярность

Средняя степень полимеризации, % 1451 677 804 933 1349 1216 1081 975

Средняя масса степени полимеризации, % 10941 2620 3392 4254 9807 8390 6313 4689

Полимолекулярность, % 7,54 ±0,312 3,87 ±0,289 4,22 ±0,127 4,56 ±0,208 7,27 ±0,346 6,90 ±0,289 5,84 ±0,115 4,81 ±0,121

пропускании электрического тока образуются хлорсодержащие неселективные окислители и соляная кислота, воздействие которых и обуславливает модификацию крахмала.

3.7 Химическая модификация крахмала. Разработан способ получения окисленных крахмалов с использованием высокоэффективного неспецифического газообразного окислителя — озона, при котором 30-40 % крахмальную суспензию или сухой крахмал обрабатывают озоно-воздушной смесью в течение 5-60 мин при температуре не выше 40 °С и рН среды не

более 7, при этом концентрация озона в озоно-воздушной смеси 115500 мгОэ/м3, а в суспензии составляет 2-15 г03/м3.

Озонированные крахмалы обладали хорошими потребительскими свойствами (микробиологической чистотой, повышенной вязкостью клейстера, умеренной кислотностью и хорошей желирующей способностью) и могли бы с успехом использоваться в пищевой, а также целлюлозо-бумажной, текстильной, строительной и других отраслях промышленности.

Впервые разработан способ модернизации существующих крахмальных производств за счет внедрения созданной технологии получения микробиологически чистого фармакопейного крахмала с применением озонирования, что существенно позволит повысить качество готовой продукции. Внедрение данной технологии позволит значительно снизить импорт и повысить конкурентоспособность отечественного крахмала.

Обработке подвергался сухой картофельный крахмал (влажность 1620%), крахмальная суспензия (100 г крахмала + 100 г воды). Крахмал обрабатывали озоно-воздушной смесью с концентрацией озона в смеси 200 мг03/м3, используя озонатор ЭРГО-М, оптический газоанализатор озона «ЦИКЛОН-5.51» и аспиратор модели ОП-824ТЦ. Номинальная мощность озонатора 200 мг03/м3 при скорости подачи озоно-воздушной смеси 5 л/мин. Варьировали время экспозиции, что соответствовало изменению дозы обработки.

Установлено, что минимальная доза обработки озоно-воздушной смесью позволяет выйти на уровень параметров, соответствующих требованиям СанПиН 11-63 РБ 98 (п. 6.9.8.3), предъявляемым к крахмальному сырью для фармакопеи.

Окисление картофельного крахмала пероксидом водорода проводили в присутствии катализатора (Ре2+ и др.), реакция при этом протекает по радикально-ионному механизму благодаря образованию редокс-системы между Ре и Н202 и генерации свободных гидроксильных радикалов согласно реакции: Ре2' + Н202 Бе3+ + "ОН + ОН".

Изменения молекулярной и надмолекулярной структуры окисленного перекисью водорода крахмала незначительны: наблюдается некоторое увеличение степени кристалличности, что свидетельствует о перегруппировке полимерных цепей крахмала (рисунок 14д). Существенные изменения морфологической структуры (рисунок 14б) происходят только при использовании больших концентраций окислителя (изменяется форма гранул, появляются трещины, бороздки и другие дефекты поверхности гранул). Значительно повысить степень окисления и деструкции полисахарида можно, увеличив одновременно концентрации Н202 и Ре504 или ионов Н+ в растворе, в то время как продолжительность реакции окисления в меньшей степени сказывается на содержании введенных

а - дифрактограммы: 1 - нативного; 2 - окисленного; б - морфологический анализ Рисунок 14 — Свойства картофельного крахмала, окисленного перекисью

водорода

карбоксильных и карбонильных групп, а также на динамической вязкости. При окислении крахмала в присутствии катализаторов в результате сорбции зернами крахмала неорганических веществ, растворенных в жидкой фазе, массовая доля золы повышается. По эффективности окисления крахмала катализаторы можно расположить в следующий ряд:

Си804 ~ СоС12 < №СЬ < РеБС^.

Разработан современный, высокоэффективный метод получения катионных крахмалов с применением катионизирующего реагента N-(3-хлоро-2-гидроксипропил)-М,1М,Ы-триметиламмоний хлорида (ХГПТМАХ), получаемого в результате реакции избытка эпихлогидрина с 3-метиламмоний хлоридом с последующей очисткой, а также катализаторов катионизации -малеинового ангидрида или янтарной кислоты, гидроксида и/или оксида натрия, магния, калия или кальция, с дополнительным применением ингибиторов клейстеризации - сульфатов (хлоридов) натрия и/или калия, при этом обработка проводится методом сухой или методом полусухой катионизации или методом катионизации крахмальной суспензии или методом катионизации крахмального клейстера или экструзией.

Зная характер упаковки полисахаридных молекул и распределение цепей амилопектина в разных областях гранулы, можно утверждать, что катионизация крахмала осуществляется преимущественно в аморфных областях гранулы, т.к. катионизирующему реагенту легче атаковать амилопектин в неплотно упакованных аморфных областях. Катионизации подвергается гидроксилы а-£>-глюкопиранозы крахмала в положении 2, 3 и 6. Причем наиболее часто ХГПТМАХ взаимодействует с гидроксилом в положении 2 а--0-глюкопиранозы.

Особенности реакции катионизации ХГПТМАХ 2С атома крахмала показаны на рисунке 15, а на рисунке 16 представлена принципиальная технологическая схема катионизации крахмала в суспензии.

Внутреннпе іаюрпшаты

80

черный - атом С; белый - атом Н; красный - атом О; синий-атом N

Т

2,0 2,2 2,4 Координата 1

а

он сн3

СІ I ©I -

ЫаОН»,

і У'' _

СН1

I®3 ©

1уть реакции в 2 внутренних косрдинатазс,

3 координата оптимизирована (выбраны наименьшие значения энерпш), цветом отмечены точки, выбранные для «пути реакции»

ОН СН-, Л

¿н3

он сн

© Л- ©

-1585,97256 1.4 1,9 2,48 \

2 -1585.92042 -1585,82067

1,7 -1585,8669 -1585,80799 -1585,98632

1.43 -1585,77135 -1585,9401 -1586.02765

- -1586,03

Координата реакции

1

а - диаграмма энергии, ккал/моль; б - путь реакции Рисунок 15 -Особенности катионизации ХГПТМАХ 2С атома крахмала

Сырье:

1. Картофельный крахмал по РОСТ 7699-78

2. Кукурузный крахмал по ГОСТ 7697-82

3. Тапиоковый крахмал по ТРЕПА

Крахмальная суспензия 38—40°/о СВ

Дошроиинис антиклейстеризатора

1. Сульфат натрия

2. Хлорид натрия

3. Сульфат калия

4. Хлорид калия

5. Другие ингибиторы клейстеризадии

Дозирование щелочи (МаОН)

Вода (Н20)

Дозирование кислоты (НО)

Дозирование катионсодержащего химического реагента

он сн3

С 1С н2-сн—с н2 -м—сн

N-( 3 - хл о ро-2 - г и дро кси п ро п и л )-

ІЧ.ІЧ.ІЧ-триметиламмоний хлорид

ХИМИЧЕСКАЯ РЕАКЦИЯ КАТИОНИЗАЦИИ расход реагента, N8011 и НО на 1 х СВ нативного крахмала

Марки крахмаля к атно іпю го Массовая доля связанного аз о іч, <И» 65«И)(69«И>) раствор реагента к а інимнрумшдег о ІЧаОН, КГ НС1, 35%, кг

л кг СВ, кг

КАТ-1 0,16—0,27 73,9(69,0) 85,7(80,7) 55,7 25,0 27,0

ІСАТ-2 0,28-0,38 101,1(94,4) 117.2(110,4) 76,2 33,8 31,0

Условия: 1. рН — щелочная среда: 1 1,2—1 1,9;

2. Температура — не более +43°С;

3. Тщательное перемешивание — не менее 15 об/мин;

4. Время - 8-24 ч.

Обезвоживание крахмала

Высушивание крахмала

Взвешивание, упаковка и маркировка крахмала

Отмывка от катионного реагента и солей

Просеивание крахмала

Магнитная очистка крахмала

Транспортирование и складирование катионного крахмала

Рисунок 16 - Принципиальная технологическая схема катионизации

крахмальной суспензии 3.8 Ферментативное расщепление крахмала. Разработана технология производства патоки крахмальной различного углеводного состава кислотно-ферментативным гидролизом крахмала включает: подготовка крахмальной суспензии, кислотное разжижение, нейтрализация, охлаждение и корректировка рН, ферментативное осахаривание, инактивация ферментов, механическое фильтрование, выпаривание, адсорбционная очистка с помощью активного угля, контрольное фильтрование, уваривание, охлаждение, хранение и розлив.

В результате исследования ферментативного расщепления крахмала предложена технология производства патоки крахмальной различного углеводного состава кислотно-ферментативным гидролизом крахмала, а также картофельного концентрата с использованием ферментных препаратов: Глюкаваморин Г20х, Аминол АКс-50, Аминол АКс-70, Аминол

АКс-100, Глюканол ГКс-60, Термамил БС, Сан Супер 360 Л и др. Для интенсификации гидролиза сырье с естественной влажностью 17-20% подвергали экструзии при 40-70°С и частоте вращения шнека 80-90 об/мин, или к сырью с влажностью 30-60% и рН 4,5-6,0 добавляли термостабильную а-амилазу из расчета 0,1-0,3 л на 1 т абсолютно сухого крахмала и подвергали экструзии при 70-90°С и той же частоте вращения шнека, или сырье частично клейстеризовали путем ультразвуковой обработки при частоте 15-250 кГц в течение 1-5 мин.

