Скроб

Из Википедије, слободне енциклопедије
Иди на навигацију Иди на претрагу
Скроб
Cornstarch being mixed with water
Идентификација
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.029.696
EC број 232-679-6
RTECS GM5090000
Својства
(C
6
H
10
O
5
)
n -
(H
2
O)
Моларна маса Варијабилна
Агрегатно стање Бели прах
Густина Варијабилна[1]
Тачка топљења разлаже се
нерастворан
Термохемија
41.788 kcal/g (174.840 kJ/g)[2]
Опасности
Безбедност приликом руковања ICSC 1553
410 °C (770 °F; 683 K)
Границе изложености здравља у САД (NIOSH):
PEL (дозвољено)
TWA 15 mg/m3 (укупно) TWA 5 mg/m3[3]
Уколико није другачије напоменуто, подаци се односе на стандардно стање материјала (на 25 °C [77 °F], 100 kPa).
ДаY верификуј (шта је ДаYНеН ?)
Референце инфокутије
Структура молекула амилозе
Структура молекула амилопектина

Скроб (лат. amylum) је природни полисахарид опште формуле (C6H10O5)n. Налази се у воћу, семенкама, корењу, кртолама и лишћу биљака.[4] То је један од основних састојака хране и производе га искључиво биљке, којима скроб служи као резервна енергија. По улози и структури је сличан гликогену који исту функцију обавља код животиња.

Чист скроб је бео, безукусан и безмирисан прах, који је нерастворан у хладној води или алкохолу. Он се састоји од два типа молекула: линеарне и хеликсне амилозе и разгранатог амилопектина. У зависности од биљке, скроб се генерално састоји од 20 до 25% амилозе и 75 до 80% амилопектина по тежини.[5] Гликоген, глукозна залиха животиња, је у већој мери разграната верзија амилопектина.

У индустрији, скроб се конвертује у шећере, на пример претвара се у слад, и ферментише се да би се произвео етанол при производњи пива, вискија и биогорива. Обрађује се како би се произвели многи шећери који се користе у прерађеној храни. Мешањем већине скробова у топлој води производи се паста, као што је пшенична паста, која се може користити као средство за згушњавање, укрућивање или лепљење. Највећа индустријска непрехрамбена употреба скроба је као лепка у процесу израде папира. Скроб се може применити на делове поједине одеће пре пеглања, да би се укрутила.

Историја[уреди]

Зрна скроба из ризома шевара као брашно су идентификована са млинског камења у Европи које потиче од пре 30.000 година.[6] Скробна зрна из сирака су нађена на млинском камењу у пећинама у Нгалу, Мозамбик, која су стара више од 100.000 година.[7]

Чиста екстрахована пшенична скробна паста је коришћена у древном Египту вероватно за лепљење папируса.[8] Екстракција скроба је први пут описана у Историји природе Плинија Старијег око 77–79. године.[9] Римљани су га такође користили за у козметичким кремовима, за пудерисање косе и згушњавање сосева. Персијци и Индијци су користили скроб за прављење јела сличних са готхумајском пшеничном алвом. Пиринчани скроб као површински третман папира је кориштен у продукцији папира у Кини од 700. године.[10]

Индустрија скроба[уреди]

Поред скробних биљака које се директно конзумирају, до 2008. године се годишње производило 66 милиона тона скроба широм света. У 2011. години производња је повећана на 73 милиона тона.[11]

У ЕУ скробна индустрија је произвела око 8,5 милиона тона у 2008. години, од чега је око 40% кориштено за индустријске апликације и 60% је имало прехрамбену примену,[12] превасходно у виду глукозних сирупа.[13] Године 2017. је ЕУ продукција била 11 милиона тона од чега је 9,4 милиона тона било конзумирано у ЕУ. Од тога су 54% сачињавали скробни заслађивачи.[14]

