07_Tur(1).pdf

YWNO . Nauka. Technologia. Jako , 2004, 4 (41), 79 – 94

WIOLETTA TUR, EWA SZCZEPANIK, WOJCIECH KRZY ANIAK,

WOJCIECH BIAŁAS, WŁODZIMIERZ GRAJEK

CHARAKTERYSTYKA MALTODEKSTRYN OTRZYMANYCH

ZE SKROBI ZIEMNIACZANEJ PRZY U YCIU PREPARATÓW

AMYLOLITYCZNYCH

S t r e s z c z e n i e

Hydroliz skrobi ziemniaczanej przeprowadzono przy u yciu sze ciu preparatów amylolitycznych

pochodzenia bakteryjnego typu Gamalpha (Gamma Chemie, Niemcy). Do hydrolizy stosowano skrobi

skleikowan w autoklawie oraz skrobi poddan esktruzji. W wyniku depolimeryzacji skrobi uzyskano

ró ne maltodekstryny o DE 3-12. Produkty te zostały scharakteryzowane pod wzgl dem składu

chemicznego oligosacharydów z uwzgl dnieniem cukrów o stopniu polimeryzacji od 2 do 8. Wykazano,

e preparaty o tym samym równowa niku glukozowym znacznie ró niły si składem oligosacharydów.

Zawarto oligosacharydów o stopniu polimeryzacji 3–8 w hydrolizatach skrobi autoklawowanej wahała

si od 8,2 do 48,5%, a skrobi ekstrudowanej 7,2 do 59,8%. Najwi ksz zawarto tego typu

oligosacharydów uzyskano przy zastosowaniu preparatu Gamalpha 900P. We wszystkich otrzymanych

maltodekstrynach najwi kszy udział procentowy spo ród oligosacharydów miały: maltoheksaoza,

maltoheptaoza i maltooktaoza. Uzyskane maltodektryny zostały scharakteryzowane pod wzgl dem

lepko ci i ci nienia osmotycznego ich 10% roztworów wodnych. W wi kszo ci hydrolizatów

obserwowano wzrost lepko ci pozornej w miar wzrostu równowa nika glukozowego w

maltodekstrynach. Stwierdzono odwrotn zale no mi dzy szybko ci cinania a lepko ci pozorn

badanych maltodektryn. Wyj tek stanowiły maltodekstryny otrzymane za pomoc preparatu Gamalpha

300L. Ci nienie osmotyczne hydrolizatów maltodekstrynowych było proporcjonalne do równowa nika

glukozowego.

Słowa kluczowe: maltodekstryny, skrobia, oligosacharydy, lepko , ci nienie osmotyczne.

Wprowadzenie

Maltodekstryny, jako produkty cz ciowej hydrolizy skrobi, zostały

wprowadzone na rynek ju pod koniec lat 50. XX w. Ich podstawowym wyró nikiem

jest tzw. równowa nik glukozowy ( ang . dextrose equivalent; DE), który okre la

procentowy udział cukrów redukuj cych, wyra onych jako glukoza, w przeliczeniu na

such mas produktu. W zasadzie do maltodekstryn zalicza si hydrolizaty skrobiowe

o DE poni ej 20.

Mgr W. Tur, mgr E. Szczepaniak, mgr W. Krzy aniak, mgr W. Białas, prof. dr hab. W. Grajek, Katedra

Biotechnologii i Mikrobiologii ywno ci, Akademia Rolnicza im. A. Cieszkowskiego, ul. Wojska

Polskiego 48, 60-627 Pozna

Wioletta Tur, Ewa Szczepaniak, Wojciech Krzy aniak, Wojciech Białas, Włodzimierz Grajek

Maltodekstryny s polisacharydami rozpuszczalnymi w wodzie, niewykazuj cymi

smaku słodkiego, składaj cymi si głównie z D-glukozy, powi zanej wi zaniami

(1 4), rzadziej (1 6) glikozydowymi. Do ich produkcji wykorzystywana jest cała

gama enzymów amylolitycznych. W ród nich decyduj c rol odgrywaj enzymy typu

endo-glukanaz, przecinaj ce ła cuchy polimerów glukozowych wewn trz długich

ła cuchów. Zaliczaj si do nich endo- -1,4-glukanazy, głównie -amylazy bakteryjne

i ple niowe, oraz endo- -1,6-glukanazy, jak pululanaza i izoamylaza [4, 7]. Z uwagi na

konieczno ograniczonego zakresu depolimeryzacji skrobi, przy produkcji

maltodekstryn nie wykorzystuje si egzo-glukanaz, odcinaj cych pojedyncze cukry lub

krótkie oligosacharydy od nieredukuj cych ko ców polimerów skrobiowych.

