Free Press

X Starch Complexes with Mono- and Oligosaccharides

Berczeller901 pozoroval, že laktosa a maltóza vykazují negativní sorpci na škrob ve vodných roztocích. Tato polarimetricky sledovaná sorpce se zvyšuje s koncentrací roztoku sacharidu. V některých pracích902-904 se tvrdí, že zadržování krystalické sacharosy je důsledkem interakcí se škrobem. Pokud dochází ke krystalizaci cukrů v přítomnosti škrobu, mění se struktura makrokrystalů vzhledem k té, která se normálně vytváří za nepřítomnosti cukrů. V případě glukosy905 a sacharosy906 bylo pozorováno, že to může být důležitý faktor při použití sacharosy jako farmaceutické pomocné látky.907 Při určitém poměru mono- a disacharidů ke škrobu dochází k narušení krystalizace polysacharidu. Xylosa a ribosa snižují retrogradaci pšeničného škrobu s rostoucí koncentrací cukru. Fruktosa vykazuje opačný účinek.908 Podobně se uvádí, že monosacharidy (glukosa a manosa) a disacharidy (sacharosa) zvyšují retrogradaci kukuřičného škrobu,908-910 i když opačný účinek uvádí jiný autor v případě pšeničného škrobu.910 Rozsáhlejší srovnávací studie chybí.

Kim a D’Appolonia911 studovali vliv pentoglykanů pšeničné mouky na retrogradaci gelu pšeničného škrobu. Bylo zjištěno, že ve vodě nerozpustné pentoglykany zpomalují retrogradaci účinněji než rozpustné. Na rozdíl od rozpustných pentoglykanů, které interagují pouze s amylosou, tvoří nerozpustné pentoglykany komplexy s amylosou a amylopektinem. Účinek pentoglykanů na retrogradaci se interpretuje jako bránění krystalizaci center škrobu. Pentoglykany nemají vliv na želatinizaci. Byly také zaznamenány různé účinky pentoglykanů na pečení chleba.912-914

Průmyslově důležitý proces filtrace cukru je ztížen přítomností škrobu ve filtrovaném médiu,915-918 což není nutně přičítáno tvorbě nějakých komplexů, ale je to způsobeno tvorbou částic o průměru <2 μm. Tvorbu komplexů škrobu s nižšími sacharidy naznačuje zvýšená viskozita cukerných sirupů, škrobových solí a škrobových gelů po přídavku cukrů.909,910, 919-924

Přídavek sacharosy do suché směsi kukuřičného škrobu s vodou způsobuje zkapalnění směsi v důsledku snížení aktivity vody. Tento jev popsal Chinachoti925 jako kouzelný trik. Stejný efekt způsobují i jiné cukry. Takové směsi jsou vztlakové a zároveň viskózní. S jódem tvoří modrou barvu a tato barva komplexu se přídavkem cukru nemění. Čistá amylosa nevykazuje efekt „kouzelného triku“, ale chová se analogicky vzhledem k jodu.926 Tento výsledek naznačuje, že komplexující cukr nerozkládá amylosovou šroubovici a amylopektinové náhodné závity. Naznačuje také, že dochází k migraci cukru do dutiny šroubovice, a naznačuje, že konstanta stability komplexů škrob-cukr je nižší než konstanta stability komplexu škrob-jód.

Několik badatelů sdílí názor, že existují přímé interakce mezi škrobem a sacharózou i dalšími sacharidy. Gardell947 a také Brown a French948 prokázali, že směsi sacharidů lze účinně separovat na chromatografických kolonách plněných škrobem. Brown a French948 zjistili následující pořadí elučních objemů pro následující sacharidy: stachyosa < rafinosa < laktosa < glukosa, což jsou v tomto pořadí tetra-, tri-, di- a monosacharidy. Po několik let tito autoři předpokládali tvorbu inkluzních komplexů sacharidů se škrobem. Výše uvedené chromatografické studie naznačují, že podstatným faktorem při tvorbě takových komplexů je konformační shoda hostitelské a hostované molekuly. Nejlepší konformační přizpůsobení by zřejmě mělo být možné u α-D-glukosy a dalších sorbátů, které takové molekuly obsahují. U disacharidů, zejména u sacharosy, by druhá cukerná část měla tvořit větev hlavního kmene komplexu a měla by vnášet neuspořádanost v makroskopickém měřítku. Pokud však existuje několik takových větví umístěných ve vhodné vzdálenosti od sebe, může místo toho dojít k uspořádání. Takové uspořádání může vzniknout buď přímými interakcemi připisovanými lokálnímu vzájemnému konformačnímu přizpůsobení, nebo uspořádáním a případnými záchytnými interakcemi s molekulami vody. To by mohlo vysvětlit výsledky 13C NMR Hansena a spol.949 , že při interakci sacharosy se škrobem interagují některé atomy uhlíku sacharosy silněji než jiné. Mohlo by to také vysvětlit pozorování Lima a spol.950 o snížení pohyblivosti vody ve škrobu po přídavku sacharosy. Změny pohyblivosti vody ve směsích škrobu s jinými sacharidy jsou podobné jako v případě směsí se sacharosou; relativní velikosti se však liší.

Uvádí se951 , že účinnost interakcí sacharidů se škrobem silně koreluje s počtem potenciálních vodíkových vazeb, které nabízí daná molekula cukru vynásobená koncentrací cukru v roztoku (nH). Tyto výsledky dobře korelují s teplotami nástupu gelovatění škrobu (Tg) v přítomnosti glukosy, sacharosy, maltosy a maltotriosy. Pro soubor 12 datových bodů platí rovnice nH = 1,41 Tg + 52,07 s korelačním koeficientem r = 0,99. Rovněž pro soubor 11 datových bodů pro směsi škrobu s glukózou, sacharózou a fruktózou platí rovnice nH = 1,52 Tg + 51,72 s korelačním koeficientem r = 0,95. Tyto výsledky naznačují konformační shodu s fruktózou v jejím pyranoidním tautomeru v komplexu. Je třeba poznamenat, že tato korelace je opačná než ta, kterou uvádějí Brown a French o sorpci cukrů na škrob.948

Entalpie gelovatění nekorelují s nH. Pozorovaný rozptyl svědčí o složitosti procesu želatinizace, procesu, který není vhodný pro studium komplexace, především proto, že závisí na bobtnání. Spies a Hoseney952 navrhli, že molekuly cukru vázané na amorfní oblasti škrobu vytvářejí můstky mezi řetězci. Komplexace cukrů by měla zpomalovat absorpci vody, což je v praxi pozorováno.953 Znamená to zvýšenou energetickou náročnost želatinizace. Teploty želatinizace se řídí následující posloupností pro následující komplexy s bramborovým škrobem: sacharosa > glukosa > maltosa > ribosa.953 Vliv cukrů na ztrátu dvojlomnosti škrobu se řídí následující posloupností: sacharosa > glukosa > fruktosa.954 Vliv cukrů na želatinizaci škrobu závisí na délce řetězce interagujícího cukru.952 Výše zmíněné větvení vysvětluje toto pozorování. Větve a hydratační molekuly vody navázané na tyto větve vytvářejí sterické překážky pro přístup molekul vody ke škrobu, což způsobuje bobtnání a želatinizaci. Podobně lze interpretovat i vliv sacharidů na retrogradaci škrobu. Tvorba komplexů škrobu s fruktózou a glukózou jistě způsobuje lokální uspořádání druhů, které lze rozšířit na uspořádání v makro měřítku. Sacharóza může tvorbou komplexu rovněž způsobit lokální uspořádání, ale její nekomplexní fruktózové části vnášejí neuspořádanost v makroměřítku. Nekomplexující nebo relativně slabě komplexující pentosy způsobují neuspořádanost na mikro- i makroměřítku. Tomasik a spol.955 předložili přesvědčivý argument pro komplexaci mono- a disacharidů se škrobem. Porovnávali polarimetrickou rychlost a prodloužení mutace škrobu a směsí škrobu a cukru. Perturbace tohoto procesu zavedením určitých cukrů odpovídala za komplexaci. Měření viskozity, diferenční skenovací kalorimetrie a interpretace Brabenderových amylogramů naznačují, že škrob komplexuje s D-glukosou, D-fruktosou, D-galaktosou, D-manosou, laktosou, maltosou, D-xylosou a sacharosou. Komplexace škrobu s D-ribosou je pochybná a s L-arabinosou nedochází ke komplexaci.

Existuje několik praktických aplikací zahrnujících interakce mezi škrobem a sacharidy. Například cukry odvozené od škrobu se používají jako plas-tifikátory škrobu.956 Přídavek bramborového škrobu do cukerného sirupu tak zvyšuje viskozitu roztoku na úroveň, kdy zadržuje plynové bubliny a je vhodný pro tvorbu pěny.957 Agaran, škrob a nabobtnalý Sephadex G-200 tvoří smíšený nosič pro zónovou elektroforézu.958 Překližka se zvýšenou pevností vznikla smícháním vodného roztoku sacharosy a škrobu nebo pšeničné mouky s následným přidáním kyseliny sírové a lisováním za tepla.959 Směs agaru se sacharosou a škrobem dává želé dobré kvality.960 Je třeba zmínit i orientální cukrovinku rakhat-lukum, což je pseudoplastický gel a jeho tržní hodnota závisí na jeho viskozitě a tixotropních vlastnostech, které jsou nestabilní. Stabilitu rakhat-lukum lze obnovit zvýšením koncentrace cukru a kukuřičného škrobu.961

.