CHARAKTERYSTYKA MALTODEKSTRYN OTRZYMANYCH ZE SKROBI ZIEMNIACZANEJ PRZY UYCIU PREPARATÓW AMYLOLITYCZNYCH

Transkrypt

1 YWNO. Nauka. Technologia. Jako, 24, 4 (41), WIOLETTA TUR, EWA SZCZEPANIK, WOJCIECH KRZYANIAK, WOJCIECH BIAŁAS, WŁODZIMIERZ GRAJEK CHARAKTERYSTYKA MALTODEKSTRYN OTRZYMANYCH ZE SKROBI ZIEMNIACZANEJ PRZY UYCIU PREPARATÓW AMYLOLITYCZNYCH S t r e s z c z e n i e Hydroliz skrobi ziemniaczanej przeprowadzono przy uyciu szeciu preparatów amylolitycznych pochodzenia bakteryjnego typu (Gamma Chemie, Niemcy). Do hydrolizy stosowano skrobi skleikowan w autoklawie oraz skrobi poddan esktruzji. W wyniku depolimeryzacji skrobi uzyskano róne maltodekstryny o DE -. Produkty te zostały scharakteryzowane pod wzgldem składu chemicznego oligosacharydów z uwzgldnieniem cukrów o stopniu polimeryzacji od 2 do. Wykazano, e preparaty o tym samym równowaniku glukozowym znacznie róniły si składem oligosacharydów. Zawarto oligosacharydów o stopniu polimeryzacji w hydrolizatach skrobi autoklawowanej wahała si od,2 do 4,%, a skrobi ekstrudowanej 7,2 do 9,%. Najwiksz zawarto tego typu oligosacharydów uzyskano przy zastosowaniu preparatu 9P. We wszystkich otrzymanych maltodekstrynach najwikszy udział procentowy sporód oligosacharydów miały: maltoheksaoza, maltoheptaoza i maltooktaoza. Uzyskane maltodektryny zostały scharakteryzowane pod wzgldem lepkoci i cinienia osmotycznego ich 1% roztworów wodnych. W wikszoci hydrolizatów obserwowano wzrost lepkoci pozornej w miar wzrostu równowanika glukozowego w maltodekstrynach. Stwierdzono odwrotn zaleno midzy szybkoci cinania a lepkoci pozorn badanych maltodektryn. Wyjtek stanowiły maltodekstryny otrzymane za pomoc preparatu L. Cinienie osmotyczne hydrolizatów maltodekstrynowych było proporcjonalne do równowanika glukozowego. Słowa kluczowe: maltodekstryny, skrobia, oligosacharydy, lepko, cinienie osmotyczne. Wprowadzenie Maltodekstryny, jako produkty czciowej hydrolizy skrobi, zostały wprowadzone na rynek ju pod koniec lat. XX w. Ich podstawowym wyrónikiem jest tzw. równowanik glukozowy (ang. dextrose equivalent; DE), który okrela procentowy udział cukrów redukujcych, wyraonych jako glukoza, w przeliczeniu na such mas produktu. W zasadzie do maltodekstryn zalicza si hydrolizaty skrobiowe o DE poniej 2. Mgr W. Tur, mgr E. Szczepaniak, mgr W. Krzyaniak, mgr W. Białas, prof. dr hab. W. Grajek, Katedra Biotechnologii i Mikrobiologii ywnoci, Akademia Rolnicza im. A. Cieszkowskiego, ul. Wojska Polskiego 4, Pozna