Технология получения концентрата на основе картофеля предусматривает (рисунки 17, 18 и таблица 7) приемку картофеля, мойку клубней и отделение камней, очистку картофеля, инспекцию, разваривание картофеля, приготовление осахаривающих материалов, осахаривание разваренной массы, осветление осахаренной массы, упаривание, подкисление и термообработку. Нами впервые разработан способ получения картофельного концентрата из отходов клеточного сока и мезги, способ ферментативного обогащения фруктозой, способ оптимизации по ОМФ, а

''■-ж ш

1 - конвейер; 2 - машина моечная с камнеотборником; 3 - транспортер; 4 - конвейер; 5 -машина картофелеочистительная; 6-ванна; 7-элеватор; §-разварник; 9-осахариватель; 10- насос роторный; 11 - сборник; 12 - центрифуга; 13 - сборник приемный; 14- насос; 15- аппарат вертикальный цельно сварной с эллиптическим днищем и крышкой; 16- фильтр-пресс; 17- аппарат вертикальный с эллиптическим днищем и крышкой; 18 - реактор; 19- тара; 20 - весы Рисунок 17 - Аппаратурная технологическая схема получения картофельного

концентрата

Таблица 7 - Характеристика концентрата из картофеля

Показатели Значение

Органолептические показатели

Внешний вид Вязкая, густая жидкость

Цвет Коричневый

Вкус Сладковато-кислый с незначительно выраженной горечью

Аромат Характерный для ржаного хлеба

Физико-химические показатели

Растворимость в воде Полная, при соотношении концентрата и воды 1 : 30 допускается опалесценция

Массовая доля сухих веществ, % 70 ±2

Кислотность, см3 0,1 н. раствора ЫаОНЛОО см3 30-40

Кроме того, предложена технология производства безалкогольных газированных напитков на основе картофельного концентрата (рисунок 19), предусматривающая водоподготовку (фильтрацию, биологическую очистку, обезжелезивание и умягчение), подработку картофельного концентрата, приготовление сахарного сиропа, сахарного колера, пряно-ароматического сырья, консерванта, пищевой органической кислоты, купажирование, фильтрацию купажа, розлив и упаковку. Впервые разработан способ оптимизации по ОМФ картофельных напитков и способ увеличения их срока годности, а также предложены новые оригинальные рецептуры._

* эссенциальные (незаменимые) ИВяИЯР вивИй»

Рисунок 18 — Аминокислот- Рисунок 19 - Технологическая схема

ный состав белка получения напитка «Мшола» на основе

картофельного концентрата картофельного концентрата

Безалкогольный газированный напиток на основе картофельного концентрата обладает следующими физико-химическими характеристиками: массовой долей сухих веществ - 8,2±0,3%, кислотностью - 3,5±0,3 см3 0,1 н. раствора №ОН/ЮО см3 напитка, массовой долей двуокиси углерода - 0,04%. Органолептические свойства напитка сходны с вкусом хлебного кваса.

Апробация полученных научных данных и технологических решений проведена на предприятиях Республики Беларусь, Российской Федерации,

Вьетнама и Китая. Разработано 18 технических условий (ТУ ВУ 190239501.755-2008 «Белкрахмалит», ТУ ВУ 190239501.762-2009 «Крахмалы экструзионные», ТУ ВУ 190239501.754-2008 «Корма кукурузные сырые», ТУ ВУ 290215113.005-2008 «Глютен кукурузный сухой», ТУ ВУ 290215113.0072010 «Зерно кукурузы для производства крахмала и крахмалопродуктов», ТУ ВУ 190869579.001-2010 «Добавка крахмалосодержащая», ТУ ВУ 190239501.780-2010 «Крахмал окисленный», ТУ ВУ 190239501.786-2011 «Крахмал катионный», ТУ ВУ 190239501.806-2012 «Реагент крахмалосодержащий модифицированный для бурения», ТУ ВУ 190239501.839-2013 «Крахмал катионный растворимый» и др.), получено 9 актов внедрения и 20 актов о практическом использовании результатов исследования. Ожидаемый экономический эффект от производства, реализации и использования модифицированных крахмалосодержащих продуктов составит 170-230 долл. США на 1 т продукции.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Автором выполнено комплексное научное исследование по влиянию биологически активных веществ на процесс клеточного крахмалонакопления и развитию научно-технологических основ создания импортозамещающих технологий переработки крахмала и крахмалосодержащего сырья с использованием физических, физико-химических, химических и биохимических модифицирующих факторов.

1. Установлено, что дефосфорилированные тримеры (2',5')олигоаденилатов оказывают существенное влияние на процесс клеточного крахмалонакопления. У прорастающей пшеницы снижается расход крахмала и повышается содержание глюкозы. Олигонуклеотиды (Ю'М), проявляют абсцизоподобный эффект, понижая активность а- и увеличивая активность Р-амилазы при низкой общей амилазной активности, а в концентрации Ю~10М - гиббереллиноподобный эффект, повышая активность а-, снижая активность Р-амилазы и незначительно изменяя общую амилазную активность.

2. Исследована молекулярная и надмолекулярная структура крахмалов, крахмалопродуктов и крахмалосодержащих биокомпозитов. Доказано, что морфологическая и фазовая структура зависит от вида растительного крахмалосодержащего сырья и от его сортовой принадлежности. Для оценки нативных крахмалов предложен коэффициент сродства к модифицирующему физическому фактору (критерий - средний размер крахмальной гранулы) и коэффициент сродства к модифицирующему химическому фактору (критерий - относительная степень аморфности). Установлено, что реакции химической модификации протекают более интенсивно в аморфных более

сильно окрашенных участках крахмального зерна. Предложена научно-обоснованная гипотеза химической модификации крахмальной гранулы.

В результате фазового и морфологического анализа установлено, что картофельное пюре, полученное с предварительной бланшировкой и без предварительной бланшировки, является абсолютным аморфным гало. На основании реологических характеристик картофельного пюре предложена гипотеза процесса бланшировки. Процесс бланшировки многостадийный и сложный. В процессе бланшировки принимают участие все компоненты биокомпозитного материала (белки, углеводы, жиры и др.). Сущность процесса бланшировки заключается в ориентации определенным образом функциональных группировок различных компонентов биокомпозитного материала в водной среде. В результате данной ориентации происходит взаимодействие отрицательно и положительно заряженных функциональных группировок и образуется «комочкообразные» вторичные аморфные образования (не плотно упакованные), которые легко разрушаются при сдвиговой нагрузке.

3. Теоретически обосновано и практически подтверждено, что в формировании органолептических свойств картофеля принимают участие все его химические составляющие: аминокислоты, белок, сахара, жиры, алколоиды и т.д. Установлено, что в продукте, подвергнутом разным технологическим обработкам (варке, жарке, приготовлению пюре), наблюдается потеря массы (3-50%), воды (1-66%), белков (3-6%), жиров (1-16%), углеводов (моно- и дисахаридов - 15-36%, крахмала - 4-10%, клетчатки - 1-6%), органических веществ (4—13%), золы (10-40%), минеральных веществ (Na - 10-80%, К - 6-33%, Са - 3-28%, Mg - 6-39%, Р - 3-30%, Fe - 3-40%) и витаминов ф-каротина - 0-20%, витаминов Bi - 534%, В2 - 5-20%, РР - 3-30% и С - 15-74%). Органолептические свойства зависят от сахароаминной реакции, в результате которой образуются летучие и окрашенные продукты, которые и обуславливают вкус, аромат, цвет и снижение питательной ценности картофеля, подвергнутого термообработке. Текстуру картофеля обуславливает крахмал, содержащий большое количество фосфатных групп. На органолептические свойства картофеля большое влияние оказывает образующийся при термическом разложении глюкозы — оксиметилфурфурол.

4. Разработана технология физической модификации крахмала и крахмалосодержащего сырья методом экструзии без предварительного увлажнения. При экструзии не происходит изменений функционального состава крахмалосодержащего сырья, а наблюдается перераспределение системы межмолекулярных водородных связей. Экструзионная обработка крахмала существенно понижает качественный и количественный аминокислотный состав, что является основой получения продуктов с

низким содержанием белка для диетического питания детей с генетическими заболеваниями (целиакией и фенилкетонурией). Количество жира у экструзионных крахмалопродуктов понижалось на 0,28-1,09%. Экструзионные крахмалопродукты обладают хорошими органолептическими и микробиологическими показателями. Растворимость в холодной воде экструзионных крахмалов более 90%: кукурузного - 90,1-93,3%, картофельного - 93,1-99,9%, тапиокового - 99,4-99,9%. Вязкость 5%-ых клейстеров картофельного (0,008-0,016 Пас) и кукурузного крахмалов (0,008-0,015 Па-с), экструдированных в одинаковых режимах, имеет близкие значения, а тапиокового (0012-0,030 Па с) в 2 раза выше. Построена эмпирическая математическая модель, связывающая параметры экструзии (I = 140-180°С, п = 70—90 об/мин) с молекулярной массой (Мм) и коэффициентом полидисперсности полимеров. Повышение температуры и увеличение скорости вращения рабочих шнеков приводит к усилению деструкции и снижению Муу/ в 1,6-2,5 раза. Наибольшую степень деструкции имеет экструзионный картофельный крахмал (Мм 1,0—2,5-106), а самую низкую - экструзионный тапиоковый (Мы 2,7-4,3-106).

5. Разработаны технологии физико-химической модификации крахмала пучком ускоренных электронов и электрическим током, которые могут найти широкое применение в пищевой и других отраслях промышленности.

Облучение крахмала ионизирующим излучением в виде пучка ускоренных электронов с энергией 6-7 МэВ и дозой 5-10 кГр приводит к полному уничтожению имеющейся микрофлоры. Облучение картофельного крахмала дозой 110-440 кГр приводит к значительной аморфизации с сохранением морфологии. Повышается общая тируемая кислотность за счет образования органических кислот (щавелевой, яблочной, молочной, уксусной, лимонной и янтарной), и растворимость, которые впоследствии существенно понижаются, вплоть до получения крахмалов полностью не растворимых в воде. Для стабилизации физико-химических свойств облученного крахмала целесообразно использовать контактную сушку на вальцовых сушилках 30-40%-ой суспензии или экструзионную обработку с добавлением 1-3% сухого льда при 120-180°С. Предварительная экструзия или контактная сушка приводит к клейстеризации (разрушению крахмальных гранул и частичной деструкции полемерных цепей крахмала), вызывая повышение эффекта облучения вследствие увеличения возможных вариантов рекомбинации амилозы и амилопектина.

Проведена модификация крахмала электрохимическим способом, пропуская аналит - 30%-ую крахмальную суспензию - через электролизер в течение 60 мин при постоянной температуре электролитов и силе тока 0,2-7А. Постоянство силы тока достигалось при постепенном уменьшении напряжения на электродах. Каталит - 2%-ый раствор №0. Электрический

ток снижает рН крахмальной суспензии. С повышением силы тока увеличивается содержание карбоксильных с 0,005 до 0,027% и карбонильных (альдегидных и кетонных) с 0,003 до 0,019% групп, при одновременном снижении средней степени полимеризации с 1349 до 975%, средней массы степени полимеризации с 9807 до 4689% и полимолекулярности с 7,27 до 4,81%. При пропускании электрического тока образуются хлорсодержащие неселективные окислители и соляная кислота, воздействие которых и обуславливает модификацию крахмала.

6. Разработан способ получения окисленных крахмалов с использованием высокоэффективного неспецифического газообразного окислителя - озона, при котором 30-40%-ую крахмальную суспензию или сухой крахмал обрабатывают озоно-воздушной смесью в течение 5-60 мин при температуре не выше 40°С и рН среды не более 7, при этом концентрация озона в озоно-воздушной смеси — 115-500 мгОз/м3, а в суспензии составляет 2—15 гОз/м3. Озонированные крахмалы обладали хорошими потребительскими свойствами (микробиологической чистотой, повышенной вязкостью клейстера, умеренной кислотностью и хорошей желирующей способностью).

