Где находится крахмал: О крахмале в составе продуктов

О ПРИРОДЕ КИСЕЛЬНЫХ БЕРЕГОВ | Наука и жизнь

«Молочные реки в кисельных берегах» нередко встречаются в русских народных сказках. Давайте попробуем разобраться, из чего состоит это студенистое подобие тверди в сказочном ландшафте.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Амилоза, одна из двух разновидностей крахмала, состоит из соединённых в цепочку звеньев глюкозы. Сама цепочка обычно закручена в спираль.

Другая разновидность крахмала, амилопектин, состоит из разветвлённых цепочек глюкозы.

На рисунке: гранулы крахмала разных растений. В зёрнышке риса содержится 60—82% крахмала, в пшеничном зерне — 57—75%, в кукурузе —65—75%, в клубнях картофеля — 12—24%.

‹

›

Открыть в полном размере

Чтобы сделать кисель, нужны вода и крахмал. Конечно, в кисель для вкуса добавляют ещё ягодный сок, сахар, мёд. Но нас сейчас интересует вопрос: каким образом белый, похожий на муку, скрипучий на ощупь порошок превращает воду в густое желе?

Для начала выясним, что такое крахмал и откуда он берётся.

Крахмал — это питательное вещество, которое растения вырабатывают «про запас». Он содержится в листьях и стеблях почти всех растений. Но основные «хранилища» крахмала — семена и клубни. Человек с древних времён использует в пищу богатые крахмалом растения — рис, пшеницу, кукурузу, рожь, ячмень, овёс. Много крахмала и в картофеле.

В растениях крахмал откладывается в виде зёрен. Крахмальные зёрна разных растений отличаются по величине, форме, строению. Например, размер зёрен картофельного крахмала достигает 0,1 мм, а по форме они напоминают слегка вытянутые шарики. Зёрна кукурузного крахмала в несколько раз меньше в поперечнике — 10— 20 мкм и более плоские.

По химической природе крахмал — родственник сахара. Е го молекулы состоят из молекул глюкозы, соединённых в длинные цепочки. (Напомним, что молекула обычного сахара — сахарозы — состоит из соединённых вместе молекул глюкозы и фруктозы.) Каким бы это ни казалось странным, но сладкая глюкоза в составе крахмала теряет всю свою сладость! Молекулы крахмала слишком большие, чтобы нужным образом воздействовать на вкусовые рецепторы, поэтому крахмал совершенно безвкусный.

На самом деле крахмал — вещество неоднородное и состоит из смеси амилозы и амилопектина (в картофельном крахмале — около 20% амилозы и 80% амилопектина). Молекулы амилозы — это длинные цепочки, которые обычно скручиваются в спираль. Такая цепочка может содержать от нескольких сотен до нескольких тысяч глюкозных звеньев. Молекула амилопектина имеет разветвлённое строение, а общее число звеньев глюкозы в ней может достигать десятков и сотен тысяч! В крахмальных зёрнах амилоза и ами-лопектин упакованы очень плотно: ветвистые цепочки амилопектина образуют прочный кристаллический каркас, а свободное пространство заполняют свернувшиеся в упругие клубочки молекулы амилозы.

В холодной воде крахмал не растворяется. В этом легко убедиться. Возьмём ложку крахмала и размешаем в стакане холодной воды. Сначала вода помутнеет, но, если дать ей постоять, зёрна крахмала осядут на дно.

Теперь посмотрим, что будет, если взболтанный в воде крахмал медленно нагревать. Зёрна начинают набухать, впитывая воду, но, пока температура меньше 55°С, никаких необратимых изменений не произойдёт: крахмал можно охладить и высушить — получится тот же самый белый порошок.

А вот если нагревать дальше, до 60—80°С, зёрна крахмала разбухают настолько, что при концентрации всего в 5% заполняют почти весь объём. При этом молекулы амилозы выходят из зёрен, переплетаются одна с другой, образуя трёхмерную сеть. В результате вода на наших глазах превращается в густую, вязкую субстанцию. Если её охладить, то получится гель, или, на языке кулинарных терминов, желе. И хотя этот гель на 95% состоит из воды, назвать его жидким трудно. Вода в составе геля не свободна, она «поймана» в ловушки — ячейки, образованные переплетёнными молекулами крахмала.

Дальнейшее нагревание, особенно при активном перемешивании, приведёт к разрушению гранул, да и цепочки молекул крахмала начнут рваться. В результате мы получим не кисель, а клейстер — густой, вязкий, клейкий раствор. Хозяйки знают, что кисель нельзя переваривать, поэтому обычно взбалтывают крахмал в стакане холодной воды, вливают в кипящий отвар фруктов или ягод, быстро перемешивают, а потом сразу снимают с огня. Кстати, кислота тоже приводит к разрушению молекул крахмала, по-этому сок кислых ягод добавляют в кисель в конце приготовления.