2 Wioletta Tur, Ewa Szczepaniak, Wojciech Krzyaniak, Wojciech Białas, Włodzimierz Grajek Maltodekstryny s polisacharydami rozpuszczalnymi w wodzie, niewykazujcymi smaku słodkiego, składajcymi si głównie z D-glukozy, powizanej wizaniami (14), rzadziej (16) glikozydowymi. Do ich produkcji wykorzystywana jest cała gama enzymów amylolitycznych. Wród nich decydujc rol odgrywaj enzymy typu endo-glukanaz, przecinajce ła cuchy polimerów glukozowych wewntrz długich ła cuchów. Zaliczaj si do nich endo--1,4-glukanazy, głównie -amylazy bakteryjne i pleniowe, 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, odcinajcych pojedyncze cukry lub krótkie oligosacharydy od nieredukujcych ko ców polimerów skrobiowych. Przy produkcji maltodekstryn istot procesów enzymatycznych jest przeprowadzenie ograniczonej iloci ci wewntrz makroczsteczki skrobi. Pamita jednak naley o tym, e preparaty alfa-amylazy wytwarzane przy uyciu bakterii Bacillus sp. zawieraj zanieczyszczenia innymi enzymami, co ma wpływ na skład chemiczny hydrolizatów. Najczciej wystpuj w nich maltotrioza, maltotetraoza, maltopentaoza i maltoheksaoza [1]. Dua rónorodno endo-glukanaz, które pojawiły si na rynku w latach 7. i. XX w. oraz złoono budowy atakowanego przez nie polimeru skrobiowego umoliwia uzyskanie wielu rónych maltodekstryn o tym samym równowaniku glukozowym (DE), ale rónicych si istotnie składem chemicznym cukrowców [6]. Ma to zasadniczy wpływ na kształtowanie si ich właciwoci funkcjonalnych. Na ko cowy efekt działania enzymów ma wpływ wiele czynników, jak: czas, temperatura i ph reakcji, obecno jonów, stenie enzymu i substratu, budowa skrobi, obecno rozpuszczalników organicznych, cinienie i inne. Istotn rol odgrywa take sposób wstpnego przygotowania substratu. Kleikowanie skrobi polega na przejciu struktur krystalicznych gałeczek skrobiowych w stan nieuporzdkowany. Proces ten jest zaleny od temperatury i proporcji midzy skrobi a wod []. Alternatyw wysokotemperaturowej inkubacji skrobi w roztworach wodnych jest ekstruzja [2,, ]. Celem niniejszej pracy było okrelenie kinetyki hydrolizy skrobi autoklawowanej i ekstrudowanej katalizowanej przy uyciu preparatów amylolitycznych (Gamma Chemie, Niemcy) oraz charakterystyka uzyskanych maltodekstryn o równowaniku glukozowym (DE) -. Materiał i metody bada Skrobia W badaniach stosowano skrobi ziemniaczan Superior Standard [], wyprodukowan w Zakładach Przemysłu Ziemniaczanego w Luboniu. Badania przeprowadzono na dwóch rodzajach skrobi: skleikowanej przez autoklawowanie (autoklawowanej) oraz skrobi skleikowanej przez ekstruzj (ekstrudowanej).

3 CHARAKTERYSTYKA MALTODEKSTRYN OTRZYMYWANYCH ZE SKROBI ZIEMNIACZANEJ... 1 y Do hydrolizy skrobi wykorzystano bakteryjne preparaty amylolityczne firmy Gamma Chemie, Niemcy (aktualnie AB s, Niemcy), produkowane przez Bacillus subtilis, których charakterystyk przedstawiono w tab. 1. Dawki preparatów enzymatycznych dobrano dowiadczalnie w taki sposób, aby DE hydrolizatów skrobiowych, otrzymanych w wyniku godzinnej hydrolizy, nie przekroczył wartoci 2. Preparaty amylolityczne wykorzystywane do hydrolizy skrobi. Amylolytic preparations used for the starch hydrolysis. T a b e l a 1 Optymalna temperatura Optimal temperature [ C] Optymalne ph Optimal ph-value Zastosowana dawka [ml/kg skrobi] Dosage applied [ml/kg starch] Skrobia autoklawowana starch Skrobia ekstrudowana starch 9,6 6,,4,6 ml TB1L 9, 7,,6,6 T4L 7, 7,,, 9L 7 7 4, 7,,7,7 L 6 6,,6,6 PL 7 7 6,,9,6 Kleikowanie skrobi w autoklawie Roztwory skrobi natywnej o steniu % ogrzewano do temp. 7 o C. Nastpnie, przy intensywnym mieszaniu dodawano kolejn porcj skrobi tak, aby ko cowe stenie skrobi wynosiło 1%. Przygotowan zawiesin przenoszono do zamknitego naczynia z filtrem powietrza i autoklawowano przez 2 min w temp. 1 o C. Uzyskane roztwory skleikowanej skrobi chłodzono do optymalnej temperatury działania poszczególnych enzymów i przeprowadzano proces hydrolizy. Ekstruzja skrobi natywnej Substrat skrobiowy nawilano do % wilgotnoci wod destylowan o temp. 2 o C, wzgldnie wod zawierajc dodatek enzymu. Cało mieszano w mieszarce laboratoryjnej w celu ujednolicenia wilgotnoci i dobrego rozprowadzenia enzymu. Tak przygotowane materiały poddawano procesowi ekstruzji w ekstruderze dwulimakowym Krupp Werner & Pfleiderer, typ ZSK 2P.2, zbudowanego z trzech sekcji grzejnych. W sekcji pierwszej temp. ekstruzji wynosiła 22 C, w sekcji drugiej i trzeciej 6 C a w głowicy C. Szybko mieszania skrobi była utrzymywana na poziomie obr./min. Ekstrudat wychodzcy z głowicy ekstrudera miał form długich wałków o rednicy ok. 1 cm. W celu przyspieszenia procesu suszenia ekstrudatów

