Kрахмал и его свойства

Крахмал является широко используемым пищевым сырьем. Исходя из чрезвычайной важности и многовековой практики его использования, следовало бы полагать, что структура и свойства этого биополимера давно и однозначно установлены. Однако, наряду с хорошо известными представлениями о структуре и физико-химических свойствах крахмала, выявлен ряд неизвестных, ответы на которые будут, по-видимому, даны в будущем. Тот факт, что крахмал состоит из двух полимеров: линейного (амилозы) и разветвленного (амилопектина) был установлен еще в 30-е годы прошлого столетия. Составные фракции крахмала, как при кислотном, так и при ферментативном гидролизе образуют только D — глюкозу. Обычно крахмал состоит на 80% из амилопектина и на 20% из амилозы. Амилоза обуславливает йодкрахмальную реакцию, легко агрегируется в растворе и вызывает выпадение осадка. Она содержит от нескольких сотен до нескольких тысяч остатков глюкозы соединенных — 1,4 — связями. Несмотря на установленный факт, что амилоза линейный полимер, возникают некоторые неясности относительно ее структуры, именно к таким может быть отнесен ограниченный гидролиз амилозы в — амилазой. Такие аномалии в структуре полимера могут явится результатом наличия незначительного количества точек ответвлений или других дефектов (частичное окисление) в структуре амилозы, возникающих в результате выделения крахмала. На рис. 1.1 показан фрагмент структуры амилозы. [3].

Рис. 1.1 Графическое изображение амилозы

В отличие от амилозы амилопектин содержит и -1,6 связи, хотя установлено, что эти связи не являются единственными точками разветвлений в структуре амилопектина. Суммарное количество -1,6 связей составляет 4 — 5% от общего количества связей в амилопектине было также показано наличие в амилопектине точек разветвлений, обра-зованных -1,2 и -1,3 связями, хотя было установлено, что количество -1,3 связей незна-чительно. Более подробный анализ позволил высказать точку зрения о том, что -1,6 связи являются единственными естественными точками разветвлений в молекуле амилопектина (рис 1.2). Основываясь на данных по метилированию и энзиматическому анализу Майер и Бернфельд[6] предложили ныне принятую структурную модель амилопектина (рис.2). Причем, авторами было показано, что среднее расстояние между точками разветвления в молекуле крахмала составляет восемь глюкозных остатков. Однако, тот факт, что в амилопектине установлено наличие между точками разветвления и фрагментов длиной в 2 — 3 глюкозных остатка, указывает на то, что должны быть и участки значительно длиннее, чем восемь остатков [3].

Рис. 1.3 Схематическое изображение строения амилопектина

Исключительно важными свойствами крахмала, как для практических, так и для научных целей, являются его растворимость и способность к кристаллизации. Мономер крахмала — глюкоза очень легко растворима в воде, а также в буферных растворах с разными значениями рH. Олигосахариды типа мальтозы, мальтотриозы и т. д. также легко растворяются и воде. Относительно конформации крахмала наиболее обоснованной теорией следует считать наличие спирали, которая может быть существенно стабилизирована образованием комплекса с йодом или другими органическими соединениями. [6].

Обычно крахмальные гранулы состоят из приблизительно равных частей кристаллических и аморфных участков. Во время растворения вода проникает в гелеобразные (аморфные) участки и смачивает их. Минуя при этом кристаллическую часть крахмала. Но при высоких температурах кристаллические участки постепенно растворяются, переходя, в конце концов, в растворимую фракцию. Аналогично этому, при кислотном гидролизе аморфная часть реагирует значительно быстрее, чем кристаллическая. По-видимому, при ферментативном гидролизе происходит нечто подобное, хотя нет никакой гарантии, что все виды крахмала подвержены полной энзиматической деградации. В целом, биодеградацию крахмала можно представить следующим образом: — амилаза вызывает быстрое уменьшение молекулярного веса крахмала, доводя её до низкомолекулярных декстринов. Таким образом, — амилаза, с одной стороны способствует существенному повышению растворимости продуктов гидролиза крахмала и, с другой стороны, превращает их в более легко усвояемые и сбраживаемые соединения. Дальнейший гидролиз декстринов до составного мономера глюкозы осуществляется в — амилазой и — глюкозидазой (глюкоамилаза). 6].