ВведениеКвиноа (Сhenopodium quinoa Willd.) произрастаетв Андах и культивируется в Андском регионе уженесколько тысяч лет. До испанской колонизацииЮжной Америки квиноа, наравне с кукурузой,широко выращивалась как одна из основныхзерновых культур [1]. Квиноа играет значительнуюроль в обеспечении продовольственной безопасностиблагодаря своему генетическому разнообразию иуникальной приспособленности к изменяющимсяагроэкологическим условиям. В настоящее времявыращивание квиноа находится в процессе быстрогорасширения за пределами его традиционныхпосевных площадей [2, 3]. В нашей стране впервыевозделывать квиноа начал НПО «Квиноа центр»(Краснодарский край, Новокубанский район),проводя с 2009 года кропотливую селекционнуюработу. За 8 лет предприятие вывело 3 сортасобственной селекции: «Кади», «Сева» и «Баруша»,внесенные в 2017 году в Государственный реестрсемян. Промышленное производство зерна квиноакомпания планирует наладить после строительствазавода по переработке семян квиноа, проектноймощностью не менее 12 тонн в год, инвестируя в негооколо 72 млн. рублей.Повышенный интерес многих отечественныхи зарубежных ученых к квиноа обусловлен еехимическим составом и отсутствием глютена [4–6].Автор начал изучать квиноа более 7 лет назад,когда ООН провозгласила 2013 год годом квиноакак высокобелковой культуры в решение проблемголода и мирового белкового дефицита. Интереск культуре также был обусловлен сведениями оботсутствии глютена, что делало ее перспективнымсырьем для производства безглютеновых продуктовпитания. Отсутствие глютелиновой белковойфракции, формирующий клейковинный остовтеста, в квиноа, как и в другом безглютеновоммучном сырье (мука рисовая, мука кукурузная),теоретически предполагало получение слабого поконсистенции теста, плохо удерживающего формупосле отсадки. Однако первые экспериментальныеисследования возможности использования мукиквиноа в рецептурах печенья с полным исключениемпшеничной муки показали неожиданный результат.Установлено, что тесто безглютенового сахарногопеченья на основе кукурузной муки при частичнойзамене на муку квиноа отличалось упругойконсистенцией и сохраняло форму после отсадки.Received: December 07, 2020 Accepted: X X, 2021*е-mail: schekoldina_tv@mail.ru© T.V. Orlova, M. Aider, 2021Abstract.Introduction. The main component of quinoa grain is starch, the properties of which affect the quality of quinoa-based food products.There is no information about quinoa starch in the Russian scientific literature. Therefore, the review summarizes and presents foreignknowledge about the isolation, chemical composition, structure, and physicochemical properties of quinoa starchStudy objects and methods. The research featured scientific articles and chapters of scientific books on the structure and chemicalcomposition of quinoa published over the past 10 years. The work used empirical and theoretical methods of scientific research.Results and its discussion. Currently, starch from quinoa grain is produced only under laboratory conditions by various methodsof grinding and soaking. Most studies point to up to 10% of amylose in quinoa starch. Amylopectin in quinoa starch has a highnumber of short single chains and a very low number of long single chains, and their ratio is higher than that in other starches. Thegranule size of quinoa starch is 0.4–2.0 microns, which is significantly smaller than that of most starches. Quinoa starch belongs topolymorphic type A. The gelatinization temperature and enthalpy of quinoa starch are lower than those of amaranth, corn, sorghum,millet, and wheat starch, which is probably due to the fine structure of amylopectin. With an increase in temperature for every 10°C,the swelling force and solubility of quinoa starch increase on average by 21.5–27%. As the temperature rises from 55 to 65°C, thesolubility index of quinoa starch increases sharply by 5–10 times. The viscosity of quinoa starch is significantly higher than that ofmost known starches. It also is more sensitive to enzymes.Conclusion. The work presents the results of scientific research on various matters: methods of starch isolation from quinoa, itschemical composition, and methods of amylose determination; structure of starch grains, their shape, type, and degree ofcrystallization; physicochemical properties of starch, including gelatinization, swelling, solubility, rheological properties,retrogradation, changes in the transparency of starch gel, and susceptibility to enzymes. The latter determines the choice oftechnological parameters in the development of formulations and food technologies, including functional foods for people with glutenintolerance (celiac disease). Further studies of the chemical composition of quinoa can help to meet the growing demand for theseproducts and expand the range of the domestic market for gluten-free foods.Keywords. Quinoa, starch, amylose, amylopectin, polymorphism, gelatinization, swelling, retrogradation, rheological propertiesFor citation: Orlova TV, Aider M. Starch Grain Quinoa (Chenopodium quinoa Willd.): Composition, Morphology and Physico-Chemical Properties. Food Processing: Techniques and Technology. 