Skrobia - Starch

Skrobia
Mieszanie skrobi kukurydzianej z wodą
Identyfikatory
ChemSpider
Karta informacyjna ECHA 100.029.696 Edytuj to na Wikidata
Numer WE
Numer RTECS
Nieruchomości
( C
6
h
10
O
5
)
n
+ (H
2
O)
Masa cząsteczkowa Zmienny
Wygląd zewnętrzny biały proszek
Gęstość Zmienny
Temperatura topnienia rozkłada się
nierozpuszczalny (patrz żelowanie skrobi )
Termochemia
4,1788 kilokalorii na gram (17,484 kJ/g) ( wyższa wartość opałowa )
Zagrożenia
Arkusz danych dotyczących bezpieczeństwa ICSC 1553
410 ° C (770 ° F; 683 K)
NIOSH (limity ekspozycji dla zdrowia w USA):
PEL (dopuszczalne)
TWA 15 mg/m 3 (całkowita) TWA 5 mg/m 3 (odp.)
O ile nie zaznaczono inaczej, dane podano dla materiałów w ich stanie standardowym (przy 25 °C [77 °F], 100 kPa).
sprawdzaćTak zweryfikuj  ( co to jest   ?) sprawdzaćTak☒n
Referencje do infoboksu
Struktura cząsteczki amylozy
Struktura cząsteczki amylopektyny

Skrobia lub amylum to polimeryczny węglowodan składający się z wielu jednostek glukozy połączonych wiązaniami glikozydowymi . Ten polisacharyd jest produkowany przez większość roślin zielonych w celu magazynowania energii. Na całym świecie jest to najczęstszy węglowodan w diecie człowieka i występuje w dużych ilościach w podstawowych produktach spożywczych, takich jak pszenica , ziemniaki , kukurydza , ryż i maniok .

Czysta skrobia to biały proszek bez smaku i zapachu, nierozpuszczalny w zimnej wodzie lub alkoholu. Składa się z dwóch rodzajów cząsteczek: amylozy liniowej i helikalnej oraz amylopektyny rozgałęzionej . W zależności od rośliny, skrobia zawiera na ogół 20 do 25% amylozy i 75 do 80% amylopektyny. Glikogen , magazyn glukozy zwierząt, jest bardziej rozgałęzioną wersją amylopektyny.

W przemyśle skrobia jest przetwarzana na cukry, na przykład przez słodowanie , i fermentowana do produkcji etanolu przy produkcji piwa , whisky i biopaliw . Jest przetwarzany w celu wytworzenia wielu cukrów stosowanych w przetworzonej żywności. Mieszanie większości skrobi w ciepłej wodzie daje pastę, taką jak pasta pszenna , którą można stosować jako środek zagęszczający, usztywniający lub klejący . Największym przemysłowym niespożywczym zastosowaniem skrobi jest jako klej w procesie papierniczym . Roztwór skrobiowy można nakładać na niektóre wyroby tekstylne przed prasowaniem, aby je usztywnić .

Etymologia

Słowo „skrobia” pochodzi z germańskiego korzenia i ma znaczenie „mocny, sztywny, wzmocniony, usztywniony”. Współczesna niemiecka Stärke (siła) jest powiązana i nawiązująca od wieków do głównego zastosowania, zastosowania w tekstyliach: przędzy klejącej do tkania i krochmalenia lnu . Grecki termin skrobia „amylon” (ἄμυλον), co oznacza „nie miele się”, jest także związany. Dostarcza on korzenia amylu , który jest używany jako przedrostek dla kilku związków 5-węglowych związanych ze skrobią lub pochodzących ze skrobi (np. alkohol amylowy ).

Historia

Skrobi ziarna od kłącza z Typha (cattails, bullrushes) jak mąka zostały zidentyfikowane ze szlifowania kamieni w Europie historia sięga 30.000 lat temu. Ziarna skrobi z sorgo stwierdzono na kamienie grind jaskiń Ngalue , Mozambik celownik do 100.000 lat temu.

Czysta pasta ze skrobi pszennej była używana w starożytnym Egipcie prawdopodobnie do klejenia papirusu . Ekstrakcji skrobi jest opisany po raz pierwszy w Natural History of Pliniusza Starszego około AD 77-79. Rzymianie stosowali go także w kremach kosmetycznych , pudrowaniu włosów i zagęszczaniu sosów. Persowie i Hindusi używali go do przyrządzania potraw podobnych do chałwy pszennej gothumai . Skrobia ryżowa jak powierzchniowej obróbki papieru została wykorzystana w produkcji papieru w Chinach od 700 CE .

Przemysł skrobiowy

Młyn skrobiowy w Ballydugan ( Irlandia Północna ), zbudowany w 1792 r.
West Philadelphia Starch pracuje w Filadelfii (Pensylwania) , 1850
Faultless Starch Company w Kansas City

Oprócz bezpośrednio spożywanych roślin skrobiowych, do 2008 roku na całym świecie produkowano 66 milionów ton skrobi rocznie. W 2011 roku produkcja została zwiększona do 73 mln ton.