Что касается клейстера, то его можно использовать как клей для бумаги и ткани. В таком качестве крахмал применяли ещё 4000 лет до нашей эры: древние египтяне склеивали клей-стером листы папируса. А в Древнем Китае бумагу покрывали слоем рисового крахмала, чтобы предотвратить растекание чернил. Римляне в I веке нашей эры применяли крахмал не только как клей, но и при стирке белья. Крахмалили бельё и в средневековой Европе, особенно пышные рюши и кружевные воротники, а сухим крахмалом припудривали волосы.

В наше время крахмал используют практически для тех же целей, что и в далёком прошлом (ну разве что волосы не пудрят): в производстве бумаги, для отделки тканей и в пищевой промышленности. Причём не только как основу для киселя, но и как загуститель для кремов, соусов, начинок.

***

КРАХМАЛ ИЗ КАРТОФЕЛЯ СВОИМИ РУКАМИ

Возьмите пару картофелин, очистите и натрите на мелкой тёрке. Кашицу заверните в хлопчатобумажную ткань или в два слоя марли. Погрузите «мешочек» с картофельной кашицей в миску с холодной водой и как следует разомните пальцами. Крахмальные зёрна пройдут через ткань в воду. Вода при этом помутнеет. Когда крахмал осядет на дно, осторожно слейте воду. Выложите осадок на чистый лист бумаги или на ткань и дайте высохнуть. Крахмал готов!

КРАХМАЛ ПОМОГАЕТ АРХЕОЛОГАМ

У растений разных видов размер, форма, оптические и химические свойства крахмальных зёрен могут довольно сильно различаться. Зёрна крахмала сохраняются в неизменном виде тысячелетиями, и этим пользуются археологи. Если внимательно рассмотреть под микроскопом крахмальное зерно, прилипшее, например, к каменной мотыге, мельничным жерновам или глиняному черепку, то можно определить, какому растению оно принадлежало, а следовательно, узнать, что выращивали и употребляли в пищу древние люди.

КРАХМАЛ И СИЛА ТЯЖЕСТИ

Как растение определяет, где верх, а где низ? Почему корни растут в глубь земли? Определить нужное направление роста растению помогают крахмальные зёрна — статолиты, которые находятся в клетках на конце растущего корешка. Под действием силы тяжести статолиты скапливаются в нижней части клетки. Если растущий корень положить горизонтально, статолиты сместятся и укажут правильное направление роста. В результате корень изогнётся и продолжит расти вниз. А вот в невесомости растения теряют ориентацию и корни у них растут в разные стороны.

ЗАЧЕМ ПОДКРАХМАЛИВАЮТ БЕЛЬЁ?

Если выстиранное бельё погрузить в разбавленный холодной водой крахмальный клейстер, отжать, подсушить и прогладить во влажном состоянии горячим утюгом, на поверхности ткани образуется тонкая плёнка из крахмала и связанной с его молекулами воды. Подкрахмаленная ткань становится более жёсткой, лучше держит форму. Кроме того, плёнка крахмала защищает ткань от загрязнения: частички грязи не могут проникнуть к волокнам ткани, а при стирке легко смываются вместе с крахмалом.

ТАКОЙ РАЗНЫЙ КРАХМАЛ: АМИЛОЗА И АМИЛОПЕКТИН

Научно-практическая статья спикера II Международной фитнес-конвенции «Т. .Р.И.У.М.Ф.» Софьи Кирюхиной

С каждый днем сторонников правильного питания и здорового образа жизни становится все больше. Люди стали больше обращать внимание на собственное здоровье, внешний вид. Часто в сети Интернет можно встретить информацию от докторов, тренеров и фитнес моделей о том, что крахмал является причиной многочисленных болезней, связанных с нарушением обмена веществ. Люди бездумно этому верят и интересуются, в каких продуктах содержится крахмал, и стараются оградить себя от его употребления. Действительно ли крахмал так вреден?

Крахмалы с древних времен являлись наиболее часто употребляемым типом углеводов и важным источником энергии для многих людей, наши предки получали из продуктов, содержащих крахмал, множество питательных веществ и микронутриентов. Основными источниками крахмала являются бобовые, пшеница, кукуруза, рис, картофель. В настоящее время крахмал повсеместно применяют в различных отраслях пищевой промышленности (кондитерском, хлебопекарном, колбасном и др. ), чем и подтверждается актуальность данной темы. Ведь многие продукты, которые мы сегодня употребляем в пищу в том или ином виде содержат крахмал, поэтому нам необходимо разобраться, какой крахмал полезен и в каких продуктах, а когда его необходимо избегать.

Цель данной работы: проанализировать содержание крахмала в различных продуктах питания.

Крахмал состоит из молекул глюкозы и является сложным углеводом, в котором присутствуют два типа полимеров: амилоза и амилопектин, разница лишь в том, что амилопектин состоит из разветвленных молекул глюкозы имеет разветвленное строение, легко расщепляется на более мелкие части в процессе пищеварения и интенсивнее повышает уровень сахара в крови и, как следствие, уровень инсулина (преобладает в гликемических крахмалах), а амилоза состоит из линейных или слаборазветвлённых цепочек, долго переваривается (содержится в основном в устойчивых крахмалах). В зависимости от того, какой из полимеров преобладает крахмалы разделяют на гликемические, которые легко перевариваются, и резистентные.

