Крахмал
Крахмал – полисахарид, молекулы которого состоят из повторяющих глюкозных остатков, соединённых по α-1,4 (в линейной части) или α-1,6 связям (в точках ветвления). 
Крахмал является основным резервным веществом большинства растений. Он образуется в клетках зелёных частей растения и накапливается в семенах, клубнях, луковицах и пр.
Молекулы крахмала бывают двух видов: линейные – амилоза и разветвлённые – амилопектин. Молекулы амилозы и амилопектина соединяются друг с другом посредством водородных связей, выстраиваясь в радиальные слои и образуя гранулы крахмала. (Некоторые свойства амилозы и амилопектина приведены в таблице).
Крахмал является основным резервным веществом большинства растений. Он образуется в клетках зелёных частей растения и накапливается в семенах, клубнях, луковицах и пр.
Молекулы крахмала бывают двух видов: линейные – амилоза и разветвлённые – амилопектин. Молекулы амилозы и амилопектина соединяются друг с другом посредством водородных связей, выстраиваясь в радиальные слои и образуя гранулы крахмала. (Некоторые свойства амилозы и амилопектина приведены в таблице).
Сравнительные характеристики амилозы и амилопектина
|
Характеристика |
Амилоза |
Амилопектин |
| 1. Содержание в крахмале, % | ||
|
картофельный |
20-21 |
79-80 |
|
кукурузный |
20-28 |
72-80 |
|
кукурузный (воск.) |
0,8 |
99,2 |
|
тапиоковый |
16-17 |
83-84 |
|
пшеничный |
20-28 |
72-80 |
|
рисовый |
18 |
82 |
|
2. Растворимость в воде |
Растворима в горячей воде. Растворы неустойчивы - происходит ретроградация. |
Набухает в горячей воде, образуя клейстеры |
|
3. Окраска с йодом |
Синяя |
Пурпурная или красная |
|
4. Адсорбция йода |
Высокая |
Низкая |
|
5. Адсорбция на целлюлозе |
Высокая |
Низкая |
|
6. Расщепляемость амилазой, % |
100 |
50 |
|
7. Реакция с органическими соединениями (1-бутанол) |
Образует комплексы |
Неспособен связываться с 1-бутанолом и др. органическими соединениями |
|
8. Молекулярная масса |
от 500 до 1600 |
от 10000 до 6 млн. |
|
9. Содержание остатков глюкозы |
от 100 до неск. тысяч |
до 50 тысяч |
|
10. Строение |
Линейное, молекулы образуют спирали спирали. Связь между остатками глюкозы 1,4-альфа |
Разветвлённое, молекулы образуют сферы.
Связь в линейной части 1,4-альфа, в точке ветвления 1,6-альфа.
Длина наружной ветви 16-20 остатков глюкозы (50-60%), внутренней - 7 остатков (40-50%) |
|
11. Отношение редуцирующих и нередуцирующих концевых групп |
Превышает 100 |
Единица |
В холодной воде крахмал практически нерастворим. При нагревании дисперсии крахмала в воде, молекулы воды проникают в гранулу до полной гидратации. При гидратации водородные связи между молекулами амилозы и амилопектина целостность гранулы, и она начинает набухать от центра. Желатинизируясь, набухшие гранулы могут повышать вязкость дисперсии и/или ассоциироваться в гели и плёнки. Температура желатинизации различна для крахмалов разных видов.
Крахмалы из разных источников различаются по размерам и форме гранул, соотношению амилоза:амилопектин, структуре молекул амилозы и амилопектина.
Размеры гранул различных крахмалов лежат в диапазоне от 3 до 100 мкм. Крахмалы некоторых видов полимодальны, то есть, их гранулы могут быть разделены по размерам на несколько групп. Например, пшеничный крахмал бимодален, он состоит из маленьких гранул 5-15 мкм и гранул большего размера – 22-36 мкм. Размер гранул сам по себе не оказывает большого влияния на свойства крахмала. Хотя, в большинстве случаев, гранулы большего размера легче набухают.
Форма гранул может быть различной, они могут быть сферическими и овальными, чечевицеобразными, неправильной формы, иметь гладкую поверхность или вид многогранника и пр.
Молекулы амилозы, будучи линейными, легче выстраиваются в ряд, образуя больше водородных связей. Следовательно, требуется больше энергии для разрыва этих связей и желатинизации такого крахмала. Обычно, чем больше содержание амилозы, тем выше температура желатинизации.