Изменения молекулярной и надмолекулярной структуры окисленного перекисью водорода крахмала незначительны: наблюдается некоторое увеличение степени кристалличности. Существенные изменения морфологической структуры происходят только при использовании больших концентраций окислителя (изменяется форма гранул, появляются трещины, бороздки и другие дефекты поверхности гранул). Значительно повысить степень окисления и деструкции полисахарида можно, увеличив одновременно концентрации Н202 и Ее504 или ионов ЬГ в растворе, в то время как продолжительность реакции окисления в меньшей степени сказывается на содержании введенных карбоксильных и карбонильных групп, а также на динамической вязкости. При окислении крахмала в присутствии катализаторов в результате сорбции зернами крахмала неорганических веществ, растворенных в жидкой фазе, массовая доля золы повышается. По эффективности окисления крахмала катализаторы можно расположить в следующий ряд: РеБ04 - №СЬ - Си804, СоСЬ-

7. Разработан высокоэффективный метод катионизации крахмала N-(3-хлоро-2-гидроксипропил)-К,Ы,Ы-триметиламмоний хлоридом в щелочной среде с применением ингибиторов клейстеризации, позволяющий получать катионный крахмал со степенью замещения 0,01-0,06 моль/моль. Обработка проводится методом сухой, или методом полусухой катионизации, или методом катионизации крахмальной суспензии, или методом катионизации крахмального клейстера, или экструзией. Впервые проведено компьютерное моделирование процесса катионизации крахмала.

8. Разработана технология производства патоки крахмальной различного углеводного состава кислотно-ферментативным гидролизом крахмала с использованием ферментных препаратов: Термамип SC, Сан Супер 360 JI и др. Для интенсификации гидролиза сырье с естественной влажностью 17-20% подвергали экструзии при 40-70°С и частоте вращения шнека 80-90 об/мин, или к сырью с влажностью 30-60% и рН 4,5-6,0 добавляли термостабильную а-амилазу из расчета 0,1-0,3 л на 1 т абсолютно сухого крахмала и подвергали экструзии при 70-90°С и той же частоте вращения шнека, или сырье частично клейстеризовали путем ультразвуковой обработки при частоте 15-250 кГц в течение 1-5 мин.

Впервые предложена научно обоснованная и не имеющая аналогов в мире технология получения концентрата на основе картофеля (приемка, мойка, отделение камней, очистка, инспекцию и разваривание картофеля, приготовление осахаривающих материалов, осахаривание разваренной массы, осветление осахаренной массы, упаривание, подкисление и термообработка) и технология производства картофельных напитков (водоподготовка (фильтрация, биологическая очистка, обезжелезивание и умягчение), подработка картофельного концентрата, приготовление сахарного сиропа, сахарного колера, пряно-ароматического сырья, консерванта, пищевой органической кислоты, купажирование, фильтрация купажа, розлив и упаковку). Впервые разработан способ получения картофельного концентрата из клеточного сока и мезги, способ ферментативного обогащения фруктозой, способ оптимизации по оксиметилфурфуролу, а также получены новые продукты. Впервые предложен способ оптимизации по оксиметилфурфуролу картофельных напитков и способ увеличения их срока годности, а также новые рецептуры.

9. Проведена апробация предлагаемых технологических способов модификации крахмала и крахмалосодержащего сырья на ОАО «Краснобережский крахмало-паточный завод», РУПП «Экзон Глюкоза», ОАО «Машпищепрод», РУП «Технопрод», ОАО «Гомельский жировой комбинат», КУП «Минскхлебпром» Хлебозавод №3, РУП «Институт мясомолочной промышленности», РУП «Белмедпрепараты», РУП «Минский тракторный завод», РУП «Минский автомобильный завод», УП «Минский завод автоматических линий им. П.М. Машерова», ООО «Илмакс», ЗАО «Погарская картофельная фабрика» - Россия, Daklak tapioca factory «Fampimex» - Вьетнам и других. Разработано 18 технических условий, получено 9 актов внедрения и 20 актов о практическом использовании результатов исследования. Ожидаемый экономический эффект от производства, реализации и использования модифицированных крахмалосодержащих продуктов составит 170-230 долл. США на 1 т продукции.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Энциклопедия:

1. Колядко, И.И. Бульба белорусская: энциклопедия / А.О. Бобрик, В.Н. Босак, Т.М. Германович, H.H. Гончарова, Н.Ю. Жабровская, В.Г. Иванюк, H.H. Ивахненко, Д.А. Ильяшенко, В.И. Калач, И.И. Колядко, В.А. Козлов, Л.Н. Козлова, Г.И. Коновалова, В.В. Литвяк, М.М. Ломонос, В.Л. Маханько, H.A. Михайловская, Г.В. Пироговская, Г.М. Сафроновская, Т.М. Серая, С.А.Турко, Д.Д. Фицуро, A.B. Чашинский, И.Д. Шмигельская / под общ. ред. И.И. Колядко. - Минск: Беларус. Энцыклапедыя ¡мя П. Броую, 2008. -384 с.

Монографии:

2. Ловкие, З.В. Картофель и картофелепродукты: наука и технология / З.В. Ловкие,

B.В. Литвяк, A.M. Мазур, H.H. Петюшев, И.М. Почицкая; РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию». - Минск: Беларуская навука, 2008. - 537 с.

3. Литвяк, В.В. Крахмал и крахмалопродукты: монография / В.В. Литвяк, Ю.Ф. Росляков, С.М. Бутрим, Л.Н. Козлова; под ред. д-ра техн. наук, профессора Ю.Ф. Рослякова. -Краснодар: Изд. ФГБОУВПО «КубГТУ», 2013.-204 с.

Атласы:

4. Литвяк, В.В. Атлас. Морфология крахмала и крахмалопродуктов / В.В. Литвяк, Н.К. Юркштович, С.М. Бутрим, В.В. Москва. - Минск: Беларуская навука, 2013. - 217 с.

Учебные пособия:

5. Рощина, Е.В. Модифицированные крахмалы: пособие / авт.-сост. H.H. Петюшев, Е.В. Рощина, В.В. Литвяк, Д.П. Лисовская, Л.А. Галун / под общ. ред. Е.В. Рощины; УО «Белорусский торгово-экономический университет потребительской кооперации». -Гомель, 2004. - 72 с.

6. Ловкие, З.В. Технология крахмала и крахмалопродуктов: Учеб. пособ. / З.В. Ловкие, В.В. Литвяк, H.H. Петюшев; РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию». - Минск: Асобный, 2007. -178 с.

7. Ловкие, З.В. Качество и безопасность пищевых продуктов: Учеб. пособ. / З.В. Ловкие, И.М. Почицкая, И.В. Мельтисова, В.В. Литвяк; РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию». - Минск: ИВЦ Минфина, 2010 г. - с 398. (допущено Министерством образования Республики Беларусь в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений по специальностям «Химия», «Товароведение и экспертиза товаров»).

Статьи: Статьи в журналах:

8. Литвяк, В.В. Влияние 2'—5' олигоаденилатов на амилолитический гидролиз крахмала у прорастающей пшеницы / В.В. Литвяк // Весщ HAH Беларуси Сер. xiM. навук. - №3. -2001.-С. 77-80.

9. Литвяк, В.В. Влияние аденилил(2'-5')аденилил(2'-5')-9-(2,3-ангидро-Р-0-рибофуранозил)аденозин-2(Ма+)соли на биохимические процессы у прорастающей пшеницы / В.В. Литвяк // Весщ HAH Беларусь Сер. xiM. навук. - №4. - 2001. - С. 79-83.

10. Литвяк, В.В. Влияние стимулина 5 на биохимические процессы, происходящие на ранних этапах органогенеза пшеницы / В.В. Литвяк // Учёные записки: научно-теоретический журнал Гродненского филиала негосударственного института современных знаний. - №4. - 2002. - С. 95-102.

11. Ловкие, З.В. Новый белорусский напиток - «Мжола» / З.В. Ловкие, В.В. Литвяк,

C.Л. Романов, H.H. Петюшев, А.Н. Демянович // Премьер-продукт. - №3. - 2005. - С. 6-7.

12. Петюшев, Н.Н. Сравнительная оценка крахмалов методом инфракрасной спектроскопии / Н.Н. Петюшев, Е.В. Рощина, В.В. Литвяк // Потребительская кооперация. - № 1. - 2006. - С. 53-57.

13. Литвяк, В. Другое изменение, или что такое модифицированные крахмалы? /

B. Литвяк // Наука и инновации научно-практический журнал. - №4. - 2006. - С. 22-23.

14. Ловкие, З.В. Состояние и перспективы развития крахмало-паточной отрасли Беларуси / З.В. Ловкие, Н.Н. Петюшев, В.В. Литвяк // Хлебопек: научный производственно-практический журнал. -№3. - 2006. - С. 22-25.

15. Литвяк, В.В. Модифицированные крахмалы / В.В. Литвяк // Премьер-продукт -№3.-2006.-С. 23-26.

16. Ловкие, З.В. Технология производства картофельного концентрата и приготовление на его основе безалкогольного газированного напитка / З.В. Ловкие, Н.Н. Петюшев, В.В. Литвяк // Весці HAH Беларусі. Сер. аграр. навук. - №4. - 2006. -

C. 111-117.

17. Литвяк, В.В. Получение окисленных крахмалов с использованием неспецифического газообразного окислителя и исследование их свойств / В.В. Литвяк, З.В. Ловкие, Н.Н. Петюшев, Т.П. Троцкая, А.А. Литвинчук, Е.В. Рощина // Хранение и переработка сельхозсырья / теоретический журнал. - №3. - 2007. - С. 42-45.

18. Литвяк, В.В. Дослідження властивостей крохмалю обробленого озоном /

B.В. Литвяк, Т.П. Троцкая, А.А. Литвинчук, Е.В. Рощина, Е.В. Ребенок, М.П. Купчик, О.Ю. Мельник // Цукар Украіни: наукова-практичний галузевий журнал. - №6 (49),

2006. - С. 29-32.

19. Почицкая, И.М. Исследования аминокислотного состава картофельного концентрата / И.М. Почицкая, В.В. Литвяк // Весці НАН Беларусі. Сер. хім. навук. - №3 -

2007.-С. 23-27.

20. Литвяк, В.В. Исследование строения модифицированных крахмалов методом микроскопирования / В.В. Литвяк, З.В. Ловкие, Е.В. Ребенок, М.П. Купчик II Хлебопек: научный производственно-практический журнал. - №5. - 2007. - С. 24-27.

21. Ловкие, З.В. Технология производства картофельного концентрата и приготовленного на его основе безалкогольного газированного напитка «Мікола» / З.В. Ловкие, В.В. Литвяк, Н.Н. Петюшев, В.В. Чуешков, А.И. Козлов // Хранение и переработка сельхозсырья / теоретический журнал. -№7. - 2007. - С.50 -53.

22. Шишонок, М.В. Структура и свойства картофельного крахмала, облученного ускоренными электронами / М.В. Шишонок, В.В. Литвяк, Е.А. Мурашко, Е.В. Гринюк, Л.И. Сальников, Л.П. Рогинец, Л.П. Круль // Химия высоких энергий/High Energy Chemistry. - №6. - Т.41. - 2007. - С. 483-487.

