Где содержится крахмал в растениях: Крахмал содержащие растения и их применение (Таблица)

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.

Крахмал……. Кулинарные статьи и лайфхаки | 12.11.2010

АнэтРэми

12 ноября 2010

Крахма́л — полисахариды амилозы и амилопектина, мономером которых является альфа-глюкоза. Формула крахмала:(C6h20O5)n. Крахмал, синтезируемый разными растениями в хлоропластах, под действием света при фотосинтезе, несколько различается по структуре зёрен, степени полимеризации молекул, строению полимерных цепей и физико-химическим свойствам.

В желудочном тракте человека и животного крахмал поддаётся гидролизу и превращается в глюкозу, которая усваивается организмом. Промежуточными продуктами гидролиза крахмала являются декстрины.

Крахмал, как пищевая добавка, используется для загущения многих пищевых продуктов, приготовления киселей, заправок и соусов.
Крахмал, являясь одним из продуктов фотосинтеза, широко распространен в природе. Для растений он является запасом питательных веществ и содержится в основном в плодах, семенах и клубнях. Наиболее богато крахмалом зерно злаковых растений: риса (до 86 %), пшеницы (до 75 %), кукурузы (до 72 %), а также клубни картофеля (до 24 %).
Для организма человека крахмал наряду с сахарозой служит основным поставщиком углеводов — одного из важнейших компонентов пищи. Под действием ферментов крахмал гидролизуется до глюкозы, которая окисляется в клетках до углекислого газа и воды с выделением энергии, необходимой для функционирования живого организма.

Калорийность 100г крахмала 350 ккал. В клетках растений крахмал находится в виде плотных образований, называемых крахмальными зернами. Крахмальные зерна разных растений характеризуются определенной формой, строением, размерами. По этим признакам можно установить вид крахмала.

Как наш организм перерабатывает крахмал:
В организме человека крахмал сырых растений постепенно распадается в пищеварительном тракте, при этом распад начинается еще во рту. Слюна во рту частично превращает его в мальтозу. Вот почему хорошее пережевывание пищи и смачивание ее слюной имеет исключительно важное значение (помните правило — не пить во время еды). В кишечнике мальтоза гидролизируется до моносахаридов, которые проникают через стенки кишечника. Там они превращаются в фосфаты и в таком виде поступают в кровь. Дальнейший их путь — это путь моносахарида, конечный результат-глюкоза.

А вот о вареном крахмале отзывы у ведущих натуропатов Уокера и Шелтона отрицательны. Вот что говорит Уокер: «Молекула крахмала нерастворима ни в воде, ни в спирте, ни в эфире. Эти нерастворимые частицы крахмала, попадая в систему кровообращения, как бы засоряют кровь, прибавляя в нее своеобразную „крупу». Кровь в процессе циркуляции имеет тенденцию освобождаться от этой крупы, устраивая для нее складное место. Когда потребляется пища, богатая крахмалами, особенно белая мука, вследствие этого твердеют ткани печени»

Возьмем учебник для мединститутов «Гигиена питания» (М., Медицина, 1982 г.) К. С. Петровского и В. Д. Войханена и почитаем раздел о крахмале (стр. 74). «В пищевых рационах человека на долю крахмала приходится около 80% общего количества потребляемых углеводов. Крахмал по химическому строению состоит из большого числа молекул моносахаридов. Сложность строения молекул полисахаридов является причиной их НЕРАСТВОРИМОСТИ. Крахмал обладает только свойством коллоидной растворимости. Ни в
одном из обычных растворителей он не растворяется. Изучение коллоидных растворов крахмала показало, что раствор его состоит не из отдельных молекул крахмала, а их первичных частиц — мицелл, включающих большое количество молекул . В крахмале находятся две фракции полисахаридов — амилоза и амилопектин, резко различающиеся по свойствам.

Амилозы
в крахмале 15—25%. Она растворяется в горячей воде (80 °С), образуя прозрачный коллоидный раствор. Амилопектин составляет 75—85% крахмального зерна. В горячей воде он не растворяется, а лишь подвергается набуханию (требуя для этого жидкость из организма). Таким образом, при воздействии на крахмал горячей воды образуется раствор амилозы, который сгущен набухшим амилопектином. Полученная густая вязкая масса носит название клейстера (эта же картина наблюдается в нашем желудочно-кишечном тракте. И чем из более тонкого помола сделан хлеб, тем качественнее клейстер. Клейстер забивает микро-ворсинки 12-перстной и нижележащие отделы тонкой кишки, выключая их из пищеварения. В толстом кишечнике эта масса, обезвоживаясь, «прикипает» к стенке толстой кишки, образуя каловый камень).