W UE przemysł skrobiowy wyprodukował około 8,5 mln ton w 2008 roku, z czego około 40% jest stosowany do celów przemysłowych i 60% dla zastosowań spożywczych, większość z tych ostatnich jako syropów glukozowych . W 2017 r. produkcja UE wyniosła 11 mln ton, z czego 9,4 mln ton zostało skonsumowanych w UE, a 54% stanowiły słodziki skrobiowe.

US wytwarzały około 27,5 milionów ton w roku 2017 skrobi, z których około 8,2 miliona ton był wysoko fruktozowy syrop , 6,2 miliona ton się syropy glukozowe, i 2,5 miliona ton się produkty skrobiowe. Reszta skrobi została wykorzystana do produkcji etanolu (1,6 miliarda galonów).

Magazyn energii roślin

granulki skrobi ziemniaczanej w komórkach ziemniaka
skrobia w bielmie w fazie embrionalnej nasion kukurydzy

Większość roślin zielonych magazynuje energię w postaci skrobi, która jest pakowana w półkrystaliczne granulki. Dodatkowa glukoza jest zamieniana na skrobię, która jest bardziej złożona niż glukoza produkowana przez rośliny. Młode rośliny żywią się tą zmagazynowaną energią w swoich korzeniach, nasionach i owocach, dopóki nie znajdą odpowiedniej gleby do wzrostu. Wyjątkiem jest rodzina Asteraceae (astry, stokrotki i słoneczniki), w której skrobię zastępuje inulina fruktanowa . Inulinopodobne fruktany są również obecne w trawach, takich jak pszenica , cebula i czosnek , banany i szparagi .

W fotosyntezie rośliny wykorzystują energię świetlną do produkcji glukozy z dwutlenku węgla . Glukoza jest wykorzystywana do wytwarzania energii chemicznej potrzebnej do ogólnego metabolizmu , do tworzenia związków organicznych, takich jak kwasy nukleinowe , lipidy , białka i strukturalne polisacharydy, takie jak celuloza , lub jest magazynowana w postaci granulek skrobi w amyloplastach . Pod koniec sezonu wegetacyjnego skrobia gromadzi się w gałązkach drzew w pobliżu pąków. Owoce , nasiona , kłącza i bulwy przechowują skrobię, aby przygotować się na kolejny sezon wegetacyjny.

Glukoza jest rozpuszczalna w wodzie, hydrofilowa , wiąże się z wodą, a następnie zajmuje dużo miejsca i jest aktywna osmotycznie ; Z drugiej strony glukoza w postaci skrobi jest nierozpuszczalna, a więc nieaktywna osmotycznie i może być przechowywana o wiele bardziej zwarta. Granulki półkrystaliczne zazwyczaj składają się z koncentrycznych warstw amylozy i amylopektyny, które mogą być biodostępne w przypadku zapotrzebowania komórkowego w roślinie.

Cząsteczki glukozy są wiązane w skrobi przez łatwo hydrolizowane wiązania alfa . Ten sam typ wiązania znajduje się w rezerwie zwierzęcej glikogenu polisacharydowego . Kontrastuje to z wieloma strukturalnymi polisacharydami, takimi jak chityna , celuloza i peptydoglikan , które są związane wiązaniami beta i są znacznie bardziej odporne na hydrolizę.

Biosynteza

Rośliny produkują skrobię, najpierw przekształcając glukozo-1-fosforan w ADP -glukozę przy użyciu enzymu glukozo-1-fosforanowego adenylotransferazy . Ten etap wymaga energii w postaci ATP . Enzym syntaza skrobi dodaje następnie ADP-glukozę poprzez wiązanie 1,4-alfa- glikozydowe do rosnącego łańcucha reszt glukozy, uwalniając ADP i tworząc amylozę. ADP-glukoza jest prawie na pewno dodawana do nieredukującego końca polimeru amylozy, ponieważ UDP-glukoza jest dodawana do nieredukującego końca glikogenu podczas syntezy glikogenu.

Enzym rozgałęziający skrobię wprowadza wiązania 1,6-alfa-glikozydowe między łańcuchami amylozy, tworząc rozgałęzioną amylopektynę. Enzym odgałęziający skrobię, izoamylaza, usuwa niektóre z tych gałęzi. Istnieje kilka izoform tych enzymów, co prowadzi do bardzo złożonego procesu syntezy.

Glikogen i amylopektyna mają podobną strukturę, ale ta pierwsza ma około jeden punkt rozgałęzienia na dziesięć wiązań 1,4-alfa, w porównaniu z około jednym punktem rozgałęzienia na trzydzieści wiązań 1,4-alfa w amylopektynie. Amylopektyna jest syntetyzowana z ADP-glukozy, podczas gdy ssaki i grzyby syntetyzują glikogen z UDP-glukozy ; w większości przypadków bakterie syntetyzują glikogen z ADP-glukozy (analogicznie do skrobi).