4 2 Wioletta Tur, Ewa Szczepaniak, Wojciech Krzyaniak, Wojciech Białas, Włodzimierz Grajek cito je na kawałki o długoci 1 1, cm. Suszenie przeprowadzano w suszarce w temp. 6ºC, po czym wysuszone kawałki ekstrudatu mielono w młynku udarowym do postaci proszku. Hydroliza skrobi Hydroliz 1% roztworu skrobi skleikowanej przez autoklawowanie lub ekstrudowanie prowadzono w cigu 6 min, przy optymalnej temperaturze i ph działania danego enzymu. Dawki enzymu przedstawiono w tab. 1. Reakcj hydrolizy przeprowadzano w łani wodnej z wytrzsark w zamknitych naczyniach, przy cigłym mieszaniu roztworu reakcyjnego. Reakcj zatrzymywano przez obnienie ph roztworu reakcyjnego do, za pomoc kwasu cytrynowego i gotowaniu przez min, a nastpnie schłodzenie do temp. 2ºC. W trakcie hydrolizy, co 1 min pobierano próbki do analiz chemicznych i reologicznych. Wszystkie eksperymenty wykonano w trzech powtórzeniach. Oznaczanie równowanika glukozowego (DE) Równowanik glukozowy DE okrela zdolno redukcyjn hydrolizatu skrobiowego wyraon jako D-glukoza w przeliczeniu na such substancj. Oznaczanie wartoci DE wykonano według PN-7/A-7471 [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, wyposaony w detektor refraktometryczny typu 41 oraz pomp typu 1. Do rozdziałów uywano kolumn Ostion KS4 (Lachema, Brno) o wymiarach 2 mm x 6 mm, wypełnion ywic usieciowan sulfonowanym polistyrenem diwinylobenzenu w formie srebrowej. Do kolumny jednorazowo nanoszono 2 µl próby, któr przed oznaczeniem rozcie czano wod destylowan do º Bx i filtrowano przez sczki z porami wielkoci,2 µm firmy Sartorius. Badane próby eluowano w temp. C przy uyciu odgazowanej wody z prdkoci, ml/min. Wyniki przeprowadzonych bada przedstawiono w postaci procentowego składu cukrowego uzyskanych maltodekstryn. Oznaczenia wykonano w trzech powtórzeniach. Badanie lepkoci roztworów maltodekstryn Lepko badanych roztworów maltodekstryn o DE,,, oznaczano w reometrze rotacyjnym Rheo Stress 1 firmy ThermoHaake (Niemcy). Stosowano rotor z podwójn szczelin DG 4Ti, a objto próbki wynosiła 11, ml. Aparat pracował w trybie CR kontrolowanej prdkoci cinania, przy czym pomiary wykonywano w zakresie 1 s -1. Próbki pobrane w trakcie reakcji hydrolizy, przeznaczone do bada reologicznych, umieszczano w łani wodnej, w celu utrzymania stałej temp.

5 CHARAKTERYSTYKA MALTODEKSTRYN OTRZYMYWANYCH ZE SKROBI ZIEMNIACZANEJ... 6 C. Wyniki przeprowadzonych bada przedstawiono w postaci krzywych lepkoci, na podstawie których obliczano nastpnie warto współczynnika konsystencji (K) oraz wskanika płynicia (n). Oznaczenia wykonano w trzech powtórzeniach. Oznaczenie cinienia osmotycznego Cinienie osmotyczne hydrolizatów mierzono za pomoc osmometru Marcel OS, pobierajc jednorazowo 1 l roztworu. Oznaczenia wykonano w trzech powtórzeniach. Oznaczanie suchej substancji Oznaczenie suchej substancji skrobi dokonano metod wagow, stosujc temp. 1 C. Oznaczenia wykonano w trzech powtórzeniach. Wyniki i ich omówienie Kinetyka reakcji hydrolizy skrobi przy uyciu rónych preparatów enzymatycznych W warunkach przeprowadzanych eksperymentów zakres DE w uzyskanych hydrolizatach zawierał si w zakresie 1, 19,6 (tab. 2). Wyniki bada nad kinetyk reakcji enzymatycznych wskazuj na due rónice we właciwociach katalitycznych midzy poszczególnymi preparatami enzymatycznymi. Analizujc dane zamieszczone w tab. 2. stwierdzono due zrónicowanie pocztkowej wartoci równowanika glukozowego (DE), wyznaczonego w cigu 1 min reakcji enzymatycznych. Pewien wpływ na to miała zrónicowana zawarto substancji redukujcych w samych preparatach enzymatycznych. W celu właciwej oceny szybkoci hydrolizy skrobi obliczono rónice wartoci DE midzy 6 a 1 min reakcji. Na tej podstawie mona stwierdzi, e najwikszy bezwzgldny wzrost równowanika glukozowego uzyskano przy stosowaniu preparatu L, który po min reakcji w hydrolizatach skrobi autoklawowanej wynosił 1,4, a skrobi ekstrudowanej 14,. Drugi w kolejnoci był preparat T4L, w przypadku którego warto DE 6 -DE 1 skrobi autoklawowanej wynosiła 1,2, a skrobi ekstrudowanej 14,9. Midzy preparatami, TB1L i 9P nie było wyranych rónic. Najmniejszy przyrost wartoci DE odnotowano w hydrolizatach skrobi autoklawowanej otrzymanych przy uyciu preparatu i PL. W przypadku tego ostatniego preparatu uzyskano wyranie zwikszon hydroliz skrobi autoklawowanej. Przedstawione zalenoci znajduj potwierdzenie take w wartociach współczynników kierunkowych prostych regresji opisujcych zaleno DE od czasu trwania reakcji hydrolizy (tab. 2). Porównujc oba sposoby kleikowania skrobi naley stwierdzi, e w wikszoci przypadków skrobia ekstrudowana była bardziej podatna na działanie zastosowanych amylaz ni skrobia autoklawowana, jednake rónice te nie były tak istotne, jak rónice midzy działaniem poszczególnych enzymów. T a b e l a 2