Przy produkcji maltodekstryn istot procesów enzymatycznych jest

przeprowadzenie ograniczonej ilo ci ci wewn trz makrocz steczki skrobi. Pami ta

jednak nale y o tym, e preparaty alfa-amylazy wytwarzane przy u yciu bakterii

Bacillus sp. zawieraj zanieczyszczenia innymi enzymami, co ma wpływ na skład

chemiczny hydrolizatów. Najcz ciej wyst puj w nich maltotrioza, maltotetraoza,

maltopentaoza i maltoheksaoza [1].

Du a ró norodno endo-glukanaz, które pojawiły si na rynku w latach 70. i 80.

XX w. oraz zło ono budowy atakowanego przez nie polimeru skrobiowego

umo liwia uzyskanie wielu ró nych maltodekstryn o tym samym równowa niku

glukozowym (DE), ale ró ni cych si istotnie składem chemicznym cukrowców [6].

Ma to zasadniczy wpływ na kształtowanie si ich wła ciwo ci funkcjonalnych.

Na ko cowy efekt działania enzymów ma wpływ wiele czynników, jak: czas,

temperatura i pH reakcji, obecno jonów, st enie enzymu i substratu, budowa

skrobi, obecno rozpuszczalników organicznych, ci nienie i inne. Istotn rol

odgrywa tak e sposób wst pnego przygotowania substratu. Kleikowanie skrobi

polega na przej ciu struktur krystalicznych gałeczek skrobiowych w stan

nieuporz dkowany. Proces ten jest zale ny od temperatury i proporcji mi dzy

skrobi a wod [5]. Alternatyw wysokotemperaturowej inkubacji skrobi w

roztworach wodnych jest ekstruzja [2, 3, 8].

Celem niniejszej pracy było okre lenie kinetyki hydrolizy skrobi autoklawowanej

i ekstrudowanej katalizowanej przy u yciu preparatów amylolitycznych Gamalpha

(Gamma Chemie, Niemcy) oraz charakterystyka uzyskanych maltodekstryn o

równowa niku glukozowym (DE) 3-12.

Materiał i metody bada

Skrobia

W badaniach stosowano skrobi ziemniaczan Superior Standard [8],

wyprodukowan w Zakładach Przemysłu Ziemniaczanego w Luboniu. Badania

przeprowadzono na dwóch rodzajach skrobi: skleikowanej przez autoklawowanie

(autoklawowanej) oraz skrobi skleikowanej przez ekstruzj (ekstrudowanej).

CHARAKTERYSTYKA MALTODEKSTRYN OTRZYMYWANYCH ZE SKROBI ZIEMNIACZANEJ...

Enzymy

Do hydrolizy skrobi wykorzystano bakteryjne preparaty amylolityczne firmy

Gamma Chemie, Niemcy (aktualnie AB Enzymes, Niemcy), produkowane przez

Bacillus subtilis , których charakterystyk przedstawiono w tab. 1. Dawki preparatów

enzymatycznych dobrano do wiadczalnie w taki sposób, aby DE hydrolizatów

skrobiowych, otrzymanych w wyniku godzinnej hydrolizy, nie przekroczył warto ci

20.

T a b e l a 1

Preparaty amylolityczne wykorzystywane do hydrolizy skrobi.

Amylolytic preparations used for the starch hydrolysis.