2021;51(1):98–112. (In Russ.). https://doi.org/10.21603/2074-9414-2021-1-98-112.100Orlova T.V. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2021, vol. 51, no. 1, pp. 98–112Однако такое положительное влияние муки квиноана реологические характеристики теста былиотмечены при внесении ее до 60–75 % к общей массекукурузной муки. В дальнейшем при увеличениидозировки муки квиноа тесто печенья приобреталокрепкую консистенцию, очень быстро поглощаловоду в начале замеса, с трудом подвергалосьперемешиванию и отсадке, а при выпечке наповерхности печенья появлялись трещины [7].Получив такие результаты, перед авторомвозникла новая задача: объяснить укрепляющеедействие муки квиноа при отсутствии клейковинныхбелков. Теоретически ее поведение при замесе тестадолжно быть схожим с кукурузной или рисовоймукой. Вероятно, уникальность квиноа заключаетсяне только в белковом комплексе, но и в углеводномсоставе, а именно в строении и свойствах крахмала.Крахмал является основным компонентом квиноа,содержание которого колеблется от 50 до 70 % сухоговещества [3, 8]. Поэтому знание состава и свойствкрахмала для дальнейшего применения квиноа втехнологии производства пищевых продуктов, втом числе и безглютеновых, является актуальным иопределяет новизну настоящей работы.По сравнению с другими крахмалами из кукурузы,картофеля и пшеницы в российской научнойлитературе отсутствуют сведения о крахмалеквиноа. Поэтому в настоящем обзоре обобщены ипредставлены зарубежные знания о химическомсоставе, структуре и свойствах крахмала зернаквиноа.Цель работы – обобщение, систематизацияи сравнительный анализ научных исследованийразных лет о выделении, химическом составе,морфологической структуре и физико-химическихсвойствах крахмала квиноа для проведениядальнейших исследований в области расширенияассортимента и разработки новых пищевыхпродуктов, в том числе специализированногоназначения для питания людей с непереносимостьюглютена.Задачи исследований: обобщить и провестианализ известных зарубежных исследованийо способах выделения крахмала из квиноа; охимическом составе крахмала квиноа и методахопределения амилозы; о структуре крахмальныхзерен, их форме, типе и степени кристаллизации;о физико-химических свойствах крахмала,включая изучение желатинизационных свойств,набухания, растворимости, реологическихсвойств, ретроградации, изменения прозрачностикрахмального геля, восприимчивости к ферментам,которые будут определять выбор технологическихпараметров новых рецептур и технологий продуктовпитания, обогащенных квиноа и продуктами еепереработки.Объекты и методы исследованияОбъектами исследования являлись научныестатьи ученых, опубликованные в открытой печати запоследние 10 лет, а также отдельные части научныхкниг, посвященные строению и химическомусоставу квиноа. В работе применяли эмпирическиеи теоретические методы, включающие описание,сравнение, анализ, систематизацию, объяснение ианалогию. Использовали поисковые системы GoogleScholar и базы данных Scopus, Web of Science,eLibrary.Ru, PubMed, ScienceDirect, научные порталыScience.gov, SciGuide и научно-исследовательскуюсоциальную сеть и средство сотрудничества ученыхвсех научных дисциплин ResearchGate.Результаты и их обсуждениеПолучение крахмала квиноа. Для выделениякрахмала и удаление некрахмальных компонентовквиноа в зарубежных исследованиях используютразличные методы измельчения и замачивания.P. C. Araujo-Farro и др. семена квиноа промывалии замачивали в воде или щелочных растворахперед гомогенизацией [9]. При этом семена передзамачиванием измельчали в муку. W. A. Atwellс соавторами и S. Srichuwong с соавторами длязамачивания семян или муки с целью удалениянекрахмальных компонентов использовалидеионизированную воду, раствор гидроксиданатрия, бисульфит натрия, додецилсульфат натрияи ацетат натрия [10, 11]. Весьма эффективнаферментативная обработка при очистке крахмала,но ее стоимость высока и поэтому нецелесообразнапри подготовке больших проб. Время замачиванияв различных исследованиях варьировалось от 5 миндо 1 недели. По мнению S. Lim и др., длительноезамачивание может привести к микробиологическойпорче, в то время как измененный рН можетспособствовать повреждению гранул крахмала.После замачивания суспензию фильтровали, а дляувеличения степени извлечения мелких гранулкрахмала фильтрат центрифугировали при высокойскорости центрифугирования (n ˃ 2000 об/мин) [12].По данным K. N. Jan с соавторами и K. H. Wright ссоавторами, выход крахмала составлял 30–54 % причистоте от 93 до 99 % [13, 14].Выделенный крахмал содержит второстепенныекомпоненты, такие как белок, липиды, золу иклетчатку, в большинстве исследований значениякоторых были ˂ 0,5 % (табл. 1). Их высокоесодержание предполагает недостаточнуюочистку крахмала. Следует иметь в виду, что этивторостепенные компоненты, хоть и в небольшихколичествах, могут влиять на функциональныесвойства крахмала [11].О выделении крахмала квиноа известно только влабораторных условиях и нет достоверных сведенийо промышленном извлечении крахмала.101Орлова Т. В. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2021. Т. 51. № 1 С. 98–112Химический состав крахмала квиноа. Крахмалквиноа состоит их двух биополимеров: линейнойамилозы и разветвленного амилопектина.Содержание амилозы в крахмале квиноа измерялиразличными методами: йодоспектрофотометрией/потенциометрией (Iodine SP/PT), осаждениемконканавалином A (Con A) и хроматографией(SEC, debranch) [15]. Химический состав крахмалаквиноа и методы его определения зарубежнымиисследователями в различные годы представлен втаблице 1.В результате анализа таблицы 1 установлено,что содержание амилозы, определенное методамисвязывания йода (Iodine SP/PT), колеблется от 0,30до 27,70 %. Отмечено, что количество амилозы,рассчитанное путем вычитания амилопектина извсего количества крахмала, было ниже (7,10 %), чемрассчитанное из всего крахмала (25,40 %) (5 строка втаблице 1). По мнению H. Tang и др., такое различиеможет быть связано с тем, что длинноцепочечнаяфракция амилопектина квиноа также образуеткомплекс с йодом, вызывая завышение содержанияамилозы. На содержание амилозы, измереннойметодом связывания йода, могут влиять липидыквиноа за счет образования амилозо-липидныхвключений [18]. Таким образом, метод связыванияйода (Iodine SP/PT) не является единственным идостоверным для определения содержания амилозыв крахмале квиноа. Широкий диапазон содержанияамилозы от 3,50 до 27,00 %, определенныйхроматографическим методом (SEC, debranch),подтверждает влияние длинных единичных цепейамилопектина (строки 15–18 в таблице 1).Метод на основе связывания конканавалинаА (Con A) показал, что только разветвленныеполисахариды могут образовывать осадки с Con A,Таблица 1. Химический состав крахмала квиноаTable 1. Chemical composition of quinoa starch№п/п МетодисследованийСодержание, % Литератураамилоза белок минеральныевеществалипиды клетчатка1 Iodine SP 14,33–27,66 [16]2 Iodine SP 11,00 0,11 0,04 [10]3 Iodine SP 20,00 [17]4 Iodine SP 19,80–20,6020,60–21,00[14]5 Iodine SP 25,40А7,10В[18]6 Iodine SP 11,10–23,90 [9, 16, 19]7 Iodine SP 0,30–12,10 [20]8 Iodine SP 7,70–25,70 [21]9 Iodine SP 9,46–12,1 0,89–0,95 0,18–0,22 0,32–0,40 0,10–0,13 [13]10 Iodine PT 9,28 0,91 0,11 [22]11 Con A 8,25–12,20 [11, 23, 24]12 Con A 8,22–9,30 1,09–4,13 1,46–1,64 1,94–2,56 0,19–0,24 [25]13 Con A 19,70 [26]14 Con A 6,06–8,44 [27]15 SEC, debranch 24,70– 27,00 [28]16 SEC, debranch 3,50–19,60 0,14–1,23 [20]17 SEC, debranch 12,60–23,70 [27]18 SEC, debranch 7,49–10,88 [27]Iodine SP – колориметрический метод на основе йода;Iodine PT – метод потенциометрического титрования на основе йода;SEC debranch – метод эксклюзионной хроматографии;Con A – метод, основанный на осаждении белком конканавалином A;А – содержание амилозы, рассчитанное по формуле: 100 % × m (нативный крахмал) / m (амилоза);В – содержание амилозы, рассчитанное по формуле: 100 % × [m (нативный крахмал) – m (амилопектин)] / [m (амилоза) – m (амилопектин)].Iodine SP – iodine-based colorimetric method;Iodine PT – iodine-based potentiometric titration method;SEC debranch – size exclusion chromatography method;Con A – method based on protein precipitation with concanavalin A;A – amylose content, calculated by the following formula: 100% × m (native starch) / m (amylose);B – amylose content, calculated by the following formula: 100% × [m (native starch) – m (amylopectin)] / [m (amylose) – m (amylopectin)].102Orlova T.V. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2021, vol. 51, no. 1, pp. 98–112а это может быть, помимо амилопектина, иразветвленная амилоза. Хотя содержание амилозы,определенное этим методом, составляло 19,70 %(13 строка в таблице 1), в большинстве исследованийсодержание амилозы было ниже 10 %. Низкоесодержание амилозы, определенное методом Con A,может быть связано с завышением значений,полученных методами Iodine SP/PT и SEC debranchили недооценкой метода Con A, вызванногоосаждением амилозы.Таким образом, в настоящее время единогои достоверного метода определения амилозы вкрахмале квиноа не существует.Следует обратить внимание на данные посодержанию белка в квиноа [10, 13, 20, 22, 25].Широкую известность эта культура приобрелаблагодаря белковому комплексу, отличающемусяотсутствием глютена. Это позволило использовать еев диетотерапии для больных целиакией (глютеноваяэнтеропатия или непереносимость глютена). Белкиквиноа представлены двумя основными группазапасных белков: 2S-альбумины и 11S-Chenopodin,имеющие типичную структуру 11-S глобулина.Структура крахмала квиноа. По даннымN. Lindeboom и др., размер гранул крахмалаквиноа находится в диапазоне 0,4–2,0 мкм, чтозначительно меньше, чем у большинства известныхкрахмалов. Форма крахмальных зерен различная:многоугольная, округлая и неправильная. С помощьюпросвечивающей электронной микроскопииустановлено, что гранула крахмала квиноа имеетоднородный наружный слой с высокой плотностью ихолмик с низкой плотностью [28]. Гранула крахмалаквиноа, полученная с помощью просвечивающейэлектронной микроскопии (ПЭМ) в световом полегелия, представлена на рисунке 1.