6 4 Wioletta Tur, Ewa Szczepaniak, Wojciech Krzyaniak, Wojciech Białas, Włodzimierz Grajek Kinetyka reakcji hydrolizy skrobi autoklawowanej i ekstrudowanej przy uyciu rónych preparatów enzymatycznych. The hydrolysis kinetics of starch autoclaved and extruded using different enzyme preparations. TB1L T4L 9P L PL Skrobia Starch Y ekwiwalent glukozowy / glucose equivalent; X czas reakcji [min] / Time of reaction [min]. Czas hydrolizy [min] Hydrolysis time [min] Wartoci DE / DE values Rónica Difference: DE 6 DE , 7, 4 6,4,2 9,2 11,, 1,9 4,2,7, 9 11,6 9,7 1,,6, 7,2,6 9,6 7,,,4,6 1,7 1 16,7 1,2 2, 6,1,6,6 1,6 17,7 14,9 4,1 7,,2 9,4 11,,9, 4,4,2 9,6 11 1,2 9,2 4,2,2 1, 14,7 17,4 19,6 1,4 7, , 2,6,6 7,1,6 1, 1,1 1, 4,,4 6,1 7, 9, 11,7 7,4 Równanie regresji Regression equation Y=,1x +,9 Y=,17x + 2,72 Y=,19x +,2 Y=,16x +, Y=,2x +,29 Y=,29x +,14 Y =,16x + 2,6 Y =,1x + 2,21 Y =,1x + 1, Y =,26x + 2,1 Y =,19x + 1,1 Y =,14x 2,7 Na podstawie bada kinetycznych wyznaczono czas reakcji potrzebny do wytworzenia hydrolizatów o okrelonym równowaniku glukozowym (tab. ), co w dalszych etapach bada było wykorzystywane do produkcji okrelonych maltodekstryn uywanych do bada nad właciwociami reologicznymi i cinieniem osmotycznym roztworów maltodekstryn. Analizujc uzyskane dane naley odnotowa, e szybko uzyskania preparatów o DE była bardzo zrónicowana i wahała si od min ( L) do 72 min ( TB1L). Skład chemiczny maltodekstryn Skład chemiczny poszczególnych próbek okrelano w oparciu o analizy wykonane w wysokosprawnym chromatografie cieczowym (HPLC) przy uyciu kolumny Ostion

7 CHARAKTERYSTYKA MALTODEKSTRYN OTRZYMYWANYCH ZE SKROBI ZIEMNIACZANEJ... KS4 (Lachema, Brno). W tab. 4. przedstawiono skład wglowodanów zawartych w hydrolizatach skrobi autoklawowanej uzyskanych w Czas hydrolizy skrobi niezbdny do otrzymania maltodekstryn o DE,, i. Time of starch hydrolysis as required to obtain maltodextrins with DE,,, and. T a b e l a TB1L T4L 9P L PL Skrobia Starch Wymagany czas hydrolizy [min] Required time of hydrolysis [min] DE DE DE DE , wyniku hydrolizy enzymatycznej. Stwierdzono, e udział polimerów o stopniu spolimeryzowania (DP) wynosił od,2% ( L, DE ) do 4,% ( 9P, DE ) suchej substancji hydrolizatów. Zaobserwowano, e im mniejszy jest równowanik glukozowy otrzymanych maltodekstryn, tym wikszy jest udział wysoko spolimeryzowanych oligosacharydów oraz cukrów wyszych (DP > ). Obecno glukozy stwierdzono w wikszoci hydrolizatów o równowaniku glukozowym oraz w hydrolizatach o DE w przypadku uycia preparatów L i. Jedynym preparatem, który w ogóle nie uwalniał glukozy był T4L. Obecno maltozy stwierdzono we wszystkich hydrolizatach o DE i w kilku hydrolizatach o DE. Najbardziej maltotwórczymi preparatami były 9P i TB1L. W hydrolizatach skrobi autoklawowanej