Oprócz syntezy skrobi w roślinach, skrobia może być syntetyzowana ze skrobi niespożywczej za pośrednictwem koktajlu enzymatycznego. W tym bezkomórkowym biosystemie celuloza związana wiązaniami beta-1,4-glikozydowymi jest częściowo hydrolizowana do celobiozy . Fosforylaza celobiozowa rozszczepia na glukozo-1-fosforan i glukozę; drugi enzym – fosforylaza alfa-glukanu ziemniaczanego może dodać jednostkę glukozy z 1-fosforylazy glukozowej do nieredukujących końców skrobi. W nim fosforan jest poddawany recyklingowi wewnętrznemu. Drugi produkt, glukoza, może zostać przyswojony przez drożdże. Ta bezkomórkowa bioprzetwarzanie nie wymaga żadnych kosztownych nakładów chemicznych i energetycznych, może być prowadzona w roztworze wodnym i nie powoduje strat cukru.

Degradacja

Skrobia jest syntetyzowana w liściach roślin w ciągu dnia i przechowywana w postaci granulek; służy jako źródło energii w nocy. Nierozpuszczalne, silnie rozgałęzione łańcuchy skrobi muszą być fosforylowane , aby były dostępne dla enzymów rozkładających. Enzym glukan, dikinaza wodna (GWD) fosforyluje w pozycji C-6 cząsteczki glukozy, blisko łańcuchów wiązań rozgałęziających 1,6-alfa. Drugi enzym, fosfoglukan, dikinaza wodna (PWD) fosforyluje cząsteczkę glukozy w pozycji C-3. Utrata tych enzymów, na przykład utrata GWD, prowadzi do fenotypu nadmiaru skrobi (płeć), a ponieważ skrobia nie może być fosforylowana, gromadzi się w plastydach.

Po fosforylacji pierwszy enzym degradujący, beta-amylaza (BAM), może zaatakować łańcuch glukozy na jego nieredukującym końcu. Maltoza jest uwalniana jako główny produkt degradacji skrobi. Jeśli łańcuch glukozy składa się z trzech lub mniej cząsteczek, BAM nie może uwolnić maltozy. Drugi enzym, dysproporcjonujący enzym-1 (DPE1), łączy dwie cząsteczki maltotriozy. Z tego łańcucha uwalniana jest cząsteczka glukozy. Teraz BAM może uwolnić kolejną cząsteczkę maltozy z pozostałego łańcucha. Cykl ten powtarza się, aż skrobia zostanie całkowicie zdegradowana. Jeśli BAM zbliża się do ufosforylowanego punktu rozgałęzienia łańcucha glukozy, nie może już uwalniać maltozy. W celu degradacji fosforylowanego łańcucha wymagany jest enzym izoamylaza (ISA).

Produktami degradacji skrobi są głównie maltoza i mniejsze ilości glukozy. Cząsteczki te są eksportowane z plastydu do cytozolu, maltozy, przez transporter maltozy, który po zmutowaniu (mutant MEX1) powoduje akumulację maltozy w plastydzie. Glukoza jest eksportowana przez plastydowy translokator glukozy (pGlcT). Te dwa cukry działają jako prekursor do syntezy sacharozy. Sacharoza może być następnie wykorzystana w oksydacyjnym szlaku pentozofosforanowym w mitochondriach, do generowania ATP w nocy.

Nieruchomości

Struktura

Skrobia kukurydziana, powiększona 800x, w świetle spolaryzowanym, z charakterystycznym krzyżem ekstynkcji
Skrobia ryżowa widoczna pod mikroskopem świetlnym. Charakterystyczne dla skrobi ryżowej jest to, że granulki skrobi mają kanciasty zarys, a niektóre z nich łączą się ze sobą i tworzą większe granulki

Chociaż uważano, że amyloza jest całkowicie nierozgałęziona, obecnie wiadomo, że niektóre jej cząsteczki zawierają kilka rozgałęzień. Amyloza jest znacznie mniejszą cząsteczką niż amylopektyna. Około jedna czwarta masy granulek skrobi w roślinach składa się z amylozy, chociaż jest jej około 150 razy więcej niż cząsteczek amylopektyny.

Cząsteczki skrobi układają się w roślinie w półkrystaliczne granulki. Każdy gatunek roślin ma unikalny rozmiar granulek skrobi: skrobia ryżowa jest stosunkowo mała (około 2 μm), podczas gdy skrobia ziemniaczana ma większe granulki (do 100 μm).

Niektóre odmiany roślin uprawnych zawierają czystą skrobię amylopektynową bez amylozy, znaną jako skrobia woskowa . Najczęściej stosowana jest kukurydza woskowa , inne to kleisty ryż i woskowata skrobia ziemniaczana . Skrobie woskowe mają mniejszą retrogradację, co skutkuje bardziej stabilną pastą. Skrobia wysokoamylozowa, amylomaize , jest uprawiana w celu wykorzystania jej siły żelowania i zastosowania jako skrobia odporna (skrobia odporna na trawienie) w produktach spożywczych.

Syntetyczna amyloza z celulozy ma dobrze kontrolowany stopień polimeryzacji. Dlatego może być stosowany jako potencjalny nośnik dostarczania leków.