Крахмал квиноа может образовывать сферическиеили продолговатые агрегаты размером от 10 до30 мкм и содержать 14000–20000 единицкрахмальных гранул. По данным W. A. Atwell и др.,образование таких агрегатов может быть обусловленоприсутствием белка, т. к. добавление пепсинаспособствует их дезагрегации [10].Полиморфизм и кристаллизация крахмала квиноа,определенные различными методами, представлены втаблице 2.В результате анализа таблицы 2 установлено, чтокрахмал квиноа относится к полиморфному типуА и имеет степень кристаллизации 21,50–43,00 %.Это на уровне степени кристаллизации пшеничногокрахмала (36,4 %), ржи (27,5 %), тритикале (28,6 %),но выше, чем у ячменя (18,9 %).Рисунок 1. Гранула крахмала квиноаFigure 1. Quinoa starch granuleТаблица 2. Полиморфизм и кристаллизация крахмала квиноаTable 2. Polymorphism and crystallization of quinoa starchКол-во иссл. образцов Метод расчета Степень кристаллизации, % Полиморфный тип Литература2 Отношение площадей 36,70–38,00 A [14]1 Отношение площадей 35,00 A [18]5 Отношение площадей 39,00–43,00 A [29]9 Отношение площадей 25,30–33,60 A [30]2 Отношение площадей 21,46–22,19 A [13]1 Подбор пиков 35,40 A [23]3 Подбор пиков 36,30–39,60 A [25]9 Подбор пиков 30,20–35,70 A [27]Метод подбора пиков − степень кристаллизации, рассчитанная на основе результатов подбора пиков кристаллических и аморфных пиков;Метод отношения площадей − степень кристаллизации, рассчитанная на основе относительного соотношения в области пиковой области(кристаллическая область) и фоновой области (аморфная область), разделенных по спектру XRD.Peak Fitting – degree of crystallizaion calculated based on the peak fitting results for crystalline and amorphous peaks;Area Ratio Method – degree of crystallization calculated based on the relative ratio of the peak region (crystal region) and background region(amorphous region) separated by XRD.103Орлова Т. В. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2021. Т. 51. № 1 С. 98–112Йодосвязывающее поведение крахмала квиноаизучалось многими учеными на протяжениинескольких лет и представлено в таблице 3.В результате анализа таблицы 3 отмечено, чтоспектр поглощения йода (BV) и длина волны смаксимальной абсорбцией (λmax) крахмала квиноаувеличивается с ростом степени полимеризации (DP)и находятся в диапазоне 0,287–0,41 и 578–609 Нмсоответственно (1–4 строки в таблице 3).По данным K. Vatanabe и соавторов,спектр поглощения йода (BV) и длина волны смаксимальной абсорбцией (λmax) амилозы квиноанаходится в пределах 0,998–1,101 и 648–663 Нмсоответственно. Это ниже, чем у амилозы ячменяили адзуки (угловатая красная фасоль) [29]. Также,по сравнению с ними, амилоза квиноа имеет болеенизкую степень полимеризации (DP) и среднююдлину цепи (CL), но больше количество единичныхцепей на одну молекулу (NC). Исследования H. Tangи др. и K. Watanabe и др. показали низкое отношениедлинной единичной цепи к короткой единичнойцепи амилозы квиноа по сравнению с кукурузнымкрахмалом [18, 29].Установлено, что спектр поглощения йода(BV) и длина волны с максимальной абсорбцией(λmax) амилопектина квиноа находится в пределах0,190–0,210 и 589–595 Нм соответственно. Это выше,чем у амилопектинов ячменя и адзуки. Остальныепоказатели (DP, CL, NC) амилопектина квиноапрактически не отличаются от амилопектина ячменяи адзуки [29].Согласно исследованиям G. Li и его соавтора,а также E. Bertoft амилопектин квиноа отличаетсявысоким количеством коротких единичных цепей сDP ˂ 12 и очень маленьким количеством цепей с DP13–35 по сравнению с воскообразным кукурузнымкрахмалом. Отмечено, что соотношение междукороткими и длинными цепями амилопектинаквиноа выше, чем у амилопектина других крахмалов.Средняя длина цепи амилопектина составляла от 16до 17 глюкозидных остатков. Внешняя и внутренняядлина цепи амилопектинов квиноа короче, чем уамилопектинов других крахмалов типа А (например,воскообразный кукурузный крахмал) и большинствакрахмалов типа В и С (например, картофельныйкрахмал) [30, 32].E. Bertoft совместно с другими исследователямиклассифицировал амилопектин на 4 группы на основепрофилей цепей блоков. Амилопектины 1-й группыимели наибольшее количество коротких внутреннихединичных цепей и наименьшее количество длинныхвнутренних единичных цепей. Амилопектины4-й группы имели прямо противоположнуюкомпозиционную структуру. Амилопектины 2 и3 групп были промежуточными между 1 и 4 груп-пами. Амилопектин квиноа имел много общего как самилопектинами группы 1, так и с амилопектинамигруппы 2, хотя строго не вписывался ни в однугруппу [33].Таблица 3. Химическая структура крахмала, амилозы и амилопектина квиноаTable 3. Chemical structure of quinoa starch, amylose, and amylopectinКоличествоиссле-дованныхобразцовОбразцы λmax BV DP CL NC Молеку-лярнаямассаЛитература1 Нативный крахмал 595–604 [31]2 Нативный крахмал 587–596 0,320–0,410 [28]1 Нативный крахмал 4600–161000 1,13×107 [17]1 Нативный крахмал 602–609 0,287–0,305 [18]5 Амилопектин 595 6675 21 317 1,10×106 [18]2 Амилопектин 589–590 0,190–0,210 3403–4752 18–20 172–227 5,50×105–7,70×105[29]5 Амилоза 663 1,014 921 73 11,6 1,50×105 [18]1 Амилоза 648–650 0,998–1,101 822–1054 98–119 6–9 1,30×105–1,70×105[29]λmax – длина волны с максимальной абсорбцией;BV – величина абсорбции света с длиной волны 680 Нм при прохождении через ячейку водной смеси крахмала;DP – степень полимеризации;CL – средняя длина цепи;NC − количество единичных цепей на одну молекулу.