8 6 Wioletta Tur, Ewa Szczepaniak, Wojciech Krzyaniak, Wojciech Białas, Włodzimierz Grajek o DE, uzyskanej przy zastosowaniu preparatów, T4L, 9P, L i PL nie wykryto maltotriozy i T a b e l a 4 Skład chemiczny maltodekstryn uzyskanych w wyniku hydrolizy skrobi autoklawowanej. The chemical composition of maltodextrins obtained as a result of the hydrolysis of autoclaved starch. Zawarto poszczególnych cukrów [%] Percentage contents of individual sugars [%] DE Glukoza Glucose Maltoza Maltose Maltorioza Maltotriose Maltotetroza Maltotetraose Maltopentaoza Maltopentaose Malto-heksaoza Maltohexaose Maltoheptoza Maltoheptaose Maltooktaoza Maltooctaose Cukry wysze Higher sugras,4 2,9 1,6 4, 1,44,4 6,,9 1,71,7,9 1,42 2,2,9 2,94 2,,9,27 2,96 2,74 4,29 9,97 2,22 2,1,2 6,6 9,9 9,27,9 7,19 TB1L,6,64, 1, 2,29 1,79 2,92,1 7,44,97 1,4 2,17 2,7 1,4 2,6,6 4,7 2,2,17,6 6,76 2,99 4,14 7, 6,2 2,2 2,,2,6 7,7 2,69 72,17 6,6 T4L,4,91 1,49 1,,11 4,,7 1,1 1,72,7 1,2 1,4 2,11,6,6 4,7 6,92,47 4,46 6,22 7,46 2,6,,9,71 6,4 4, 7,4 69,74 9P 1,2 1,41 2,1,77,6 4,6 11, 2,16,94,6,77 1,9,11,2,11 4,9,71 17,9,97 6, 7,9 14,2,26,42,1 4,61 9,9 74, 6,4,4 L,46,49 1,2 1,26 2,1,9 1,1 1,, 1,17,64 2,14, 4,,74,19-1,71 2,4,6-91,77,2 2,41 PL 1,64,1,76,7 1,67 2,7,9 7,16 1,2 1,91 2,7 1,17 1,7 1,92,14,2 4,7,46,,6 9,2,17 2,, 9,6 4,71 76,16 6,7 maltotetraozy. W przypadku preparatu L maltotriozy i maltotetraozy nie wykryto take w hydrolizacie o DE. Uwag zwraca natomiast duy udział

9 CHARAKTERYSTYKA MALTODEKSTRYN OTRZYMYWANYCH ZE SKROBI ZIEMNIACZANEJ... 7 maltotriozy w hydrolizatach o DE, otrzymanych po działaniu preparatów 9P, i TB1L. We wszystkich maltodekstrynach uzyskanych ze skrobi autoklawowanej najwikszy udział procentowy w oligosacharydach miały maltoheksaoza, maltoheptaoza i maltooktaoza. W wikszoci sporód badanych hydrolizatów w najwikszym steniu wystpowała maltoheptaoza. W miar zwikszania wartoci DE maltodekstryn wzrastało stenie tych oligosacharydów i zwikszał si udział oligosacharydów o wikszym stopniu polimeryzacji. Dane zamieszczone w tab. wskazuj, e skrobia ekstrudowana była bardziej podatna na hydroliz enzymatyczn ni skrobia autoklawowana. Udział polimerów o stopniu spolimeryzowania (DP) wynosił od 7,2 do 9,% suchej substancji hydrolizatów, a wic był zdecydowanie wikszy ni w hydrolizatach skrobi autoklawowanej. T a b e l a Skład chemiczny maltodekstryn uzyskanych w wyniku hydrolizy skrobi ekstrudowanej. The chemical composition of maltodextrins obtained as a result of the hydrolysis of extruded starch. Zawarto poszczególnych cukrów [%] Percentage contents of individual sugars [%] DE Glukoza Glucose Maltoza Maltose Maltotrioza Maltotriose Maltotetraoza Maltoteraose Maltopentaoza Maltopentaose Malto-heksaoz Maltohexaosea Malto-heptaoz Maltoheptaosea Maltooktaoza Maltooctaose Cukry wysze Higher segars Gamalp ha,7,,7 1,6 1,29 2,21 4,1, 1,2 2,11 1,4 1,92 2,99 1,99 2,6 4,2 2,69,74,1 2,2 2,64, 1, 9,1 4,6 7,62 Gamalp ha TB1 L,7,6,6,2 1,2 2,6 2, 1,7 4,1 6,1 9,,2 1,1,1,22 1,41 2,69,4,1 2,21 4, 7,41,,1,1, 7,69 2,16,2 6,46,1, 76,1 62,6 7,1 Gamalp ha T4L,62,96 1,7 1,6 1,2,1,47 4,9,74 1,1 1,24 1,72 1, 1,1 1,62 2,22 2,1 4,6,29 7,7,6 6,19 6,7 6,7 2,9,6,4 6,1 7,9 7,7 77,7 69,4 Gamalp ha 9P,,7 1,2 2,9,9,6 6,17,6 11, 2,1 4,66,9 1,,9,1,4,,4 11,2 17,96,14 6,2 14,9 14,49 6,2 4,64 4, 4,9,6 6,7 4,92,2