Гликемические крахмалы расщепляются в желудочно-кишечном тракте под действием амилазы, выделяемого поджелудочной железой и, в зависимости от скорости переваривания, рассматриваются как быстро- и медленно перевариваемые. Например, быстро и полностью перевариваемым в тонком кишечнике считается картофельное пюре, так как в нем крахмал находится в желатинизированном состоянии. Медленно, но полностью перевариваемые крахмалы содержатся, например, в макаронных изделиях, особенно в приготовленных по классическому итальянскому рецепту, то есть аль-денте, это позволяют крахмалу долго растворяться в организме, постепенно переходя в глюкозу.

Самым полезным для человеческого организма является устойчивый (резистентный) крахмал. По данным исследования: потребление резистентных крахмалов улучшает ряд физиологических показателей человека: гликемический и инсулиновый индекс, липидный состав крови, увеличивает чувство насыщения. Все дело в том, что такой крахмал недоступен для ферментации в тонком кишечнике. Однако, попадая в толстый кишечник и прямую кишку, он становится доступным для ферментации, таким образом, физиологическая функциональность таких крахмалов подобна пищевым волокнам (клетчатки).

Подтверждение этому следующее, из 1 г устойчивых крахмалов тело способно извлечь только 2 ккал  — при том, что в 1 г углеводов (а крахмалы — это углеводы) всегда около 4 ккал, все потому что углеводы расщепляются до глюкозы, а устойчивый крахмал бактерии не способны расщепить до глюкозы, он расщепляется до масляной и иных короткоцепочечных жирных кислот —он превращается не в сахар, а в очень полезный жир. Тип углеводов и крахмалов, которые мы употребляем, определяет, сколько калорий мы получаем, стоит только сравнить картофельные чипсы и вареную картошку, батончик шоколада со злаками и овсянку.

Существует четыре вида резистентного крахмала:

RS1-Крахмалы, содержащиеся в продуктах, имеющих твердую волокнистую оболочку, которые не поддаются расщеплению с помощью энзимов в ЖКТ. Содержится в бобовых, цельнозерновых, семенах. Однако в консервированной фасоли и горохе почти нет резистентного крахмала.

RS2 — Крахмалы, которые ферменты пищеварительной системы человека не могут расщепить на белки, жиры и углеводы. Сюда можно отнести сырой картофель и недозрелые бананы, кукурузу, с высоким содержанием амилозы. Например, в неспелых плодах банана 4г. резистентного крахмала на 100г., который при созревании превращается в обычный.

Стоит быть аккуратнее с кукурузой, так как количество резистентного крахмала еще зависит от качества произведенный продукции и сорта. Например, в некоторых разновидностях кукурузы амилоза присутствует менее, чем на 1% (например, восковидная кукуруза).Другие виды кукурузы, напротив, содержат от 55 до 80% амилозы, но их очень редко выращивают, так как чем выше содержание амилозы, тем ниже урожайность культуры, в среднем кукуруза содержит 15-20% резистентного крахмала.

RS3- «Ретроградные» крахмалы, их особенность в том, что они при остывании меняют свою структуру и снова становятся более устойчивыми к пищеварению. Образуется в хлебе, зерновых (кукурузных хлопьях, в приготовленном и охлаждённом картофеле, холодном рисе, охлаждённых макаронах, сухариках и др.), доля резистентного крахмала в таких продуктах в незначительном количестве – не более 5%.

В различных сортах риса содержится от 0,5 до 4,5% резистентного крахмала, примерно 1 — 3,5г резистентного крахмала на 100г, неочищенном(буром) рисе 1,7 г. Консистенция сваренного риса и его глянец определяются в основном отношением «амилоза – амилопектин» в крахмале. Если рис после варки рассыпчатый то он содержит в себе высокое или среднее количество амилазы, устойчивого крахмала, а низкоамилозный рис – клейкий или полурассыпчатый. Чаще всего в круглозернистом рисе меньше амилозы, поэтому он слипается. Но в рисе можно повысить содержание резистентного крахмала, что доказал Судхаир Джеймс, студент шри-ланкийского Колледжа Химических Наук, для этого нужно — сварить рис с добавлением небольшого количества жира, например, кокосового масла, дать ему остыть и убрать на 12 часов в холодильник, эта процедура повышает содержание резистентного крахмала в рисе в 10 раз.

Рассмотрим картофель – один из главных источников резистентного крахмала, но только при правильном приготовлении, так, например, только что приготовленный картофель содержит в себе 1,6 грамма резистентного крахмала на 100г, а батат 1,8 г. Однако, приготовление и последующее охлаждение картофеля или батата приводит к почти двукратному увеличению резистентного крахмала, что составляет 5 грамм на 100 грамм продукта, почти не теряется крахмал в картофеле в процессе жарки, а вот, как отмечалось ранее, в картофельном пюре резистентного крахмала почти нет, он превращается в гликимический.