λmax – wavelength with maximum absorption;BV – light absorption value (wavelength = 680 Nm) when passing through the cell of an aquatic solution of starch;DP – degree of polymerization;CL – average chain length;NC – number of single chains per molecule.104Orlova T.V. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2021, vol. 51, no. 1, pp. 98–112Молярное количество А-цепей (DP 6–8) вамилопектине квиноа колеблется в пределах46,4–5,01 %. Это выше, чем у большинства другихамилопектинов. По мнению E. Bertoft, единичныйцепной профиль амилопектина квиноа являетсяуникальным среди известных видов крахмала [33].Физико-химические свойства крахмала.Желатинизация. Для изучения желатинизационныхсвойств крахмала квиноа зарубежные исследователииспользовали дифференциальную сканирующуюкалориметрию, микроскопическое наблюдение,микроскопию поляризованного света и реометр.Различия в методах оценки и экспериментальныхусловиях, представленные в таблице 4, затрудняютсравнения результатов исследований. Вариациисвойств желатинизации крахмала квиноанаблюдались даже в рамках одного и того жеисследования (строки 4, 6, 8 в таблице 4).В результате анализа таблицы 4 установлено,что начальная, пиковая и конечная температурыжелатинизации крахмала квиноа находятся винтервалах 44,60–66,61, 50,50–71,56 и 64,30–71,30°С соответственно. Отмечено, что при одинаковомсодержании крахмала в квиноа (например, 21 % встроках 2 и 4, 25 % в строках 7 и 8) зарубежнымиучеными с помощью одного и того же методаполучены различные температуры желатинизациикрахмала и изменения энтальпии. Это обусловленолибо генетическим разнообразием культуры, либонедооценкой метода.Сравнительные зарубежные исследованияпоказали, что температура желатинизации крахмалаквиноа была ниже, чем у крахмалов амаранта,кукурузы, адзуки, сорго, проса и пшеницы, и былааналогична температуре желатинизации крахмалаячменя [11, 28]. Энтальпия квиноа крахмала ниже,чем у амаранта, кукурузы, крахмала и адзуки,приблизительно одинаковая с сорго и выше, чему ячменя и пшеничного крахмала [18, 25]. Такиеразличия в желатинизационных свойствах различныхкрахмалов можно объяснить различиями в составе иструктуре крахмала квиноа [32, 34].Корреляционный анализ показывает, чтотемпература желатинизации и изменения энтальпиикрахмала квиноа были тесно коррелированыс тонкой структурой амилопектина [11, 30].Высокое количество коротких единичных цепейи низкое количество длинных единичных цепей вамилопектине квиноа могут служить объяснениемнизких температур желатинизации самогокрахмала киноа [30]. Наличие комплексов амилозо-липидных включений, определенных методомдифференциальной сканирующей калориметрии приэндотермическом процессе, протекающем около 100°C, показало, что изменение энтальпии для амилозо-липидных комплексов крахмала квиноа было ниже,чем в крахмалах ячменя и адзуки.Набухание и растворимость. C. Li с соавторамии N. Lindeboom с соавторами регистрировалис помощью тестов степень набухания гранулТаблица 4. Свойства желатинизации крахмала квиноа по DSCTable 4. DSC gelatinization properties of quinoa starchКол-воиссл.образцовМетоды Содержа-ниекрахмалаСкоростьсканиро-вания,°С/минДиапазонсканиро-вания, °СТor, °С Тpr, °С Тсr, °С ΔHr, Дж/г Литера-тура2 DSC 32–40 5 50,60–54,50 60,60–62,60 66,00–71,30 10,30–16,70 [10, 18]1 DSC 21 10 30−120 59,90 64,50 71,00 11,66 [23]4 DSC 33 10 30−120 52,20–57,40 54,20– 61,90 67,60– 68,50 7,30–10,50 [28]2 DSC 21 51,40−51,80 55,70−56,10 64,30−64,50 12,60 [14]1 DSC 20 54,00 62,20 71,00 11,00 [19]8 DSC 50 10 40−140 44,60−53,70 50,50−61,70 12,80−15,00 [20]3 DSC 25 10 25−120 54,25−55,72 61,66−63,01 8,45−9,00 [25]26 DSC 25 10 25−90 50,10−58,30 56,20−65,00 65,80−74,90 10,80−14,40 [21]2 DSC 30 10 10−120 64,32−66,61 69,36−71,56 75,78−76,98 4,34−5,10 [13]DSC − дифференциальная сканирующая калориметрия;Tоr − начальная температура;Tpr − пиковая температура;Тсr − конечная температура;ΔHr − изменение энтальпии.DSC – differential scanning calorimetry;Tоr – initial temperature;Tpr – peak temperature;Tcr – final temperature;ΔHr – change in enthalpy.105Орлова Т. В. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2021. Т. 51. № 1 С. 98–112и высвобождение растворимого крахмала вовремя процесса желатинизации [20, 21, 28].Крахмалы нагревали при различных температурах.Солюбилизированные и нерастворенные материалыотделяли и взвешивали, после чего рассчитывалисилу набухания, индекс растворимости в воде икоэффициент набухания. Показатели набуханияи растворимости крахмала квиноа при различныхтемпературах представлены в таблице 5.В результате анализа таблицы 5 установлено,что с увеличением температуры на каждые 10 °Ссила набухания и растворимость крахмала квиноаувеличиваются на 21,5 и 27,0 % соответственно.