Влияние СВЧ-обработки на распределение фракций крахмала и усвояемость in vitro крахмала красной чечевицы

Введение: Крахмал - компонент, широко применяемый в пищевой промышленности. Чечевица содержит значительную долю крахмала (приблизительно 44% от углеводов), а её низкий гликемический индекс позволяет рассматривать чечевичный крахмал в качестве ингредиента для продуктов функциональной направленности. Физические методы модификации, в том числе СВЧ-обработка, позволяют целенаправленно изменять структуру крахмала без применения химических веществ и ферментов, что важно для микробиологической чистоты и безопасности продукта.

Цель: Авторами изучено влияние режимов СВЧ-обработки (мощность электромагнитных волн, продолжительность, влажность крахмала) на количественное содержание быстроусвояемого, медленноусвояемого и резистентного крахмала в выделенном изоляте чечевичного крахмала; определены режимы, способствующие повышению фракций быстроусвояемого и резистентного крахмала в крахмале чечевицы.

Материалы и методы: Объектом исследования в работе служил изолированный крахмал, выделенный из семян красной тарельчатой чечевицы. На образцы крахмала воздействовали с помощью СВЧ-излучения при мощностях 280, 460 и 700 Вт, в течении 60, 90 и 120 с, влажность крахмала варьировали от 20 до 30%. Содержание фракций быстроусвояемого, медленноусвояемого и резистентного крахмала определяли в соответствии с модифицированным методом Энглиста.

Результаты: Установлено, что СВЧ-обработка значимо изменяет профиль усвояемости крахмала. Интенсивные режимы СВЧ-обработки (700 Вт, 120 с) приводили к увеличению доли быстроусвояемого крахмала до 56,88%. При обработке крахмала влажностью 20% в течении 60 с при мощности 460 Вт зафиксировано максимальное содержание резистентного крахмала (58,77%) в исследуемых образцах. Корреляционно-регрессионный анализ выявил зависимости между получением быстроусвояемого и резистентного крахмала и режимами СВЧ-обработки (мощностью и продолжительностью обработки). Выявлено, что при интенсивных режимах СВЧ-обработки происходит полная клейстеризация крахмала и увеличивается содержание фракции быстроусвояемого крахмала соответственно.

Выводы: СВЧ-обработка позволяет целенаправленно регулировать усвояемость чечевичного крахмала. Подбор режимов СВЧ-обработки позволяет выделять фракции быстроусвояемого и резистентного крахмала, что немаловажно для получения продуктов функционального питания, с низким гликемическим индексом.

1. Apostolidis, E., & Mandala, I. (2020). Modification of resistant starch nanoparticles using high-pressure homogenization treatment. Food Hydrocolloids, 103, 105677. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2020.105677

2. Baptista, N. T., Dessalles, R., Illner, A. K., Ville, P., Ribet, L., Anton, P. M., & Durand-Dubief, M. (2024). Harnessing the power of resistant starch: A narrative review of its health impact and processing challenges. Frontiers in Nutrition, 11, 1369950. https://doi.org/10.3389/fnut.2024.1369950

3. Box, G. E. P., & Behnken, D. W. (1960). Some new three-level designs for the study of quantitative variables. Technometrics, 2(4), 455–475. https://doi.org/10.1080/00401706.1960.10489912

4. Cheng, H., Chen, L., McClements, D. J., Yang, T. Y., Zhang, Z. P., Ren, F., & Jin, Z. Y. (2021). Starch-based biodegradable packaging materials: A review of their preparation, characterization and diverse applications in the food industry. Trends in Food Science & Technology, 114, 70–82. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2021.05.017

5. Chung, H.-J., Liu, Q., & Hoover, R. (2009). Impact of annealing and heat-moisture treatment on rapidly digestible, slowly digestible and resistant starch levels in native and gelatinized corn, pea and lentil starches. Carbohydrate Polymers, 75(3), 436–447. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2008.08.003