Чтобы получить максимальный эффект от устойчивых крахмалов — надо потреблять их по возможности в наименее обработанном виде, нагревание разрушает сложные крахмалы, поэтому ряд народных советов приобретают значение: замачивание или проращивание круп значительно укорачивает время их приготовления и сохраниет в целосности сложные углеводы. Только правильное приготовление и употребление продуктов, содержащих резистентный крахмал, убивает в кишечнике предраковые клетки», — говорит Джанин Хиггинс, кандидат наук, исследователь Онкологического центра при Университете Колорадо. (Правильное употребление – это при комнатной температуре или ниже).

Существует еще один вид резистентного крахмала RS4, который не встречается в природе, а производится промышленным способом.

В современном мире продукты все чаще перерабатывают, так сейчас из различных крахмалосодержащих продуктов получают крахмал с высоким содержанием амилозы или амилопектина. Например, крахмал зерновых культур может содержать от 15% до 28% амилозы, крахмал кукурузы на 75–80% состоит из амилопектина и лишь 20–25% из амилозы, крахмалы клубневых (картофель, например) содержат 17 — 22% амилозы, тогда как в крахмалах бобовых (чечевица, фасоль, нут…) её гораздо больше — от 33 до 66%.

В процессе приготовления хлебобулочных изделий используют чаще всего пшеничную муку высшего сорта для повышения качества мучных изделий, такая мука состоит почти из одного амилопектина, а значит, является «быстрым углеводом». Исследования, проведенные в Белгородском научно-исследовательском институте сельского хозяйства Россельхозакадемии и Белгородском государственном национальном исследовательском университете, установили, что готовая продукция из муки пшеницы с низким содержанием амилозы устойчива к черствению. Часто даже используют муку пшеницы вакси, особенностью которой является отсутствие в составе ее крахмала амилозы, что увеличивает сроков сохранения свежести продуктов. Особые сорта зерновых и кукурузы (waxy, восковые), а также ячменя (шведская компания Swecarb AB, торговая марка Vitargo) содержащие только амилопектин требуемого размера. Так же очень много подобного крахмала содержат в себе каши быстрого приготовления и манка.

То же касается и киселя, который изготавливается из крахмала, чаще всего картофельного или кукурузного. Крахмал в процессе приготовления киселя желатинируется, если это происходит сильнее, значит содержание амилозы ниже и тем лучше он может быть расщеплен альфа-амилазами-пищеварительными фирментами, т. е. фактически при нагревании крахмала мы получаем чистую глюкозу.

Но настоящую опасность таит в себе рафинированный и модифицированный крахмал. Он не даст организму ничего, из чего тот мог бы извлечь выгоду, именно в таком веществе наблюдается отсутствие пищевых волокон, так необходимых организму, и слишком малое количество полезных веществ, но он дает человеческому организму энергию и не перегружает ЖКТ. Модифицированные крахмалы нашли применение и в различных отраслях пищевой промышленности. Например, при производстве детского питания используют модифицированный крахмал от 3 до 6%: рисовый, кукурузный или картофельный, его изменяют для того, чтобы такой крахмал быстрее расщепился до глюкозы, и не вызывал у ребенка проблемы с пищеварением.

В России в производстве мясных продуктов используются нативные крахмалы: картофельный, пшеничный и импортный тапиоковый, структура таких крахмалов включает преимущественно полисахарид – ветвистый амилопектин, который быстро расщепляется и повышает уровень глюкозы в крови.

В спортивном питании для разных целей используют крахмал. Углвеводные напитки делают именно из амилопектина, дабы не «грузить» ЖКТ и дать возможность быстрейшему поступлению углеводов в кровоток на тренировке, такие углеводы на 70% быстрее восполняют потери гликогена (Скандинавский журнал Гастроэнтерологии (Scand. J. Gastroenterol 2000;35:1143-1149.) и Европейский журнал Прикладной Физиологии (Eur J Appl Physiol 81:346-351.) В диетологии же особенность более долгого переваривания полимеров амилозы используют наоборот для придания углеводам «долготы», т.е. более пролонгированного переваривания. Есть ухищрения эту «долготу» еще и удлинять, воздействую химическим способом. К примеру, разработан такой крахмал со сложно проговариваемым названием Гидроксипропил дистракционый фосфат, сокращенно HDP-крахмал.

В современном мире наблюдается тенденция к уменьшению употребления устойчивых крахмалов. Это объясняется широким распространением продуктов промышленной переработки, которые содержат существенно меньше данного крахмала. Люди едят чипсы вместо картофеля, овсяные батончики вместо овсяных хлопьев, бургеры вместо мяса. Минимальная норма резистентного крахмала составляет от 10грамм в сутки, но она может доходить до 50 г. Добавив в свой рацион устойчивый крахмал, уже через четыре недели можно увидеть, что чувствительность к инсулину увеличивается на 33-50 процентов( Nutrients. 2013).Устойчивые крахмалы смягчают состояние при запорах, синдроме возбудимого кишечника, язвенном колите. Исследование австралийских ученых показало, что неперевариваемый крахмал может помочь компенсировать эффект от частого употребления красного мяса, повышающего риск развития рака кишечника Результаты проведенной работы опубликованы в журнале Cancer Prevention Research). Устойчивые крахмалы помогают чувствовать сытость.