Enzym

Enzyme

Optymalna

temperatura

Optimal

temperature

[°C]

Optymalne pH

Optimal pH-value

Zastosowana dawka [ml/kg skrobi]

Dosage applied [ml/kg starch]

Skrobia

autoklawowana

Autoclaved starch

Skrobia

ekstrudowana

Extruded starch

Gamalpha PHL

80–90

5,6–6,8

0,45

0,6 ml

Gamalpha TB150L

80–90

5,8–7,0

0,6

Gamalpha T400L

75–85

5,0–7,0

0,3

Gamalpha 900L

70–75

4,8–7,5

0,075

Gamalpha 300L

60–85

6,0

0,6

Gamalpha P120L

70–75

6,0

0,9

0,6

Kleikowanie skrobi w autoklawie

Roztwory skrobi natywnej o st eniu 5% ogrzewano do temp. 70 o C. Nast pnie,

przy intensywnym mieszaniu dodawano kolejn porcj skrobi tak, aby ko cowe

st enie skrobi wynosiło 10%. Przygotowan zawiesin przenoszono do zamkni tego

naczynia z filtrem powietrza i autoklawowano przez 20 min w temp. 121 o C. Uzyskane

roztwory skleikowanej skrobi chłodzono do optymalnej temperatury działania

poszczególnych enzymów i przeprowadzano proces hydrolizy.

Ekstruzja skrobi natywnej

Substrat skrobiowy nawil ano do 35% wilgotno ci wod destylowan o temp.

20 o C, wzgl dnie wod zawieraj c dodatek enzymu. Cało mieszano w mieszarce

laboratoryjnej w celu ujednolicenia wilgotno ci i dobrego rozprowadzenia enzymu.

Tak przygotowane materiały poddawano procesowi ekstruzji w ekstruderze

dwu limakowym Krupp Werner & Pfleiderer, typ ZSK 25P8.2, zbudowanego z trzech

sekcji grzejnych. W sekcji pierwszej temp. ekstruzji wynosiła 22°C, w sekcji drugiej i

trzeciej 60°C a w głowicy 50°C. Szybko mieszania skrobi była utrzymywana na

poziomie 80 obr./min. Ekstrudat wychodz cy z głowicy ekstrudera miał form długich

wałków o rednicy ok. 1 cm. W celu przyspieszenia procesu suszenia ekstrudatów

Wioletta Tur, Ewa Szczepaniak, Wojciech Krzy aniak, Wojciech Białas, Włodzimierz Grajek

ci to je na kawałki o długo ci 1–1,5 cm. Suszenie przeprowadzano w suszarce w temp.

60ºC, po czym wysuszone kawałki ekstrudatu mielono w młynku udarowym do postaci

proszku.

Hydroliza skrobi

Hydroliz 10% roztworu skrobi skleikowanej przez autoklawowanie lub

ekstrudowanie prowadzono w ci gu 60 min, przy optymalnej temperaturze i pH

działania danego enzymu. Dawki enzymu przedstawiono w tab. 1. Reakcj hydrolizy

przeprowadzano w ła ni wodnej z wytrz sark w zamkni tych naczyniach, przy

ci głym mieszaniu roztworu reakcyjnego. Reakcj zatrzymywano przez obni enie pH

roztworu reakcyjnego do 3,5 za pomoc kwasu cytrynowego i gotowaniu przez 5 min,

a nast pnie schłodzenie do temp. 20ºC. W trakcie hydrolizy, co 10 min pobierano

próbki do analiz chemicznych i reologicznych. Wszystkie eksperymenty wykonano w

trzech powtórzeniach.

Oznaczanie równowa nika glukozowego (DE)

Równowa nik glukozowy DE okre la zdolno redukcyjn hydrolizatu

skrobiowego wyra on jako D-glukoza w przeliczeniu na such substancj .

Oznaczanie warto ci DE wykonano według PN-78/A-74701 [9]. Oznaczenia

wykonano w trzech powtórzeniach.

Oznaczanie cukrów metod HPLC

Skład chemiczny hydrolizatów skrobi ustalano za pomoc wysokosprawnej

chromatografii cieczowej (HPLC). Do oznaczenia zastosowano chromatograf

cieczowy firmy Waters, wyposa ony w detektor refraktometryczny typu 410 oraz

pomp typu 501. Do rozdziałów u ywano kolumn Ostion KS0403 (Lachema, Brno) o

wymiarach 250 mm x 6 mm, wypełnion ywic usieciowan sulfonowanym

polistyrenem diwinylobenzenu w formie srebrowej. Do kolumny jednorazowo

nanoszono 20 ml próby, któr przed oznaczeniem rozcie czano wod destylowan do

5º Bx i filtrowano przez s czki z porami wielko ci 0,2 mm firmy Sartorius. Badane

próby eluowano w temp. 85°C przy u yciu odgazowanej wody z pr dko ci

0,5 ml/min. Wyniki przeprowadzonych bada przedstawiono w postaci procentowego

składu cukrowego uzyskanych maltodekstryn. Oznaczenia wykonano w trzech

powtórzeniach.