САД су произвеле око 27,5 милиона тона скроба у 2017. години, од чега око 8,2 милиона тона високофруктозног сирупа, 6,2 милиона тона глукозних сирупа и 2,5 милиона тона скробних производа. Остатак скроба је кориштен за продукцију етанола (1,6 милијарди галона или 7,3 милијарди литара етанола).[15][16]

Енергетске залихе биљки[уреди]

Већина зелених биљки користи скроб као енергетску залиху. Сувишна глукоза се мења у скроб, који је комплекснији од глукозе. Изузетак је фамилија Asteraceae (астре, бела рада и сунцокрети), где је скроб замењен фруктаном инулином. Фруктани који су слични инулинима су исто тако присутни у травама као што је пшеница, у црном и белом луку, бананама, и шпаргли.[17]

При фотосинтези, биљке користе енергију светлости да формирају глукозу из угљен-диоксида. Глукоза се користи за генерисање хемијске енергије неопходне за општи метаболизам, за формирање органских једињења као што су нуклеинске киселине, липиди, протеини и структурни полисахариди као што је целулоза, или се складишти у облику скробних гранула, у амилопластима. При крају сезоне раста, скроб се акумулира у гранчицама дрвећа у близини пупољака. Плод, семе, ризоми, и кртоле складиште скроб у припреми за следећу сезону раста.

Глукоза је растворна у води, хидрофилна је, везује се за воду и при томе заузима знатан простор, и она је осмотички активна; глукоза у облику скроба, с друге стране, није растворна, те стога није осмотички активна и може се компактније складишти.

Молекули глукозе су везани у скробу путем алфа веза које се лако хидролизују. Исти тип везе се налази у животињском складишном полисахариду гликогену. То је у контрасту са многим структурним полисахаридима као што је хитин, целулоза и пептидогликан, који су везани бета везама и стога су у већој мери отпорни на хидролизу.[18]

Стварање скроба[уреди]

Асимилациони (примарни) скроб настаје у фотосинтетском ткиву биљака (хлоропластима). Примарни производ фотосинтезе је глукоза, али она се кондензује у нерастворљиви скроб. Током ноћи он се постепено разграђује и транспортује у друга ткива, а тамо се у амилопластима изграђују зрнца резервног скроба. Тај скроб је главни извор енергије у исхрани људи и домаћих животиња. Кртола кромпира садржи око 30%, а пшенична зрна и до 70 % скроба.[19]

Биосинтеза[уреди]

Биљке производе скроб тако што прво конвертују глукозу 1-фосфат до АДП-глукозе користећи ензим глукоза-1-фосфат аденилилтрансфераза. За овак корак је неопходна енергија у облику АТП. Ензим скробна синтаза затим додаје АДП-глукозу путем 1,4-алфа гликозидне везе на растући ланац глукозних остатака, ослобађајући АДП и креирајући амилозу. АДП-глукоза се додаје на нередукујући крај амилозног полимера, као УДП-глукоза се додаје на нередукујући крај гликогена током гликогенске синтезе.[20]

Ензим скробног разгранавања уводи 1,6-алфа гликозидне везе између амилозних ланаца, креирајући разгранати амилопектин. Ензим скробног одграњавања изоамилаза уклања део тих грана. Постоји неколико изоформи тих ензима, што доводи до веома комплексног синтетичког процеса.[21]

Гликоген и амилопектин имају сличне структуре, али каснији има око једну тачку гранања на десет 1,4-алфа веза, у поређењу са око једном тачком гранања на тридесет 1,4-алфа веза у амилопектину.[22] Амилопектин се синтетише из АДП-глукозе, док сисари и гљиве синтетишу гликоген из УДП-глукозе; у највећем броју случаја, бактерије синтетишу гликоген из АДП-глукозе (аналогно са скробом).[23]

Осим синтезе скроба у биљкама, скроб може да буде синтетисан из непрехрамбеног скроба посредством ензимског коктела.[24] У том ванћелијском биосистему, бета-1,4-гликозидном везом повезана целулоза се делимично хидролизује до целобиозе. Целобиозна фосфорилаза се разлаже до глукоза 1-фосфата и глукозе; други ензим кромпира алфа-глукан фосфорилаза (ЕЦ 2.4.1.-) може да дода глукозну јединицу из глукоза 1-фосфорилазе на нередукујући крај скроба. У њој се фосфат интерно рециклира. Други продукат, глукоза, може да асимилира квасац. Овај безћелијски биопроцес не захтева скуп хемијски или енергетски унос, може се одвијати у воденом раствору, и не доводи до губитака шећера.[25][26][27]

Састав[уреди]

Скроб представља смесу два полисахарида, амилозе и амилопектина. То су полимери моносахарида D-глукозе, а разликују се у начину везивања глукозних јединица. Амилоза има једноставнију грађу. Чини је неколико хиљада мономера повезаних α(1→4) гликозидном везом у дуге ланце. Амилопектин је разгранат и састоји се од главног и бочних ланаца. Главни ланац чине молекули глукозе повезани α(1→4) гликозидном везом, док се на сваких 20-30 остатака јавља бочни ланац (исте структуре) спојен α(1→6) гликозидном везом. Скроб садржи око 1/5 амилозе и 4/5 амилопектина.[19]

Скробни лепак
Скробна зрнца

У хладној води, алкохолу и етру скроб је нерастворљив, док у врућој води даје густ колоидни раствор (тзв. скробни лепак). Скробна зрнца имају карактеристичан облик за сваку биљку, а промер им износи 2-150 ηm. Састављена су од воде (10-20%), масних киселина и фосфолипида (0,5-0,8%), протеина (0,1-0,5%), пепела, фосфора и других елемената.

Опна скробног зрнца је грађена од амилопектина, а унутрашњост од амилозе. Испитивањима је утврђено да зрнца имају семикристалну грађу, односно да поседују аморфна (неуређена) и кристална (уређена) подручја у којима су полимерни ланци повезани водониковим везама. Кристаличност се повезује са амилопектинском компонентом скробне грануле, док се амилозна компонента повезује са неуређеним или аморфним подручјем.

Под деловањем киселина и ензима скроб се може потпуно разгадити у глукозу, а међупродукти ове реакције су декстрини и малтоза.

Употреба[уреди]

Чисти изоловани скроб се добија из кромпира или житарица испирањем водом, а употребљава се у индустрији папира (као лепак), у прехрамбеној индустрији (као средство за згушњивање и желатинизацију), у козметици (пиринчани скроб као пудер), у текстилној, металној и фармацеутској индустрији, као реагенс за јод итд.[28]

Скробни сируп[уреди]

Скробни сируп је густа течна безбојна маса, која се добија хидролизом скроба. Садржи 20-40% малтозе, 12-20% глукозе и до 35% декстрина. Употребљава се у производњи ликера и кондиторских производа.

Референце[уреди]

  1. ^ Roy L. Whistler; James N. BeMiller; Eugene F. Paschall, ур. (2012). Starch: Chemistry and Technology. Academic Press. стр. 220. »Starch has variable density depending on botanical origin, prior treatment, and method of measurement« 
  2. ^ CRC Handbook of Chemistry and Physics, 49th edition, 1968-1969, p. D-188.
  3. ^ NIOSH Džepni vodič hemijskih hazarda 0567
  4. ^ „Угљени хидрати”. Архивирано из оригинала на датум 22. 2. 2008. Приступљено 9. 2. 2008. 
  5. ^ Brown, W. H.; Poon, T. (2005). Introduction to organic chemistry (3rd изд.). Wiley. ISBN 978-0-471-44451-0. 
  6. ^ Revedin, A.; Aranguren, B.; Becattini, R.; Longo, L.; Marconi, E.; Lippi, M. M.; Skakun, N.; Sinitsyn, A.; et al. (2010). „Thirty thousand-year-old evidence of plant food processing”. Proceedings of the National Academy of Sciences. 107 (44): 18815—9. PMC 2973873Слободан приступ. PMID 20956317. doi:10.1073/pnas.1006993107. 
  7. ^ „Porridge was eaten 100,000 years ago”. The Telegraph. 18. 12. 2009. 
  8. ^ Pliny the Elder, The Natural History (Pliny), Book XIII, Chapter 26, The paste used in preparation of paper
  9. ^ Pliny the Elder, The Natural History (Pliny), Book XIII, Chapter 17, [1]
  10. ^ Hunter, Dard (1947). Papermaking. DoverPublications. стр. 194. ISBN 978-0-486-23619-3. 
  11. ^ Starch Europe, AAF position on competitiveness, visited march 3 2019
  12. ^ NNFCC Renewable Chemicals Factsheet: Starch
  13. ^ International Starch Institute Denmark, Starch production volume
  14. ^ Starch Europe, Industry, visited march 3 2019
  15. ^ CRA, Industry overview 2017, visited on march 3 2019
  16. ^ Starch Europe, Updated position on the EU-US Transatlantic Trade and Investment Parnership, visited on march 3 2019
  17. ^ Vijn, Irma; Smeekens, Sjef (1999). „Fructan: more than a reserve carbohydrate?”. Plant Physiology. 120 (2): 351—360. PMC 1539216Слободан приступ. PMID 10364386. doi:10.1104/pp.120.2.351Слободан приступ. 
  18. ^ Zeeman, Samuel C.; Kossmann, Jens; Smith, Alison M. (2. 6. 2010). „Starch: Its Metabolism, Evolution, and Biotechnological Modification in Plants”. Annual Review of Plant Biology. 61 (1): 209—234. PMID 20192737. doi:10.1146/annurev-arplant-042809-112301. 
  19. 19,0 19,1 „Скроб”. Приступљено 9. 2. 2008. 
  20. ^ Nelson, D. (2013) Lehninger Principles of Biochemistry, 6th ed., W.H. Freeman and Company (p. 819)
  21. ^ Smith, Alison M. (2001). „The Biosynthesis of Starch Granules”. Biomacromolecules. 2 (2): 335—41. PMID 11749190. doi:10.1021/bm000133c. 
  22. ^ Stryer, Lubert; Berg, Jeremy Mark; Tymoczko, John L. (2002). „Section 11.2.2”. Biochemistry (5th изд.). San Francisco: W.H. Freeman. ISBN 978-0-7167-3051-4. 
  23. ^ Ball, Steven G.; Morell, Matthew K (2003). „FROM BACTERIAL GLYCOGEN TO STARCH: Understanding the Biogenesis of the Plant Starch Granule”. Annual Review of Plant Biology. 54 (1): 207—233. PMID 14502990. doi:10.1146/annurev.arplant.54.031902.134927. 
  24. ^ You, C.; Chen, H.; Myung, S.; Sathitsuksanoh, N.; Ma, H.; Zhang, X.-Z.; Li, J.; Zhang, Y.- H. P. (15. 4. 2013). „Enzymatic transformation of nonfood biomass to starch”. Proceedings of the National Academy of Sciences. 110 (18): 7182—7187. PMC 3645547Слободан приступ. PMID 23589840. doi:10.1073/pnas.1302420110. 
  25. ^ „Chemical Process Creates Food Source from Plant Waste”. Voice of America. 16. 4. 2013. Архивирано из оригинала на датум 05. 03. 2016. Приступљено 27. 1. 2017. 
  26. ^ Zhang, Y.-H Percival (2013). „Next generation biorefineries will solve the food, biofuels, and environmental trilemma in the energy-food-water nexus”. Energy Science. 1: 27—41. doi:10.1002/ese3.2. 
  27. ^ Choi, Charles (15. 4. 2013). „Could Wood Feed the World?”. Science. Приступљено 27. 1. 2016. 
  28. ^ „Примена скроба”. Архивирано из оригинала на датум 24. 9. 2008. Приступљено 9. 2. 2008. 

Спољашње везе[уреди]