Крохмаль є основним запасним полісахаридом більшості овочів і основним джерелом калорій для більшості людства. Це важливо як складова їжі, в якій він присутній, як з поживної, так і з технологічної точки зору. Багато властивостей борошна та хлібобулочних та кондитерських виробів можна пояснити знанням поведінки крохмалю.
Крім того, ізольований крохмаль є важливим матеріалом у різних галузях промисловості, включаючи харчову. Техніка її приготування була відома ще в Стародавньому Єгипті і описана різними класичними римськими авторами. У ті часи його використовували особливо для додання папірусу міцності та як підготовку до тканин. В даний час харчова промисловість є великим споживачем, оскільки є найдешевшим із гелеутворюючих матеріалів.
У всьому світі кукурудза, пшениця, картопля та маніока є важливими джерелами крохмалю. У місцевому масштабі, або для спеціального застосування, крохмаль також отримують з ячменю, вівса, жита, сорго, провисання, гороху, солодкої картоплі та маранту.
Найважливішим крохмалем з промислової точки зору є кукурудза. Близько 60 мільйонів тонн кукурудзи щороку використовується для виготовлення крохмалю або для його використання як такого, або як сировини для виробництва глюкози та фруктози.
Полісахариди, що входять до складу крохмалю
Те, що ми називаємо крохмалем, насправді не є полісахаридом, а сумішшю двох речовин, амілози та амілопектину. Обидва вони складаються з одиниць глюкози, у випадку амілози, зв'язаної між собою зв'язками на 1-4, що породжує лінійний ланцюг. У випадку з амілопектином існують наслідки через посилання на 1-6.
Зв’язки на 1-4 між молекулами глюкози
Амілоза - теоретично лінійний ланцюг, але на практиці існує кілька замін, рівних замінам амілопектину, по одному на кожні кілька сотень молекул, які не змінюють його властивостей. Молекулярна маса ланцюгів амілози становить близько одного мільйона.
В амілопектині є два типи зв’язку між одиницями глюкози: ті, що знаходяться в 1-4, як у амілози, і ті, що в 1-6, що дають початок гілкам
Посилання в амілопектині. Червоними стрілками позначені посилання на 1-4, зеленою - посилання на 1-6, а синьою - термінал, що зменшує кінець.
У амілопектину гілки з’являються кожні 20 або 30 глюкоз. Ланцюги гілок по черзі розгалужуються, і хоча структура не зовсім чітка, здається ймовірним, що вони не розгалужуються навмання, а утворюють структуру, яку ми могли б назвати "фрактальною", навколо центрального ланцюга, який є Єдиний, який має зовнішній редуктор. Результат - величезні молекули з молекулярною масою від 10 до 500 мільйонів. У деяких крохмалях, таких як картопля, амілопектин також містить деякі фосфатні ефіри.
Тривимірна структура
Крохмальні ланцюги пов’язані водневими зв’язками, утворюючи подвійну спіраль.
Ця асоціація відбувається вздовж ділянок ланцюгів амілози та між гілками ланцюгів амілопектину. Подвійні гвинтові зони відповідають за кристалічні домени, що спостерігаються в гранулах крохмалю.
Крохмальні гранули
У злаках і бульбах, що містять його, крохмаль міститься в клітинах, що утворюють дискретні структури - гранулах крохмалю. Ці гранули мають розмір від 2 до 100 мкм, залежно від рослини, хоча певна неоднорідність розміру виявляється в одній і тій же рослині. Гранули рисового крохмалю є одними з найменших, а картопляного крохмалю - серед найбільших. крайності вказаного діапазону розмірів. Зазвичай форма округла, але також з’являються гранули витягнутої або більш-менш неправильної форми.
У гранулах крохмалю, які не оточені оболонкою, молекули амілози та амілопектину розташовані радіально, утворюючи ряд концентричних шарів. Ці шари по черзі мають аморфну структуру і частково кристалічну структуру, в яких ланцюги пов'язані у вигляді спіралей, які, в свою чергу, розташовані впорядковано.
Внутрішня структура гранул крохмалю, поглинена скануючим електронним мікроскопом. Аморфні шари амілози були видалені обробкою амілазами, так що виділяються напівкристалічні шари амілопектину.
Фотографія отримана з Braukaiser.com .
Види крохмалю
Крохмалі - це суміші амілози та амілопектину. Загалом, крохмалі містять від 20% до 30% амілози, хоча є винятки. У восковій кукурудзі, названій за зовнішнім виглядом усередині зерна, амілози майже немає, тоді як у крохмалистих сортах вона становить від 50% до 70%. У випадку з картоплею наявність фосфатних груп створює відштовхування між негативними зарядами, що полегшує розділення ланцюгів та їх взаємодію з водою.
Технологічні властивості крохмалю сильно залежать від походження, а також від співвідношення амілоза/амілопектин, як коли він входить до складного матеріалу (борошна), так і коли використовується очищений, що дуже часто. Таким чином, восковий кукурудзяний крохмаль утворює прозорі, зчеплені гелі, тоді як рисовий крохмаль утворює непрозорі гелі. Картопляний крохмаль (загальновідомий як "крохмаль") і маніока (тапіока) дуже легко гідратують, даючи сильно в'язкі дисперсії, але вони не виробляють стійких гелів.