Free Press

X Keményítő komplexek mono- és oligoszacharidokkal

Berczeller901 megfigyelte, hogy a laktóz és a maltóz vizes oldatban negatív szorpciót mutat a keményítőn. Ez a polarimetriásan megfigyelt szorpció a szacharidoldat koncentrációjával növekszik. Néhány közleményben902-904 azt állítják, hogy a kristályos szacharóz visszatartása a keményítővel való kölcsönhatás eredménye. Ha a cukrok kristályosodása keményítő jelenlétében történik, akkor a makrokristály szerkezete megváltozik ahhoz képest, ami normális esetben a cukrok hiányában épül fel. A glükóz905 és a szacharóz906 esetében megfigyelték, hogy ez fontos tényező lehet a szacharóz gyógyszeripari segédanyagként való felhasználásakor.907 A mono- és diszacharidok keményítőhöz viszonyított bizonyos arányánál a poliszacharidok kristályosodása megzavarodik. A xilóz és a ribóz a cukorkoncentráció növekedésével csökkenti a búzakeményítő retrogradációját. A fruktóz ellenkező hatást mutat.908 Hasonlóképpen a monoszacharidok (glükóz és mannóz) és diszacharidok (szacharóz) a jelentések szerint növelik a kukoricakeményítő retrográdációját,908-910 bár egy másik szerző az ellenkező hatást jelentette búzakeményítő esetében.910 Kiterjedtebb összehasonlító vizsgálatok hiányoznak.

Kim és D’Appolonia911 a búzalisztből készült pentoglikánok hatását vizsgálta a búzakeményítő gél retrográdációjára. Arról számoltak be, hogy a vízben nem oldódó pentoglikonok hatékonyabban hátráltatják a retrográdációt, mint az oldhatóak. Az oldható pentoglikánokkal ellentétben, amelyek csak az amilózzal lépnek kölcsönhatásba, az oldhatatlan pentoglikánok komplexeket képeznek az amilózzal és az amilopektinnel. A pentoglikánok retrográdációra gyakorolt hatását úgy értelmezik, hogy akadályozzák a keményítő kristályosodásának központjait. A pentoglikánok nem befolyásolják a zselatinizációt. A pentoglikánoknak a kenyérsütésre gyakorolt különböző hatásairól is beszámoltak.912-914

A cukorszűrés iparilag fontos folyamatát akadályozza a keményítő jelenléte a szűrt közegben,915-918 ami nem feltétlenül valamilyen komplexképződésnek tulajdonítható, hanem <2 μm átmérőjű részecskék képződésének köszönhető. A keményítő-komplexek kialakulására alacsonyabb szacharidokkal a cukorszirupok, keményítő-szolok és keményítőgélek viszkozitásának növekedése sugallja a cukrok hozzáadása után.909,910, 919-924

A szacharóz hozzáadása száraz jellegű kukoricakeményítő vizes keverékhez a keverék elfolyósodását okozza a vízaktivitás csökkenése következtében. Ezt Chinachoti925 bűvészmutatványként írta le. Ugyanezt a hatást más cukrok is előidézik. Az ilyen keverékek egyszerre úszóképesek és viszkózusak. Jóddal kék színt képeznek, és a komplexnek ezt a színét a cukor hozzáadása nem változtatja meg. A tiszta amilóz nem mutatja a “bűvésztrükk” hatását, de analóg módon viselkedik a jóddal szemben.926 Ez az eredmény arra utal, hogy a komplexet képező cukor nem bontja ki az amilóz hélixet és az amilopektin véletlenszerű tekercseit. Arra is utal, hogy a cukor vándorlása a spirál üregébe történik, és arra utal, hogy a keményítő-cukor komplexek stabilitási állandója alacsonyabb, mint a keményítő-jód komplexé.

Sok kutató osztotta azt a véleményt, hogy a keményítő és a szacharóz, valamint más szacharidok között közvetlen kölcsönhatás van. Gardell947 , valamint Brown és French948 kimutatták, hogy a szacharidok keverékei hatékonyan elválaszthatók keményítővel töltött kromatográfiás oszlopokon. Brown és French948 a következő szacharidok esetében a következő elúciós mennyiségek sorrendjét találták: szachyóz < raffinóz < laktóz < glükóz, amelyek tetra-, tri-, di-, illetve monoszacharidok. Ezek a szerzők több éven át feltételezték a szacharidok keményítővel való zárványkomplex képződését. A fenti kromatográfiás vizsgálatok arra utalnak, hogy az ilyen komplexek kialakulásában lényeges tényező a gazda- és vendégmolekulák konformációs illeszkedése. A legjobb konformációs illeszkedés nyilvánvalóan az α-D-glükóz és más, ilyen részeket tartalmazó szorbátok esetében lehetséges. A diszacharidokban, különösen a szacharózban, a második cukorrésznek a komplex fő törzsének egy elágazását kell képeznie, és makroszkopikus léptékben rendezetlenséget kell bevezetnie. Ha azonban több ilyen, egymástól megfelelő távolságban elhelyezkedő elágazás van, akkor ehelyett rendeződés alakulhat ki. Ez a rendeződés vagy a helyi kölcsönös konformációs illeszkedésnek tulajdonított közvetlen kölcsönhatásokból, vagy a rendeződésből és a vízmolekulákkal való esetleges fogva tartó kölcsönhatásokból eredhet. Ez magyarázhatja Hansen és munkatársai949 13C NMR eredményeit, miszerint a szacharóznak a keményítővel való kölcsönhatásakor a szacharóz egyes szénatomjai erősebben lépnek kölcsönhatásba, mint mások. Ez magyarázhatja Lim és munkatársai950 megfigyelését is, miszerint a szacharóz hozzáadása után csökken a keményítő vízmozgékonysága. A víz mobilitásának változásai más szacharidokkal kevert keményítőben hasonlóak, mint a szacharózzal kevert keményítő esetében, azonban a relatív nagyságrendek eltérnek.