Rozpuszczanie i żelatynizacja

Podczas podgrzewania w dużej ilości wody granulki naturalnej skrobi pęcznieją i pękają, struktura półkrystaliczna zostaje utracona, a mniejsze cząsteczki amylozy zaczynają wypłukiwać z granulek, tworząc sieć zatrzymującą wodę i zwiększającą lepkość mieszaniny . Proces ten nazywa się żelowaniem skrobi . Temperatura żelatynizacji skrobi zmienia się w zależności od odmiany skrobi, zawartości amylozy/amylopektyny i zawartości wody. Skrobia z wodą może doświadczyć złożonych przemian wielofazowych podczas skanowania temperatury metodą różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC) . W przypadku skrobi z nadmiarem wody, pojedynczą endotermę żelatynizacji można zwykle zaobserwować w zakresie niskich temperatur (54–73 °C). Zmniejszając zawartość wody (<64%) w skrobi, można zaobserwować więcej przemian endotermicznych reprezentujących różne zmiany strukturalne, ponieważ ulegają one rozdzieleniu i przejdą do wyższych temperatur. Przy ograniczonej zawartości wody siły pęcznienia będą znacznie mniej znaczące, a proces żelatynizacji w środowisku o niskiej wilgotności można by dokładniej określić jako „topienie się” skrobi. Poza tym liczba endoterm i entalpii zależała od stosunku amyloza/amylopektyna, a entalpia żelatynizacji skrobi bogatej w amylopektynę była wyższa niż skrobi bogatej w amylozę. W szczególności skrobie woskowe i normalne skrobie kukurydziane wykazują dużą endotermę żelowania w temperaturze około 70 °C; w przypadku normalnych skrobi kukurydzianych istniała również druga endoterma przy około 90 °C, uznawana za przejście fazowe w kompleksie amyloza-lipid; Natomiast w przypadku skrobi o wysokiej zawartości amylozy (np. Gelose 50 i Gelose 80) istnieje bardzo szeroka endoterma w zakresie temperatur od 65 do 115 °C, która składa się z głównej endotermy żelatynizacji i przemiany fazowej w amylozie –kompleks lipidowy.

Podczas gotowania skrobia staje się pastą i dodatkowo zwiększa swoją lepkość. Podczas schładzania lub dłuższego przechowywania pasty struktura półkrystaliczna częściowo odbudowuje się, a pasta skrobiowa gęstnieje, wypychając wodę. Jest to spowodowane głównie retrogradacją amylozy. Proces ten odpowiada za twardnienie chleba lub czerstwienie oraz za warstwę wody na wierzchu żelu skrobiowego ( synerezę ).

Niektóre skrobie, po zmieszaniu z wodą, wytworzą nienewtonowski płyn, czasami nazywany „oobleck”.

Skrobię można również rozpuszczać lub żelować w cieczach jonowych lub roztworach soli chlorku metalu. Na przemianę termiczną skrobi duży wpływ ma stosunek cieczy jonowej do wody. Wodna ciecz jonowa o określonym stosunku ciecz jonowa/woda prowadzi do najbardziej efektywnej dezorganizacji strukturalnej niektórych skrobi w znacznie obniżonej temperaturze (nawet w temperaturze pokojowej). Zjawisko to bardzo różni się od rozpuszczania celulozy, ponieważ to ostatnie zachodzi najskuteczniej w czystych cieczach jonowych, a jakakolwiek woda zawarta w cieczach jonowych znacznie utrudni rozpuszczanie. Proponuje się, aby w przypadku skrobi z porami na powierzchni granulek (np. skrobi prosa, kukurydza woskowa, normalna kukurydza i pszenica), korozja powodowana przez wodny IL przebiegała zgodnie ze wzorem od wewnątrz, a niszczenie granulek jest szybkie i równomierne, podczas gdy w przypadku skrobi przy stosunkowo gładkiej powierzchni (np. skrobia kukurydziana o wysokiej zawartości amylozy, ziemniaczana, purpurowa pochrzyn i skrobia z grochu), korozja może rozpocząć się tylko od powierzchni, a zatem zmiana spowodowana wodnym roztworem IL jest powolna. Poza tym skrobia, nawet skrobia wysokoamylozowa, może być całkowicie rozpuszczona przez wodne sole chlorków metali (np. ZnCl 2 , CaCl 2 i MgCl 2 ) w umiarkowanej temperaturze (≤50 °C), a nanocząsteczki skrobi mogą tworzyć się podczas tego procesu rozpuszczania .

Hydroliza

Do enzymów , które rozkładają się lub hydrolizują skrobi do cukrów składowych są znane jako amylazy .

Alfa-amylazy znajdują się w roślinach i zwierzętach. Ludzka ślina jest bogata w amylazę, trzustka również wydziela ten enzym. Osoby z populacji na diecie wysokoskrobiowej mają zwykle więcej genów amylazy niż osoby na diecie niskoskrobiowej;

Beta-amylaza tnie skrobię na jednostki maltozy . Proces ten jest ważny w procesie trawienia skrobi i jest również wykorzystywany w browarnictwie , gdzie amylaza ze skórki ziaren nasion jest odpowiedzialna za przemianę skrobi w maltozę ( Słodowanie , Zacieranie ).

