Иммунология и биохимия

Крахмал

Крахмал в жизни растений и человека

Крахмал (К)  является основным углеводом хранения у  растений с множеством важных функций. В фотосинтезирующих листьях К накапливается в течение дня и мобилизуется   ночью для поддержки непрерывного дыхания и  роста в темноте. В этом контексте  К является   интегратором регулирования роста растений.   Дефицитные по К растения плохо растут или даже погибают в условиях короткого дня.   В клубнях  картофеля  или в семенах, К служит более длительный срок и мобилизуется    для поддержки фазы репродуктивного роста.  В дополнение к его центральной роли в физиологии растений, К  имеет также большое экономическое значение. Он является вторым наиболее распространенным биополимером на земле, после целлюлозы, и самый важный углевод для пищи и кормовых целей. Таким образом, К представляет собой основной ресурс нашего питания и сырья для многих промышленных применений, в том числе производства биоэтанола, пищевой пленки.

Что такое крахмал?

В процессе фотосинтеза зеленые растения   способны улавливать  энергию солнца  и преобразовывать ее в энергию химических связей  молекулы глюкозы,  

6СО2 + 6Н2О + энергия ( квант) --> 6O2 + С6Н12O6.   

Что представляет  собой крахмал?

На протяжении  светового дня, по мере синтеза глюкозы, она запасается растениями в виде гранул К. К – это длинные цепи   связанных друг с другом    молекул глюкозы. Одна молекула глюкозы называется  моносахарид. Много молекул  сахара,  связанных друг с другом, - это полисахарид. К, следовательно, представляет собой полимер, полисахарид глюкозы. К   мобилизуется  во время прорастания семян,   созревания плодов и прорастания клубней. 

Где содержится крахмал?

Основными источниками К являются зерновые (от 40 до 90%), корни (от 30 до 70%), клубни (от 65 до 85%), бобовые Гранулы  крахмала из разных источников(от 25 до 50%) и некоторые незрелые фрукты, такие как бананы или манго, которые содержат около 70% крахмала от сухого веса. Крахмал каждого ботанического вида - его  накопление, структура гранул, форма, размер   и состав уникальны (рис.1).

Химическая формула крахмала

Так как К состоит из молекул глюкозы, основная формула К очень похожа на глюкозу. Тем не менее, для того, чтобы связаться  вместе, молекулы глюкозы теряют воду (Н20). Поэтому Структура  крахмалаосновная химическая формула К (С6Н1005) n , где n - число молекул глюкозы в цепи (от 200 до 1000).  К, синтезируемый растительными клетками, состоит из двух типов полимеров: амилопектина и амилозы. Амилопектин  - ветвящийся полимер, он составляет от 70 до 85% общего К. Амилоза -  линейная цепь с ограниченным числом точек разветвления и  составляет 15-30% от общие К. Структурные единицы К, амилоза и амилопектин, показаны в Рис. 2.   Амилоза и амилопектин упаковываются в гранулы, форма, размер, физические и химические свойства которых отличаются большим разнообразием. 

Особенности зерновых крахмалов

Зерновые К в структурах амилозы содержат липидные молекулы в виде фосфолипидов и свободных жирных  кислот.  Липиды в гранулах К составляют доли процентов.  С молекулой К связывается  примерно 0,6% белка.     Липиды и белки в гранулах К повышают его функциональные свойства. В пшенице, например, связанные с белком крахмальные гранулы определяют твердостью зерна. К также содержит относительно небольшое количество (<0.4%)   минералов (кальций, магний, фосфор, калий и натрий). Среди них фосфор имеет первостепенное значение и присутствует в К в трех основных формах: монофосфат эфиров, фосфолипидов и неорганического фосфата.

Восковой крахмал

Несколько видов К называют  восковой  крахмал из-за  внешнего вида   ткани растения, из которой их  получают. Этот К содержат минимальное количество амилозы   (<15%), и характеризуется высокой  кристалличностью.  В  других К  содержание  амилозы  >30%.

Крахмал в диете

  • Калории на грамм = 4,2
  • Гликемический индекс (ГИ) = 40 -110 (зависит от еды)
  • Чистые углеводы = 100% 

Функции крахмала в питании человека

  • Энергия. К  может обеспечить 4,2 калорий на грамм 
  • К  - источник атомов углерода для синтеза других веществ в организме.

К не является   необходимым питательным веществом, поэтому, теоретически, Вы   можете не получить его с пищей и быть здоровым.

Источники крахмала

К, естественно, содержится только в растительной пище (рис.3):

 Продукты.богатые крахмалом

В организме человека К частично гидролизуется до мальтозы и декстринов под действием фермента амилазы, присутствующей слюне (во рту) и в соке поджелудочной железы (в кишечнике). Однако амилазы не в состоянии разорвать связи 1 —> 6.  Фрагменты амилопектина с  1 —> 6  связями остаются нетронутыми    при переваривании К в полости тонкого кишечника (полостное пищеварение). Это декстрины.  Декстрины  и мальтоза гидролизуются      на поверхности  мембран  клеток слизистой оболочки кишечника, где есть   ферменты  α-1,6-глюкозидаза  и дисахаридаза (пристеночное пищеварение). Продукт    пристеночного пищеварения - глюкоза - по мере образования тот час транспортируется  в клетки слизистой кишечника - энтероциты, а затем в кровь.  

Четыре полезных на кухне и  в промышленности физико-химических свойства крахмалов 

Крахмалы имеют четыре основных физико-химических свойства, которые делают их полезными  на кухне и  в промышленном применении.
Молекулы амилозы и амилопектина - полигидроксисоединения и гидратируются молекулами воды при нагревании в воде. Поскольку  гидратированные молекулы увеличиваются в размерах и обездвиживают большую часть присутствующей воды,  то они сгущают водную  систему и  формируют гель.

  • Первое полезное физико-химическое свойство К, сгущение, позволяет получить много пищевых продуктов.Таких как пудинги, подливки, соусы и начинки для пирогов с  желаемыми физическими характеристиками. Это свойство также полезно во многих  промышленных применениях К.
  • Второе полезное физико-химическое свойство К - способность  его геля к диспергированию  и суспендированию других ингредиентов или частиц. Во многих продуктах жиры и белки суспендированы и / или эмульгированы в  геле К. В покрытиях для бумаги и в некоторых адгезивах  частицы глины суспендированы в густом крахмальном геле. Когда гели охлаждаются, они загустевают  с образованием  полутвердого геля.
  • Третье полезное физико-химическое свойство К - гелеобразование.  На  крахмальной основе готовят пудинги, салатные заправки и некоторые типы клеев.
  • Четвертое полезное физико-химическое свойство К - способность его геля (клейстера)  образовывать  на гладких поверхностях сильно прилипающие  при высыхании пленки. Это свойство  К используется для покрытия и проклеивания  бумаги, текстиля, производства гофрокартона. 

Поиск по сайту