Подводя итог, хочется сказать, что устойчивый крахмал необходим нашему организму, так как он обладает многими полезными свойствами, поэтому каждому, кто заботиться о своем здоровье необходимо добавить в свой рацион: бобовые, зерновые, картофель, неспелые бананы и другие продукты, с высоким содержанием амилозы и ограничить употребление обработанных продуктов, например, злаковых батончиков. Особое внимание следует уделить процессу приготовления крахмалосодержащих продуктов, для того чтобы в процессе обработки не потерять самый ценный для нашего организма резистентный крахмал.

5.1: Крахмал и целлюлоза — Химия LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Полисахариды являются наиболее распространенными углеводами в природе и выполняют множество функций, таких как накопление энергии или компоненты клеточных стенок растений. Полисахариды представляют собой очень крупные полимеры, состоящие из десятков и тысяч моносахаридов, соединенных вместе гликозидными связями. Тремя наиболее распространенными полисахаридами являются крахмал, гликоген и целлюлоза. Эти три называются гомополимеров , потому что каждый из них дает только один тип моносахаридов (глюкозу) после полного гидролиза. Гетерополимеры могут содержать сахарные кислоты, аминосахара или неуглеводные вещества помимо моносахаридов. Гетерополимеры широко распространены в природе (камеди, пектины и другие вещества), но в данном учебнике они рассматриваться не будут. Полисахариды представляют собой невосстанавливающие углеводы, не имеют сладкого вкуса и не подвергаются мутаротации.

Крахмал

Крахмал является наиболее важным источником углеводов в рационе человека и составляет более 50% потребляемых нами углеводов. Он встречается в растениях в виде гранул, особенно много их в семенах (особенно в зернах злаков) и клубнях, где они служат запасной формой углеводов. Расщепление крахмала до глюкозы питает растение в периоды снижения фотосинтетической активности. Мы часто думаем о картофеле как о «крахмалистом» продукте, однако другие растения содержат гораздо больший процент крахмала (картофель 15%, пшеница 55%, кукуруза 65% и рис 75%). Крахмал технический представляет собой белый порошок.

Крахмал представляет собой смесь двух полимеров: амилозы и амилопектина. Природные крахмалы состоят примерно на 10-30% из амилазы и на 70-90% из амилопектина. Амилоза представляет собой линейный полисахарид, полностью состоящий из звеньев D-глюкозы, соединенных α-1,4-гликозидными связями, которые мы видели в мальтозе (часть (а) рис. 5.1.1). Экспериментальные данные показывают, что амилоза не является прямой цепью глюкозных звеньев, а скручена как пружина с шестью глюкозными мономерами на виток (часть (b) рис. 5.1.1). Свернутая таким образом, амилоза имеет достаточно места в своем ядре для размещения молекулы йода. Характерная сине-фиолетовая окраска, появляющаяся при обработке крахмала йодом, обусловлена ​​образованием амилозо-йодного комплекса. Этот цветовой тест достаточно чувствителен, чтобы обнаруживать даже незначительное количество крахмала в растворе.

Рисунок 5.1.1: Амилоза. (а) Амилоза представляет собой линейную цепь звеньев α-D-глюкозы, соединенных друг с другом α-1,4-гликозидными связями. (б) Из-за водородных связей амилоза приобретает спиральную структуру, состоящую из шести звеньев глюкозы на виток.

Амилопектин представляет собой полисахарид с разветвленной цепью, состоящий из единиц глюкозы, связанных в основном α-1,4-гликозидными связями, но иногда с α-1,6-гликозидными связями, которые ответственны за разветвление. Молекула амилопектина может содержать многие тысячи глюкозных звеньев с точками ветвления примерно через каждые 25–30 звеньев (рис. 5.1.2). Спиралевидная структура амилопектина нарушается разветвлением цепи, поэтому вместо сине-фиолетового цвета, который амилоза придает йоду, амилопектин дает менее интенсивный красновато-коричневый цвет.

Рисунок 5.1.2 : Представление ветвления амилопектина и гликогена. И амилопектин, и гликоген содержат точки ветвления, которые связаны α-1,6-связями. Эти точки ветвления чаще встречаются в гликогене.

Декстрины представляют собой полисахариды глюкозы среднего размера. Блеск и жесткость, придаваемые одежде крахмалом, обусловлены наличием декстринов, образующихся при глажке одежды. Из-за характерной липкости при смачивании декстрины применяют в качестве клея на марках, конвертах и ​​этикетках; в качестве связующего для скрепления пилюль и таблеток; и как пасты. Декстрины усваиваются легче, чем крахмал, и поэтому широко используются в коммерческом приготовлении детского питания.