Индекс растворимости крахмала квиноа приувеличении температуры от 55 до 65 °С резковозрастает в 5–10 раз. При дальнейшем увеличениитемпературы до 95 °С индекс растворимостивозрастает уже в 1,5–2 раза. Отмечено, чтовыщелачивание амилозы крахмала квиноа в началенагревания до 75 °С резко возрастает в 1,9–2,7 раз.При нагревании до 95 °С наблюдается медленноеувеличение процесса в 1,2–1,6 раз.Увеличение силы набухания в сторону высокойтемпературы позволило предположить, что гранулыкрахмала квиноа могут лучше сохранять своюцелостность при нагревании, чем некоторые другиекрахмалы. Например, картофельный. Индексрастворимости в воде и коэффициент набуханиякрахмала квиноа были отрицательно коррелированыс содержанием амилозы. Это позволяет сделать выводо том, что амилоза может ограничивать набуханиегранул крахмала [20, 21].Сила набухания крахмала квиноа при низкихтемпературах (например, 55 °C) коррелировала соструктурными параметрами амилопектина, такимикак соотношение коротких и длинных цепей, в товремя как сила набухания, индекс растворимости вводе и коэффициент набухания при более высокихтемпературах (например, 95 °C) были связаны свнутренней структурой амилопектинов квиноа, такойкак молярные количества β-цепей [30]. Полученныерезультаты позволили предположить рольразличных категорий цепей в набухающих свойствахкрахмала квиноа, рассмотренных в более раннихисследованиях [32, 34].Реологические свойства. S. Shrichuvong и др.,K. H. Wright и др., W. N. Praznik и др. в своих работахоценивали реологические свойства крахмалов квиноас помощью вискоанализатора (RVA), вискографаБрабендера (BV) и реометра, оснащенногокрахмальной ячейкой [11, 14, 17].Установлено, что вязкость (PV) крахмалаквиноа значительно выше, чем у большинстватаких крахмалов, как восковая кукуруза,пшеница, просо, гречиха, белое и красное сорго,амарант [11, 14, 17]. Высокая вязкость крахмалаквиноа хорошо коррелирует с высокой силойнабухания, описанной выше. Отмечено, что вязкостьположительно коррелирует с количеством амилозыи длинноцепочечной фракцией амилопектина. Этоможет быть связано с тем, что длинные цепи глюкановограничивают набухание и улучшают способностьгранул сохранять свою структуру [21, 36].Другие исследования выявили параболическуюсвязь между вязкостью и содержаниемамилозы [11]. Такие противоречивые результатыпоказали, что связь между вязкостью и содержаниемамилозы является сложной. Другие факторы,такие как размер гранул и сверхдлинные цепи вамилопектине, также могут способствовать высокойвязкости крахмала квиноа [11, 37].Таблица 5. Показатели набухания и растворимости крахмала квиноаTable 5. Indicators of swelling and solubility of quinoa starchКол-во иссл.образцовПоказатели Температура, °C Литература55 65 75 85 958 SP 10,30–20,70 12,60–27,80 15,00–53,80 16,40–52,60 [35]26 SP 3,33–12,66 12,54–20,31 15,22–22,62 19,04–33,17 16,55–39,89 [21]2 SP 1,72–2,10 4,95–5,42 7,30–8,54 9,54–10,55 12,53–13,89 [13]8 S 1,40–3,20 1,80–2,40 2,30–4,40 0,10–4,70 [28]2 S 1,32–2,72 1,47–2,8 3,14–4,87 4,69–6,28 6,46–7,11 [13]26 WSI 0,35–6,41 3,24–36,6 6,86–66,65 21,67–75,78 41,39–86,91 [21]26 AML 0,16–1,59 0,59–3,73 1,42–5,62 2,95–7,38 3,65–8,67 [21]S − растворимость, %;WSI − индекс растворимости в воде, %;SP − сила набухания, г/г;AML − выщелачивание амилозы, %.S – solubility, %;WSI – water solubility index, %;SP – swelling force, g/g;AML – amylose leaching, %.106Orlova T.V. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2021, vol. 51, no. 1, pp. 98–112K. N. Jan и др., W. N. Praznik и др., N. Lindeboomи др. проводили исследования крахмала квиноана колебательную и сдвиговую устойчивость прималых деформациях [13, 17, 20]. Установлено, чтоустойчивость к сдвигу крахмала квиноа была выше,чем у крахмалов амаранта, восковой кукурузы,проса и гречихи, и была аналогична устойчивостипшеничного крахмала [17]. Высокая устойчивостьк сдвигу геля из крахмала квиноа согласуется спредыдущими обсуждениями силы набухания ивязкости. Устойчивость крахмала квиноа к сдвигуположительно коррелировала с содержанием амилозы[20, 38]. Но взаимосвязь между реологическимисвойствами и структурой амилозы и амилопектинакрахмала квиноа (особенно внутренней структурой)еще предстоит дополнительно изучить.Ретроградация. Ретроградацию крахмала квиноаизучали несколькими подходами (дифференциальнаясканирующая калориметрия, анализ текстуры,синерезис, стабильность замораживания-оттаиванияи мутность) [39]. Свойства ретроградации крахмалаквиноа, определенные с помощью дифференциаль-ной сканирующей калориметрии, представленыв таблице 6.Данные таблицы 6 не позволяют в полной мерепровести сравнительный анализ ретроградационныхсвойств крахмала квиноа.Так N. Lindeboom с соавторами приводит данныетолько по степени ретроградации (40,8 %), исследуяпри этом самое большое количество опытныхобразцов с содержанием крахмала 50 % в течение4 дней при 4 °С [20].S. Srichuwong и др. на одном опытном образце,содержащим 33 % крахмала, в течение 6 дней притой же температуре получил практически такойрезультат степени ретроградации (40,7 %) [11].Однако исследования M. E. Steffolani и др. трехобразцов крахмала квиноа с содержанием крахмала25 % в течение 2-х недель показали очень низкуюстепень ретроградации (2,09–5,63) по сравнению спредыдущими исследованиями [25]. Температурныережимы ретроградации крахмала квиноа,определенные учеными, не имеют существенныхразличий между собой в сравнении с показателемизменения энтальпии (ΔHr), значения которогоотличаются в 10 раз.Рекристаллизацию амилопектина определялиметодом дифференциальной сканирующей калори-метрией. На ретроградацию крахмала квиноасущественное влияние оказывает содержание водыи условия хранения. Установлено, что степеньретроградации крахмала квиноа меньше, чем украхмалов сорго, проса, кукурузы и пшеницы, ивыше, чем у крахмала амаранта [11, 25]. Возможнаяпричина низкой степени ретроградации в крахмалеквиноа может быть связана с коротким цепямиамилопектина, замедляющим образование двойнойспиральной структуры [40].Было обнаружено, что температуры ретрогра-дации отрицательно коррелируют с количествомкоротких амилопектиновых цепей DP 6−12 иположительно коррелируют с количеством длинныхединичных цепей DP 13−24 [11].Мутность. Изменение мутности илипрозрачности крахмального геля может бытьиспользовано для изучения процесса ретроградации.Крахмальный гель квиноа с меньшим количествомамилозы показал низкую мутность [13]. Как и другиеаспекты ретроградации, мутность может зависеть отцелого ряда факторов, таких как набухание и остаткигранул, выщелачивание амилозы и амилопектина,распределение длины цепи амилозы и амилопектинаТаблица 6. Свойства ретроградации крахмала квиноаTable 6. Retrogradation properties of quinoa starchКол-воиссл.образцовФормаобразцаУсловияхраненияСодержаниекрахмала, %Tor, °C Tpr, °C Tcr, °C ΔHr, Дж/г R, % Литература8 крахмал 4 °C, 4 дня 50 40,80 [20]3 крахмал 4 °C, 14 дней 25 44,31–45,97 50,81–52,16 0,19–0,40 2,09–5,63 [25]1 крахмал 4 °C, 6 дней 33 36,20 47,90 61,70 4,20 40,70 [11]Tоr – начальная температура;Tpr – пиковая температура;Тсr – конечная температура;ΔHr – изменение энтальпии;R – степень ретроградации, рассчитывается как соотношение между изменением энтальпии ретроградации и желатинизацией крахмала.Tоr – initial temperature;Tpr – peak temperature;Tcr – final temperature;ΔHr – change in enthalpy;R – degree of retrogradation, calculated as the ratio between the change in enthalpy of retrogradation and starch gelatinization.107Орлова Т. В. [и др.] Техника и технология пищевых производств. 2021. Т. 51. № 1 С. 98–112и незначительные компоненты, которые могутмаскировать присущую крахмалу мутность [41].Устойчивость к синерезису и замораживанию-оттаиванию. По мере того как ретроградацияпрогрессирует, вода вытесняется из крахмальногогеля за счет рекристаллизации и повторногообъединения молекул крахмала. Синерезисоценивается по количеству воды, отделенной отхранения геля, при низкой температуре (например,4 °C) или от процесса замораживания-оттаивания.Концентрация геля, термическая история ипараметры центрифугирования могут существенноповлиять на синерезис крахмального геля.N. Lindeboom с соавторами обнаружил различия встабильности замораживания-оттаивания крахмалов8 видов квиноа с синерезисом после первого циклав диапазоне от 0 до 35 %. Таким образом, хорошаяморозостойкость крахмального геля квиноа можетбыть достигнута путем выбора подходящего сортаквиноа [19, 39]. Не было обнаружено корреляциймежду стабильностью замораживания-оттаиванияи содержанием амилозы в крахмале квиноа, в товремя как корреляции между синерезисом илисвободнозернистой стабильностью оттаивания иструктурой амилопектина еще не изучены [20, 42].Восприимчивость к ферментам. Установлено,что крахмал квиноа обладает более высокойчувствительностью к ферментам, чем большинстводругих крахмалов, таких как ячмень, адзуки,кукуруза, просо, пшеница и сорго [11, 18, 28]. Втаблице 7 представлены результаты восприимчивостикрахмала квиноа при обработке его различнымиферментами.В качестве основной причины высокойвосприимчивости к ферментам была предложенавысокая удельная поверхность крахмала киноа [18,21, 28]. K. Lorenz предположил, что ферментативнаявосприимчивость крахмала квиноа отрицательнокоррелирует с содержанием амилозы. Таким образом,амилоза может снижать восприимчивость ферментана ранней стадии гидролиза [22].Степень гидролиза фермента после 1 ч инкубацииположительно коррелировала с молярнымколичеством Afp-цепей и количеством короткихединичных цепей амилопектина (DP 6–12) и в тоже время отрицательно коррелировала со среднейдлиной цепи амилопектина [30]. Это происходитпотому, что короткие единичные цепи амилопектина,такие как Afp-цепи, слишком коротки, чтобыобразовывать двойные спирали, вызывая дефекты вкристаллической структуре, что делает крахмал болеевосприимчивым к атаке ферментов [39].Отмечено, что степень гидролиза крахмала квиноачерез 24 ч положительно коррелирована с молярнымколичеством кристаллических α-цепей, которыеобразуют кристаллические ламели (Acrystal) [30].Это может свидетельствовать о том, что скоростьферментативного гидролиза зависит от количестваТаблица 7. Восприимчивость крахмала квиноа к ферментамTable 7. Susceptibility of quinoa starch to enzymesКол-воиссл.образ.ФормыобразцаТип фермента Температураи рНИнкуба-ционныйпериод, чРезультаты гидролиза Литера-тура1 СыройкрахмалГрибковая α-амилаза(fungal α-amylase)30 °С, рН 4,7 24 При ферментативном гидролизе через24 ч растворяется 3,76 % крахмала[22]4 СыройкрахмалГлюкоамилаза Aspergillussp. K27 (Glucoamylase ofAspergillus sp. K27)40 °С, рН 5,5 3 Степень гидролиза достигла54–66 % после первого часа;крахмал практически полностьюгидролизовался через 3 ч[39]1 Сыройкрахмалβ-амилаза и изоамилаза(β-amylase и isoamylase)37 °С, рН 4,8 30 Первоначально наблюдалась высокаяскорость гидролиза (0–2 ч), затеммедленная до 30 ч. Через первые 2 часаболее 70 % крахмала гидролизовалось,и крахмал полностью гидролизовалсячерез 30 ч[18]26 Сыройкрахмалα-амилаза поджелудочнойжелезы свиньи (porcinepancreatic α-amylase)37 °С, рН 6,9 24 Степень гидролиза составила47,5–80,7 и 82,0–104,4 % через 1 и 24 чсоответственно[36]1 Сыройкрахмалα-амилаза иамилоглюкозидазаподжелудочнойжелезы свиньи (porcinepancreas α-amylase andamyloglucosidase)37 °С, рН 6,0 4 Степень гидролиза крахмала через 4 чинкубации составила 90 %[11]108Orlova T.V. et al. Food Processing: Techniques and Technology, 2021, vol. 51, no. 1, pp. 98–112коротких цепей, в то время как перевариваемыйкрахмал в большей степени связан с количествомцепей, образующих кристаллическую область.ВыводыВ настоящем обзоре обобщены многолетниезарубежные исследования крахмала квиноа из болеечем 30 литературных источников, где представленыследующие результаты:− получение крахмала из зерна квиноа возможнотолько в лабораторных условиях различнымиметодами измельчения и замачивания;− большинство исследований указывает насодержание амилозы в крахмале квиноа до 10 %;− амилопектин крахмала квиноа отличаетсявысоким количеством коротких единичных цепей состепенью полимеризации меньше 12 и очень низкимколичеством длинных единичных цепей со степеньюполимеризации от 13 до 35;− соотношение между короткими и длиннымицепями амилопектина крахмала квиноа выше, чем удругих крахмалов;− размер гранул крахмала квиноа находится вдиапазоне 0,4–2,0 мкм, что значительно меньше, чему большинства известных крахмалов;− крахмал квиноа относится к полиморфному типуА и имеет степень кристаллизации 21,50–43,00 %,что примерно на уровне степени кристаллизациипшеничного крахмала (36,4 %), ржи (27,5 %),тритикале (28,6 %), но выше, чем у ячменя (18,9 %);− температура желатинизации и энтальпия крахмалаквиноа ниже, чем у крахмала амаранта, кукурузы,сорго, просо и пшеницы, что обусловлено тонкойструктурой амилопектина;− установлено, что с увеличением температурына каждые 10 °С сила набухания и растворимостькрахмала квиноа увеличивается на 21,5–27,0 %.Индекс растворимости крахмала квиноа приувеличении от 55 до 65 °С резко возрастет в 5–10 раз;− вязкость крахмала квиноа значительно выше, чем убольшинства известных крахмалов, что коррелируетс высокой силой набухания;− различные зарубежные данные не позволяютв полной мере провести сравнительный анализретроградационных свойств крахмала квиноа;− крахмал квиноа обладает более высокойчувствительностью к ферментам, чем большинствоизвестных крахмалов, что обусловлено высокойудельной поверхностью крахмала.Однако в направлении изучения процессавыделения, морфологической структуры и физико-химических свойств крахмала зерна квиноа осталосьеще много вопросов, ответы на которые будутполучены и от российских ученых.Таким образом, в работе представленырезультаты научных исследований о способахвыделения крахмала из квиноа, его химическомсоставе и методах определения амилозы; оструктуре крахмальных зерен, их форме, типе истепени кристаллизации; о физико-химическихсвойствах крахмала, включающих желатинизацию,набухание, растворимость, реологическиесвойства, ретроградацию, изменения прозрачностикрахмального геля и восприимчивость к ферментам,которые будут определять выбор технологическихпараметров при разработке рецептур и технологийпродуктов питания, в том числе специализированногоназначения для людей с непереносимостьюглютена (целиакией). Дальнейшие исследованияхимического состава квиноа позволит удовлетворитьвозрастающий спрос на данную продукцию ирасширить ассортимент отечественного рынкабезглютеновых продуктов питания.Критерии авторстваМ. Айдер предоставил доступ к зару-бежным статьям. Т. В. Орлова изучала,переводила зарубежную литературу. Авторысовместно проанализировали теоретическиеи экспериментальные данные и представилиобобщенные результаты химического состава,морфологической структуры и физико-химическихсвойств крахмала зерна квиноа.Конфликт интересовАвторы заявляют об отсутствии конфликтаинтересов.ContributionM. Aider provided access to foreign articles.T.V. Orlova studied and translated foreign literature. Theauthors analyzed the theoretical and experimental datatogether, as well as presented and summarized resultsof the chemical composition, morphology, and structureof physical and chemical properties of the starch grainquinoa.Conflict of interestThe authors declare that there is no conflict of interestregarding the publication of this article.