Przy cieple spalania glukozy wynoszącym 2805 kilodżuli na mol (670 kcal/mol), podczas gdy skrobi wynosi 2835 kJ (678 kcal) na mol monomeru glukozy, hydroliza uwalnia około 30 kJ (7,2 kcal) na mol, czyli 166 J (40 kcal) na gram produktu glukozowego.

Dekstrynizacja

Jeśli skrobia zostanie poddana działaniu suchego ciepła, rozpada się, tworząc dekstryny , zwane również w tym kontekście „pirodekstrynami”. Ten proces rozkładu jest znany jako dekstrynizacja. (Piro)dekstryny mają głównie kolor od żółtego do brązowego, a dekstrynizacja jest częściowo odpowiedzialna za brązowienie pieczywa tostowego.

Testy chemiczne

Granulki skrobi pszennej barwione jodem fotografowane pod mikroskopem świetlnym

Do badania skrobi stosuje się roztwór trijodku (I 3 ) utworzony przez zmieszanie jodu i jodku (zazwyczaj z jodku potasu ); ciemnoniebieski kolor wskazuje na obecność skrobi. Szczegóły tej reakcji nie są w pełni znane, ale ostatnie prace naukowe z wykorzystaniem krystalografii rentgenowskiej pojedynczego kryształu i porównawczej spektroskopii Ramana sugerują, że ostateczna struktura skrobiowo-jodowa jest podobna do nieskończonego łańcucha polijodkowego, takiego jak ten znaleziony w kompleksie piroloperylen-jod. Siła powstałego niebieskiego koloru zależy od ilości obecnej amylozy. Skrobie woskowe z niewielką ilością lub bez amylozy zabarwią się na czerwono. Test Benedicta i test Fehlinga są również wykonywane w celu wskazania obecności skrobi.

Roztwór wskaźnika skrobi składający się z wody, skrobi i jodku jest często stosowany w miareczkowaniu redoks : w obecności środka utleniającego roztwór zmienia kolor na niebieski, w obecności środka redukującego niebieski kolor znika, ponieważ jony trójjodkowe (I 3 ) rozpadają się na trzy jony jodkowe, rozkładające kompleks skrobiowo-jodowy. Jako wskaźnik do wizualizacji okresowego tworzenia i zużycia trijodku w reakcji oscylacyjnej Briggsa-Rauschera zastosowano roztwór skrobi . Skrobia jednak zmienia kinetykę etapów reakcji z udziałem jonu trijodkowego. Roztwór 0,3% wag./wag. jest standardowym stężeniem wskaźnika skrobi. Powstaje przez dodanie 3 gramów rozpuszczalnej skrobi do 1 litra podgrzanej wody; roztwór jest schładzany przed użyciem (kompleks skrobia-jod staje się niestabilny w temperaturach powyżej 35°C).

Każdy gatunek rośliny ma unikalny rodzaj granulek skrobi o wielkości, kształcie i wzorze krystalizacji. Pod mikroskopem ziarna skrobi barwione jodem oświetlone od tyłu światłem spolaryzowanym wykazują charakterystyczny efekt krzyża maltańskiego (znany również jako krzyż ekstynkcji i dwójłomność ).

Żywność

Ekstrakcja skrobi sago z łodyg palmowych

Skrobia jest najczęstszym węglowodanem w diecie człowieka i znajduje się w wielu podstawowych produktach spożywczych . Głównymi źródłami spożycia skrobi na całym świecie są zboża ( ryż , pszenica i kukurydza ) oraz warzywa korzeniowe ( ziemniaki i maniok ). Wiele inne pokarmy bogate w skrobię są uprawiane, niektóre tylko w określonych warunkach klimatycznych, w tym żołędzi , maranta , arracacha , banany , jęczmień , breadfruit , gryki , Canna , Colocasia , Katakuri , kudzu , Malanga , proso , owies , oca , polinezyjski maranta , sago , sorgo , słodkie ziemniaki , żyto , taro , kasztany , kasztany wodne i bataty , a wiele rodzajów ziaren , takich jak favas , soczewicy , fasoli mung , grochu i ciecierzycy .

Powszechnie stosowanymi produktami spożywczymi zawierającymi skrobię są chleb , naleśniki , płatki zbożowe , kluski , makarony , owsianka i tortilla .

Enzymy trawienne mają problemy z trawieniem struktur krystalicznych. Skrobia surowa jest słabo trawiona w dwunastnicy i jelicie cienkim , natomiast rozkład bakteryjny zachodzi głównie w okrężnicy . Gdy skrobia jest gotowana, zwiększa się strawność.

Żelatynizacja skrobi podczas pieczenia ciast może być osłabiona przez cukier konkurujący o wodę , zapobiegający żelatynizacji i poprawiający teksturę.

Przed pojawieniem się przetworzonej żywności ludzie spożywali duże ilości niegotowanych i nieprzetworzonych roślin zawierających skrobię, które zawierały duże ilości odpornej skrobi . Mikroby w jelicie grubym fermentują skrobię, wytwarzając krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe , które są wykorzystywane jako energia i wspomagają utrzymanie i wzrost drobnoustrojów. Bardziej przetworzona żywność jest łatwiej trawiona i uwalnia więcej glukozy w jelicie cienkim — mniej skrobi dociera do jelita grubego, a organizm wchłania więcej energii. Uważa się, że ta zmiana w dostarczaniu energii (w wyniku spożywania większej ilości przetworzonej żywności) może być jednym z czynników przyczyniających się do rozwoju zaburzeń metabolicznych współczesnego życia, w tym otyłości i cukrzycy.

Stosunek amyloza/amylopektyna, masa cząsteczkowa i drobna struktura cząsteczkowa wpływają na właściwości fizykochemiczne oraz uwalnianie energii różnych rodzajów skrobi. Ponadto gotowanie i przetwarzanie żywności znacząco wpływa na strawność skrobi i uwalnianie energii. Skrobię można sklasyfikować jako szybkostrawną, wolnostrawną i oporną. Surowe granulki skrobi są odporne na trawienie przez ludzkie enzymy i nie rozkładają się na glukozę w jelicie cienkim – zamiast tego docierają do jelita grubego i działają jako prebiotyczny błonnik pokarmowy . Kiedy granulki skrobi są w pełni zżelatynizowane i ugotowane, skrobia staje się lekkostrawna i szybko uwalnia glukozę w jelicie cienkim. Gdy pokarmy bogate w skrobię są gotowane i schładzane, niektóre łańcuchy glukozy ulegają ponownej krystalizacji i stają się ponownie odporne na trawienie. Wolno przyswajalną skrobię można znaleźć w surowych zbożach, których trawienie jest powolne, ale stosunkowo całkowite w jelicie cienkim.

Produkcja skrobi

Przemysł skrobiowy wydobywa i rafinuje skrobię z nasion, korzeni i bulw poprzez mielenie na mokro, mycie, przesiewanie i suszenie. Obecnie głównymi rafinowanymi skrobiami handlowymi są skrobia kukurydziana , tapioka , maranta oraz pszenna, ryżowa i ziemniaczana . W mniejszym stopniu źródłami rafinowanej skrobi są bataty, sago i fasola mung. Do dziś skrobię pozyskuje się z ponad 50 rodzajów roślin.

Nieprzetworzona skrobia wymaga ciepła do zagęszczenia lub żelatynizacji. Gdy skrobia jest wstępnie ugotowana, można ją wykorzystać do natychmiastowego zagęszczenia w zimnej wodzie. Nazywa się to wstępnie żelatynizowaną skrobią .

Cukry skrobiowe

Reklama syropu kukurydzianego Karo 1917
Reklama skrobi kukurydzianej Niagara z lat 80. XIX wieku
Reklama Pacific Pralnia i Gotowanie Skrobi 1904

Skrobia może być hydrolizowana do prostszych węglowodanów za pomocą kwasów , różnych enzymów lub kombinacji tych dwóch. Powstałe fragmenty znane są jako dekstryny . Stopień konwersji jest zazwyczaj określany ilościowo za pomocą ekwiwalentu dekstrozy (DE), który jest w przybliżeniu frakcją wiązań glikozydowych w skrobi, które uległy rozerwaniu.

Te cukry skrobiowe są zdecydowanie najpowszechniejszym składnikiem żywności na bazie skrobi i są stosowane jako słodziki w wielu napojach i produktach spożywczych. Zawierają:

Modyfikowane skrobie

Modyfikowana skrobia jest skrobią, która była modyfikowana chemicznie, aby umożliwić skrobię prawidłowo funkcjonować w ramach warunków spotykanych podczas przetwarzania i przechowywania, takie jak wysokie temperatury, wysokie ścinanie, niskie pH, zamrażania / odmrażania i chłodzenia.

Modyfikowane skrobie spożywcze są oznaczone kodem E zgodnie z Europejskim Urzędem ds. Bezpieczeństwa Żywności, a dodatki do żywności z kodem INS zgodnie z Codex Alimentarius :

INS 1400, 1401, 1402, 1403 i 1405 znajdują się w składnikach żywności UE bez numeru E. Typowymi skrobiami modyfikowanymi do zastosowań technicznych są skrobie kationowe , skrobia hydroksyetylowa i skrobie karboksymetylowane.

Użyj jako dodatek do żywności

Jako dodatek do przetwarzania żywności, skrobie spożywcze są zwykle używane jako zagęszczacze i stabilizatory w żywności, takiej jak budynie, budynie, zupy, sosy, sosy pieczeniowe, nadzienia do ciast i sosy do sałatek oraz do robienia makaronów i makaronów. Pełnią funkcję zagęszczaczy, wypełniaczy, stabilizatorów emulsji i są wyjątkowymi spoiwami w przetworach mięsnych.

Cukierki gumowane, takie jak żelki i żelki nie są wytwarzane przy użyciu formy w konwencjonalnym znaczeniu. Taca jest wypełniona naturalną skrobią i wyrównana. Następnie w skrobię wciska się pozytywową pleśń, pozostawiając odcisk około 1000 żelek. Mieszankę galaretki wlewa się następnie do odcisków i umieszcza na piecu w celu stwardnienia. Ta metoda znacznie zmniejsza liczbę form, które trzeba wyprodukować.