10 Wioletta Tur, Ewa Szczepaniak, Wojciech Krzyaniak, Wojciech Białas, Włodzimierz Grajek Gamalp ha L,69 1,1 2,, 1,46,71 1,1 1,1 2,6,21 4,4,6,6 1, 2,24, ,79 9,1 2,6 Gamalp ha PL,7 1,2,9 1,6 2,9,71 1,1 2, 2,4 1, 1,99 2,2 2,64,67,1 4,7 4,24 7, 2,4 2,7,4 92,6,1 4,6 79, Najwiksz aktywno hydrolityczn wykazał preparat 9P, który efektywnie rozkładał skrobi ekstrudowan do cukrów niskospolimeryzowanych i oligosacharydów. Było to szczególnie widoczne w hydrolizatach o DE -, w których indywidualny udział maltoheksaozy i maltoheptaozy sigał kilkunastu procent. Warto take odnotowa, e hydrolizaty uzyskane przy uyciu preparatów T4L, L i PL nie zawierały w ogóle glukozy. Dwa ostatnie charakteryzowały si take mał zawartoci maltozy. Najbardziej maltotwórczym preparatem był TB1L i 9P. W hydrolizatach skrobi ekstrudowanej o DE, uzyskanej przy zastosowaniu preparatów, 9P, L i PL nie wykryto maltotriozy i maltotetraozy. Na uwag zasługuje fakt, e w maltodekstrynach uzyskanych ze skrobi ekstrudowanej najwikszy udział procentowy w oligosacharydach miały maltoheksaoza i maltoheptaoza. Suma zawartoci oligosacharydów o wysokim stopniu polimeryzacji była wiksza ni łczna zawarto cukrów niszych. Właciwoci reologiczne hydrolizatów skrobiowych Wszystkie hydrolizaty skrobiowe uzyskane w wyniku działania preparatów enzymatycznych na skrobi autoklawowan i ekstrudowan poddano badaniom reologicznym w reometrze rotacyjnym Haake a, wyznaczajc krzywe płynicia. Krzywe te poddano nastpnie analizie regresji z wykorzystaniem modelu cieczy pseudoplastycznych rozrzedzanych cinaniem Ostwalda de Waele a: τ = K n η = Κ γ ν 1 w odniesieniu do naprenia cinajcego, w odniesieniu do lepkoci, gdzie: τ naprenie cinajce [Pa], K współczynnik konsystencji [Pa s n ], γ prdko cinania [s -1 ], η lepko pozorna [Pa s], n indeks płynicia.

11 CHARAKTERYSTYKA MALTODEKSTRYN OTRZYMYWANYCH ZE SKROBI ZIEMNIACZANEJ... 9 Na podstawie regresji obliczono współczynniki konsystencji K, bdce miar lepkoci pozornej roztworów maltodekstryn oraz indeksy płynicia n, wskazujce jak dalece właciwoci badanej cieczy odbiegaj od właciwoci cieczy newtonowskiej (im bardziej odległe od 1, tym wiksze odchylenie od właciwoci cieczy newtonowskiej). Wyniki przedstawiono w tab. 6. Na lepko istotny wpływ miał skład chemiczny hydrolizatów, a szczególnie zawartoci cukrów wyszych. W wikszoci hydrolizatów obserwowano wzrost lepkoci pozornej w miar wzrostu wartoci DE. Wizało si to z rosncym udziałem wyszych oligosacharydów w suchej masie maltodekstryn. Jedyny wyjtek stanowiła maltodekstryna otrzymana przy uyciu preparatu L. W tym przypadku, niezalenie od sposobu kleikowania skrobi, w miar wzrostu wartoci DE, lepko pozorna badanych roztworów malała. Było to szczególnie widoczne w przypadku hydrolizatów otrzymanych ze skrobi ekstrudowanej. Hydrolizaty te wyróniały si małym zakresem depolimeryzacji skrobi. W hydrolizatach skrobi ekstrudowanej o T a b e l a 6 Wartoci K i n roztworów maltodekstryn otrzymanych ze skrobi autoklawowanej i ekstrudowanej. The values of K and n for the maltodextrin solutions obtained from the autoclaved and extruded starch. DE K n DE K n Maltodekstryny ze skrobi autoklawowanej Maltodextrins from autoclaved starch Maltodekstryny ze skrobi ekstrudowanej Maltodextrins from extruded starch,692,67,46,6296,42,29,679,4966,9,247,772,42146,7949,2176,4,964 TB1L,27,42 TB1L,69,41 TB1L,411,42 TB1L,1,7 TB1L,664,771 TB1L,199,676 TB1L,6,79 TB1L,24,641 4L,77,2 4L,69,6 4L,744,247 4L,,49 4L,774,2496 4L,1,4177 4L,6,17 4L,227,62 9P,,7 9P,766,279 9P,69,714 9P,714,494 9P,62,69 9P,4,9 9P,117,61 9P,92,7 L,97,999 L,166,667 L,6,72 L,6996,21 L,9,79 L,761,4277

12 9 Wioletta Tur, Ewa Szczepaniak, Wojciech Krzyaniak, Wojciech Białas, Włodzimierz Grajek L,42,791 L,1,49 PL,62,61 PL,2,64 PL,67,4 PL,94,72 PL,6,14 PL,,7711 PL,44,1 PL,2947,62 DE = otrzymanych za pomoc L i w ogóle nie stwierdzono obecnoci mono- i oligosacharydów. W tab. 6. przedstawiono wyniki bada dotyczcych właciwoci reologicznych maltodekstryn uzyskanych ze skrobi skleikowanej w autoklawie. Najwiksz lepko wykazały hydrolizaty otrzymane w wyniku uycia preparatu 4L i, za najmniejsz przy uyciu preparatu PL i L (skrobia autoklawowana). Podobne relacje odnotowano w przypadku hydrolizatów uzyskanych ze skrobi ekstrudowanej. W tym przypadku wysok lepkoci odznaczały si dodatkowo hydrolizaty wyprodukowane przy uyciu 9P. Analiza porównawcza wskazuje, e w wikszoci przypadków lepko hydrolizatów otrzymanych ze skrobi ekstrudowanej była nieco wiksza ni ze skrobi autoklawowanej. We wszystkich przypadkach obserwowano zmniejszanie si wartoci indeksu płynicia w miar wzrostu wartoci DE hydrolizatów, co wskazuje na wystpowanie odwrotnej zalenoci pomidzy szybkoci cinania a lepkoci pozorn badanych preparatów. Badane hydrolizaty stawały si zatem bardziej nienewtonowskie. Zastanawiajcy jest brak zbienoci midzy malejc lepkoci hydrolizatów wytworzonych przy uyciu preparatu L a kierunkiem zmian wartoci indeksu płynicia przy zwikszaniu si DE hydrolizatów. Trudno w tym przypadku znale zadowalajce wytłumaczenie. T a b e l a 7 Wartoci cinienia osmotycznego roztworów maltodekstryn otrzymanych ze skrobi autoklawowanej i ekstrudowanej. The osmotic pressure of maltodextrin solutions obtained from the autoclaved and extruded starch. DE Cinienie osmotyczne DE Cinienie osmotyczne

13 CHARAKTERYSTYKA MALTODEKSTRYN OTRZYMYWANYCH ZE SKROBI ZIEMNIACZANEJ Osmotic pressure [mosmol/kg] Skrobia autoklawowana / starch 9P 4 9P 6 9P 1 9P 9 TB1L L 11 TB1L L 11 TB1L L 17 TB1L L 7 4L PL 4L PL 4L 4PL 1 4L PL Skrobia ekstrudowana / starch 9P 9P 9P 6 9P 9 TB1L L 11 TB1L L 16 TB1L L 16 TB1L L 4L PL 1 4L PL 4L 16 PL Osmotic pressure [mosmol/kg]

14 92 Wioletta Tur, Ewa Szczepaniak, Wojciech Krzyaniak, Wojciech Białas, Włodzimierz Grajek 4L 17 PL 2 Cinienie osmotyczne hydrolizatów skrobiowych Warto cinienia osmotycznego okrelono przy uyciu osmometru. Wykazano, e jest ono proporcjonalne do równowanika glukozowego. Jest to spowodowane zwikszajc si iloci cukrów redukujcych, odzwierciedlon w wartoci DE. Najwiksze cinienie osmotyczne stwierdzono w hydrolizatach otrzymanych w wyniku działania preparatu 9L (tab. 7). Wysokimi cinieniami osmotycznymi charakteryzowały si take hydrolizaty wyprodukowane przy udziale preparatu TB1L. Wnioski 1. Wykazano, e kinetyka reakcji hydrolizy skrobi zalena jest od zastosowanego enzymu oraz sposobu przygotowania substratu. 2. Stwierdzono, e proces hydrolizy skrobi ekstrudowanej był szybszy ni skrobi autoklawowanej.. Maltodekstryny o tym samym równowaniku glukozowym maj odmienny skład wglowodanowy, co jest skutkiem zrónicowanej aktywnoci stosowanych enzymów i odmiennego przygotowania substratu. 4. Wraz ze wzrostem równowanika glukozowego i zawartoci wyszych oligosacharydów lepko pozorna hydrolizatów zwiksza si.. Hydrolizaty skrobi autoklawowanej maj mniejsz lepko pozorn ni hydrolizaty skrobi ekstrudowanej. 6. Na podstawie krzywych płynicia wykazano, e badane hydrolizaty zmieniały swoj reologi w kierunku cieczy o charakterze bardziej nienewtonowskim. 7. Cinienie osmotyczne roztworów badanych maltodekstryn zwiksza si wraz ze wzrostem współczynnika DE. Praca była finansowana ze rodków Komitetu Bada Naukowych jako projekt badawczy nr PBZ-KBN/21/P6/99/1. Autorzy składaj podzikowanie firmie Gammazym, Sieradz Polska, za przekazane preparaty enzymatyczne, które wykorzystano w tych badaniach oraz za pełn informacj technologiczn. Literatura [1] Duedahl-Olsen L., Pedersen L.H., Larsen K.L.: Suitability and limitation of methods for characterisation of activity of malto-oligosaccharide-forming amylases. Carbohydr. Res. 2, 29, [2] Govindasamy S., Campanella O.H., Oates C.G.: atic hydrolysis of sago starch in a twin- screw extruder. J. Food Eng., 1997, 2, [] Grafelman D.D., Meagher M.M.: Liquefaction of starch by a single-screw extruder and postextrusion static-mixer reactor. J. Food Eng. 199, 24,

15 CHARAKTERYSTYKA MALTODEKSTRYN OTRZYMYWANYCH ZE SKROBI ZIEMNIACZANEJ... 9 [4] Maarel van M.J.E.C., Veen van der B., Uitdehaag J.C.M., Leemhuis H., Dijkhuizen L.: Properties and application of starch-converting enzymes of the -amylase family. J. Biotechnol. 22, 94, [] Maaruf A.G., Man Y.B.Ch., Asbi B.A., Junainah A.H., Kennedy J.F.: Effect of water content on the gelatinisation temperature of sago starch. Carbohydr. Polym. 21, 46, 1-7. [6] Marchal L.M., Beeftink H.H., Tramper J.: Towards a rational design of commercial maltodextrins. Trends Food Sci. Technol. 1999, 1, 4-. [7] Nigam P., Singh D.: and microbial systems involved in starch processing. Microb. Technol. 199, 17, [] PN 9/A Przetwory ziemniaczane. Skrobia ziemniaczana. [9] PN-7/A Hydrolizaty skrobiowe. Metody bada. [1] Valle G.D., Boche Y., Vergnes B.: The extrusion behaviour of potato starch. Carbohydrate Polym. 199, 2, THE CHARACTERISTICS OF MALTODEXRINS OBTAINED FROM POTATO STARCH USING AMYLOLYTIC PREPARATIONS GAMALPHA S u m m a r y The enzymatic hydrolysis of potato starch was performed using six amylolytic preparations of the bacterial origin. The type of the preparations was (Gamma Chemie, Germany). In the hydrolysis reaction, there were used two kinds of starches; the first one was gelatinized in an autoclave, and the second one was extruded. From the hydrolysis reaction, there were obtained various maltodextrins of a DE - value. These products were characterized with regard to the composition of oligosaccharides contained in them including sugars of a polymerization degree from 1 to. It was shown that hydrolysates with the similar DE value significantly differed in the chemical composition of oligosaccharides. A content of oligosaccharides, with a DP from to, in the hydrolisates produced of the autoclaved starch ranged between,2% and 4,%, and in the hydrolisates of the extruded starch varied from 7,2% to 9,%. In all the maltodextrins obtained, the maltohexaose, maltoheptaose and maltooctaose constituted the highest percentage among all the oligosaccharides. For the maltodextrins produced, viscosity and osmotic pressure profiles of their 1% water solutions were developed. For the majority of the hydrolisates, as the dextrose equivalent rose in the maltodextrins,, the apparent viscosity also rose. It was stated that with regard to the maltodextrin solutions investigated, their share rate was inversely proportional to their apparent except for the maltodextrins obtained using a L preparation. The osmotic pressure of the starch hydrolysates was proportional to their dextrose equivalent. Key words: maltodextrin, starch, oligosaccharide, viscosity, osmotic pressure