Аннотация

Сонохимическое воздействие успешно применяется в пищевой промышленности в процессах эмульгирования, гомогенизации, диспергирования и модификации вязкости и структуры. Крахмал является одним из распространенных пищевых ингредиентов, независимо от того, входит ли он в состав сырья или добавляется для достижения или улучшения определенных свойств. Цель работы заключалась в изучении влияния сонохимического воздействия на структурно-механические свойства суспензий пшеничного крахмала.
В работе исследовались образцы суспензий, содержащие 10 % пшеничного крахмала. Обработка образцов суспензий проводилась ультразвуком сразу после приготовления с применением ультразвукового аппарата Волна-М (модель УЗТА-1/22-ОМ) или в ультразвуковой ванне (частота 22 кГц, номинальная мощность 100, 150, 300 и 400 Вт). Продолжительность сонохимического воздействия на образцы составила 15 и 30 мин. До и после обработки определяли реологические, физические и текстурные свойства крахмальных суспензий по общепринятым методикам.
Ультразвуковая обработка вызывает механическое повреждение крахмального зерна, делая его внутреннюю часть доступной для влаги при нагревании. Это приводит к изменениям структурно-механических и реологических свойств крахмальных суспензий. Все исследуемые суспензии имели неньютоновский характер. Ультразвуковая обработка увеличивала их коэффициент консистенции с 28,12 до 152,75 мкПа·с. Ультразвуковая обработка привела к снижению температуры клейстеризации всех крахмальных суспензий: с 63,4 до 61,0 °С. Применение ультразвука высокой мощности в течение более короткого периода обработки снижало прочность сформированных гелей до 1,25 Н по сравнению с аналогичным показателем геля нативного крахмала – 4,28 Н.
Обработка суспензий пшеничного крахмала ультразвуком с целью модификации его структурно-механических и реологических свойств может заменить некоторые стандартные методы (химические, физические и ферментативные). Это позволит получить модифицированные крахмалы заданного качества при одновременном снижении энергозатрат и сокращении продолжительности технологического процесса.

Ключевые слова

Крахмал, ультразвук, структурно-механические свойства, реологические свойства, клейстеризация, пищевая промышленность