Badanie lepko ci roztworów maltodekstryn

Lepko badanych roztworów maltodekstryn o DE 3, 5, 8, 12 oznaczano w

reometrze rotacyjnym Rheo Stress 1 firmy ThermoHaake (Niemcy). Stosowano rotor z

podwójn szczelin DG 43Ti, a obj to próbki wynosiła 11,5 ml. Aparat pracował w

trybie CR – kontrolowanej pr dko ci cinania, przy czym pomiary wykonywano w

zakresie 0–1000 s -1 . Próbki pobrane w trakcie reakcji hydrolizy, przeznaczone do

bada reologicznych, umieszczano w ła ni wodnej, w celu utrzymania stałej temp.

CHARAKTERYSTYKA MALTODEKSTRYN OTRZYMYWANYCH ZE SKROBI ZIEMNIACZANEJ...

60°C. Wyniki przeprowadzonych bada przedstawiono w postaci krzywych lepko ci,

na podstawie których obliczano nast pnie warto współczynnika konsystencji (K)

oraz wska nika płyni cia (n). Oznaczenia wykonano w trzech powtórzeniach.

Oznaczenie ci nienia osmotycznego

Ci nienie osmotyczne hydrolizatów mierzono za pomoc osmometru Marcel OS

3000, pobieraj c jednorazowo 100 l roztworu. Oznaczenia wykonano w trzech

powtórzeniach.

Oznaczanie suchej substancji

Oznaczenie suchej substancji skrobi dokonano metod wagow , stosuj c temp.

105°C. Oznaczenia wykonano w trzech powtórzeniach.

Wyniki i ich omówienie

Kinetyka reakcji hydrolizy skrobi przy u yciu ró nych preparatów enzymatycznych

W warunkach przeprowadzanych eksperymentów zakres DE w uzyskanych

hydrolizatach zawierał si w zakresie 1,8–19,6 (tab. 2). Wyniki bada nad kinetyk

reakcji enzymatycznych wskazuj na du e ró nice we wła ciwo ciach katalitycznych

mi dzy poszczególnymi preparatami enzymatycznymi. Analizuj c dane zamieszczone

w tab. 2. stwierdzono du e zró nicowanie pocz tkowej warto ci równowa nika

glukozowego (DE), wyznaczonego w ci gu 10 min reakcji enzymatycznych. Pewien

wpływ na to miała zró nicowana zawarto substancji redukuj cych w samych

preparatach enzymatycznych. W celu wła ciwej oceny szybko ci hydrolizy skrobi

obliczono ró nice warto ci DE mi dzy 60 a 10 min reakcji.

Na tej podstawie mo na stwierdzi , e najwi kszy bezwzgl dny wzrost równowa nika

glukozowego uzyskano przy stosowaniu preparatu Gamalpha 300L, który po 50 min

reakcji w hydrolizatach skrobi autoklawowanej wynosił 15,4, a skrobi ekstrudowanej

14,0. Drugi w kolejno ci był preparat Gamalpha T400L, w przypadku którego warto

DE 60 -DE 10 skrobi autoklawowanej wynosiła 13,2, a skrobi ekstrudowanej 14,9.

Mi dzy preparatami Gamalpha PHL, Gamalpha TB150L i Gamalpha 900P nie było

wyra nych ró nic. Najmniejszy przyrost warto ci DE odnotowano w hydrolizatach

skrobi autoklawowanej otrzymanych przy u yciu preparatu Gamalpha PHL i

Gamalpha P120L. W przypadku tego ostatniego preparatu uzyskano wyra nie

zwi kszon hydroliz skrobi autoklawowanej. Przedstawione zale no ci znajduj

potwierdzenie tak e w warto ciach współczynników kierunkowych prostych regresji

opisuj cych zale no DE od czasu trwania reakcji hydrolizy (tab. 2). Porównuj c oba

sposoby kleikowania skrobi nale y stwierdzi , e w wi kszo ci przypadków skrobia

ekstrudowana była bardziej podatna na działanie zastosowanych amylaz ni skrobia

autoklawowana, jednak e ró nice te nie były tak istotne, jak ró nice mi dzy

działaniem poszczególnych enzymów.

T a b e l a 2

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: