Sila - biológia

nerozpustný vo vode (50 g/l pri 90 ° C) [1]

6600 mg/kg (myš, intraperitoneálne) [3]

Sila (lat. Amylum) je organická zlúčenina. Je to polysacharid so vzorcom (C6H10O5) n, ktorý pozostáva z jednotiek α-D-glukózy. Makromolekula je preto jedným zo sacharidov. Škrob je jednou z najdôležitejších zásob v rastlinných bunkách, zatiaľ čo živočíšny alebo ľudský organizmus a huby používajú glykogén ako zásobu uhľohydrátov.

Prirodzený výskyt

Škrob je produktom asimilácie oxidu uhličitého (pozri Calvinov cyklus). Zvyčajne je to vo forme organizovaných zŕn v rastlinnej bunke. Tieto škrobové zrná majú rôznu veľkosť a tvar v závislosti od typu rastliny. Môžu pôsobiť sféricky, oválne, šošovkovito alebo vretenovite, niekedy, podobne ako v mliečnej šťave Euphorbiaceae, sú tiež podobné tyčinkám s opuchnutými koncami. Niekedy sú polyedrické kvôli vzájomnému tlaku. Nie je nezvyčajné, že sa niekoľko zŕn spojí a vytvorí sa zaoblený celok (zložené škrobové zrná).

Štruktúra škrobu je podobná štruktúre glykogénu, zásobnej látky v živočíšnych bunkách. Molekuly škrobu pozostávajú z jednotiek D-glukózy, ktoré sú navzájom spojené glykozidickými väzbami. Tam je zvyčajne príliš veľa sily

20 - 30% amylózy, lineárne reťazce so špirálovou (závitovkovou) štruktúrou, ktoré sú spojené iba α-1,4-glykozidicky a
70–80% amylopektínu, silne rozvetvené štruktúry, s α-1,6-glykozidovou a α-1,4-glykozidovou väzbou. Amylopektín škrobu, avšak s asi a-1,6-glykozidovou väzbou po asi 30 a-1,4-glykozidových väzbách, je menej rozvetvený ako glykogén (približne 1 a-1,6-glykozidová látka na 10 a- 1,4-glykozidové väzby).

Vo výnimočných prípadoch sa môžu podiely tiež líšiť, napríklad takzvaná lepkavá ryža obsahuje takmer výlučne amylopektín.

Zrnká škrobu ležiace vo vode odhaľujú jasné rozvrstvenie, ktoré je spôsobené skutočnosťou, že okolo vnútornej, menej hustej časti, takzvaného formačného centra, sú vrstvy nerovnomerného lomu svetla ukladané škrupinovým spôsobom; Stred tvorby je v prípade sférických zŕn iba presne v strede (koncentrický), býva excentrický a vrstvy okolo neho majú nerovnakú hrúbku. Stratifikácia je spôsobená rozdielnym obsahom vody a výsledným rozdielnym lomom svetla vrstiev, a preto suché zrná alebo zrná ležiace v absolútnom etanole pôsobia nepotiahnuté. V polarizovanom svetle vykazujú všetky zrná škrobu jasný štvorramenný kríž, ktorého stred sa zhoduje so stredom stratifikácie; podľa toho sa správajú, akoby boli zložené z jednoosých kryštálových ihiel.

Dôkaz sily

Škrob sa zvyčajne detekuje pomocou jódu vo vzorke jódu. Detekčným činidlom je Lugolov roztok, ktorý sa pridáva do škrobovej látky. Polyjodidové ióny vytvorené z jódových a jodidových iónov sa hromadia vo vnútri špirálovej amylózy. Tak sa vytvorí charakteristická modrá alebo fialová farba. Keď sa roztok zahreje, škrob sa dešpiralizuje, pretože sa vodíkové väzby porušia. Tým sa znova uvoľnia polyjodidové ióny a roztok potom získa bezfarebnú až žltohnedú farbu. Po ochladení nastáva respirácia a obnovené ukladanie polyjodidových iónov.

Okrem toho je možné škrob detekovať pomocou polarimetra rozbitím škrobu varom s kyselinou a prefiltrovaním po pridaní Carreza I a II. Optickú rotáciu je potom možné určiť na polarimetri, ktorý poskytuje údaj o množstve škrobu. [4]

Jódový test je možné použiť aj na povinné označovanie určitých potravín ako napr B. dotovaný maslový tuk. Do týchto potravín sa pridáva malé množstvo škrobu. Predmetné produkty je možné takto identifikovať pomocou roztoku jodidu draselného bez zložitých analytických metód.

Škrob ako rastlinná zásobná látka

Obsah rastlinného škrobu
(v% použitých častí rastlín) [5]

hrach	40
jačmeň	75
zemiak	82
Kukurica	71
maniok	77
ryža	89
raž	72
Cirok	74
sladký zemiak	72
Triticale	74
pšenica	74

Pozemné rastliny a zelené riasy používajú škrob na ukladanie svojej prebytočnej energie do zásoby. Účelom tvorby škrobu je tu ukladanie glukózy v nerozpustnej a tým osmoticky neúčinnej forme. V porovnaní s glukózou sa preto škrob môže skladovať bez väčšieho množstva vody, to znamená oveľa kompaktnejšie. Škrob sa vyskytuje v najrozmanitejších pletivách všetkých zelených rastlín. Zatiaľ čo forma škrobu, ktorá sa trochu líši, pokiaľ ide o stupeň rozvetvenia, sa vyskytuje aj v červených riasach (takzvaný škrob Florideophycean), väčšina ostatných organizmov používa iné rezervné látky (rozsievky, zlaté riasy a hnedé riasy: chrysolaminarín; Euglena: paramylon; Cryptophyceae: oleje v cytoplazme, škrob v pertoplasme Izba).

Aj v bunkách epidermy niektorých vyšších rastlín sa nachádza látka, ktorá sa zmení na modrastú alebo červenkastú pomocou jódu v rozpustenej forme, rozpustného škrobu. Vo všetkých ostatných prípadoch sa škrob spravidla vyskytuje v granulovanej forme. Tkanivá zo semien, hľúz, cibúľ a odnoží, ako aj lúče dreva a drevný parenchým v drevenom tele stromov sú veľmi bohaté na škrob. Tento rezervný škrob sa líši svojou veľkou veľkosťou zrna od jemnozrnného škrobu vyskytujúceho sa v asimilačnom tkanive. Škrob sa vytvára buď v chloroplastoch alebo v iných plastidoch, napríklad v bezfarebných leukoplastoch. Posledne uvedené sa vyskytuje najmä v takých tkanivách bez chlorofylu, v ktorých sa asimilačné produkty konvertujú na rezervný škrob, ako v mnohých žiarovkách obsahujúcich škrob. S mnohými riasami obsahujúcimi chlorofyl, napr. B. v Spirogyre sa zrná škrobu vyskytujú v špeciálnych strediskách tvorby v blízkosti pyrenoidov. K rastu spočiatku veľmi malých zrniek škrobu dochádza ukladaním nových molekúl škrobu medzi už existujúcimi, zatiaľ čo zložené škrobové zrná sa tvoria následnou fúziou a preusporiadaním s novými vrstvami.

Škrob je najdôležitejším sacharidom v ľudskej strave. Mnoho zvierat sa tiež živí rastlinným škrobom. Zoznam druhov produkujúcich škrob nájdete v článku Rastlinné rastliny.

V rámci vlastnosti úložného materiálu by sa mal nakoniec uviesť technický prístup k energetickému obsahu. T. v bioenergii alebo etanolovom palive.

Biosyntéza škrobu

Biosyntéza a ukladanie škrobu prebieha v amyloplastoch. Najskôr sa glukóza-1-fosfát aktivuje ATP z enzýmu glukóza-1-P-adenylyl transferázy na ADP-glukózu. Enzym syntázy škrobu potom pridá aktivované monoméry ADP-glukózy k rastúcemu reťazcu amylózy a štiepi ADP a-1,4-glykozidicky. Α-1,6-glykozidové vetvy amylopektínu sú potom produkované enzýmom rozvetvujúcim škrob (1,4-α-glukán-rozvetvujúci enzým) štiepením siedmich glukózových zvyškov α-1,4-glykozidového reťazca s dĺžkou najmenej jedenástich zvyškov a-1,6-glykozidovú látku je možné znova pripojiť k molekule glukózy v reťazci.

Rozdelenie síl

Škrob sa môže štiepiť enzýmami (α-, β-amylázy). Tak vzniknú dextríny alebo dvojité cukry. To sa deje napr. B. aj vo vnútri rastlinných buniek, pretože v živote rastliny škrob poskytuje z. B. materiál na stavbu bunkovej steny. Podobne môže živočíšne a ľudské telo získať energiu zo škrobu. Na rozdiel od toho je odolný škrob pre tráviace enzýmy neprístupný. Amylázy sa tiež používajú ako prostriedky na úpravu múky, aby sa múky stali lepšie pekovateľnými. Najmä v prípade raže sa však zvyčajne musí štiepiť štiepenie škrobu v dôsledku prirodzenej aktivity amylázy, aby sa mohlo upiecť. Tradične sa to deje okyslením cesta.

Chovanie pri zahrievaní (želatinácia)

Pod vplyvom tepla môže škrob vo vode fyzicky viazať, napučiavať a želatínovať mnohonásobok svojej vlastnej hmotnosti. Pri zahrievaní vodou škrob bobtná pri 47-57 ° C, vrstvy prasknú a pri 55-87 ° C (zemiakový škrob pri 62,5 ° C, pšeničný škrob pri 67,5 ° C) sa vytvorí škrobová pasta, ktorá závisí od druhu škrobu má rozdielnu tuhosť (pasta z kukuričného škrobu je väčšia ako pasta z pšeničného škrobu, druhá je väčšia ako pasta zo zemiakového škrobu) a po okyslení sa rozkladá viac alebo menej ľahko. Pri nízkych teplotách tento efekt pomaly ustupuje - hovorí sa o retrogradácii. Želatínovaný škrob a zrážaný lepok tvoria základnú štruktúru alebo strúhanku všetkých druhov pečiva.

Podľa súčasných (2004) poznatkov sa pri prehriatí škrobov, najmä pri pečení, pražení, pražení, grilovaní a vyprážaní za prítomnosti aminokyseliny asparagínu, vytvára potenciálne karcinogénny akrylamid.

Naberanie sily

V našich zemepisných šírkach sa škrob väčšinou získava zo zemiakov alebo obilia. Škrob sa tiež získava z mnohých ďalších rastlín, z ktorých sú okrem pšenice a zemiakov obzvlášť dôležité ryža (zlomková ryža z tovární na lúpanie ryže) a kukurica. V medzinárodnom meradle je maniok (tapioka) stále dôležitou škrobárňou. Získava sa vymytím škrobu z častí rastlín pomocou soľného roztoku.

použitie

Hlavná časť škrobu a jeho výrobkov sa používa v potravinárskom priemysle pri výrobe cukroviniek, pekárskych výrobkov, mliečnych výrobkov a najmä nápojov vo forme škrobových cukrov (najmä glukózového sirupu, dextrózy a izoglukózy). Podľa Nemeckej asociácie škrobárskeho priemyslu je tento podiel v súčasnosti 55% z 1,9 milióna ton dostupných v Nemecku. [6] Kvôli vlastnostiam škrobu ako modifikovateľného polyméru a jeho zloženiu fermentovateľných cukrových jednotiek sa škrob v mnohých ohľadoch používa aj ako obnoviteľná surovina v chemicko-technickom priemysle; napríklad spotreba škrobu a škrobových derivátov v Nemecku bola podľa informácií asociácie v roku 2007 45%, a teda viac ako 850 000 t v roku 2007. Z toho asi 4,5% išlo do chemického a fermentačného priemyslu, 95,5% bolo v papierenskom a Použitá výroba vlnitej lepenky. [6] Chemické použitie je rôznorodé, ale celkovo zriedkavé a použitie pri fermentácii je v porovnaní so sacharózou (ako hustá šťava a melasa) relatívne malé.

Škrobové výrobky [7]

Škrobové frakcie
- Amylóza
- Amylopektín

deformovaná pevnosť
- bez tepla
  - Sila kusu
  - Intenzita žiarenia
- teplom
  - Vločkový škrob
  - Napučiavajúci škrob (okamžitý škrob)

Sago/tapioka
- Perlové ságo
- Perlová tapioka

čiastočne ochudobnený škrob
- riedky škrob
- Dextrín
  - Opečený dextrín
  - Kyslý dextrín
- Maltrin

Produkty hydrolýzy
- Kukuričný sirup
- glukóza

Zahusťovadlo
- Ester škrobu
- Éter škrobu

Využitie v potravinárskom priemysle

Ako prírodný a modifikovaný škrob sa škrob používa v potravinárskom priemysle rôznymi spôsobmi. Škrobové rastliny, ako sú zemiaky, pšenica, ryža a maniok, sú najdôležitejšou základnou potravinou pre medzinárodný prísun sacharidov. Okrem toho existujú cestoviny, chlieb a iné pečivo, na výrobu ktorých sa používa múka z rôznych druhov škrobového zrna, ako je pšenica, raž alebo jačmeň. Zo škrobu sa navyše vyrábajú rôzne cukry na báze škrobu, ako sú dextríny, hroznový cukor, maltodextrín a glukózový sirup, ktorý sa používa ako sladidlo v celom potravinárskom priemysle (napr. Limonády, zmrzlina, džemy, cukrovinky), ale napr. Čiastočne kontroverzné dôsledky (pozri kukuričný sirup).

Jednotlivé druhy škrobu (napríklad zemiakový škrob alebo kukuričný škrob) sa tiež používajú ako prísada do mnohých kuchárskych receptov a v potravinárskom priemysle, kde sa škrob často používa vo forme modifikovaného škrobu (pozri zahusťovadlá). Škrob je najdôležitejšie zahusťovadlo v potravinárskom priemysle a používa sa napr. B. používaný v hotových jedlách všetkého druhu.

Použitie v priemysle a ako materiál

Škrob, najmä vo forme zemiakového škrobu, kukuričného škrobu a pšeničného škrobu, je jednou z najdôležitejších obnoviteľných surovín vďaka rôznorodému použitiu v chemicko-technickom priemysle spolu s drevom a cukrom (sacharóza). Hlavné oblasti použitia škrobu sú vo výrobe papiera a vlnitej lepenky ako papierového škrobu a vo fermentačnom priemysle ako fermentovateľný substrát na výrobu rôznych plošných chemikálií a bioetanolu ako biopaliva. V USA je kukuričný škrob hlavnou surovinou pre bioetanol.Podľa informácií nemeckého odvetvia bioetanolu v roku 2009 (BDB 2009) sa väčšina bioetanolu v Nemecku získava aj zo škrobovitých rastlín, najmä z pšenice. V niektorých ďalších krajinách sa biopalivo získava hlavne z cukru, napríklad v Brazílii, pri pestovaní cukrovej trstiny.

Škrob sa tiež používa na morenie bavlny, farbenie anilínovými farbami, lepenie papiera a zahusťovanie farieb v tlačiarni. Pri ofsetovej tlači sa na práškový stroj nanáša na čerstvo potlačený povrch zmes škrobu a vzduchu, ktorá sa často vyrába z kukurice. Prášok funguje ako rozpera medzi stohovanými listami papiera a podporuje oxidačné sušenie tlačiarenskej farby vďaka uzavretému vzduchu.

Pomerne nové je použitie materiálu ako bioplastov vo forme takzvaného termoplastického škrobu z. B. na kompostovateľný riad a príbory na jedno použitie alebo ako napenený poťahový materiál v obaloch (škrobový termoset). Vo farmaceutickom priemysle sa škrob používa na výrobu tabliet, kde môže slúžiť ako plnivo, rozvoľňovadlo a spojivo a ako práškový základ.

Historické

Sila bola známa už v staroveku, až po Dioscuridesovi amylon nazýva sa preto, lebo sa neextrahuje v mlynoch ako iné látky podobné múke. Podľa Plínia bol najskôr vyrobený z pšeničnej múky na Chiose. O postupe výroby v stredoveku sa vie len málo, iba toľko je isté, že Holanďania v 16. storočí vo veľkom vyrábali škrob a vyvážali značné množstvá. Škrobársky priemysel sa rozvíjal predovšetkým ako obchod s poľnohospodárskymi výrobkami. Pri najjednoduchších zariadeniach získal jeden iba mierny výťažok, ale pokrok v zdokonaľovaní strojov a prístrojov potom viedol k vyššiemu výťažku, predovšetkým zavedením špeciálne navrhnutých odstredivých strojov.

Lekárnik Constantin Kirchhoff objavil štiepenie škrobu na glukózu.