Zastosowanie w przemyśle farmaceutycznym

W przemyśle farmaceutycznym skrobię stosuje się również jako zaróbkę , środek rozsadzający tabletki oraz jako środek wiążący.

Odporna skrobia

Skrobia odporna to skrobia, która umyka trawieniu w jelicie cienkim zdrowych osób. Skrobia wysokoamylozowa z kukurydzy ma wyższą temperaturę żelowania niż inne rodzaje skrobi i zachowuje swoją zawartość skrobi odpornej dzięki pieczeniu , łagodnemu ekstruzji i innym technikom przetwarzania żywności. Jest stosowany jako nierozpuszczalny błonnik pokarmowy w przetworzonej żywności, takiej jak chleb, makaron, ciastka, krakersy, precle i inne produkty o niskiej wilgotności. Jest również stosowany jako suplement diety ze względu na korzyści zdrowotne. Opublikowane badania wykazały, że oporna skrobia pomaga poprawić wrażliwość na insulinę, zwiększa uczucie sytości, zmniejsza prozapalne biomarkery interleukiny 6 i czynnika martwicy nowotworu alfa oraz poprawia markery funkcji okrężnicy. Sugeruje się, że oporna skrobia przyczynia się do korzyści zdrowotnych nienaruszonych pełnych ziaren.

Zastosowania niespożywcze

Klej skrobiowy
Pan z krochmaloną kryzą w 1560

Papiernictwo

Papiernictwo jest największym na świecie zastosowaniem skrobi niespożywczych, zużywającym wiele milionów ton metrycznych rocznie. Na przykład w typowym arkuszu papieru do kopiowania zawartość skrobi może sięgać 8%. W papiernictwie stosuje się zarówno skrobie modyfikowane chemicznie, jak i niemodyfikowane. W mokrej części procesu wytwarzania papieru, ogólnie nazywanej „koniec mokry”, stosowane skrobie są kationowe i mają ładunek dodatni związany z polimerem skrobi. Te pochodne skrobi wiążą się z anionowymi lub ujemnie naładowanymi włóknami papieru/ celulozą i wypełniaczami nieorganicznymi. Skrobie kationowe wraz z innymi środkami retencji i zaklejania wewnętrznego pomagają nadać niezbędne właściwości wytrzymałościowe wstędze papieru utworzonej w procesie wytwarzania papieru ( wytrzymałość na mokro ) i zapewnić wytrzymałość końcowemu arkuszowi papieru (wytrzymałość na sucho).

W suchym końcu procesu wytwarzania papieru wstęgę papieru ponownie zwilża się roztworem na bazie skrobi. Proces ten nazywa się zaklejaniem powierzchni . Stosowane skrobie zostały chemicznie lub enzymatycznie zdepolimeryzowane w papierni lub w przemyśle skrobiowym (skrobia utleniona). Roztwory klejonki/skrobi są nakładane na wstęgę papieru za pomocą różnych pras mechanicznych (pras klejących). Wraz ze środkami do zaklejania powierzchni, skrobie powierzchniowe nadają dodatkową wytrzymałość wstęgi papieru i dodatkowo zapewniają trzymanie wody lub „zaklejanie” dla doskonałych właściwości drukowania. Skrobia jest również stosowana w powłokach papierniczych jako jedno ze spoiw do preparatów powlekających, które zawierają mieszaninę pigmentów, spoiw i zagęszczaczy. Papier powlekany ma lepszą gładkość, twardość, biel i połysk, a tym samym poprawia właściwości druku.

Kleje do tektury falistej

Kleje do tektury falistej to kolejne co do wielkości zastosowanie skrobi niespożywczych na świecie. Kleje skrobiowe są w większości oparte na niemodyfikowanych skrobiach rodzimych, plus pewne dodatki, takie jak boraks i soda kaustyczna . Część skrobi jest żelowana, aby przenosić zawiesinę niegotowanej skrobi i zapobiegać sedymentacji. Ten nieprzezroczysty klej nazywa się klejem SteinHall. Klej nakłada się na czubki żłobkowania. Papier karbowany jest dociskany do papieru zwanego linerem. Jest to następnie suszone w wysokiej temperaturze, co powoduje pęcznienie/żelatynizację reszty niegotowanej skrobi w kleju. Żelatynizacja sprawia, że ​​klej jest szybkim i mocnym klejem do produkcji tektury falistej.

Skrobia odzieżowa

Reklama Kingsford Oswego Starch, 1885

Skrobia odzieżowa lub do prania to płyn przygotowywany przez zmieszanie skrobi roślinnej z wodą (wcześniejsze preparaty również musiały być gotowane) i służy do prania ubrań. Skrobia był powszechnie stosowany w Europie w wieku 16 i 17 do usztywniania szerokie obroże i batalionów bisiorową które otaczały szyje z dobrze sytuowanych. Podczas 19. i początku 20. wieku był stylowy usztywnienie obroże i rękawy męskich koszul i falbany damskich halki przez krochmalenia je przed czyste ubrania były prasowane . Skrobia nadawała ubraniom gładkie, ostre krawędzie i miała dodatkowy praktyczny cel: brud i pot z szyi i nadgarstków przyklejał się raczej do krochmalu niż do włókien ubrania. Brud zmyłby się razem ze skrobią; po praniu skrobia byłaby ponownie nakładana. Skrobia jest dostępna w puszkach ze sprayem , oprócz zwykłych granulek do wymieszania z wodą.