23. Ловкие, З.В. Научное обеспечение и проблемы переработки картофеля в Беларуси / З.В. Ловкие, В.В. Литвяк, А.Н. Демянович // Белорусское сельское хозяйство: научно-практический журнал. - №12(68). - 2007. - С. 79-82.

24. Литвяк, В.В. Модификация картофельного крахмала электрохимическим способом и изучение его физико-химических свойств / В.В. Литвяк, З.В. Ловкие, Е.В. Ребенок, М.П. Купчик // Весці НАН Беларусі. Сер. аграр. навук. - №4. - 2007. -

C. 109-115.

25. Ловкие, З.В. Безалкогольный газированный напиток на основе картофельного концентрата / З.В. Ловкие, В.В. Литвяк, Н.Н. Петюшев, И.М. Почицкая // Вопросы питания: научно-практический журнал. - №6. - Т.76. - 2007. - С. 54-60.

26. Котов, М.И. Исследование теплового баланса бланшировки, охлаждения и варки при производстве сухого картофельного пюре / М.И. Котов, Я. Калинка, Н.Н. Петюшев, В.В. Литвяк // Инженерный вестник. 2007. №2 (24). С. 45^7.

27. Литвяк, В.В. Сравнительное исследование реологических свойств дисперсий экструзионного кукурузного крахмала и сухого картофельного пюре / В.В. Литвяк,

E.B. Гринюк, H.H. Петюшев, М.И. Котов, B.B. Москва // Хлебопек: научный производственно-практический журнал. - №2 (31). - 2008. - С. 16-18.

28. Лггвяк, У.У. Сучасныя тэхналогй вытворчасщ сухога бульбянага пюрэ у выглядзе шматкоу / У.У. Лггвяк, М.М. Пецюшау, M.I. Котау // Белорусское сельское хозяйство: научно-практический журнал. - №8 (76). - 2008. - С. 42-44.

29. Ловкие, З.В. Крахмало-паточная отрасль Республики Беларусь / З.В. Ловкие, В.В. Литвяк, H.H. Петюшев // Вестник Могилевского государственного университета продовольствия: научно-методический журнал. — №1(4). — 2008. — С. 62-67.

30. Литвяк, В.В. Современная высокоэффективная технология получения модифицированных крахмалов / В.В. Литвяк, В.В. Москва // Хлебопек: научный производственно-практический журнал. - №5 (34). — 2008. — С. 25-27.

31. Ловкие, З.В. Картофелеперерабатывыающая отрасль Республики Беларусь / З.В. Ловкие, И.А. Грибоедова, В.В. Литвяк, А.Н. Демянович // Пищевая промышленность: наука и технологии / научно-методический журнал. - №1 (1). - 2008. - С. 4-15.

32. Литвяк, В.В. Биохимические особенности формирования органолептических свойств картофеля / В.В. Литвяк, В.В. Москва, И.В. Мельситова // Вопросы питания: научно-практический журнал. — №5. — Т.77. —2008. С. 18—25.

33. Ловкие, З.В. Изменение водородного показателя pH во время электрохимической модификации картофельного крахмала / З.В. Ловкие, Е.В. Ребенок, В.В. Литвяк, М.П. Купчик // Агропанорама: научно-технический журнал для работников агропромышленного комплекса. - №5. - 2008. - С. 9-11.

34. Дудко, Н.Б. Предприятия крахмалопаточного производства в Беларуси / Н.Б. Дудко, В.Ф. Стулий, В.В. Литвяк // Белорусское сельское хозяйство: научно-практический журнал. - №10(78). - 2008. - С. 27-30.

35. Литвинчук, A.A. Картофельный крахмал для фармацевтической промышленности / A.A. Литвинчук, В.В. Литвяк, A.M. Миронов, О.Л. Сороко, Т.В. Горбачева // Пищевая промышленность: наука и технологии / научно-технический журнал РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию». — №2(2). — 2008. — С. 26-33.

36. Литвяк, В.В. Исследования и возможности использования в хлебопекарной промышленности водорастворимых крахмалов / В.В. Литвяк, С.М. Бутрим, Л.Г. Лисовская, П.П. Столяров // Хлебопек: научный производственно-практический журнал. - №2(37). - 2009. - С. 30-33.

37. Лггвяк, У.У. Сучасныя тэхналогй вытворчасщ сухога бульбянога пюрэ у выглядзе шматкоу/ У.У. Лггвяк И Xîmm: праблемы выкладання. -№5(98). -2009.-С. 9-14.

38. Рощина, Е.В. Сравнительная характеристика спектроскопических свойств нативных и модифицированных крахмалов / Е.В. Рощина, Е.Б, Суконкина, В.В. Литвяк, H.H. Петюшев, В.В. Москва // Хранение и переработка сельхозсырья / теоретический журнал. -№5. - 2009. - С. 56 -59.

39. Литвяк, В.В. Современные технологии получения набухающих крахмалов / В.В. Литвяк, В.В. Москва // Пищевая промышленность: наука и технологии / научно-технический журнал. - №2(4). - 2009. - С. 64-68.

40. Литвяк, В.В. Сравнительное исследование морфологической структуры нативных и физически модифицированных крахмалов / В.В. Литвяк, В.В. Москва, И.В. Мельситова // Весщ HAH Беларусь Сер. б1ял. навук. - №3. - 2009. - С. 84-88.

41. Литвяк, В.В. Биохимические факторы определяющие вкус картофеля / В.В. Литвяк, И.М. Почицкая // Белорусское сельское хозяйство: научно-практический журнал. - №9(89). - 2009. - С.38-42.

42. Ловкие, З.В. Особенности технологии получения напитков из картофеля / З.В. Ловкие, В.В. Литвяк // Пищевая промышленность: наука и технологии / научно-технический журнал. - №3(5). - 2009. - С. 51-57.

43. Бутрим, С.М. Изучение физико-химических свойств экструзионных крахмалов различного биологического происхождения / С.М. Бутрим, В.В. Литвяк, В.В. Москва // Журнал прикладной химии/Russian Journal of Applied Chemistry. - T.82. - №7 - 2009. -С. 1099-1103.

44. Литвяк, В.В. Производство катионного крахмала в Беларуси - теперь просто и выгодно / В.В. Литвяк // Наше сельское хозяйство. -№11.- 2009. - С. 67-70.

45. Литвяк, В.В. Морфологическая характеристика нативных крахмалов различного ботанического происхождения / В.В. Литвяк, С.М. Бутрим, В.В. Москва // Весці HAH Беларусі. Сер. біял. навук. -№1. -2010. С. 91-99.

46. Литвяк, В.В. Влияние физической модификации на свойства крахмалов / В.В. Литвяк, Е.В. Гринюк, И.М. Почицкая, М.В. Силич, В.В. Москва // Весці HAH Беларусі. Сер. хім. навук. - №1. -2010. - С. 41-45.

47. Литвяк, В.В. Особенности производства нативного картофельного крахмала / В.В. Литвяк, С.М. Бутрим // Хімія: праблемы выкладання. -№2(107). - 2010. - С. 6-14.

48. Литвинчук, A.A. Технологии получения картофельного крахмала для медицины /

A.A. Литвинчук, В.В. Литвяк, A.M. Миронов, О.Л. Сороко, E.B. Скоринко, М.А. Мартынова // Пищевая промышленность: наука и технологии / научно-технический журнал.-№1(7).-2010.-С. 12-17.

49. Литвяк, В.В. Получение набухающего крахмала и исследование его молекулярной и надмолекулярной структуры / В.В. Литвяк, С.М. Бутрим, В.В. Москва // Известия высших учебных заведений. Сер. Химия и химическая технология - Т 53 -Вып. 6.-2010.-С. 78-82.

50. Литвяк, В.В. Морфологическая характеристика крахмальных гранул картофеля (Solanum tuberosum) различных сортов / В.В. Литвяк, С.М. Бутрим, В.В. Москва, Л.Н. Козлова // Весці HAH Беларусі. Сер. біял. навук. - №3. - 2010. - С. 99-103.

51. Литвяк, В.В. Модифицированные крахмалы: получение, свойства и применение /

B.В. Литвяк, С.М. Бутрим // Хімія: праблемы выкладання. - №8(113). - 2010. - С. 28-40.

52. Козлова, Л. Особенности накопления и морфологии крахмала сортов картофеля белоруской селекции / Людмила Козлова, Владимир Литвяк, Инна Мельситова // Наука и инновации: научно-практический журнал. - №9(91). - 2010. - С. 43^48.

53. Литвяк, В.В. Физически модифицированные крахмалы в пищевой промышленности Беларуси / В.В. Литвяк, С.А. Гордынец Е.В. Рощина, Д.П. Лисовская, Е.Б. Суконкина // Наше сельское хозяйство. - №9. - 2010. - С. 88-90.

54. Ребенок, Е.В. Исследование нативного и модифицированных картофельных крахмалов методом *Н ЯМР-спектроскопии / Е.В. Ребенок, В.В. Литвяк // Пищевая промышленность: наука и технологии / научно-технический журнал. - №3(9) - 2010 -

C. 82-86.

55. Литвяк, В.В. Крахмало-паточная отрасль в Беларуси: история и современность / В.В. Литвяк//Наше сельское хозяйство. -№12. -2010.-С. 47-50.

56. Литвяк, В.В. Количественное содержание аминокислот в нативных и модифицированных крахмалах / В.В. Литвяк, С.П. Качерская, З.И. Куваева // Весці HAH Беларусі. Сер. хім. навук.-№1. -2011.-С. 98-103.

57. Литвяк, В.В. Сравнительная оценка свойств крахмалов и их влияние на качество хлебобулочных изделий / В.В. Литвяк, Е.В. Рощина, Д.П. Лисовская, С.Ч. Гончарук // Весці HAH Беларусі. Сер. аграр. навук. - №2. - 2011. - С. 111-120.

58. Литвяк, В.В. Технология сахаристых крахмалопродуктов / В.В. Литвяк // Хімія: праблемы выкладання. - №4(121). - 2011. - С. 5-14.

59. Літвяк, В.В. Порівняльна оцінка властивостей деяких видів крохмалю та іх вплив на якість хлібних виробів / В.В. Літвяк, Д.П. Лісовська, О.В. Грабовська // Цукар Украіни: наукова-практичний галузевий журнал. - №4 (64), 2011. - С. 48-53.

60. Литвяк, B.B. Содержание оксиметилфурфурола в углеводосодержащих продуктах / В.В. Литвяк, И.М. Почицкая, М.В. Силич // Хранение и переработка сельхозсырья / теоретический журнал. - №5. - 2011. - С. 29-31.

61. Литвяк, В.В. Технологии получения картофельных напитков / В.В. Литвяк // Наше сельское хозяйство. -№11. - 2011. - С. 96-99.