Azt jelentették951 , hogy a szacharidok keményítővel való kölcsönhatásainak hatékonysága erősen korrelál az adott cukormolekula által kínált potenciális hidrogénkötések számával, szorozva az oldatban lévő cukor koncentrációjával (nH). Ezek az eredmények jól korrelálnak a keményítő gélesedésének kezdeti hőmérsékletével (Tg) glükóz, szacharóz, maltóz és maltotrióz jelenlétében. Egy 12 adatpontból álló adatsor esetében az nH = 1,41 Tg + 52,07 egyenletet követik r = 0,99 korrelációs együtthatóval. A glükózzal, szacharózzal és fruktózzal kevert keményítőre vonatkozó 11 adatpontból álló adatsorra is az nH = 1,52Tg + 51,72 egyenlet érvényes, r = 0,95 korrelációval. Ezek az eredmények arra utalnak, hogy a komplexben a fruktóz a piranoid tautomerben van. Meg kell jegyezni, hogy ez az összefüggés ellentétes a Brown és French által a cukrok keményítőn való szorpciójáról közölt összefüggéssel.948

A zselésedés entalpiái nem korrelálnak az nH-val. A megfigyelt szórás a zselésedési folyamat összetettségét jelzi, amely folyamat nem alkalmas a komplexképződés tanulmányozására, elsősorban azért, mert a duzzadástól függ. Spies és Hoseney952 azt javasolta, hogy a keményítő amorf régióihoz kötött cukormolekulák hidakat képeznek a láncok között. A cukrok komplexképződésének késleltetnie kell a vízfelvételt, ami a gyakorlatban is megfigyelhető.953 Ez a zselatinizáció megnövekedett energiaigényét jelenti. A zselésedési hőmérséklet a következő sorrendnek engedelmeskedik a burgonyakeményítővel alkotott komplexek esetében: szacharóz > glükóz > maltóz > ribóz.953 A cukrok hatása a keményítő kettőstörésvesztésére a következő sorrendnek engedelmeskedik: szacharóz > glükóz > fruktóz.954 A cukrok hatása a keményítő zselésedésére a kölcsönható cukor lánchosszától függ.952 A fent említett elágazás magyarázza ezt a megfigyelést. Az elágazások és az ezekhez az elágazásokhoz kapcsolódó hidratáló vízmolekulák sztérikus akadályt képeznek a vízmolekulák keményítőhöz való hozzáférése számára, ami duzzadást és zselésedést okoz. Hasonlóan értelmezhető a szacharidok hatása a keményítő retrográdiójára. A keményítő komplexek képződése a fruktózzal és a glükózzal minden bizonnyal a fajok helyi rendeződését okozza, ami makroszintű rendeződésre is kiterjeszthető. A szacharóz a komplexképződéssel szintén helyi rendeződést hozhat létre, de a komplex nélküli fruktózrészek makroszintű rendezetlenséget hoznak létre. A nem komplexképző, vagy viszonylag gyengén komplexképző pentózok mikro- és makroszintű rendezetlenséget okoznak. Tomasik et al.955 meggyőző érvet terjesztett elő a mono- és diszacharidok keményítővel való komplexképzése mellett. Összehasonlították a keményítő és a keményítő-cukor keverékek mutarotációjának polarimetriás sebességét és kiterjedését. Ennek a folyamatnak az egyes cukrok bevezetésével történő megzavarása magyarázta a komplexképződést. A viszkozitás mérése, a differenciális pásztázó kalo-rimetria és a Brabender-amilogrammok értelmezése arra utal, hogy a keményítő komplexet képez D-glükózzal, D-fruktózzal, D-galaktózzal, D-mannózzal, laktózzal, maltózzal, D-xilózzal és szacharózzal. A keményítő komplexképződése a D-ribózzal kétséges, és nincs komplexképződés az L-arabinózzal.

A keményítő és a szacharidok közötti kölcsönhatásokat számos gyakorlati alkalmazás érinti. Például a keményítőből származó cukrokat a keményítő plaszticizálójaként használják.956 Így a burgonyakeményítő cukorsziruphoz való hozzáadása olyan szintre növeli az oldat viszkozitását, hogy az megtartja a gázbuborékokat, és alkalmas habok előállítására.957 Az agaran, a keményítő és a megduzzadt Sephadex G-200 vegyes hordozót alkotnak zónaelektroforézishez.958 Szacharóz és keményítő vagy búzaliszt vizes oldatának keveréséből, majd kénsav hozzáadásából és forró préseléséből jobb szilárdságú rétegelt lemez jött létre.959 Agar szacharózzal és keményítővel való keveréke jó minőségű zselét eredményez.960 Meg kell említeni egy keleti édességet, a rakhat-lukumot is; ez egy álplasztikus gél, és piaci értéke a viszkozitásától és tixotróp tulajdonságaitól függ, amelyek mindkettő instabil. A rakhat-lukum stabilitását a cukor és a kukoricakeményítő koncentrációjának növelésével lehet helyreállítani.961