Free Press

Er zijn enkele tegenstrijdige waarnemingen gedaan over de effecten van verschillende mono- en disacchariden op de gelatinering van zetmeel, tegenstrijdigheden die het gevolg zijn van de eigenschappen van verschillende soorten zetmeel. De algemene tendens die door alle auteurs wordt waargenomen, is echter dat verhogingen van de suikerconcentratie leiden tot verlagingen van de gelviscositeit (zie tabel LVI). Het is aangetoond921,922,927,928 dat aan zetmeel toegevoegde sachariden de gelatinisatietemperatuur verhogen. Dit is het gevolg van de vertraging van de zwelling van de korrels921,922,927,929,930 Er moet echter sterk op worden gewezen dat het effect van suikers op de zwelling afhangt van de concentratie van hun waterige oplossingen. Boven bepaalde concentraties treedt geen zwelling op.931 De meeste van de bovengenoemde effecten werden eerder geïnterpreteerd in termen van de competitie van mono- en oligosacchariden met zetmeel voor watermoleculen die nodig zijn voor oplosbaarheid, hydratatie, zwelling en gelatie.908,921,922, 929,932-935 Deze competitie wordt gewonnen door de sacchariden met een laag molecuulgewicht, en als gevolg daarvan heeft zetmeel minder watermoleculen beschikbaar voor zwelling. Om deze hypothese te staven zijn studies van de watermobiliteit in ternaire zetmeel-sucrose-water systemen uitgevoerd met 13C en 17O NMR technieken.935-945 Johnson et al.946 gebruikten ESR methoden bij dergelijke studies.

Verschillende onderzoekers zijn van mening dat er directe interacties zijn tussen zetmeel en sacharose en andere sachariden. Gardell947 en ook Brown en French948 hebben aangetoond dat mengsels van sachariden doeltreffend kunnen worden gescheiden op chromatografische kolommen die met zetmeel zijn gevuld. Brown en French948 vonden de volgende opeenvolging van elutievolumes voor de volgende sachariden: stachyose < raffinose < lactose < glucose, die respectievelijk tetra-, tri-, di- en monosachariden zijn. Gedurende verscheidene jaren veronderstelden deze auteurs de vorming van inclusiecomplexen van sachariden met zetmeel. De voorgaande chromatografische studies suggereren dat een essentiële factor bij de vorming van dergelijke complexen de conformationele pasvorm van de gastheer- en gastmoleculen is. De beste conformatie moet uiteraard mogelijk zijn met α-D-glucose en andere sorbaten die dergelijke moleculen bevatten. In disacchariden, vooral in sucrose, zou het tweede suikergedeelte een vertakking moeten vormen van de hoofdstam van het complex, en het zou wanorde moeten introduceren op macroscopische schaal. Indien er echter verscheidene van dergelijke vertakkingen op voldoende afstand van elkaar zijn, kan er in plaats daarvan ordening ontstaan. Een dergelijke ordening kan het gevolg zijn van directe interacties die worden toegeschreven aan een lokale wederzijdse conformationele fit, of van de ordening en de uiteindelijke gevangen interacties met watermoleculen. Het zou een verklaring kunnen zijn voor de 13C NMR resultaten van Hansen et al.949 dat, bij interactie van sucrose met zetmeel, sommige koolstofatomen van sucrose sterker interageren dan andere. Het zou ook de waarneming van Lim et al.950 van een afname van de watermobiliteit in zetmeel na de toevoeging van sucrose kunnen verklaren. Veranderingen in de beweeglijkheid van water in zetmeelmengsels met andere sachariden zijn vergelijkbaar met het geval van mengsels met sacharose; de relatieve grootten verschillen echter.

Er werd gerapporteerd951 dat de effectiviteit van interacties van sachariden met zetmeel sterk correleert met het aantal potentiële waterstofbruggen dat een gegeven suikermolecuul biedt, vermenigvuldigd met de concentratie van de suiker in oplossing (nH). Deze resultaten correleren goed met de temperaturen van het begin van zetmeelgelering (Tg) in aanwezigheid van glucose, sacharose, maltose, en maltotriose. Voor een reeks van 12 datapunten wordt de vergelijking nH = 1,41 Tg + 52,07 met een correlatiecoëfficiënt r = 0,99 gevolgd. Ook voor een reeks van 11 datapunten over zetmeelmengsels met glucose, sacharose en fructose geldt de vergelijking nH = 1,52Tg + 51,72, met r = 0,95. Deze resultaten wijzen op een conformatie met fructose in zijn pyranoïde tautomeer in het complex. Opgemerkt moet worden dat deze correlatie tegengesteld is aan die gerapporteerd door Brown en French over de sorptie van suikers op zetmeel.948

De enthalpie van gelatie correleert niet met nH. De waargenomen spreiding is een aanwijzing voor de complexiteit van het gelatinisatieproces, een proces dat niet geschikt is voor het bestuderen van complexatie, voornamelijk omdat het afhankelijk is van zwelling. Spies en Hoseney952 stelden voor dat suikermoleculen gebonden aan amorfe gebieden van zetmeel bruggen vormen tussen ketens. De complexatie van suikers zou de waterabsorptie moeten vertragen, een feit dat in de praktijk wordt waargenomen.953 Het betekent een verhoogde energiebehoefte van gelatinisatie. De gelatinisatietemperatuur volgt de volgende volgorde voor de volgende complexen met aardappelzetmeel: sucrose > glucose > maltose > ribose.953 Het effect van suikers op het verlies van birefrigency van zetmeel volgt de volgende volgorde: sucrose > glucose > fructose.954 Het effect van suikers op de gelatinisatie van zetmeel is afhankelijk van de ketenlengte van de interagerende suiker.952 De eerder genoemde vertakking verklaart deze waarneming. Vertakkingen, en de hydraterende watermoleculen die aan deze vertakkingen vastzitten, creëren sterische belemmeringen voor de toegang van watermoleculen tot zetmeel, waardoor zwelling en gelatinering optreedt. De effecten van sacchariden op zetmeelretrograda-tie kunnen op soortgelijke wijze worden geïnterpreteerd. De vorming van zetmeelcomplexen met fructose en glucose veroorzaakt zeker lokale ordening van de soorten, die kan worden uitgebreid tot ordening op macro-schaal. Sucrose kan, door de vorming van een complex, ook lokale ordening veroorzaken, maar zijn ongecomplexeerde fructosemotieven introduceren wanorde op macroschaal. Niet complexvormende, of relatief zwak complexvormende, pentosen veroorzaken wanorde op micro- en macroschaal. Tomasik et al.955 voerden een overtuigend argument aan voor de complexatie van mono- en disacchariden met zetmeel. Zij vergeleken de polarimetrische snelheid en uitbreiding van mutarotatie van zetmeel en zetmeel-suikermengsels. Verstoring van dit proces door de introductie van bepaalde suikers verklaarde de complexatie. Metingen van viscositeit, differentiële scanning calo-rimetrie, en interpretatie van Brabender amylogrammen suggereren dat zetmeel complexeert met D-glucose, D-fructose, D-galactose, D-mannose, lactose, maltose, D-xylose, en sucrose. Complexatie van zetmeel met D-ribose is twijfelachtig, en er is geen complexatie met L-arabinose.

Er zijn verschillende praktische toepassingen waarbij interacties tussen zetmeel en sachariden een rol spelen. Zo worden van zetmeel afgeleide suikers gebruikt als plas-ticizers voor zetmeel.956 Zo verhoogt toevoeging van aardappelzetmeel aan suikerstroop de viscositeit van de oplossing tot een niveau waarop deze gasbellen vasthoudt en geschikt is voor het produceren van schuim.957 Agaraan, zetmeel en gezwollen Sephadex G-200 vormen een gemengde drager voor zone-elektroforese.958 Een triplex van verbeterde sterkte ontstond door het mengen van een waterige oplossing van sacharose en zetmeel of tarwemeel, gevolgd door de toevoeging van zwavelzuur en warm persen.959 Een mengsel van agar met sacharose en zetmeel geeft een gelei van goede kwaliteit.960 Een oosters snoepje, rakhat-lukum, moet ook worden genoemd; het is een pseudoplastische gel, en de marktwaarde ervan hangt af van zijn viscositeit en thixotrope eigenschappen, die beide onstabiel zijn. De stabiliteit van rakhat-lukum kan worden hersteld door de concentratie van suiker en maïszetmeel te verhogen.961