62. Литвяк, В. Исследование особенностей механизма химической модификации крахмала / Владимир Литвяк, Валентина Москва, Ольга Ромашко, Николай Юркштович, Федор Капуцкий // Наука и инновации: научно-практический журнал. - №9(115). - 2012. -С. 64-69.

63. Степаненко, Анна. Бутылка для двух компонентов / Анна степаненко, Владимир Литвяк, Сергей Арнаут, Валентина Москва // Тара и упаковка. - №5-12(131). - 2012. -С. 36-38.

64. Литвяк, В.В. Модифицированный картофельный крахмал как студнеобразующая основа для желейных кондитерских изделий / В.В. Литвяк, Д.П. Лисовская, Ю.Ф. Росляков // Известия высших учебных заведений. Сер. Пищевая технология. -№2-3.-2012.-С. 47-51.

65. Литвяк, В.В. Механизм химической модификации крахмала / В.В. Литвяк, Ю.Ф. Росляков // Известия высших учебных заведений. Серия Пищевая технология, 2013.-№2-3.-С. 31-35.

Статьи в сборниках научных трудов:

66. Литвяк, В.В. Исследования аминокислотного состава картофельного концентрата / В.В. Литвяк, И.М. Почицкая // Здоровье и окружающая среда: сб. науч. тр. Вып. 8 / ГУ «Республиканский научно-практический центр гигиены». Гл. ред. С.М. Соколов. -Минск, 2006. - С. 332-339.

67. Ловкие, З.В. Биотехнологические и биохимические особенности картофельного концентрата / З.В. Ловкие, В.В. Литвяк, И.М. Почицкая // Картофелеводство: сб. науч. тр. / РУП «Науч.-практ. центр HAH Беларуси по картофелеводству и плодоовощеводству»; редкол.: В.Г. Иванюк (гл. ред.) [и др.]. Минск, 2007. - Т. 13. - С. 220-230.

68. Петюшев, H.H. Технология получения сухого картофельного пюре / H.H. Петюшев, М.И. Котов, В.В. Литвяк, Т.Н. Свириденко // Картофелеводство: сб. науч. тр. / РУП «Науч.-практ. центр HAH Беларуси по картофелеводству и плодоовощеводству»; редкол.: В.Г. Иванюк (гл. ред.) [и др.]. Минск, 2007. - Т.13. - С. 243-259.

69. Лггвяк, У.У. Сучасныя тэхналоги вытворчасш сухога бульбянага пюрэ у выглядзе шматкоу / У.У. Лггвяк, Л.М. Казлова, M.I. Котау // Картофелеводство: сб. науч. тр. / РУП «Науч.-практ. центр HAH Беларуси по картофелеводству и плодоовощеводству»; редкол.: В.Г. Иванюк (гл. ред.) [и др.]. Минск, 2008. - Т.15. - С. 278-287.

70. Литвяк, В.В. Характеристика предприятий картофельно-крахмальной отрасли Республики Беларусь / В.В. Литвяк, В.В. Москва // Картофелеводство: сб. науч. тр. / РУП «Науч.-практ. центр HAH Беларуси по картофелеводству и плодоовощеводству»; редкол.: В.Г. Иванюк (гл. ред.) [и др.]. Минск, 2008. - Т.15. - С. 288-299.

71. Литвяк, В.В. Сравнительное исследование фазовой и морфологической структуры картофельных композитов / В.В. Литвяк, H.H. Петюшев, М.И. Котов // Картофелеводство: сб. науч. тр. / РУП «Науч.-практ. центр HAH Беларуси по картофелеводству и плодоовощеводству»; редкол.: В.Г. Иванюк (гл. ред.) [и др.]. Минск, 2008.-Т. 15.-С. 300-314.

72. Литвяк, В.В. Научно-технологические основы создания крахмалсодержащих модифицированных продуктов / В.В. Литвяк // Картофелеводство; сб. науч. тр. / РУП «Науч.-практ. центр HAH Беларуси по картофелеводству и плодоовощеводству»; редкол.: С.А. Турко (гл. ред.) [и др.]. Минск, 2010. -Т.18. - С. 306-316.

73. Литвяк, В.В. Исследование свойств сухого картофельного пюре на основе бланшированного картофеля / В.В. Литвяк, В.М. Поздняков, М.И. Котов // Картофелеводство: сб. науч. тр. / РУП «Науч.-практ. центр HAH Беларуси по

картофелеводству и плодоовощеводству»; редкол.: С.А. Турко (гл. ред.) [и др.] Минск 2012.-Т.20.-С. 204-213.

74. Литвяк, В В. Новый способ получения картофельно-кукурузного концентрата / В.В. Литвяк, В.М. Поздняков, Д.П. Лисовская // Картофелеводство: сб. науч. тр. / РУП «Науч.-практ. центр HAH Беларуси по картофелеводству и плодоовощеводству»; редкол.: С.А. Турко (гл. ред.) [и др.]. Минск, 2012. - Т.20. - С. 214-221.

75. Литвяк, В.В. Совершенствование способа получения безалкогольного напитка на основе картофельного концентрата / В.В. Литвяк, В.М. Поздняков, Д.П. Лисовская // Картофелеводство: сб. науч. тр. / РУП «Науч.-практ. центр HAH Беларуси по картофелеводству и плодоовощеводству»; редкол.: С.А. Турко (гл. ред.) [и др.]. Минск, 2012. - Т.20. - С. 222-234.

Патенты на изобретения и полезные модели:

76. Литвяк, В.В. Способ ферментативного гидролиза крахмалсодержащего сырья: Патент №10323. BY, МПК7 С 13К 1/00 / В.В. Литвяк, З.В. Ловкие, H.H. Петюшев, И.Г. Яблонский; заявка №а20050396; заявитель РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию». - заявл. 19.04.2005; опубл. 28.02.2008 // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр ¡нтэлектуал. уласнасщ. - 2008. - 4 с.

77. Литвяк, В.В. Способ получения окислешюго крахмала: Патент № 11129. BY, МПК7 С 08В 31/00 / В.В. Литвяк, З.В. Ловкие, Т.П. Троцкая, A.A. Литвинчук,' А.М. Миронов; заявка №а20061116; заявитель РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию». - заявл. 09.11.2006; опубл. 30.10.2008 // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр ¡нтэлектуал. уласнасщ. - 2008. - 3 с.

78. Литвяк, В.В. Способ получения окисленного крахмала: Патент № 9875. BY, МПК7 С 08В 31/00 / В.В. Литвяк, З.В. Ловкие, H.H. Петюшев, Т.П. Троцкая! A.A. Литвинчук, Е.В. Рощина; заявка №а20050627; заявитель РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию»; заявл. 24.06.2005; опубл. 30.10.2007 // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр ¡нтэлектуал. уласнасщ. - 2007. - 5 с.

79. Литвяк, В.В. Способ получения микробиологически чистого крахмала и способ получения модифицированного крахмала: Патент № 10952. BY, МПК7 С 08В 30/00, А 23L 3/005, А 23L 3/10 / В.В. Литвяк, З.В. Ловкие, H.H. Петюшев, Л.П. Круль, Е.В. Гринюк, Е.А. Мурашко; заявка №а20060518; заявитель РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию». - заявл. 26.05.2006; опубл. 30.08.2008 // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр ¡нтэлектуал. уласнасщ. - 2008. - 4 с.

80. Литвяк, В.В. Способ получения модифицированного крахмала: Патент № 10715. BY, МПК7 С 08В 30/00 / В.В. Литвяк, З.В. Ловкие, H.H. Петюшев, М.И. Котов; заявка №а20051011; заявитель РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию». - заявл. 20.10.2005; опубл. 30.06.2008 // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр ¡нтэлектуал. уласнасщ. - 2008. - 4 с.

81. Литвяк, В.В. Способ электрохимического окисления полисахарида: Патент № 12403. BY, МПК7 С 08В 30/00 / В.В. Литвяк, З.В. Ловкие, Е.В. Ребенок, М.П. Купчик; заявка №а20070413; заявитель РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию». - заявл. 13.04.2007; опубл. 30.10.2009 // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр ¡нтэлектуал. уласнасщ. - 2009. - 4 с.

82. Литвяк, В.В. Способ получения катионсодержащего крахмала: Патент № 12797. BY, МПК7 С 08В 30/00, D 21Н 17/00 / В.В. Литвяк, З.В. Ловкие, Е.В. Губенок; заявка №а200612200; заявитель РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию». - заявл. 29.11.2006; опубл. 28.02.2010 // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр ¡нтэлектуал. уласнасщ. - 2010. - 3 с.

83. Москва, В.В. Способ получения модифицированного крахмала: Патент № 12800. BY, МПК7 С 08В 30/00 / В.В. Москва, З.В. Ловкие, В.В. Литвяк; заявка №а20080733; заявитель РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по

продовольствию». - заявл. 05.06.2008; опубл. 28.02.2010 // Афнилйны бюл. / Нац. цэнтр ¡нтэлектуал. уласнасш. - 2010. - 5 с.

84. Литвяк, В.В. Способ получения крахмалсодержащего продукта для литейного производства: Патент № 13003. BY, МПК7 С 08В 30/00 / В.В. Литвяк, З.В. Ловкие, М.И. Котов, H.H. Петюшев, В.В. Москва, А.Н. Карась, Г.А. Курьян, A.C. Жуковский; заявка №а20080348; заявитель РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию». - заявл. 24.03.2008; опубл. 30.04.2010 // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр ¡нтэлектуал. уласнасщ. - 2008. - 4 с.

85. Литвяк, В.В. Способ получения крахмалсодержащего продукта для литейного производства: Патент № 13004. BY, МПК7 С 08В 30/00 / В.В. Литвяк, A.A. Бренч, В.В. Москва; заявка №а20080577; заявитель УО «Белорусский государственные аграрный технический университет». - заявл. 02.05.2008; опубл. 30.04.2010 // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр ¡нтэлектуал. уласнасщ. - 2008. - 3 с.

86. Пушкарь, A.A. Способ получения картофельного концентрата: Патент № 13232. BY, МПК А 23L 2/385 / A.A. Пушкарь, Д.В. Хлиманков, В.В. Литвяк, З.В. Ловкие, Т.М. Тананайко; заявка №а20081375; заявитель РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию». - заявл. 30.10.2008; опубл. 30.06.2010 // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр ¡нтэлектуал. уласнасщ. - 2010. - 7 с.

87. Литвяк, В.В. Способ получения экструдированных продуктов высокой пищевой ценности: Патент № 13730. BY, МПК7 А 23Р 1/14 / В.В. Литвяк, A.A. Бренч; заявка №а20081233; заявитель УО «Белорусский государственный аграрный технический университет». - завял. 30.09.2008; опубл. 30.10.2010 // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр ¡нтэлектуал. уласнасщ. - 2010. - 5 с.

88. Литвяк, В.В. Способ приготовления заварного ржаного хлеба: Патент № 13947. BY, МПК7 А 21D 8/02 / В.В. Литвяк, З.В. Ловкие, Лисовская Л.Г., Столяров П.П., Москва В.В., Афонин В.Ю.; заявка №а20081687; заявитель РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию». - завял. 24.12.2008; опубл.

30.12.2010 // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр ¡нтэлектуал. уласнасш. - 2010. - 6 с.

89. Литвяк, В.В. Способ получения крахмала с низким содержанием связанного белка: Патент № 14367. BY, МПК7 С 08В 30/00 / В.В. Литвяк, З.В. Ловкие; заявка №а20090673; заявитель РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию». - завял. 08.05.2009; опубл. 30.04.2011 // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр ¡нтэлектуал. уласнасщ. - 2011. - 5 с.

90. Суконкина, Е.Б. Майонез среднекалорийный: Патент № 14686. BY, МПК7 А 23L 1/24 / Е.Б. Суконкина, Д.П. Лисовская, В.В. Литвяк, В.В. Москва, A.A. Бренч; заявка №а20091462; заявитель УО «Белорусский государственный аграрный технический университет». - завял. 16.10.2009; опубл. 30.08.2011 // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр ¡нтэлектуал. уласнасщ. - 2011. - 4 с.

91. Будека, Ю.Ф. Установка для электрохимической модификации крахмала: Патент № 7422. BY, МПК7 С 08В 31/00, А 23L 1/10 / Ю.Ф. Будека, В.В. Литвяк, Ребенок Е.В., Бренч A.A.; заявка №и20101053; заявитель УО «Белорусский государственный аграрный технический университет». - завял. 21.12.2010; опубл. 30.08.2011 // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр ¡нтэлектуал. уласнасщ. - 2011. - 5 с.

92. Литвяк, В.В. Композиция ингридиентов для производства мороженного: Патент № 15161. BY, МПК7 А 23G 9/32 / В.В. Литвяк, З.В. Ловкие, Е.В. Рощина, Е.М. Валялкина, H.H. Петюшев; заявка №а20090450; заявитель РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию». - завял. 27.03.2009; опубл.

11.08.2011 // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр ¡нтэлектуал. уласнасщ. -2011. -4 с.

93. Литвяк, В.В. Способ получения набухающего крахмалопродукта высокой пищевой ценности: Патент № 15551. BY, МПК7 А 23L 1/30, С 08В 30/12 / В.В. Литвяк, Бренч A.A.; заявка №а20101169; заявитель УО «Белорусский государственный аграрный

технический университет». - завял. 02.08.2010; опубл. 25.11.2011 //Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр ¡нтэлектуал. уласнасщ. - 2011. - 4 с.

94. Ловкие, З.В. Способ получения картофельного концентрата: Патент № 15570. BY, МПК7 А 23L 2/385 / З.В. Ловкие, В.В. Литвяк, Т.М. Тананайко, Д.В. Хлиманков,

A.A. Пушкарь, Л.Г. Сергеенко; заявка №а20101164; заявитель РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию». - завял. 30.07.2010; опубл. 28.02.2012 // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр штэлектуал. уласнасш. - 2012. - 7 с.

95. Лисовская, Д.П. Способ получения экструдированного продукта высокой пищевой ценности: Патент № 15889. BY, МПК7 А 23Р 1/12, А 23L 1/30 / Д.П. Лисовская,

B.В. Литвяк, Е.В. Рощина, Э.А. Прохорова, A.A. Бренч; заявка №а20101228; заявитель УО «Белорусский государственный аграрный технический университет». - завял. 16.08.2010; опубл. 30.06.2012 // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр штэлектуал. уласнасщ. - 2012. - 5 с.

96. Литвяк, В.В. Способ получения диетических низкобелковых макаронных изделий: Патент № 16015. BY, МПК7 А 23L 1/16 / В.В. Литвяк, A.A. Бренч, А.Б. Торган; заявка №а20101114; заявитель УО «Белорусский государственный аграрный технический университет». - завял. 21.07.2010; опубл. 30.06.2012 // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр ¡нтэлектуал. уласнасщ. - 2012. - 3 с.

97. Литвяк, В.В. Картофельный сбитень: Патент № 16028. BY, МПК7 А 23L 2/38 / В.В. Литвяк, A.A. Бренч; заявка №а20101661; заявитель УО «Белорусский государственный аграрный технический университет». - завял. 23.11.2010; опубл. 30.06.2012 // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр ¡нтэлектуал. уласнасщ. -2012.-3 с.

98. Литвяк, В.В. Способ получения нативного крахмала: Патент № 16622. BY, МПК7 С 08В 30/00 / В.В. Литвяк, A.A. Бренч; заявка №а20100889; заявитель УО «Белорусский государственный аграрный технический университет». - завял. 08.06.2010; опубл.

30.12.2012 // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр штэлектуал. уласнасщ.-2012.-23 с.

99. Литвяк, В.В. Безалкогольный газированный напиток на основе картофельного концентрата: Патент № 16762. BY, МПК7 А 23L 2/38 / В.В. Литвяк, A.A. Бренч; заявка №а20101663; заявитель УО «Белорусский государственный аграрный технический университет». - завял. 23.11.2010; опубл. 28.02.2013 // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр ¡нтэлектуал. уласнасщ. - 2013. - 5 с.

100. Литвяк, В.В. Способ получения картофельного концентрата: Патент № 16756. BY, МПК7 А 23L 2/385 / В.В. Литвяк, В.М. Поздняков; заявка №а20110426; заявитель УО «Белорусский государственный аграрный технический университет». - завял. 06.04.2011; опубл. 28.02.2013 // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр ¡нтэлектуал. уласнасш. - 2013.-7 с.

101. Литвяк, В.В. Способ пролучения питательной основы для микробиологических сред: Патент № 16895. BY, МПК7 С 12N 1/00 / В.В. Литвяк, A.A. Бренч; заявка №а20101673; заявитель УО «Белорусский государственный аграрный технический университет». - завял. 23.11.2010; опубл. 28.02.2013 // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр ¡нтэлектуал. уласнасщ. - 2013. - 6 с.

102. Литвяк, В.В. Способ получения пищевой добавки с радиопротекторным действием на основе картофельного концентрата: Патент № 16896. BY, МПК А 23L 1/30, А 23L 1/305 / В.В. Литвяк, A.A. Бренч; заявка №а20101675; заявитель УО «Белорусский государственный аграрный технический университет». - завял. 23.11.2010; опубл.

28.02.2013 // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр ¡нтэлектуал. уласнасщ. - 2013. - 6 с.

103. Литвяк, В.В. Способ получения безалкогольного напитка из сырья растительного и животного происхождения: Патент № 17105. BY, МПК7 А 23L 2/38 / В.В. Литвяк, З.В. Ловкие, Е.М. Валялкина, Е.А. Мартынава; заявка №а20110658; заявитель РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию». - завял. 12.05.2011; опубл. 30.04.2013 // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр ¡нтэлектуал. уласнасш. - 2013. - 15 с.

104. Литвяк, В.В. Способ производства концентрата из растительного сырья для приготовления напитков: Патент № 17164. BY, МПК7 А 23L 2/385 / В.В. Литвяк,

A.A. Бренч; заявка №а20101259; заявитель УО «Белорусский государственный аграрный технический университет». - завял. 23.08.2010; опубл. 30.06.2013 // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр штэлектуал. уласнасщ. — 2013. — 5 с.

105. Литвяк, В.В. Способ получения концентрата для напитков на основе картофельного и кукурузного сырья: Патент № 17157. BY, МПК7 A 23L 2/385 /

B.В. Литвяк, В.М. Поздняков, Д.П. Лисовская, И.М. Почицкая; заявка №а20110479; заявитель УО «Белорусский государственный аграрный технический университет». -завял. 14.04.2011; опубл. 30.06.2013 // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр штэлектуал. уласнасщ. - 2013. - 9 с.

Технические нормативные правовые акты:

106. Петюшев, H.H. ТУ BY 190239501.755-2008 «Белкрахмалит» / H.H. Петюшев, В.В. Литвяк // РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию». - Минск, 2008. - 10 с. - Государственная регистрация №025227 от 08.10.2008 г.

107. Петюшев, H.H. ТУ BY 190239501.762-2009 «Крахмалы экструзионные» / H.H. Петюшев, В.В. Литвяк, В.В. Москва // РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию». - Минск, 2009. — 10 с. — Государственная регистрация №026641 от 16.06.2009 г.

108. Петюшев, H.H. ТУ BY 190239501.754-2008 «Корма кукурузные сырые» / H.H. Петюшев, В.В. Литвяк // РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию». - Минск, 2008. - 10 с. - Государственная регистрация №025607 от 18.12.2008 г.

109. Петюшев, H.H. ТУ BY 290215113.005-2008 «Глютен кукурузный сухой» / H.H. Петюшев, В.В. Литвяк, А.М. Сушко // РУПП «Экзон Глюкоза». - Минск, 2009. -11 с. - Государственная регистрация №025985 от 03.03.2009 г.

110. Надточаев, Н.Ф. ТУ BY 290215113.007-2010 «Зерно кукурузы для производства крахмала и крахмалопродукгов» / Н.Ф. Надточаев, В.В. Литвяк // РУПП «Экзон Глюкоза». - Минск, 2010. - 10 с. - Государственная регистрация №029457 от 13.08.2010 г.

111. Литвяк, В.В. ТУ BY 190869579.001-2010 «Добавка крахмалосодержащая» / В.В. Литвяк // ИП «Бернатович Д.В.». - Минск, 2010. - 9 с. - Государственная регистрация №900091 от 18.11.2010 г.

112. Петюшев, H.H. ТУ BY 190239501.780-2010 «Крахмал окисленный» / H.H. Петюшев, В.В. Литвяк // РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию». Минск, 2010. - 12 с. - Государственная регистрация №030752 от 14.12.2010 г.

113. Литвяк, В.В. ТУ BY 190239501.786-2011 «Крахмал катионный» / В.В. Литвяк // РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию». Минск, 2010. - 12 с. - Государственная регистрация №032099 от 20.05.2011г.

114. Литвяк, В.В. ТУ BY 190239501.806-2012 «Реагент крахмалосодержащий модифицированный для бурения» // В.В. Литвяк, В.В. Москва, H.A. Демяненко, К.Г. Паскару // РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию». - Минск, 2012. - 13 с. - Государственная регистрация №035814 от

20.08.2012 г.

115. Литвяк, В.В. ТУ BY 190239501.839-2013 «Крахмал катионный растворимый» / В.В. Литвяк // РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию». Минск, 2013. - 16 с. - Государственная регистрация №037735 от

12.04.2013 г.

Полный список публикаций из 187 научных работ представлен в рукописи диссертации.

Под научным руководством соискателя успешно защищена 1 кандидатская диссертация: В.В. Москва (2012 г.).