6. Deng, X., Huang, H., Huang, S., Yang, M., Wu, J., Ci, Z., & Zhang, D. (2022). Insight into the incredible effects of microwave heating: Changes in the structure, properties, and functions of macromolecular nutrients in novel foods. Frontiers in Nutrition, 9, 941527. https://doi.org/10.3389/fnut.2022.941527

7. Englyst, H. N., Kingman, S. M., & Cummings, J. H. (1992). Classification and measurement of nutritionally important starch fractions. European Journal of Clinical Nutrition, 46(Suppl. 2), S33–S50.

8. Fan, D., Wang, L., Chen, W., Ma, S., Ma, W., Liu, X., Zhao, J., & Zhang, H. (2014). Effect of microwave on lamellar parameters of rice starch using small-angle X-ray scattering. Food Hydrocolloids, 35, 620–626. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2013.08.003

9. Guzik, P., Kulawik, P., Zajac, M., & Migdal, W. (2022). Microwave applications in the food industry: An overview of recent developments. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 62(29), 7989–8008. https://doi.org/10.1080/10408398.2021.1922871

10. Hoover, R., & Ratnayake, W. S. (2002). Starch characteristics of black bean, chickpea, lentil, navy bean and pinto bean cultivars grown in Canada. Food Chemistry, 78(4), 489–498. https://doi.org/10.1016/S0308-8146(02)00163-2

11. Hoover, R. (2010). The impact of heat-moisture treatment on molecular structures and properties of starches isolated from different botanical sources. Critical reviews in Food Science and Nutrition, 50(9), 835-847. https://doi.org/10.1080/10408390903001735

12. Jane, J. (1997). Starch functionality in food processing. In P. J. Frazier, P. Richmond, & A. M. Donald (Eds.), Starch structure and functionality Royal Society of Chemistry (pp. 26–35). Publisher.Royal Society of Chemistry.

13. Li, Y. D., Xu, T. C., Xiao, J. X., Zong, A. Z., Qiu, B., Jia, M., ... & Liu, W. (2018). Efficacy of potato-resistant starch prepared by microwave–toughening treatment. Carbohydrate Polymers, 192, 299-307. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2018.03.076

14. Li, L., Yuan, T. Z., Setia, R., Raja, R. B., Zhang, B., & Ai, Y. (2019). Characteristics of pea, lentil, and faba bean starches isolated from air-classified flours in comparison with commercial starches. Food Chemistry, 276, 599–607. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2018.10.064

15. Liu, X., Huang, S., Chao, C., Yu, J. L., Copeland, L., & Wang, S. J. (2022). Changes of starch during thermal processing of foods: Current status and future directions. Trends in Food Science & Technology, 119, 320–337. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2021.12.011

16. Md Yunos, N. S. H., Hafid, H. S., Omar, F. N., Mohammed, M. A. P., Wakisaka, M., Mustapha, N. A., & Samsu Baharuddin, A. (2024). Microwave-assisted treatment for the improvement of rice flour properties and rice flour bread quality. International Journal of Food Science and Technology, 59(12), 9157-9169. https://doi.org/10.1111/ijfs.17505

17. Siva, N., Johnson, C. R., Duckett, S., Jesch, E. D., & Thavarajah, P. (2017). Can lentil (Lens culinaris Medikus) reduce the risk of obesity? Journal of Functional Foods, 38, 706–715. https://doi.org/10.1016/j.jff.2017.02.017

18. Subroto, E., Ginette, G., Meiyanasari, Y., Luvinski, I., & Baraddias, S. (2020). A review of methods for analyzing starch, amylose, and amylopectin in food and agricultural products. International Journal of Emerging Trends in Engineering Research, 8(7), 3519 - 3524.

19. Zhu, F. (2016). Impact of microwave treatment on starch properties. Food Chemistry, 197(Part A), 650–657. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2015.11.027