Полный гидролиз крахмала дает на последовательных стадиях глюкозу:

крахмал → декстрины → мальтоза → глюкоза

В организме человека несколько ферментов, известных под общим названием амилазы, последовательно расщепляют крахмал до пригодных для использования единиц глюкозы.

Гликоген

Гликоген – энергетический резервный углевод животных. Практически все клетки млекопитающих содержат некоторое количество запасных углеводов в виде гликогена, но особенно много его в печени (4-8% от массы ткани) и в клетках скелетных мышц (0,5-1,0%). Подобно крахмалу в растениях, гликоген находится в виде гранул в клетках печени и мышц. При голодании животные используют эти запасы гликогена в течение первого дня без пищи, чтобы получить глюкозу, необходимую для поддержания метаболического баланса.

Примечание

Около 70% всего гликогена в организме хранится в мышечных клетках. Хотя процент гликогена (по весу) выше в печени, гораздо большая масса скелетных мышц хранит большее общее количество гликогена.

Гликоген структурно очень похож на амилопектин, хотя гликоген более разветвлен (8–12 единиц глюкозы между ветвями), а ветви короче. При обработке йодом гликоген дает красновато-коричневый цвет. Гликоген может быть расщеплен на субъединицы D-глюкозы путем кислотного гидролиза или с помощью тех же ферментов, которые катализируют расщепление крахмала. У животных фермент фосфорилаза катализирует расщепление гликогена до фосфатных эфиров глюкозы.

Целлюлоза

Целлюлоза, волокнистый углевод, содержащийся во всех растениях, является структурным компонентом клеточных стенок растений. Поскольку земля покрыта растительностью, целлюлоза является самым распространенным из всех углеводов, на ее долю приходится более 50% всего углерода, содержащегося в растительном царстве. Хлопковые волокна и фильтровальная бумага почти полностью состоят из целлюлозы (около 95%), древесина состоит примерно на 50% из целлюлозы, а сухая масса листьев составляет примерно 10–20% целлюлозы. Наиболее широко целлюлоза используется в производстве бумаги и бумажных изделий. Хотя использование нецеллюлозных синтетических волокон увеличивается, вискоза (изготовленная из целлюлозы) и хлопок по-прежнему составляют более 70% текстильного производства.

Подобно амилозе, целлюлоза представляет собой линейный полимер глюкозы. Однако он отличается тем, что единицы глюкозы соединены β-1,4-гликозидными связями, образуя более протяженную структуру, чем амилоза (часть (а) на рис. 5.1.3). Эта крайняя линейность позволяет образовывать большое количество водородных связей между ОН-группами на соседних цепях, заставляя их плотно упаковываться в волокна (часть (b) рис. 5.1.3). В результате целлюлоза мало взаимодействует с водой или любым другим растворителем. Хлопок и древесина, например, совершенно нерастворимы в воде и обладают значительной механической прочностью. Поскольку целлюлоза не имеет спиральной структуры, она не связывается с йодом с образованием окрашенного продукта.

Рисунок 5.1.3 : Целлюлоза. а) В структуре целлюлозы имеются обширные водородные связи. (б) На этой электронной микрофотографии клеточной стенки водоросли стенка состоит из последовательных слоев целлюлозных волокон, расположенных параллельно.

Целлюлоза дает D-глюкозу после полного кислотного гидролиза, однако люди не способны метаболизировать целлюлозу как источник глюкозы. В наших пищеварительных соках отсутствуют ферменты, которые могут гидролизовать β-гликозидные связи, содержащиеся в целлюлозе, поэтому, хотя мы можем есть картофель, мы не можем есть траву. Однако некоторые микроорганизмы могут переваривать целлюлозу, поскольку они вырабатывают фермент целлюлазу, катализирующую гидролиз целлюлозы. Присутствие этих микроорганизмов в пищеварительном тракте травоядных животных (таких как коровы, лошади и овцы) позволяет этим животным расщеплять целлюлозу из растительного материала до глюкозы для получения энергии. Термиты также содержат микроорганизмы, выделяющие целлюлазу, и поэтому могут питаться древесной пищей. Этот пример еще раз демонстрирует крайнюю стереоспецифичность биохимических процессов.

5.1: «Крахмал и целлюлоза» распространяется по незаявленной лицензии, автором, ремиксом и/или куратором является LibreTexts.

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или Страница

   Показать страницу TOC

   № на стр.

2. Теги

   1. целлюлоза
   2. крахмал

Крахмал Определение и примеры — Биологический онлайн-словарь

Крахмал

сущ. , множественное число: крахмал, крахмалы

[stɑɹtʃ]

Определение: полисахаридный углевод, состоящий из глюкозы

Содержание

Крахмал Определение

Крахмал представляет собой полисахарид (C ₆ H ₁₀ O ₅ )n, состоящий из большого количества глюкозо-монодимерных связей, соединенных друг с другом глюкозо-монодимерами. Это происходит особенно в семенах, луковицах и клубнях. Он принадлежит к группе углеводов, представляющих собой органические соединения, состоящие из углерода, водорода и кислорода, обычно в соотношении 1:2:1. Углеводы являются одним из основных классов биомолекул.