РЕЗЮМЕ Литвяк Владимир Владимирович

Развитие теории и практики модификации крахмалосодержащего сырья для создания новых продуктов. - Рукопись

Исследовано регулирование накопления крахмала в растительной клетке при помощи дефосфорилированных триммеров (2',5')олигонуклеотидов на примере озимой пшеницы на ранних этапах онтогенеза.

Получены новые научные данные о морфологии, фазовой структуре, ИК-спектроскопии нативного: кукурузного, картофельного (выработанного из 20 сортов картофеля, из которых 10: «Атлант», «Лазурит», «Ласунок», «Лилея», «Маг», «Скарб», «Сузорье», «Явар», «Уладар», «Веснянка» - белоруской, 4: «Лазарь», «Диво», «Эффект», «Вестник» - российской, 2: «Дзет», «Лелека» - украинской, 4: «Albatros», «Когтогап», «Kranich», «Sonata» - немецкой селекции), а также тапиокового, пшеничного, рисового, ржаного, горохового, амарантового, ячменного, сортового, тригакалевого, овсяного крахмала, модифицированных (физически, физико-химически, химически и биохимически) крахмалопродуктов и крахмалосодержащих биокомпозитов (ржаной муки, пшеничной муки, питанной муки, чумизной муки, овсяной муки, гречневая мук„; фасолевой муки, бобовой муки, чечевичной муки, банановой муки, полуфабрикатов картофелепродуктов «Хворост» и «Оригинальный», сухого картофельного пюре в виде хлопьев), крахмальной (картофельной и кукурузной) мезги). Для оценки нативных крахмалов при проведении морфологического анализа предложено ввести коэффициент сродства к модифицирующему физическому фактору (критерий - средний размер крахмальной гранулы), а после фазового анализа - коэффициент сродства к модифицирующему химическому фактору (критерий - относительная степень аморфности).

Разработаны высокоэффективные технологии переработки крахмала и крахмалсодержащего сырья: модификации крахмала с использованием физического, физико-химического, химического и биохимического фактора модификации' позволяющие получать эксгрузионные, облученные, электрохимически и химически окисленные, катионные и ферментативно расщепленные крахмалопродукты.

Изучен механизм физической, химической и комбинированной модификации крахмала и крахмалосодержащих биокомпозитов. Создана эмпирическая математическая модель экструзии на основе факторного эксперимента, связывающей параметры экструзии с молекулярной массой полимеров. Исследовано влиянии различных типов воздействия на уровень микробиологической обсемененности крахмала и крахмалопродуктов.

Предложена теоретическая модель формирования органолептических свойств картофельных композитов и гипотеза процесса бланшировки.

Новизна диссертационной работы подтверждена 29 полученными патентами на изобретения, 1 патентом на полезную модель и 18 техническими нормативными правовыми актами, а также 9 актами внедрения и 20 актами о практическом использовании результатов исследования.

SUMMARY Litvyak Vladimir Vladimirovich Development of theory and practice of modification of starch-containing raw material for creation of new foods. - Manuscript

Regulation of starch accumulation has been investigated in a plant cell with the help of dephosphorized trimmer of (2',5') oligonucleotides on the winter wheat sample at an early stage of ontogenesis.

There has been obtained new scientific data about morphology, phase structure, IR-spectroscopy of native starch, including potato starch (produced of 20 sorts of potato, among

which there are 10 sorts of Belarusian selection - «Atlant», «Lazurit», «Lasunok», «Lileya», «Mag», «Skarb», «Suzorye», «Yavar», «Uladar», «Vesnyanka»; 4 sorts of Russian selection -«Lazar», «Divo», «Effect», «Vestnik»-, 2 sorts of Ukrainian selection - «Dzvin», «Leleka»; and 4 sorts of German selection - «Albatros», «Kormoran», «Kranich», «Sonata») and other sorts of starch, made of tapioca, wheat, rice, rye, pea, amaranth, barley, sorghum, triticale, and oat. New scientific data has been obtained about starch products and starch-based biocomposites (rye flour, wheat flour, millet flour, Siberian millet flour, oat flour, buckwheat flour, bean flour, lentil flour, banana flour, which are physically, physically-chemically, chemically and biochemically modified, half-finished products potato products «Chvorost» and «Originalny», flake-shaped dry mashed potatoes, starched (potato and com) vegetable pulp. For estimation of native starch during the morphological analysis it has been offered to introduce an affinity factor to the modifying physical factor (criterion - the average size of a starched granule), and after the phase analysis - affinity factor to the modifying chemical factor (criterion - relative degree of amorphy).

Highly effective technologies of processing of starch and starch-containing raw materials have been developed: starch modification using physical, physical and chemical, chemical and biochemical factor of modification, which allow producing extruded, irradiated, electrochemically and chemically oxidized, cationic and enzymatically split starch products.

The mechanism of physical, chemical and combined modification of starch and starch containing biocomposites has been studied. The empirical mathematical model of extrusion has been created on the basis of the factorial experiment, which connects parameters of extrusion with molecular weight of polymers. The impact of various types of effects on microbiological insemination of starch and starch products has been studied.

The theoretical model of forming of organoleptic characteristics of potato composites and the hypothesis of blanching process has been offered.

The novelty of the dissertation work has been confirmed with 29 received patents for inventions, 1 patent for a useful model, 9 certificates of introduction and 20 certificates about practical use of the results of the research.

Подписано в печать 16.10.2013. Печать трафаретная. Формат 60x84 Vi6. Усл. печ. л. 2,7. Тираж 100 экз. Заказ № 976. Отпечатано в ООО «Издательский Дом-Юг» 350072, г. Краснодар, ул. Московская 2, корп. «В», оф. В-120, тел. 8-918-41-50-571

e-mail: olfomenko@yandex.ru Сайт: http://id-yug.com

РЕСПУБЛИКАНСКОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ «НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЙ ЦЕНТР НАЦИОНАЛЬНОЙ АКАДЕМИИ НАУК БЕЛАРУСИ ПО ПРОДОВОЛЬСТВИЮ»

УДК 664.2

На правах рукописи

05201 450360

ЛИТВЯК Владимир Владимирович

РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ МОДИФИКАЦИИ КРАХМАЛОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ ДЛЯ СОЗДАНИЯ НОВЫХ

ПРОДУКТОВ

05.18.05 - технология сахара и сахаристых продуктов, чая, табака и субтропических культур

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Научный консультант: член-корреспондент HAH Беларуси, доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки Республики Беларусь Ловкие З.В.

Минск-2013

СОДЕРЖАНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ................................5

ВВЕДЕНИЕ........................................................................................................................8

1 СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ (обзор литературы)............................................11

1.1 Характеристика нативного крахмала................................................11

1.1.1 Строение..............................................................................................................................11

1.1.2 Химические свойства............................................................................................15

1.1.3 Физические свойства..............................................................................................17

1.2 Модифицированные крахмалы..................................................................19

Краткие выводы к главе....................................................................................23

2 ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ..................................25

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ......................................................37

3.1 Регуляция крахмалонакопления в растительной клетке прорастающей пшеницы биологически активными веществами......................................................................................37

3.1.1 Влияние (2',5')Ыз на содержание крахмала............................................37

3.1.2 Влияние (2',5')^ на содержание глюкозы у прорастающей пшеницы................................................................................................................................40

3.1.3 Влияние (2',5')Ыз на амилолитическую активность у прорастающей пшеницы........................................................................................42

3.1.4 Влияние фиторосторегуляторов на амилолитическую активность у прорастающей пшеницы......................................................46

3.1.5 Обсуждение полученных результатов........................................................48

Краткие выводы к разделу....................................................................................51

3.2 Физико-химические свойства крахмалов и крахмалопродуктов..................................................................................................52

3.2.1 Спектроскопические свойства крахмалов и крахмалопродуктов............................................................................................................................52

3.2.2 Молекулярно-массовые характеристики водорастворимых производных крахмалов..........................................................................................61

3.2.3 Фазовая и морфологическая структура крахмалов и крахмалопродуктов....................................................................................................62

3.2.3.1 Фазовая структура......................................................................................................62

3.2.3.2 Морфологическая структура..............................................................................74

3.2.3.2.1 Исследования методом сканирующей электронной

микроскопии..................................................................................................................74

3.2.3.2.1.1 Нативные крахмалы различного ботанического

происхождения............................................................................................................74

3.2.3.2.1.2 Нативный крахмал, полученный из разных сортов картофеля............................................................................................................................82

3.2.3.2.1.3 Крахмальная мезга........................................................................................................94

3.2.3.2.1.4 Модифицированные крахмалы........................................................................99

3.2.3.2.2 Исследования методом световой микроскопии..............................109

Краткие выводы к разделу....................................................................................113

3.3 Физико-химические свойства крахмалосодержащих композитов..........................................................................................................................115

3.3.1 Фазовая структура........................................................................................................115

3.3.2 Морфологическая структура..............................................................................120

3.3.3 Реологические свойства..........................................................................................128

Краткие выводы к разделу....................................................................................130

3.4 Формирование органолептических свойств

картофельных композитов..............................................................................131

Краткие выводы к разделу....................................................................................146

3.5 Физическая модификация крахмала....................................................147

3.5.1 Свойства экструзионных крахмалов......................................................147

3.5.1.1 Содержание аминокислот и белка............................................................147

3.5.1.2 Содержание жира......................................................................................................153

3.5.1.3 Органолептические и микробиологические показатели............154

3.5.1.3.1 Органолептические показатели........................................................................154

3.5.1.3.2 Микробиологические показатели..................................................................157

3.5.2 Технология экструзионных крахмалов......................................................158

3.5.3 Использование экструзионных крахмалов..........................................169

Краткие выводы к разделу....................................................................................187

3.6 Физико-химическая модификация крахмала..............................189

3.6.1 Облученные крахмалы............................................................................................189

3.6.2 Электро-химически окисленные крахмалы..........................................197

Краткие выводы к разделу....................................................................................206

3.7 Химическая модификация крахмала..................................................207

3.7.1 Окисленные крахмалы............................................................................................207

3.7.2 Катионные крахмалы................................................................................................240

Краткие выводы к разделу....................................................................................25%

3.8 Ферментативное расщепление крахмала........................................259

3.8.1 Получение крахмальной патоки методом кислотно-ферментативного гидролиза крахмала......................................................259

3.8.2 Получение картофельных напитков............................................................261

Краткие выводы к разделу....................................................................................284

Краткие выводы к главе......................................................................................284

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..........................................................................................................285

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ............291

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ СОИСКАТЕЛЯ..................................312

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Влияние (2',5')N3 на крахмалонакопление прорастающей

пшеницы сорта «Надзея»..........................................................................................338

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Частоты максимумов полос и интенсивности в спектрах

РЖ-поглощения крахмалов......................................... 340

ПРИЛОЖЕНИЕ В

Морфология и гранулометрический анализ крахмалов и

крахмал опродуктов................................................... 342

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

Облученные крахмалы............................................... 378

ПРИЛОЖЕНИЕ Д

Химически модифицированные крахмалы....................... 383

ПРИЛОЖЕНИЕ Е

Новые продукты из крахмалосодержащего сырья............. 394

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж

Технические нормативные правовые акты...................... 417

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Акты о практическом использовании результатов исследования.............................................................. 439

ПРИЛОЖЕНИЕ И

Акты внедрения....................................................... 486

ПРИЛОЖЕНИЕ К

Отличительные особенности разных способов модификации крахмалосодержащего сырья..................... 507

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

АЛ - активность амилаз;

АБК - абсцизовая кислота;

АДФГ - адениндифосфатглюкоза;

АТФ - аденозинтрифосфат;

Г-1-Ф - глюкозо-1-фосфат;

Г-6-Ф - глюкозо-6-фосфат;

ГОСТ - государственный стандарт;

ДГАФ - дигидроацетонфосфат;

ДСП - древесностружечные плиты;

ДНК - дезоксирибонуклеиновая кислота;

ИК-спектр - инфракрастный спектр;

и-РНК - информационная рибонуклеиновая кислота;

ММР - молекуляроно-массовое распределение;

РНК - рибонуклеиновая кислота;

РВ - редуцирующие вещества;

СВ - сухие вещества;

CK - степень криталличности;

т-РНК - транспортная рибонуклеиновая кислота;

ТНПА - технический нормативный правовой акт;

УДФГ - уридиндифосфатглюкоза;

Фр-1,6-ДФ - фруктозо-1,6-дифосфат;

Фр-6-Ф - фруктозо-6-фосфат;

ФФН - пирофосфат;

ХГПТМАХ - катионизирующий химический реагент: К-(3-хлор-2-

гидроксипропил)-]Ч,ТчГ,>1-триметиламмоний хлорид;

ц-АМФ - циклический 3'-5'аденозинмонофосфат;

ц-ГМФ - циклический 3'-5'гуанозинмонофосфат;

ц-т-РНК - цитокининсодержащая т-РНК;

Ade - аденин;

Ala (Ала) - аминокислота аланин;

Arg (Apr) - аминокислота аргинин;

Asp (Асп) - аспарагиновая кислота (аминокислота);

ВАР - бензиламинопурин;

Cys (Цис) - аминокислота цистин;

Gly (Гли) - аминокислота глицин;

Glu (Глу) - глутаминовая кислота (аминокислота);

His (Гис) - аминокислота гистидин;

Ile (Иле) - аминокислота изолейцин;

Leu (Лей) - аминокислота лейцин

Lys (Лиз) - аминокислота лизин;

Met (Мет) - аминокислота метионин;

Phe (Фен) - аминокислота фенилаланин;

Pro (Про) - аминокислота пролин;

Ser (Сер) - аминокислота серин;

ТСА - триазолкарбоксамид;

Thr (Тре) - аминокислота треонин;

Туг (Тир) - аминокислота тирозин;

Тгр (Три) - аминокислота триптофан;

Val (Вал) - аминокислота валин;

НСР 0.05 - наименьшая достоверная разница;

(2',5')N3 - тримеры дефосфорилированных (2',5')олигонуклеотидов (олигоаденил аты) ;

ОБОЗНАЧЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

ак - аморфность крахмала, %;

ак тах - максимальная аморфность крахмала, %;

Еи - энергия Хартри;

м> - влажность, %;

у - скорость сдвига, с-1;

g - напряжение сдвига, Па;

т} - кажущаяся вязкость, Па-с;

т^оо - вязкость при бесконечно большой скорости сдвига, Па-с; т|0 - вязкость при бесконечно малой скорости сдвига, Па-с; т|1 - вязкости растворителя (вязкость воды), Па-с; п - индекс течения; г - корреляция; уг - время релаксации, с; V - время, ч (мин или с); г - температура, °С;

кф - коэффициент сродства к физическому модифицирующему фактору, ед. сродства;

кф\ - критерий - средний размер крахмальной гранулы;

кф2 ~ критерий - средняя форма крахмальной гранулы (бидиаметральность,

т.е. отношение большого диаметра крахмальной гранулу к малому);

кх - коэффициент сродства к химическому модифицирующему фактору

(критерий - степень аморфности крахмала), ед. сродства;

^сред - средний диаметр крахмальной гранулы, мкм;

¿4ред./ши - средний минимальный диаметр крахмальной гранулы, мкм;

дтах - максимальный диаметр крахмальной гранулы, мкм;

с1т1п - минимальный диаметр крахмальной гранулы, мкм;

ф - объемная концентрация частиц, доли от единицы или %;

Н— набухаемость, мл/г;

£ - растворимость, %.

ВВЕДЕНИЕ

Крахмал и крахмалопродукты играют важную роль в народном хозяйстве. Они широко используются во многих отраслях пищевой промышленности: кондитерской, хлебопекарной, консервной, пищеконцентратной, молочной, мясной, а также в текстильной, бумажной, кожевенной, полиграфической, фармацевтической промышленности, в металлургии, в быту. Кроме того, крахмал и его производные применяют в химической промышленности при производстве сорбита, молочной кислоты, глицерина, ацетона, бутанола, лаков, различных плёнок и т.д. [1-4].

Значительное влияние на разработку научно-технологических основ создания крахмалосодержащих модифицированных продуктов оказали работы Керра Р.В., Рихтера М., Жушмана А.И., Трегубова H.H., Андреева Н.Р., Лукина Н.Д., Гулюка Н.Г., Карпова В.Г., Ладур Т.А., Костенко В.Г. и др.

Ассортимент продукции крахмало-паточного производства разнообразен и составляет несколько сот наименований. В качестве основного сырья при получении крахмала и крахмалопродуктов используют картофель, кукурузу, пшеницу, рожь, ячмень, рис, гречиху, тапиоку и др. Кроме нативного крахмала, вырабатываются патоки различного углеводного состава (низкоосахаренная, карамельная, высокоосахаренная, мальтозная, декстрин-мальтозная), мальтоза, мальтин, кристаллическая глюкоза, а также глюкозные, глюкозо-фруктозные и фруктозные сиропы. В мире выпускается широкая гамма модифицированных крахмалов и декстринов.

Мировое производство крахмала и крахмалопродуктов за последнее десятилетие увеличилось в два раза и в настоящее время составляет около 60 млн. т, причём на долю США приходится 36 млн. т, стран Евросоюза - 9 млн. т. Основной объём всех видов продукции вырабатывается из кукурузы, на долю которой приходится 45 млн. т, следом идет тапиока и пшеница (соответственно 5 и 4 млн. т), картофель (около 2,5 млн. т) [1-7].

Основными производителями крахмала и продуктов его переработки являются США, Канада, Япония, Таиланд, Германия, Франция, Дания и Голландия. В этих странах выработка крахмала на душу населения составляет более 20 кг, в США, с учётом сахаристых продуктов из крахмала, - 50 кг. В России производится приблизительно 64,7 тыс. т крахмала, что в пересчёте на душу населения составляет 0,5 кг в год. В Республике Беларусь выработка крахмала на душу населения составляет 1,8-2,0 кг.

В крахмало-паточной отрасли Беларуси насчитывается свыше 14 предприятий, большинство из которых занято выработкой крахмала из

картофеля. Установленные мощности белорусских предприятий позволяют производить до 20 тыс. т крахмала. За последние 5 лет в Беларуси вырабатывалось 7,95-18,40 тыс. т нативного крахмала в год, при постепенном уменьшении импорта с 14,6 до 3,6 тыс. т в год и одновременном увеличении экспорта до 8,04 тыс. т. Однако, рентабельность отечественных производителей крахмала и крахмалопродуктов невысокая по причине устаревших технологий производства, низкого качества сырья и ряда других факторов. Действующие крахмальные заводы Беларуси не в состоянии осуществлять стабильные поставки крахмала сорта «Экстра», а также модифицированных крахмалов.

Вследствие особенностей химического строения, крахмал играет решающую роль в формировании структуры и потребительских характеристик многих продуктов, в том числе и картофелепродуктов. Физико-химические свойства нативного крахмала во многом зависят от особенностей крахмалосодержащего сырья и не всегда удовлетворяют требованиям потребителей. За последние годы в Европе и России наметился общий подъем производства и потребления крахмала и его производных. Данная тенденция связана, прежде всего, с ростом производства модифицированных крахмалов.

В Беларуси модифицированные крахмалы получают на ОАО «Пищевой комбинат «Веселово» и ОАО «Новая Друть». Так, в 2010 г. на ОАО «Пищевой комбинат «Веселово» произведено всего 17,8 т химически модифицированного крахмала «Оксиамил» (Е1404) и 3,5 т декстрина (Е1400). На ОАО «Новая Друть» в 2010 г. проводились работы по комплектации технологической линии производства химически модифицированных крахмалов и отработке технологических режимов; выпускались опытные партии катионного крахмала для бумажной промышленности в количевстве 7,2 т.

Как отмечалось на 1 съезде ученых Республики Беларусь, для устойчивого развития отечественной промышленности, в том числе и крахмало-паточной, «...стратегическим приоритетным направлением должна стать интенсификация производства на основе внедрения достижений научно-технического прогресса, инновационной деятельности».

Заинтерисованность в разработке отечественных современных высокоэффективных технологий получения модифицированных крахмалов проявляют многие белорусские предприятия.

В ближайшем будущем на отечественных крахмальных заводах предполагается наладить выпуск физически модифицированных (экструзионных) и химически модифицированных (катионных и окисленных) крахмалов. Так, в 2011 г. предполагается, что ОАО «Новая Друть» по

производству химически модифицированных (в т.ч. катионных и окисленных) крахмалов сможет достичь проектной мощности - 550 т в год. В ближайшем будущем планируется внедрение на ОАО «Рогозницкий крахмальный завод» технологии физически модифицированных (экструзионных) крахмалов.

Однако до настоящего времени не решен вопрос синтеза дорогостоящего катионизирующего химического реагента, а также нет отечественных технологий получения других востребованных типов физически и химически модифицированных крахмалов.

Проблема, стоящая перед наукой и производством Республики Беларусь это создание отечественных оригинальных технологий получения модифицированных крахмалов. Для разработки и внедрения отечественных технологий производства модифицированных крахмалов требуется проведение длительных трудоемких и дорогостоящих научно-исследовательских работ.

Разработка современных высокоэффективных технологий производства нативного и модифицированных крахмалов, а также других крахмалосодержащих продуктов, в том числе и картофелепродуктов, требует проведения комплекса физико-химических и технологических исследований в области клеточного крахмала, особенностей синтеза и расщепления крахмала, характеристик нативного крахмала в зависимости от вида крахмалосодержащего сырья, а также формирования органолептических свойств пищевых продуктов (реакция меланоидинообразования).

1 СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ (обзор литературы)

1.1 Характеристика нативного крахмала

1.1.1 Строение

Нативный крахмал. Нативный крахмал - природный полимер, в котором мономеры (остатки а-£>-глюкопиранозы) связаны а-(1—И)- и а-(1—>6)-глюкозидными связями, образуя амилозу (