Есть или не есть?
Так что же теперь вообще отказаться от крахмалосодержащих продуктов? Большинство книг, посвященных проблемам питания, обращает внимание на важность крахмала как источника энергии. Крахмал — это важная составная традиционного питания. Значительная часть всей мировой сельскохозяйственной продукции, производимой для нужд человека и животных, состоит из продуктов, содержащих крахмал. Совсем отказываться от крахмалосодержащих продуктов не надо, точнее даже важно чтобы они были
в рационе. Но! Их должно быть не более 20 процентов от всей пищи, а не 80-90, как это принято сейчас. Кроме того правильное потребление крахмалосодержащих продуктов требует понимания некоторых моментов:

1. Крахмалы хорошо сочетаются между собой и очень плохо сочетаются с другими продуктами.
2. Лучше всего сочетать крахмалы с салатами из сырых овощей
3. Крахмалы лучше перевариваются когда в организме достаточно витаминов группы В
4. Термически обработанные крахмалистые продукты усваиваются тяжелее сырых.
В производстве каких продуктов питания применяется крахмал ( в данном случае он термически обработан, т.е. тяжело усваивается и выводится):

• кондитерская промышленность (лакричные конфеты, ликерные конфеты т.д….)
• выпечные изделия (кондитерский крем, наполнители, глазурь и т. д. ..)
• пищевые полуфабрикаты для быстрого приготовления
• молочные продукты ( йогурты, десерты)
• быстрорастворимые десерты
• консервы
• формованные закуски
• мороженое
• замороженные продукты
• мясные и рыбные продукты
• заменители жира
• напитки
• лапша
• растворимые супы, сухие супы
• глазированные орехи
• крекеры

Содержание крахмала в % в некоторых продуктах питания:

• Белый рис 78
• Цельный рис 75
• Просо 69
• Маис/кукуруза 65
• Овес 61
• Пшеница 60
• Ячмень 58
• Рожь 54
Овощи с большим содержанием крахмала
• Хрустящий картофель (чипсы) 53
• Kартофель фри 35
• Картофельные крокеты 20
• Сырой картофель 15. 4
• Вареный картофель 14
• Хрен 11.7
• Имбирь 11.2
• Картофельное пюре 11
Продукты с низким содержанием крахмала
• Чеснок
• тыква
• горох
• артишок
• кольраби
• цикорий, спаржа
• капуста, грибы, эндивий
• зеленый и красный перец
• петрушка
• редис
• шпинат
• пастернак.
Oвощи и растения, не содержащие крахмал:

Лук, кервель, огурец, корнишон, брюква, портулак, турнепс, ревень, красная капуста, белая капуста, козлобородник, салат-латук, брюссельская капуста, помидоры, кресс-салат, валерианица овощная, укроп, кресс водяной, баклажан, цветная капуста, брокколи, морковь, шнитт-лук, одуванчик, крапива, лук-порей, лук-шалот, щавель.

В последнее время все чаще можно услышать вопрос: «А этот крахмал не модифицированный?». Потребитель, пришедший в магазин, может отказаться от покупки продукта из-за надписи на упаковке, свидетельствующей о том, что в состав продукта входит модифицированный крахмал! Как ни печально это сознавать, но многие производители, не говоря уже о покупателях, отождествляют понятия «модифицированный крахмал» и «крахмал, полученный из генетически модифицированного сырья», а ведь это абсолютно разные термины.

Использование крахмалов в мясной промышленности обусловлено тем, что очень часто предприятиям отрасли приходится перерабатывать мясо, имеющее неудовлетворительные функциональные характеристики – подвергавшееся длительному хранению в замороженном состоянии и имеющее низкую водосвязывающую способность (ВСС), а также мясо, содержащее большое количество соединительной ткани. Кроме того, на рынке мясопродуктов очень велика доля продукции эконом-класса, для производства которой крахмал оказывается одним из самых незаменимых ингредиентов, так как стоимость крахмала в 3-3,5 раза ниже, чем говядины 2 сорта и в 2 раза ниже, чем соевого изолята. Использование крахмала наиболее эффективно в технологии низкосортных колбас, для связывания свободной влаги, выделяющейся после нагрева, но оно ограничено 10% к массе сырья.