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Vela AJ, Villanueva M, Li C, Hamaker B, Ronda F. Ultrasound treatments of tef [Eragrostis tef (Zucc.) Trotter] flour rupture starch α-(1,4) bonds and fragment amylose with modification of gelatinization properties. LWT. 2023;174. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2023.114463
2. Eremeeva NB, Makarova NV, Zhidkova EM, Maximova VP, Lesova EA. Ultrasonic and microwave activation of raspberry extract: antioxidant and anti-carcinogenic properties. Foods and Raw Materials. 2019;7(2):264–273. https://doi.org/10.21603/2308-4057-2019-2-264-273
3. Ермолаев В. А., Просеков А. Ю. Вакуумные технологии молочно-белковых концентратов. Кемерово: Кузбассвузиздат, 2010. 211 с. https://elibrary.ru/QNHYGD
4. Shi M, Wang F, Lan P, Zhang Y, Zhang M, Yan Y, et al. Effect of ultrasonic intensity on structure and properties of wheat starch-monoglyceride complex and its influence on quality of norther-style Chinese steamed bread. LWT. 2021;138. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2020.110677
5. Li S, Li Q, Zhu F, Song H, Wang C, Guan X. Effect of vacuum combined ultrasound treatment on the fine structure and physiochemical properties of rice starch. Food Hydrocolloids. 2022;124. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2021.107198
6. Tang J, Liang Q, Ren X, Raza H, Ma H. Insights into ultrasound-induced starch-lipid complexes to understand physicochemical and nutritional interventions. International Journal of Biological Macromolecules. 2022;222:950–960. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2022.09.242
7. Zhang J, Li Y, Cai Y, Ahmad I, Zhang A, Ding Y, et al. Hot extrusion 3D printing technologies based on starchy food: A review. Carbohydrate Polymers. 2022;294. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2022.119763
8. Zhuang J, Liu H, You L, Xu F, Zeng H, Zeng S. Influence of ultrasonic-microwave power on the structure and in vitro digestibility of lotus seed starch-glycerin monostearin complexes after retrogradation. International Journal of Biological Macromolecules. 2023;228:59–67. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2022.12.188
9. Navikaite-Snipaitiene V, Rosliuk D, Almonaityte K, Rutkaite R, Vaskeliene V, Raisutis R. Ultrasound-activated modified starch microgranules for removal of ibuprofen from aqueous media. Starch – Stärke. 2022;74(5–6). https://doi.org/10.1002/star.202100261
10. Rahaman A, Kumari A, Zeng X-A, Farooq MA, Siddique R, Khalifa I, et al. Ultrasound based modification and structural-functional analysis of corn and cassava starch. Ultrasonics Sonochemistry. 2021;80. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2021.105795
11. Almeida RLJ, Santos NC, dos Santos Pereira T, Monteiro SS, da Silva LRI, da Silva Eduardo R, et al. Extraction and modification of Achachairu's seed (Garcinia humilis) starch using high-intensity low-frequency ultrasound. Journal of Food Process Engineering. 2022;45(5). https://doi.org/10.1111/jfpe.14022
12. Chang Y-H, Lin J-H, Chang S-Y. Physicochemical properties of waxy and normal corn starches treated in different anhydrous alcohols with hydrochloric acid. Food Hydrocolloids. 2006;20(2–3):332–339. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2005.02.024
13. Jamalabadi M, Saremnezhad S, Bahrami A, Jafari SM. The influence of bath and probe sonication on the physicochemical and microstructural properties of wheat starch. Food Science and Nutrition. 2019;7(7):2427–2435. https://doi.org/10.1002/fsn3.1111
14. Bredihin SA, Andreev VN, Martekha AN, Schenzle MG, Korotkiy IA. Erosion potential of ultrasonic food processing. Foods and Raw Materials. 2021;9(2):335–344. https://doi.org/10.21603/2308-4057-2021-2-335-344
15. Abedi E, Pourmohammadi K, Jahromi M, Niakousari M, Torri L. The effect of ultrasonic probe size for effective ultrasound-assisted pregelatinized starch. Food and Bioprocess Technology. 2019;12:1852–1862. https://doi.org/10.1007/s11947-019-02347-2
16. Sun Y, Yang Y, Zheng L, Zheng X, Xiao D, Wang S, et al. Physicochemical, structural, and digestive properties of banana starch modified by ultrasound and resveratrol treatments. Foods. 2022;11(22). https://doi.org/10.3390/foods11223741
17. Wang L, Wang M, Zhou Y, Wu Y, Ouyang J. Influence of ultrasound and microwave treatments on the structural and thermal properties of normal maize starch and potato starch: A comparative study. Food Chemistry. 2022;377. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2021.131990
18. Luo J, Xu W, Li R. Collapse of cavitation bubbles near air bubbles. Journal of Hydrodynamics. 2020;32(5):929–941. https://doi.org/10.1007/s42241-019-0061-x
19. Shang L, Wu C, Wang S, Wei X, Li B, Li J. The influence of amylose and amylopectin on water retention capacity and texture properties of frozen-thawed konjac glucomannan gel. Food Hydrocolloids. 2021;113. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2020.106521
20. Zhang Y, Li B, Zhang Y, Xu F, Zhu K, Li S, et al. Effect of degree of polymerization of amylopectin on the gelatinization properties of jackfruit seed starch. Food Chemistry. 2019;289:152–159. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2019.03.033
21. Golkar A, Milani JM, Motamedzadeghan A, Kenari RE. Physicochemical, structural, and rheological characteristics of corn starch after thermal-ultrasound processing. Food Science and Technology International. 2021;29(2). https://doi.org/10.1177/10820132211069242
22. Bredikhin SA, Andreev VN, Martekha AN, Soldusova EA. Investigation of the process of structure formation during ultrasonic homogenization of milk. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2022;954. https://doi.org/10.1088/1755-1315/954/1/012014
23. Pan B, Tao J, Bao X, Xiao J, Liu H, Zhao X, et al. Quantitative study of starch swelling capacity during gelatinization with an efficient automatic segmentation methodology. Carbohydrate Polymers. 2021;255. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2020.117372
24. Joyner HS, Wicklund RA, Templeton CM, Howarth LG, Wong S-S, Anvari M, et al. Development of starch texture rheological maps through empirical modeling of starch swelling behavior. Food Hydrocolloids. 2021;120. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2021.106920
25. Bredikhin SA, Martekha AN, Andreev VN, Soldusova EA, Karpova NA. Investigation of the structural and mechanical characteristics of mayonnaise with the addition of linseed oil. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2022;979. https://doi.org/10.1088/1755-1315/979/1/012089
26. Bredikhin SA, Martekha AN, Andreev VN, Kaverina YuE, Korotkiy IA. Rheological properties of mayonnaise with non-traditional ingredients. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(4):739–749. (In Russ.). https://doi.org/10.21603/2074-9414-2022-4-2402
27. Schmidt C, Brunner M, Berger C, Zahn S, Rohm H. Solubility and swelling of soils from native starch. International Journal of Food Science and Technology. 2022;57(10):6755–6762. https://doi.org/10.1111/ijfs.15911
28. Samarakoon ERJ. Impact of physical modifications on starch nutritional fractions: Rapidly Digestible Starch, Slowly Digestible Starch and Resistant Starch. Journal of Food Bioactives. 2020;12:106–121. https://doi.org/10.31665/JFB.2020.12249
29. Liu Y, Li M, Zhu C, Wei M. Effect of synergic pretreatment with ultrasound and alkaline hydrogen peroxide on enzymolysis and physicochemical properties of corn starch. Biomass Conversion and Biorefinery. 2021;13:12667–12678. https://doi.org/10.1007/s13399-021-02095-4
30. Sun J, Sun L, Chen X, Raza H, Wu G, Liang Q, et al. Characterization of arrowhead-derived type 3 resistant starch prepared by ultrasound-assisted α-amylase degradation. Journal of Food Quality. 2023;2023. https://doi.org/10.1155/2023/2301485
31. Liu Z, Tian S, Lv C, Chen Z. Preparation and physicochemical properties of Cyperus esculentus starch from its tubers using ultrasound-assisted alkali method. BioResources. 2022;18(1):60–72. https://doi.org/10.15376/biores.18.1.60-72
32. Zhou Y, Wang M, Wang L, Liu L, Wu Y, Ouyang J. Comparison of the effect of ultrasound and microwave on the functional properties and in vitro digestibility of normal maize starch and potato starch. Journal of Food Process Engineering. 2022;46(2). https://doi.org/10.1111/jfpe.14222
33. Kaur B, Venkatrao KB, Panesar PS. Chopra HK, Anal AK. Optimization of ultrasound-assisted enzymatic extraction of resistant starch from green banana peels and its structural characterization. Journal of Food Science and Technology. 2022;59(12):4663–4672. https://doi.org/10.1007/s13197-022-05546-6
34. Zeng L, Zhang L, Li K, He J, Xin H, Wang Q. Effect of gelatinization processing on the antioxidant, digestion, and physicochemical properties of wheat starch enhanced with tannic acid. LWT. 2020;125. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2020.109228