Вообще говоря, амилоза вносит основной вклад в прочность гелей, тогда как от содержания амилопектина зависит вязкость. Таким образом, крахмал с высоким содержанием амилозы проявляет желирующие свойства, а крахмал, состоящий в основном из амилопектина, демонстрирует высокую вязкость.
Линейные молекулы амилозы в растворе располагаются одна вдоль другой, образуя множество водородных связей и давая прочные гели. Разветвлённые молекулы амилопектина неспособны выстраиваться подобным образом, водородные связи значительно слабее, поэтому гели с их участием гораздо менее прочны.
С другой стороны, вязкость – исключительно функция молекулярной массы. Амилопектин с разветвлённой структурой имеет гораздо большую молекулу, чем амилоза. Следовательно, амилопектин вносит больший вклад в увеличение вязкости, чем амилоза.
Кроме того, линейные молекулы амилозы склонны к образованию упорядоченных структур (рекристаллизация или ретроградация), при этом происходит уплотнение и расслоение первоначально однородного геля. Разветвлённые молекулы амилопектина образуют пространственные затруднения, препятствующие ретроградации.
Более длинные молекулы амилозы придают продуктам тягучую текстуру благодаря способу их взаимодействия. Молекулярный вес амилозы влияет также на эластичность геля. Более длинные молекулы имеют тенденцию крепче связываться и образуют более прочные хрупкие гели.
Чем длиннее молекулы амилозы, тем сильнее склонность гелей к ретроградации. Этот эффект наблюдается и при удлинении боковых цепей в молекулах амилопектина.
Крахмалы из разных источников различаются по размерам и форме гранул, соотношению амилоза:амилопектин, структуре молекул амилозы и амилопектина.
Размеры гранул различных крахмалов лежат в диапазоне от 3 до 100 мкм. Крахмалы некоторых видов полимодальны, то есть, их гранулы могут быть разделены по размерам на несколько групп. Например, пшеничный крахмал бимодален, он состоит из маленьких гранул 5-15 мкм и гранул большего размера – 22-36 мкм. Размер гранул сам по себе не оказывает большого влияния на свойства крахмала. Хотя, в большинстве случаев, гранулы большего размера легче набухают.
Форма гранул может быть различной, они могут быть сферическими и овальными, чечевицеобразными, неправильной формы, иметь гладкую поверхность или вид многогранника и пр.
Молекулы амилозы, будучи линейными, легче выстраиваются в ряд, образуя больше водородных связей. Следовательно, требуется больше энергии для разрыва этих связей и желатинизации такого крахмала. Обычно, чем больше содержание амилозы, тем выше температура желатинизации.
Вообще говоря, амилоза вносит основной вклад в прочность гелей, тогда как от содержания амилопектина зависит вязкость. Таким образом, крахмал с высоким содержанием амилозы проявляет желирующие свойства, а крахмал, состоящий в основном из амилопектина, демонстрирует высокую вязкость.
Линейные молекулы амилозы в растворе располагаются одна вдоль другой, образуя множество водородных связей и давая прочные гели. Разветвлённые молекулы амилопектина неспособны выстраиваться подобным образом, водородные связи значительно слабее, поэтому гели с их участием гораздо менее прочны.
С другой стороны, вязкость – исключительно функция молекулярной массы. Амилопектин с разветвлённой структурой имеет гораздо большую молекулу, чем амилоза. Следовательно, амилопектин вносит больший вклад в увеличение вязкости, чем амилоза.
Кроме того, линейные молекулы амилозы склонны к образованию упорядоченных структур (рекристаллизация или ретроградация), при этом происходит уплотнение и расслоение первоначально однородного геля. Разветвлённые молекулы амилопектина образуют пространственные затруднения, препятствующие ретроградации.
Более длинные молекулы амилозы придают продуктам тягучую текстуру благодаря способу их взаимодействия. Молекулярный вес амилозы влияет также на эластичность геля. Более длинные молекулы имеют тенденцию крепче связываться и образуют более прочные хрупкие гели.
Чем длиннее молекулы амилозы, тем сильнее склонность гелей к ретроградации. Этот эффект наблюдается и при удлинении боковых цепей в молекулах амилопектина.