основных способов модификации крахмала четыре – физический, химический, биохимический или комбинированный способ. Меж тем в мире производятся десятки видов модифицированных крахмалов, которые используются при производстве пищевых продуктов, как в чистом виде, так и в составе многокомпонентных функциональных добавок.

Чаще всего для производства мясопродуктов применяют следующие модификации:

E-1404 – окисленные крахмалы;
E-1412 – дикрахмалфосфат, этерифицированный тринатрийфосфатом или хлорокисью фосфора;
E-1414 – ацетилированный дикрахмалфосфат;
E-1420 – ацетатный крахмал, этерифицированный уксусным ангидридом;
E-1422 – ацетилированный дикрахмаладипат.

Для производства этих продуктов используют:

а) окислители (например, перманганат калия), которые местами расщепляют крахмальные цепочки, и после реакции удаляются из раствора;
б) натриевую соль триметафосфорной кислоты и фосфороксихлорид;
в) ангидрид адипиновой кислоты;
г) ангидрид уксусной кислоты.


Вещества из пп. б) и в) используются для перекрестного связывания полимерных цепей крахмала, а уксусный ангидрид (г) – для этерификации (стабилизации) полисахаридов крахмала с образованием простых и сложных эфиров. Данные вещества в крахмалах химически связаны и находятся в микроскопических количествах, так что они не могут нанести вреда здоровью человека (4).

Окисленные крахмалы получают в результате обработки крахмалов окисляющими агентами (пероксид водорода, перманганат калия и др.), в результате чего образуются более короткие молекулярные цепи. Такие крахмалы обладают повышенной прозрачностью раствора, но пониженной вязкостью, а также высокой стабильностью.

Крахмалы, модифицированные кислотами (жидкокипящие), получают при нагревании водных растворов крахмалов с соляной, ортофосфорной, серной кислотами при температуре, не превышающей точку клейстеризации. Отличительной особенностью таких крахмалов является то, что их клейстеризованные растворы в нагретом состоянии имеют значительно меньшую вязкость, чем у обычных крахмалов. Вместе с тем после охлаждения их растворы образуют прочные студни.

Фосфатирование крахмала позволяет получать клейстеры с повышенной устойчивостью к перемешиванию, низким значениям рН, хранению, замораживанию-оттаиванию.

Ацетилирование крахмала снижает вязкость его клейстеров, но повышает их стабильность и пленкообразующую способность. Такие крахмалы применяют как структурообразователи, загустители.
Как видно из написанного выше, модифицированные крахмалы не имеют никакого отношения к генной инженерии. Правда, и модифицированный, и обычный крахмал зарубежных производителей (в России генетически модифицированных растений пока не выращивают) может быть получен из картофеля или кукурузы, в которые введен ген инсектицидного белка (Bt-токсина), убивающего насекомых-вредителей и абсолютно безопасного для животных и человека. Но даже в странах с самым строгими по отношению к ГМО законами, к которым относится и Россия (6), маркировка такого крахмала до недавнего времени не требовалась.

Несмотря на это, особенно из-за разгоревшейся в последнее время в России кампании борьбы против ГМО, и у потребителей, и у пищевиков наличие в составе продуктов генетически модифицированных компонентов вызывает опасения.

Специально для тех читателей, которые не верят в общеизвестные, подтвержденные авторитетными международными организациями данные о безопасности разрешенных к применению ГМО следует пояснить, что даже самые активные противники генетически модифицированных растений не в силах найти каких-либо аргументов против очевидного факта: крахмал (а также сахар и рафинированные растительные масла), полученные из ГМО, не могут представлять даже теоретической опасности для потребителей, поскольку если они и содержат белки и ДНК, то лишь в следовых количествах.

Ни в самом крахмале, даже полученном из генно-модифицированного сырья, ни в продуктах, содержащих крахмал, не остается ничего «генетически модифицированного». Таким образом, крахмал, модифицированный он или нет, и независимо от источника его получения, гарантированно не нанесет вреда вашему здоровью. По крайней мере не более, чем природный.

Учитывая то, что крахмал является сложным углеводом, я стараюсь не сочетать крахмалосодержащие продукты ( каши, бобовые, картофель) с мясом. Ведь мясо также тяжело перерабатывается организмом (особенно мясо скота). Дело в том, что попадая в человеческий организм крахмалы и сложные белки и жиры, которые содержатся в мясе, начинают забивать друг друга и очень сильно перегружают организм. Но не всегда, конечно, получается отказаться от мяска с картошечкой. Главное не забивать этим организм каждый день. Но это уже из области раздельного питания, которого я стараюсь, по возможности, придерживаться. А есть или не есть – выбор, конечно же, за Вами.