Bioplastik

Bioplastik § Tworzywa sztuczne na bazie skrobi

Skrobia jest ważnym naturalnym polimerem do produkcji bioplastików. Za pomocą wody i plastyfikatorów, takich jak glicerol, skrobia może być przetwarzana w tak zwaną „skrobię termoplastyczną” przy użyciu konwencjonalnych technik przetwarzania polimerów, takich jak wytłaczanie, formowanie wtryskowe i formowanie tłoczne. Ponieważ materiały oparte wyłącznie na skrobi natywnej mają słabą przetwarzalność, właściwości mechaniczne i stabilność, częściej stosuje się skrobie modyfikowane (np. skrobia hydroksypropylowa), a skrobię łączy się z innymi polimerami (najlepiej polimerami biodegradowalnymi, takimi jak polikaprolakton ), jako niektóre produkty komercyjne (np. PLANTIC ™ HP i Mater-Bi ® ) dostępne na rynku.

Skrobia ryżowa do prasowania

Inne

Innym dużym zastosowaniem skrobi niespożywczej jest przemysł budowlany, gdzie skrobia jest wykorzystywana w procesie produkcji płyt gipsowych . Do stiuku zawierającego głównie gips dodaje się skrobie modyfikowane chemicznie lub niemodyfikowane . Na preparat nakładane są górne i dolne arkusze papieru o dużej gramaturze, a proces pozwala się na podgrzanie i utwardzenie w celu utworzenia ostatecznej sztywnej płyty ściennej. Skrobie działają jak klej do utwardzonej skały gipsowej z pokryciem papierowym, a także zapewniają sztywność płyty.

Skrobia jest wykorzystywana do produkcji różnego rodzaju klejów lub klejów introligatorskich, klejów do tapet , produkcji worków papierowych , nawijania tub, papieru podgumowanego , klejów kopertowych, klejów szkolnych i etykietowania butelek. Pochodne skrobi, takie jak żółte dekstryny, można modyfikować przez dodanie niektórych chemikaliów w celu utworzenia twardego kleju do prac papierniczych; niektóre z tych form wykorzystują boraks lub sodę kalcynowaną , które miesza się z roztworem skrobi w temperaturze 50–70 °C (122–158 °F), aby stworzyć bardzo dobry klej. W celu wzmocnienia tej formuły można dodać krzemian sodu.

  • Chemia tekstylna ze skrobi: środki zaklejające osnowę stosuje się w celu zmniejszenia pękania przędzy podczas tkania . Skrobia jest używana głównie do zaklejania przędz na bazie bawełny . Modyfikowaną skrobię stosuje się również jako zagęszczacz do drukowania tekstyliów .
  • W poszukiwaniach ropy naftowej skrobia służy do regulacji lepkości płynu wiertniczego , który służy do smarowania głowicy wiertła i zawieszania pozostałości po szlifowaniu w wydobyciu ropy naftowej.
  • Skrobia jest również używana do produkcji orzeszków ziemnych i niektórych płyt sufitowych .
  • W druku przemyśle skrobi spożywczej jest wykorzystywany do wytwarzania przeciwciała anty-potrącenia proszku natryskowego użyte do oddzielenia arkusze drukowane na papierze w celu uniknięcia mokro farbę jest ustawiony poza .
  • W przypadku pudru do ciała sproszkowaną skrobię kukurydzianą stosuje się jako zamiennik talku i podobnie w innych produktach zdrowotnych i kosmetycznych.
  • Skrobia jest wykorzystywana do produkcji różnych bioplastików , syntetycznych polimerów, które ulegają biodegradacji. Przykładem jest kwas polimlekowy na bazie glukozy ze skrobi.
  • Glukoza ze skrobi może być dalej fermentowana do biopaliwowego etanolu z kukurydzy w tak zwanym procesie mielenia na mokro . Obecnie większość zakładów produkujących bioetanol wykorzystuje proces mielenia na sucho do fermentacji kukurydzy lub innych surowców bezpośrednio do etanolu.
  • Produkcja wodoru mogłaby wykorzystać glukozę ze skrobi jako surowiec, przy użyciu enzymów.

Bezpieczeństwo i higiena pracy

W Stanach Zjednoczonych Urząd ds. Bezpieczeństwa i Zdrowia w Pracy (OSHA) ustalił prawny limit ( dopuszczalny limit narażenia ) dla narażenia na skrobię w miejscu pracy na 15 mg/m 3 całkowitego narażenia i 5 mg/m 3 narażenia oddechowego w ciągu 8-godzinnego dnia pracy . Narodowy Instytut Zdrowia i Bezpieczeństwa Pracy (NIOSH) ustalił dopuszczalnych zalecanych ekspozycji (REL) z 10 mg / m 3 całkowitej ekspozycji i 5 mg / m 3 narażenia układu oddechowego dla 8-godzinnego dnia pracy.

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki