I. Крахмал и гликоген. Роль крахмала в пищевой промышленности.

Крахмал – главный резервный полисахарид растений, запасается во многих семенах, клубнях, корневищах и используется только при их прорастании. В клубнях картофеля его содержится около 13-22%, кукурузе – 53-55%, рисе – около 80%, овес, просо – 36-45 %, в муке и крупах – 70-80%. В связи с этим семена злаков нашли широкое применение в бродильной, крахмалопаточной, мукомольной и хлебопекарной промышленности.

В клетках растений крахмал находится в виде отдельных зерен (размеры 0,015-0,15 мм). Самые крупные зерна в картофеле, самые мелкие – в гречихе, рисе. Удельный вес крахмала составляет 1,4, поэтому он легко оседает на дно. Крахмальные зерна не растворимы в воде, но легко в ней набухают. Интенсивность набухания крахмала возрастает при нагревании.При температуре 60-70 °С объем крахмальных зерен увеличивается в десятки раз. Зерно лопается, и крахмальная суспензия превращается в густую малоподвижную жидкость (вязкий коллоидный раствор) – крахмальный клейстер. Температура 60-70 °С – точка клейстеризации крахмала. При повышении температуры до 120 °С крахмальный клейстер разжижается, при снижении температуры вновь загустевает.

Температура клейстеризации крахмала неодинакова для различных растений и находится в пределах 55-75°С.

Зерна крахмала не однородны. Полисахаридная фракция составляет 97-98%. При кислотном (HCl, H₂SO₄) гидролизе образуется глюкоза. 2-3 % приходятся на долю примесей. В нем найдены в небольшом количестве белки, высокомолекулярные жирные кислоты, фосфорная и кремниевая кислоты.

Полисахаридная фракция крахмала состоит из 2-х компонентов: амилозы и амилопектина.

Амилоза легко растворяется в теплой воде, образуя истинные растворы, которые неустойчивы и способны к ретроградации – самопроизвольному выпадению в осадок в виде кристаллов. С йодом амилоза дает синее окрашивание. Молекулярная масса колеблется в пределах 50-150 тыс. Каждая молекула содержит от 300 до 500 остатков молекулы глюкозы.

Молекула амилозы имеет линейную структуру, представляет собой длинную цепочку из остатков a-D-глюкопиранозы, соединенных a-(1®4)-гликозидными связями:

Рентгеноструктурный анализ показывает, что амилоза представляет собой не вытянутую цепочку, а спираль

6 0,8нм

Один виток спирали (1 шаг) содержит 6 глюкозных остатков. Фрагмент амилозы, содержащей 6 и более спиралей окрашивается йодом в синий цвет. Это связано с тем, что внутри витков спирали втягивается определенное количество молекул йода. Фрагмент амилозы содержащий 2-4 витка спирали окрашивается йодом в красный и красно-бурый цвет. Фрагменты, содержащие менее 2-х витков спирали йодом не окрашиваются.

Амилопектин в отличие от амилозы трудно растворим в горечей воде. В раствор от переходит при температуре 120°С, образуя стойкие, но вязкие растворы. Йодом он окрашивается в красно-бурый цвет. Молекулярная масса колеблется в пределах от 100 тыс. до 1 млн.

Амилопектин имеет разветвленную цепочечную (древовидную) структуру; в его молекулу входит до 50 тыс. a-D-глюкопиранозных остатков, соединенных между собой главным образом a-1,4-гликозидными связями. Амилопектин имеет также a-1,6-гликозидные связи, представляющие собой точки ветвления. Гликозидные a-1,6-связи составляют около 5% от общего количества связей, содержащихся в молекуле амилопектина.

a-1,6-гликозидная связь

Несмотря на ветвящуюся структуру амилопектин имеет только один редуцирующий конец. Поэтому крахмал является нередуцирующим полисахаридом.

По Майеру в каждой молекуле амилопектина находятся 50-55 ответвлений a-1,6-гликозидных связей, а каждая ветвь содержит 22-27 остатков молекулы глюкозы. Ветвь скручена в спираль, поэтому молекула амилопектина дает красное окрашивание с йодом.

В крахмале большинства растений на долю амилопектина приходится 70-90%, остальные 10-30% составляет амилоза.

Крахмал картофеля, зерновых и злаковых культур состоит на 20-25 % из амилозы и 75-80 % амилопектина. Однако имеются и отклонения, так молодой картофель содержит до 50 % амилозы, есть сахарные сорта кукурузы, содержащие до 80 % амилозы. Крахмал риса состоит на 100 % из амилопектина.

Гликоген – основной резервный полисахарид в клетках животных. Его называют животный крахмал, содержится в печени и мышцах животных, плесневых грибах, дрожжах и зернах кукурузы. По своей структуре гликоген близок к амилопектину, но его молекулярная масса выше (200-600 млн.), имеет большее количество a-1,6-гликозидных связей (точки ветвления встречаются через каждые 8-10 остатков глюкозы), но ветви короче. Гликоген имеет более компактную и более прочную структуру, чем амилопектин. Он является источником углеводов в бродильной промышленности.

Гликоген хорошо растворяется в горячей воде, подобно крахмалу дает цветную реакцию с йодом – окрашивается в красно-коричневый или красно-фиолетовый цвет. Он играет ключевую роль в углеводном обмене организма животного и человека. Распад этого полисахарида служит источником глюкозы – легко усвояемого организмом углевода.