Подписывайтесь на наш канал в «Дзен»!

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

В маленьком мире крахмальных зерен, чем больше, тем лучше

Изображение крахмальных зерен, полученное с помощью поляризованного микроскопа. Фото: Крис Томас, Milton Contact.

Майкл Мозди

Крахмальные зерна представляют собой крошечные структуры, образуемые большинством растений в результате фотосинтеза. По сути, крахмальное зерно представляет собой хорошо упакованное хранилище единиц сахара-глюкозы. Многие растения хранят зерна крахмала в подземных органах, таких как корни, луковицы, клубни и корневища, а также в их семенах и стеблях. Крахмал является наиболее распространенным источником энергии в нашем рационе сегодня, когда он потребляется в виде картофеля, пшеницы, кукурузы и риса. В доисторические времена это также было верно. (Прочитайте «Хорошие новости об углеводах», чтобы более подробно ознакомиться с археоботаниками и их изучением древних диет).

Крахмальные зерна важны для археологов, поскольку они удивительно стабильны и эластичны в течение длительного периода времени. Они сохраняются на древних артефактах и ​​в археологических записях, тогда как другие биологические структуры (пыльца, семена, плоды и т. д.) могут не сохраняться.

Лисбет Лоудербак, куратор отдела археологии NHMU и доцент антропологии Университета Университета, опубликовала статью в июне 2016 года после проведения обширной работы над крахмальными зернами со своими коллегами Николь Херцог и Брюсом Павликом. Они исследовали четыре крахмалистых растения с подземными запасающими органами, встречавшиеся в рационе доисторических людей на американском Западе: картофель «Четыре угла», лилию желтую лавину, лилию сего и рябчик желтый. В статье они описывают, почему требуется большой размер образца археологических зерен крахмала, чтобы а) провести надежную таксономическую идентификацию растения и б) определить уникальные особенности зерна.

Чтобы понять их выводы, мы должны погрузиться в мир биологии крахмала.

Очень маленький

«Знаете, когда вы нарезаете картошку, на ноже остается липкий белый налет? Это миллиарды крахмальных зерен», — объясняет Лоудербек. Хотя мы можем видеть это белое пятно (и чувствовать липкую текстуру), настоящие зерна очень маленькие. На самом деле они микроскопические: всего около 20 микрон (мкм) в длину (микрон, или микрометр, составляет одну миллионную часть метра — сравните с миллиметром, который составляет одну тысячную метра). Чтобы представить это в перспективе, эритроцит имеет 9микрон в поперечнике, клетка печени — 20 микрон, а клетка кожи еще больше — 30 микрон.

Основные характеристики

При правильном микроскопировании эти маленькие ребята выглядят чем-то средним между медиатором и летающей тарелкой. Louderback использует несколько типов методов микроскопии. Под сканирующим электронным микроскопом они имеют матовую поверхность и общий эффект лунного пейзажа. Однако при использовании микроскопа в проходящем свете можно увидеть еще несколько особенностей крахмальных зерен.

Слева : Крахмальное зерно под сканирующим электронным микроскопом. Справа : снимок в просвечивающем микроскопе. Фотографии: Lisbeth Louderback

У всех крахмальных зерен есть ворот, вокруг которого откладываются слои белка. У клубней, луковиц и корневищ рубчик часто смещен от центра, а кольца роста отходят наружу от рубчика. Из-за этого смещенного от центра воротца они могут иметь форму «гитарного медиатора».

«На самом деле, называть их гитарным медиатором немного неуместно, — поправляет Лоудербек. — Медиаторы плоские и двухмерные, а зерна крахмала сферические или эллиптические и трехмерные, больше похожие на слезинку». Другие крахмальные зерна, такие как зерна трав и злаков, имеют центрированный рубчик и могут быть идеально круглой формы.0028

Годовые кольца показывают, как собраны зерна. Основной единицей является продукт фотосинтеза глюкоза. Глюкоза — это простой сахар, который может быть связан вместе в два типа крахмальных цепей: амилозу и амилопектин. Амилоза представляет собой довольно неразветвленную и линейную цепь, а амилопектин может быть разветвленным и содержать до ста тысяч единиц глюкозы. Цепи амилопектина имеют форму двойной спирали (не путать с самой известной двойной спиралью — ДНК). Пластинки (по сути, слои) амилозы и амилопектина упакованы вместе в каждое кольцо, сложная трехмерная структура которого до сих пор полностью не изучена. Кольца расположены так плотно и так равномерно, что зерна имеют почти кристаллическую структуру. Собираетесь в путешествие в ближайшее время? Думайте о крахмале как о лучшем упаковщике природы.

Плотность крахмала приводит к одной из наиболее интересных коэволюционных историй: чтобы люди действительно получили питательную пользу от крахмала, нам нужно применить тепло и распутать это концентрированное ядро ​​свернутой глюкозы. Таким образом, только после открытия огня для приготовления пищи люди смогут по-настоящему извлечь выгоду из углеводов.

Назад к характеристикам крахмального зерна: одной из основных отличительных характеристик крахмального зерна является наличие двулучепреломляющих структур. Двойное лучепреломление — это свойство некоторых материалов разделять свет за счет поляризации на два разных луча. Датский ученый впервые заметил его в кристалле кальцита еще в 1669 году.. Как ни странно, когда вы включаете фильтр поляризованного света в проходящем свете, у зерен крахмала появляется характерный набор «рук» и «ножек», которые сходятся в воротах. Это называется крестом вымирания, и он имеет вид «X, обозначающий пятно», когда рубчик находится в центре, но, на мой взгляд, он имеет сверхъестественное сходство с хромосомой в некоторых крахмальных зернах со смещенным центром рубца (хотя они полностью не связанные).

Слева : Двулучепреломление в кристалле кальцита, фото: APN MJM / wikipedia. Центр : Двулучепреломление в зернах крахмала (крест вымирания), фото: Лисбет Лоудербак. Справа : хромосомы человека, фото: Russell Kenny / flickr

Последняя особенность, важная для исследования Лоудербака, называется продольной трещиной. Трещину можно представить как треугольный желоб, выходящий наружу из ворот. Неизвестно, какую функцию выполняет трещина и почему она присутствует только в одних крахмальных зернах, а в других нет.

Находки Лоудербека

«Продольные трещины становятся отличительной чертой некоторых видов», — утверждает Лоудербек. Выяснилось, что продольная трещина совершенно отчетлива у каждого вида растений в ее исследовании. Они могут быть узкими или широкими, разветвленными или неразветвленными. На картинке ниже показаны четыре растения в ее исследовании и то, как они имеют очень разные продольные трещины.

Четыре крахмальных зерна, исследованных в статье Лоудербака, на каждом из которых имеется отчетливая продольная трещина. Фото: Лисбет Лоудербэк

Хотя продольная трещина является полезным идентификационным признаком, она присутствует не всегда. Фактически, только 18% зерен крахмала в исследовании имели трещину. Однако Лоудербак и ее коллеги заметили, что это гораздо более распространено в более крупных зернах, и когда изучаются только крупные зерна, это происходит в 50-60% случаев. Более крупные зерна также имели более легко идентифицируемые годовые кольца и формы.

Важным открытием авторов здесь является то, что археологам нужны большие объемы выборки их справочного и археологического материала для точной идентификации рассматриваемого вида. Более ранние исследования зерен крахмала полагались на форму и размер лишь нескольких зерен для идентификации, но, как показано в этой статье, каждый вид имеет широкий диапазон размеров зерен, а также некоторые различия в форме. Если у археологов есть большой образец крахмальных зерен, они могут сосредоточиться на более крупных, что, как правило, помогает им определить, какие виды присутствуют в образце.

Авторы исследования (слева направо): Николь Херцог, Лисбет Лоудербак и Брюс Павлик. © НГМУ.

Лоудербек рад использовать это для более точной идентификации зерен крахмала на артефактах из других археологических памятников. В настоящее время она работает над статьей об одном из растений в своем исследовании и о том, как люди его использовали, и мы с нетерпением ждем ее прочтения.

Исследование Лоудербека было выполнено благодаря щедрому гранту Национального научного фонда и вице-президента Университета Юты по финансированию исследований. Обсуждаемый документ: Louderback, L.A., Herzog, N.M., Pavlik, B.M., 2016. Новый подход к идентификации гранул крахмала из дикорастущих пищевых растений в засушливой западной части Северной Америки. Крахмал — Stärke 68, 1–7.

Майкл Мозди (Michael Mozdy) — научный писатель Музея естественной истории штата Юта, входящего в состав Университета штата Юта в Солт-Лейк-Сити.