В качестве питательных веществ углеводы можно разделить на две основные группы: простые углеводы и сложные углеводы . Простые углеводы , иногда называемые просто сахаром , состоят из одного или двух остатков сахаридов. Они легко усваиваются и служат быстрым источником энергии. Сложные углеводы (такие как целлюлоза , крахмал , хитин и гликоген ) требуют больше времени для переваривания и метаболизма. Они часто богаты клетчаткой и, в отличие от простых углеводов, с меньшей вероятностью вызывают скачки уровня сахара в крови. Гликоген, в частности, хранится в печени для быстрого доступа к энергии, так как он сжигается раньше, чем жир.

Etymology

• Old English stearc (“stark, strong, rough”)

Chemical Formula

• (C ₆ H ₁₀ O ₅ ) _n

Сравнить

• гликоген

Считается, что его используют при приготовлении пищи, например, при приготовлении хлеба и каш. Эта гипотеза основана на каменных орудиях, обнаруженных в древних пещерах. Инструменты, вероятно, использовались для соскребания и измельчения зерен крахмала с дикого сорго.

Это наблюдение привело ученых к предположению, что включение крахмала в рацион доисторических людей в африканских саваннах и лесах улучшило качество рациона. Переработка зерна в основной продукт питания ознаменовала изменение доисторического рациона и считается решающим шагом в эволюции человека. (Ссылка 1) Слово «крахмал» может происходить от древнеанглийского stearc («твердый, сильный, грубый»), который, в свою очередь, может иметь германское происхождение, то есть starchī , что означает «сильный».

Характеристики

Крахмал представляет собой сложный полисахарид, состоящий из большого количества единиц глюкозы, соединенных гликозидными связями. Это белый порошок без вкуса и запаха. Он имеет переменную молярную массу. Нерастворим в спирте и в холодной воде. Его химическая формула (C ₆ H ₁₀ O ₅ ) _n . Два типа молекул составляют чистый крахмал: амилоза и амилопектин . И амилоза, и амилопектин являются полисахаридами, состоящими из остатков глюкозы. Они различаются по структуре: амилоза представляет собой линейную цепь молекул глюкозы , соединенных α-(1,4) гликозидными связями, тогда как амилопектин представляет собой разветвленную цепь молекул глюкозы , связанных линейно α-(1,4) гликозидными связями. и α-(1,6) связи с интервалами от 24 до 30 субъединиц глюкозы. Поскольку крахмал представляет собой полисахарид, состоящий в основном из D-глюкозы, он, следовательно, принадлежит к группе α-глюканы .

Амилопектин лучше растворим в воде и легче усваивается, чем амилоза. Его растворимость обусловлена ​​множеством конечных точек, которые могут образовывать водородные связи с водой. Обычно крахмал содержит 75-80% амилопектина и 20-25% амилозы по весу.

Синтез дегидратации

Химический процесс соединения моносахаридных звеньев называется синтезом дегидратации , так как он приводит к выделению воды в качестве побочного продукта. Крахмал получают дегидратационным синтезом. Растения хранят глюкозу, которая не используется в качестве крахмала. Сначала глюкоза фосфорилируется в глюкозо-1-фосфат . Гранулы крахмала хранятся внутри амилопластов , расположенных внутри клеток различных органов растений. Гранулы крахмала можно найти в плодах , семенах , клубнях и корневищах . Маргаритки, подсолнухи и топинамбур являются примерами растений, которые запасают инулин (который является фруктаном) вместо крахмала.

Разложение

Расщепление крахмала в растениях происходит естественным образом ночью. Фермент глюканвододикиназа фосфорилирует крахмал, особенно по С-6 одного из остатков глюкозы. Затем другой фермент ( фосфоглюкан-вододикиназа ) фосфорилирует остаток глюкозы в положении С-3. После фосфорилирования расщепляющие ферменты теперь могут воздействовать на крахмал, высвобождая простые сахара. Например, бета-амилаза высвобождает два остатка глюкозы в виде мальтозы . Другим разлагающим ферментом является диспропорционирующий фермент -1 , который в конце процесса разложения высвобождает глюкозу. Разложение крахмала приводит главным образом к образованию мальтозы и меньшего количества глюкозы. Затем эти простые сахара будут перемещены из пластиды в цитозоль с помощью транспортеров: транспортер мальтозы для мальтозы и пластидный транспортер глюкозы для глюкозы. Позже они могут быть использованы в качестве субстрата для биосинтеза сахарозы, которая необходима для митохондриального окислительного пути пентозы , который генерирует АТФ ночью. (Ref.2)

Гидролиз

Гидролиз – это процесс превращения полисахарида, такого как крахмал, в простые компоненты сахара. Процесс превращения полисахаридов в моносахариды, в частности, называется осахаривание . В организме человека сложные углеводы, такие как крахмал, перевариваются в результате ряда ферментативных реакций. Этими ферментами являются слюнная амилаза , панкреатическая амилаза и мальтаза . Амилаза слюны действует на крахмал и расщепляет его до мальтозы . Когда частично переваренные углеводы достигают тонкой кишки, поджелудочная железа выделяет панкреатический сок, который включает панкреатическую амилазу . Этот фермент воздействует на частично переваренные углеводы, расщепляя их на простые сахара. Щеточная кайма тонкой кишки высвобождает пищеварительные ферменты, такие как изомальтаза , мальтаза , сахараза и лактаза . Изомальтаза переваривает полисахариды в альфа-1-6-связях и превращает альфа-предельный декстрин в мальтозу. Мальтаза расщепляет мальтозу (дисахарид) на две единицы глюкозы. Сахараза и лактаза расщепляют сахарозу и лактозу до моносахаридов соответственно. Эпителиальные клетки ( энтероциты ) на щеточной кайме тонкой кишки поглощают моносахариды и затем выделяют их в капилляры. Затем простые сахара транспортируются из кровотока в клетки других тканей, особенно в печень. Глюкоза в крови может использоваться организмом для производства АТФ. В противном случае он транспортируется в печень вместе с галактозой и фруктозой (которые в значительной степени превращаются в глюкозу) для хранения в виде гликогена.

Резистентный крахмал

Резистентный крахмал представляет собой форму крахмала, которая сопротивляется перевариванию в тонком кишечнике человека. Это также пищевые волокна . Вместо этого он метаболизируется в толстой кишке микробиотой толстой кишки. Микробы в толстой кишке ферментируют его и производят побочные продукты метаболизма, такие как газы и жирные кислоты с короткой цепью. Короткоцепочечные жирные кислоты, в частности, усваиваются и приносят пользу для здоровья человеческого организма. Ферментация резистентного крахмала также способствует росту полезных бактерий.

Растительный крахмал в сравнении с животным крахмалом

Животный крахмал не является крахмалом per se . Он относится к составной части гликогена животного из-за сходства структуры и состава амилопектина. В то время как растения запасают избыточную глюкозу в виде крахмала, животные также делают это в форме гликогена . Гликоген представляет собой разветвленный полимер глюкозы, который в основном вырабатывается в клетках печени и мышц и функционирует как вторичное долговременное хранилище энергии в клетках животных. Подобно крахмалу, гликоген представляет собой сложный углевод, который в основном служит запасным углеводом. Отличие амилопектина растений от амилопектина животных состоит в том, что последний имеет более обширное разветвление на каждые 8—12 единиц глюкозы.

Биологическое значение

Все семена и клубни растений содержат крахмал, который преимущественно присутствует в виде амилозы и амилопектина. Растения используют крахмал как способ хранения избытка глюкозы и, таким образом, также используют крахмал в качестве пищи посредством митохондриального окислительного фосфорилирования ночью или когда фотосинтез маловероятен. Растения хранят избыток крахмала в амилопластах, которые представляют собой лейкопласты, которые функционируют в основном для хранения гранул крахмала посредством полимеризации глюкозы и преобразования этих запасов обратно в более простые сахара (например, мальтозу и глюкозу), особенно когда свет недоступен. Хлоропласты, пигментированные органеллы, участвующие в основном в фотосинтезе, также способны запасать крахмал.

Животные не запасают избыточную глюкозу в виде крахмала; они хранят их в виде гликогена. Однако некоторые животные питаются крахмалистой пищей.
Dietary starch is present in many staple foods, such as maize , rice , wheat , potatoes , cassava , barley , rye , taro , yams , etc . Он также присутствует в различных пищевых продуктах, таких как крупы , лапша , блины , хлеб , макароны , и т.д. . Крахмал обеспечивает около 4,2 килокалории на грамм. У людей крахмал может служить основным источником глюкозы. Глюкоза необходима, так как она участвует в общем обмене веществ, т.е. гликолиз (для синтеза энергии), гликогенез (для синтеза гликогена), пентозофосфатный путь (для синтеза пентоз и НАДФН для использования в синтезе нуклеиновых кислот и синтезе липидов соответственно).
Крахмал имеет множество коммерческих применений, например, в производстве бумаги, в качестве продукта питания, при производстве товарного виноградного сахара, для придания жесткости белью в прачечных, при изготовлении пасты, в полиграфической промышленности, при производстве водорода и т. д.

Опасность для здоровья

Слишком много крахмала в рационе связано с кариесом , ожирением и сахарным диабетом . Крахмал (особенно приготовленный и содержащийся в обработанных пищевых продуктах) может вызывать скачки уровня глюкозы в крови после еды. Таким образом, потребление крахмала рекомендуется в умеренных количествах. лица с глютеновая болезнь и врожденный дефицит сахаразы-изомальтазы может потребоваться избегать крахмалистых продуктов. (Ref.3)

Попробуйте ответить на приведенный ниже тест, чтобы проверить, что вы уже узнали о крахмале.

Викторина

Выберите лучший ответ.