plik

BIAŁKA I WĘGLOWODANY

dr inż. Elwira Worobiej
dr inż. M. Piecyk

(Zaliczenie na ostatniej godzinie wykładu)

Wykład 1

Węglowodany

monosacharydy

oligosacharydy

Polisacharydy

Cukry proste
Cukry zredukowane
Alkohole cukrowe
Aminocukry
Kwasy cukrowe

Cyklodesktryny
Rafinozy
Laktoza
Sacharoza
2-10 cz

   Heksozany
     Skrobie
   Glikogen
    Fruktany
    Pektyny
Chemicelulazy
       Celuloza

Polisacharydy
Zróżnicowanie pod względem:



Kolejności monosacharydów



Kolejności wiązań cukrów



Typu wiązań



Występowanie nie sacharydowych podstawników



Struktury przestrzennej

Wśród polisacharydów wyróżniamy:



Zapasowe- skrobie, glikogen ,fruktozany



Strukturalne- celuloza, mukopolisacharydy



Egzopolisacharydy mikrobiologiczne- lewan, pululan, kurdlan

Redukcja do alkoholi sacharydowych (przeprowadzana wodorem a katalizatorze niklowym)



D-glukozy-D- sorbitol E420



D-mannozy-D-mannitol E421



D-glukoza – Sorbitol i mannitol

Utlenianie I i II rzędowych grup hydroksylowych- przebiega w zależności od utleniacza:



II –rzędowe ketony



I- grupy karboksylowe (uronowe) wykorzystywane w analityce do oznaczania cukrów (metody
chemiczne) utlenianie jonami Cu

w środowisku zasadowym

Addycja grupy karbonylowej – reakcja ze związkami o strukturze NH

X w produktach dochodzi do

przegrupowania :



Aldozy p. Amadori



ketozy p. Heynsa



I etap reakcji Maillarda

Reakcje grup hydroksylowych:



Estryfikacji



Z resztami wyższych kwasów tłuszczowych- zamienniki tłuszczu



z wyższymi fruktozoalkanami- biodegradowalne dekstryny



tworzenie kompleksów z jonami metali

WĘGLOWODANY ROLA W ORGANIZMIE CZŁOWIEKA
TRAWIENIE, WCHŁANIANIE, METABOLIZM, FUNKCJE.

Trawienie-decyduje o znaczeniu żywieniowym węglowodanów

Zawartość węglowodanów :



80-100%- cukier rafinowany, mąka ziemniaczana, miód pszczeli, miód sztuczny



50-80% - produkty zbożowe



40-70%- słodycze, cukier, przetwory owocowe



10-25%- ziemniaki, warzywa okopowe, korzenne, owoce



4-4,5%- mleko, produkty mleczne (laktoza)

Przyswajalność:
Rola węglowodanów związana z podatnością na trawienie i wchłanianiew przewodzie pokarmowym

Enzymy trawiące sacharydy w p.p. są α-galaktozydazami ( z wyjątkiem  lakatzy,  β-galaktozydazy,  sacharazy,
β-D- galaktofuranozydazy

Trawienie:



amylazy ślinowe- wstępne trawienie (glikogenu i skrobi)



amylazy trzustkowe- glikogenu i skrobi do maltozy, maltotriozy, oligosacharydów, i trochę glukozy



hydrolazy jelitowe- maltoza, laktoza, sacharoza (odłączanie pojedynczych grup cukrowych, glukozy,
fruktozy, mannozy, galaktozy)



enzymy bakteryjne – fermentacja



nie trawione polisacharydy- celuloza, chemicelulazy, ligniny

Brak β-galaktozydaz*- nie trawione cukry polisacharydy i oligosacharydy zwierające wiązania β. Mogą być
trawione przez enzymy mikroflory w jelitach (Enteriobakterie, Bifidobakterie, drożdże, Streptokoki)

Przyswajalność kryterium podziału:



węglowodany przyswajalne- trawione przez enzymy człowieka



węglowodany częściowo przyswajalne- trawione w jelicie grubym



węglowodany nie przyswajalne- nie trawione przez enzymy człowieka

                                                                   Fruktoza 15%  transport bierny
Amylopektyny 

                                                                              Glukoza  80%  (transport aktywny)

Amylozy                                   maltoza, laktoza                           galaktoza 5% (transport aktywny)

Kierunki przemiany glukozy:



glukoza → laktoza ( w czasie laktacji)



glukoza ↔ inne związki ważne dla organizmu



glukoza ↔ aminokwasy gkukogenne



glukoza ↔ glikogen funkcja zapasowa w mięśniach i wątrobie



glukoza → energia dla procesów życiowych, w komórkach



glukoza ↔ tłuszczowce, funkcja zapasowa, głownie jako triacylogliceroli

Sacharoza
Dekstryny
maltotrioza

Ilość węglowodanów a konsekwencje w organizmie:



zbyt mały podaż:
o

glikogenoliza

glukoneogeneza

niepełne spasanie tłuszczu



zbyt wysoki podaż



glukogenogeneza

Wątroba glikogen

mięsnie glikogen

100g

regulacja insulinowa, glikogen, wykorzystywany do

regulacji poziomu glukozy we krwi

Około 150g

Paliwo energetyczne

Rodzaj węglowodanów a dieta:



dostarczające głownie cukrów prostych i sacharozy ( łatwo wchłaniane)



zawierające głownie polisacharydy

Ten prosty podział wykorzystywany był do ustalenia diety dla chorych na cukrzycę:



założenie cukry proste szybko się wchłaniane i szybko podnoszą poziom cukru we krwi.

1981 David Jenkins na grupie ochotników  przepadał wpływ 62 produktów  na poziom glukozy we krwi. Na tej
podstawie powstał alternatywny  system charakteryzowania żywności zawierającej węglowodany, opis jej
wpływu  na glikemię po posiłkową    który nazywamy indeksem glikemicznym

IG- indeks glikemiczny -  określa  procentową szybkość wzrostu  poziomu glukozy   po spożyciu produktu   w
porównaniu  do tego jaki następuje po spożyciu   takiej samej ilości  glukozy

Jako pole pod krzywą glikemii po spożyciu 50 g  węglowodanów  posiłku testowego w porównaniu do  efektu
posiłku standardowego  (glukozy/ białego pieczywa)  WHO/FAO 1998.

Wysoki IG:



spożycie produktu o wysokim IG  gwałtowny wzrost stężenia insuliny we krwi duży wyrzut
insuliny.



Poziom glukozy we krwi spada, często nie tylko do wartości wyjściowej lecz niższej co prowadzi do
hipoglikemii



Objawem hipoglikemii- uczucie głodu  zaspokajanie otyłość

Ładunek glikemiczny



1997 ŁG- całkowita odpowiedź glikemiczna na produktu lub posiłek uwzględniając nie tylko jakości
ale ilość węglowodanów



ŁG=IG * ilość węglowodanów w porcji (g)/100g



W praktyce oznacza to ze można bezpiecznie porównywać odpowiedź glikemiczną organizmu na
spożycie 2 różnych produktów.

Ilość

węglowodanów

ŁG

Brukiew

0,7

Croissant

15,4

Kuskus

150

Podział ze względu na IG:



O niskim IG





O średnim IG

56 



O wysokim IG



Uwzględniając glukozę jako standard ( dla pieczywa pszennego wyniki przelicza się x 1,43)

Podział ze względu na ŁG:



niskim ŁG 10 lub mniej



średni ŁG 11-19



wysoki ŁG 20 lub więcej

Zmierzone sumy wartości ŁG w zakresie wartości:



niski 80 lub mniej



średni 81-119



wysoki 120 lub więcej

Czynniki wpływające na wartość IG produktów spożywczych

Zależą od rodzaju węglowodanów

Nie zależy od rodzaju węglowodanów

1. rodzaj węglowodanów

1. proces technologiczny

Zawartość monosacharydów
Glukoza, fruktoza, galaktoza (wzrost)

Stopień przetworzenia
Stopień skleikowania skrobi

2. cechy skrobi

2. obecność innych składników pokarmowych

Typ krystaliczności, amylaza/amylopektyna stosunek

Tłuszcz, białka, błonnik, składniki antyodżywcze.

IG a choroby:



niska IG diety obniżenie ryzyka



cukrzycy



otyłości



rak jelita grubego i macicy

Patogeneza cukrzycy typu II

Cukrzyca typu II



Z otyłością:



Nadciśnieniem



Zaburzenia regulacji hormonalnej

Pojawia się o osób starszych teraz w coraz młodszym wieku skutek nieprawidłowego sposobu odżywiania.

Zalecenia żywieniowe a IG:



WHO 2004 strategia globalna dotycząca diety aktywności fizycznej, zdrowia.



Dieta zaleca się by była ona oparta na produktach bogato-węglowodanowych z dużą zawartością
błonnika



W raporcie FAO/WHO –rekomendowane podawanie wartości IG na etykiecie produktów spożywczych
(1998)

Polska
1710 tyś. Świadomych chorych

459 tyś z nie wykrytą cukrzycą

Świat

135 mln 1995
300 mln 2028

Kraje rozwijające się 84 i 228 mln
Kraje rozwinięte 51 i 72 mln

WĘGLOWODANY WŁAŚCIWOŚCI FUNKCJONALNE:

Związane z budowa chemiczną:



Zróżnicowanie energii dla komórek

Podstawowa funkcja węglowodanów przyswajalnych

Chronią białko , które zamiast na cele energetyczne wykorzystywane jako składnik

budulcowy



Składniki regulujące:

Ryboza i deoskyryboza, RNA i DNA przenoszenie informacji genetycznej

Prawidłowe spalanie tłuszczów może zachodzić tylko przy udziale węglowodanów



Pobudzanie zmysłów kontroli pobierania pokarmu



Budulcowe

mukopolisacharydy w tkance łącznej

w połączeniu z białkami jako glukoproteidy , skł. Błon komórkowych



Funkcje specjalne

Heparyna –krzepniecie krwi

Streptomycyna – antybiotyk

Zaburzenia metabolizmu węglowodanów:

  Cukrzyca
 nietolerancja laktozy
 galaktozemia
 fruktozemia

Nietolerancja laktozy:



brak lub niedostateczne wydzielanie laktazy



objawami są bule jamy brzusznej, biegunki



oznaczanie poziomu glukozy we krwi po spożyciu laktozy



leczenie polega na podawaniu produktów ubogich w laktozę, zwierających < 2g w posiłku, no jogurty
z bakteriami.

Galaktozemia



zaburzenie w przemianie galaktozy- kumulacja we krwi co prowadzi uszkodzenia tkanek narządów ,
opóźnienia rozwojowe, katarakty



schorzenie dotyczy głównie dzieci 1/40 000 tyś.



Choroba jednogenowa



Dotyczy produktów mlecznych stąd ważne jest ich ograniczanie podczas choroby.

WĘGLOWODANY WŁAŚCIWOŚCI FUNKCJONALNE W ŻYWNOŚCI:



Kreowanie cech sensorycznych :



Smak słodki



Aromaty



Barwniki



Konserwanty



Teksturotwórcze  hydrokoloidy



Właściwości prozdrowotne:



Błonnik pokarmowy ( skrobia oporna, prebiotyki)



Węglowodany o niskim indeksie glikemicznym

Słodkość:



Wzorzec smaku słodkiego 100% sacharozy



Słodkość maleje ze wzrostem liczby cząsteczek monosacharydów (oddziaływania wewnątrz
cząsteczkowe, oddziaływania receptorowe)



Naturalne: D-glukoza, fruktoza, laktoza, sacharoza, maltoza, syropy skrobiowe

Przemiany mono- i oligo- sacharydów w procesach technologicznych:



Ogrzewanie monosacharydów w środowisku słabo kwaśnym , reakcje powstawania furfuralu z
pentoz, i 5-hydroksymetylofurfuralu z odłączaniem 3 cz. wody.



Reakcje Maillarda, nieenzymatycznego brunatnienia, reakcje grupy hemiacetylowej cukrów
redukujących z grupą aminową aminokwasów i peptydów aromaty, brunatne związki

Aromaty pochodzenia sacharydowego:



Poddane termolizie – karmel



Reakcje z różnymi aminokwasami lub w podwyższonej temperaturze.

glukozy

skrobia

celulozy

pektyn

Bez aminokwasów

karmel

kawowy

asparagina

chleba

Glue

Czekoladowo-

kawowy

Hydrolizatu

białkowego

leu

czekolada

trawiasty

Czekoladowo-

kawowy

Barwniki pochodzenia sacharydowego:



Barwniki o charakterze micelarnym



Surowiec najczęściej syropy glukozofruktozowe



Największy wpływ na właściwości ma rodzaj katalizatora (pI i siła barwiąca)



Zastosowanie w zależności od pI i siły barwiącej



Karmele dodatnie pI 5-7,0



Karmele ujemne 4,0-6,0



Spirytusowe <3,0

Typy karmeli:



Naturalny – napoje alkoholowe, ciasta leki, E150a



siarczanowy (IV)- alkohole E150b



amoniakalny – chleb , sosy, mięso, konserwy E150c



amoniakalno-aiarczanowy- coca-cola wermut E150d

Regulacje:
ADI dla E150 brak
Pozostałe 0-200 mg/kg m.c./dzień

Obecnie  0-300 mg/kg m.c./dzień oprócz E150c 100 mg/kg
Trzeba sprawdzać:



4-metyloimidazol (wszystkie)



2-acetylo-4tetrahydroksy-butyloimidazolu (E150c)



Rozp. Komisji UE Nr 231/2013

Hydrokoloidy:



Zagęstniki, substancje żelujące, stabilizowane.



Naturalne:



Wydzieliny roślin- gum arabska guma guar , tragantowa



Z wodorostów- agar karagen



Z nasion, bulw- guar, mączka chleba świętojańskiego skrobie



Z roślin- pektyny, skrobie celulozowe



Pochodzenia mikrobiologicznego- ksantan

Oligosacharydy probiotyczne:



Prebiotyk-

Wymagania dla prebiotyków:



Nie wchłaniane i nietrawione w jelicie cienkim



Selektywny substrat dla jednego lub ograniczonej grupy gatunków bakterii



Stymulowanie wzrostu korzystnej mikroflory



Ulegają fermentacji pod wpływem enzymów mikroflory okrężnicy z wytworzeniem kwasu mlekowego,
octowego , masłowego, propionowego, CH4 CO2 (Bifidobacterium , Lactobacillus sp.)



Obniżanie wykorzystanie energii z pożywienia (leczenie otyłości)



Nie powodują próchnicy



Wspomagają absorpcję Ca



Obniżają stężenie lipidów we krwi



Podniesienie tolerancji na laktozę



Zmniejszenie ryzyka raka jelita

Prebiotyki:



Fruktozany (inulina, FOS)



Galaktopolisacharydy GOS



Laktuloza



Xylozopolisacharydy XOS



IOS- izomaltoza



SOS- polisacharydy sojowe



Niskocukrowe alkohole



Polisacharydy skrobia oporna

Wskaźnik jakości probiotycznej wg. Gibsona 2004:



Sacharoza –0,6



Guma guar -0,4



Błonnik słonecznikowy –0,2



SOS 0,1



FOS 0,3



GOS 0,4



FOS+GOS 1:1 1,4

Wykład 2

Fruktany



Zapasowe cukry roślinne wytwarzane też przez bakterie



Łańcuch fruktozy przyłączony do sacharozy



Kolka grup różniących się



Rodzajem wiązań między cząsteczkowych



Miejscem przyłączenia łańcucha



Fruktany serii 1-kestoxz, 6-kestoz, neokestozy



Najsilniejsze działanie probiotyczne z FOS 1-kestrozy

Fruktany roślinne:



W formie łańcucha inuliny lub FOS



Pod wpływem enzymów rodzimych degradacja inuliny wzrost ilości FOS np. karczany



Spełniają role ochronną jako osmo- lub krioprotektanty w roślinach wegetujących na terenach
narażonych na suszę i chłody

Fruktooligosacharydy



Składają się z prostych łańcuchów fruktozy zakończonych glukozą



Często podawane G-F11



Prawidłowo S-Fn (1-β) fruktofuranozylosacharoza β-1,2-glukodi8sacharyd

Inulina:



Fruktan o wzorze Fn, G-Fn o0 stopniu polimeryzacji DP sr-65, z wartościa srednią dla antywnej Dp



Dodatkowa separacja wydzielenie długo łańcuchowej inuliny DPsr-25

Cechy:



Biały bezwonny proszek



Niska kaloryczność 1,5 kcal/g



W niskim pH i wysokiej temperaturze ulega hydrolizie ( niekorzustne)  modyfikacje w celu
zwiększenia odporności



Bulwy: tapinambaru 17-22% korzeń cykorii 15-20%



Otrzymywanie na skale przemysłową (ekstrakcja gorącą wodą, rafinacja, suszenie)

Zastosowanie:



Uwodniona działanie zdrowotne prebiotyki



Technologiczne zdolności tworzenia żeli może być:



Teksturotwórcza DP



Zamiennik tłuszczu (wysoka zawartość wody i pH >4,5)



Zamiennik cukru

Fruktooligosacharydy

Inulina a Bifidobacterie :



Zapotrzebowanie na FOS do stymulowania rozwoju Bifidobakterii 2,5g/db/os



Zapotrzebowanie na FOS do wywołania dominacji Bifidobacterii w p.p. 10g/db/os



Spożycie Fos wraz z dietą u statystycznej osoby o masie 59,65 kg wynosi 1,7 g/db/os a powinien byś
około 10 g/db/os

Otrzymywanie FOS:



Enzymatyczna hydroliza inuliny  do FOS DP 2-7



Enzymatyczna transglikozylacja sacharozy  FOS DP 3-5

FOS z inuliny:



Ekstrakcja z korzeni tapinambaru lub cykorii



Endoinulinaza produkt o stopniu polimeryzacji do 7

Karczoch

2-7%

DP>5 =85%

Banan

10%

DP<5 =100%

Cykoria

15-20

DP<40 =83%

Czosnek

Słonecznik bulwiasty 17-20,5 DP <40=94%
Por zwyczajny

3-10

DP 12

Cebula

1-7,5

DP 21

skorzonera

DP> 5 =75%

Metody enzymatyczne



Wykorzystanie enzymów ( fruktozylotransferazy, lub β-fruktofuranozydazy o wysokiej aktywności
transferazowej (otrzymywanych z Aureobasidium i Aspergillus)



Prowadzenie hodowli na podłożach zawierających sacharozę jako jedyne źródło węgla



Stosowanie unieruchomionych preparatów enzymatycznych lub imobilizowanych komórek w
procesach ciągłych lub okresowych

Kultura bakteryjna

↓

                                                Ekstrakcja                                        im obilizacja
                                              Enzymatyczna                                    komórek
                  okresowy                    ↓                                                         ↓                        ciągłe
                                                Reakcja                                              Reaktor
                                               Enzymatyczna                                   kolumn owy

↓

oczyszczanie

↓

zatężanie

↓

suszenie

Zastosowanie Fruktanów:



Produkty mleczne ( jogurty, desery, mleko dla dzieci)



Produkty niskotłuszczowe ( lody)



Wyroby cukiernicze (nadzienia)



Wyroby piekarskie ( biszkopty, keks)



Napoje owocowe i warzywne

Fruktany bakteryjne



Wytwarzane przez szczepy Pseudomonas, Xanthomonas, Bacillus sp. Streptococcus



6-kestozy wiązania β-2,6 glikozydowe  lewan



właściwości probiotyczne lewan  dyskusje ( sprzeczne wyniki )



zastosowanie kosmetyki i pudry.

Galaktoologosacahrydy GOS



1-7 cząsteczek glukozy dołączono do reszty galakozydowej w laktozie



w łańcuchu cząsteczki galaktozy połączone wiązaniami β-1,4 i α-1,6 glikozydowymi



występują w niewielkich ilościach w mleku

Synergy1 Inulina HP

↑

Suszenie rozpyłowe

↑

Separacja

↑

Oligo Fruktozowy        Hydroliza                    Inulina
Syrop                          enz. Oczyszcz.                     ↑
                                                                  Suszenie rozpyłowe

↑

Oczyszczanie

↑

Ekstrakcja gorącą wodą

↑

Korzeń cykorii



na skalę prze przemysłową głównie metodą enzymatyczną otrzymywane

GAL-GLU+ GAL-GLU galaktozydaza GALn-GLU
Latoza +laktoza

Zastosowanie – mleko dla dzieci mieszanina FOS/GOS ( nie zatwierdzone oświadczenie zdrowotne  o tym że
naturalnie  wspiera układ odpornościowy)

Laktuloza



syntetyczny dwucukier z połączenia galaktozy i fruktozy



wiązania β-1,4- glikozydowe



otrzymywany w wyniku transformacji laktozy



przyspiesza pasaż w jelitach ( 10g/db/os)



izomeryzacja podjednostki glukozy do fruktozy w środowisku zasadowym w 100C



alternatywa synteza enzymatyczna z użyciem β-galaktozydazay



mleko poddane obróbce termicznej



słodkawy smak

Oligosacharydy sojowe



cukry rodziny rafinozy należą tu: rafinoza, stachioza, werbaskoza



zbudowane z cząsteczek sacharozy i galaktozy



łańcuch galaktozy połączony w α –1,6 glikozydowym z cząsteczką glukozy



rośliny strączkowe

 soja ok. 4% (dom. Rafinoza i stachioza)
 groch 5% (dom. Rafinoza i werbaskoza)
 fasola 4% (dom. stachioza)

Jedyne oligosacharydy prebiotyczne otrzymywane tylko z ekstrakcji z soi na skalę przemysłową

Izomlatooligosacharydy



otrzymywane z skrobi, należą tu:



izomaltoza



izomaltotrioza



izomaltotetroza



parnoza



częściowo trawione w jelicie

Ksylooligosacharydy



polimery D-ksylanu



z ksylanu polisacharyd otrzymywany z karczana kukurydzy



inne źródła: słoma, odpady z trzciny cukrowej)

Skrobia



polisacharyd zapasowy u roślin w formie ziarenek



gromadzona w wielu organach



powstaje w procesie fotosyntezy jajko skrobia asymilacyjna



biosynteza w amylopektynach

Właściwości skrobi natywnej:



dostarczanie niezbędnej energii około 4kcal



cząsteczka skrobi oporna na działanie enzymów , zaliczana do błonnika pokarmowego



surowiec w przemyśle spożywczym (syropy skrobiowe)



kształtuje teksturę produktów poddanych obróbce termicznej w obecności wody (jako składnik
naturalny i dodatek funkcjonalny)

Produkcja skrobi w %

Świat

Europa

Kukurydziana

Pszenna

ziemniaczana

inne

Przerób skrobi % :

USA

Europa

Etanol

Skrobie

Hydrolizaty

Skrobie modyfikowane zastosowanie:
Farmacja i chemia

Przem. Spożywczy

37%

Papiernictwo

29%

pasze

inne

Produkcja skrobi i wykorzystanie

kukurydziana

UISA, Jap, Rosja

- papier tektura

Kukurydziana
woskowa

USA,

kleje ,żywność

ziemniaczana

Holandia, Polska, Rosja

żywność papier kleje

pszenna

Australia, USA, Jap

Papiernictwo hydroliza,
kleje

tapiokowa

Tajlandia, Brazylia

Czynniki determinujące właściwości skrobi natywnej:



pochodzenie botaniczne



czynniki środowiskowe:



budowa ziarna( stosunek głównych komponentów)



typ krystaliczności i jej stopień



powierzchni właściwa ziarna



długość łańcuchów głównych komponentów



zawartość substancji niewęglowadanowych

Budowa chemiczna:



α-D glukoza połączona wiązaniami α-1,4 i wiązaniami α-1,6 w miejscach rozgałęzień



amyloza- prosty łańcuch podwójnie zwiniętych spiral



amylopektyna struktura rozgałęziona

amyloza:



wiązania α-1,4 glikozydowe i nieliczne α-1,3 glikozydowe



cząsteczki rozpuszczalne w wodzie



amyloza ma skłonność do retrogradacji daje sztywne żele i mocne błony



masa cząsteczkowa od 10 do 60kDA



tworzy kompleksy z jodem

amylopektyna:



wiązania α-1,4 i wiązaniami α-1,6 w glikozydowe



nierozpuszczalna w zimnej wodzie



trwalsza w zawiesinie wodnej



daje stałe żele i błony



masa cząsteczkowa AMP znacznie większa od 100 do 300 kDa



nie ulega retrogradacji

Stosunek MA/AMP wpływa na lepkość kleików podczas ochładzania i przechowywania

Amyloza %

Amylopektyna %

Kukurydza

Kukurydza woskowa

0,8

99,2

Ziemniaki

Tapioka

16,7

83,3

Jęczmień

3,4

pszenica

ryż

18,5

81,5

Białko

tłuszcz

popiół

Fosfor

Kukurydza

0,35

0,7

0,1

0,02

Kukurydza woskowa

0,25

0,15

0,1

0,01

Ziemniaki

0,4

0,8

0,2

0,06

Tapioka

0,06

0,05

0,4

0,08

Jęczmień

0,1

0,2

0,01

W naturalnych warunkach łańcuchy skrobi są spiralnie zwinięte  przy czym  sąsiednie  spirale zawijają się
wspólnie tworząc  helisy. Łańcuchy AMP tworzą struktury  krystaliczne (semikrystaliczne) , między nimi
substancja amorficzna zlewa się z pozostałą częścią  AMP i AM.

Struktura semikrystaliczna ziarna skrobiowego:



pod wpływem działania promieni Rentgena dają charakterystyczne diagramy zwane widmami



różnice widmach spowodowane długością łańcuchów bocznych AMP i ułożeniem helis względem
siebie , oraz rozmieszczeniem cząsteczek wody



krystaliczność 15-45%

Widma:



typu A- jednoskośny typowy dla skrobi zbożowych (rozgałęzienie występują co 23-29 cząsteczek
glukozy)



typ B- heksagonalny typowy dla skrobi ziemniaczanej (rozgałęzienie występują co 30-44 cząsteczek
glukozy)



typ C- typowy dla roślin motylkowatych (rozgałęzienie występują co 26-29 cząsteczek glukozy)



typ V- dla skrobi skleikowanej

Właściwości i kształt ziaren:



zróżnicowanie w właściwościach i kształcie ziaren w zależności od pochodzenia



małe ziarna:



bardzo odporne na działanie zewnętrznych czynników



mniej skłonne do przekształceń



podatne na modyfikacje enzymatyczne



duże ziarna:



łatwiej kleikują



podatne na modyfikacje

Wielkość
ziarna μm

Ziemniak

1-100

Pszenica

2-34

Żyto

8-60

Jęczmień

5-40

Kukurydza

10-30

Ryż

2-10

Powierzchnia właściwa ziarna:



łączna powierzchnia porów występująca na powierzchni ziarenka i sięgająca do jego wnętrza wraz z
powierzchnią geometryczną



pory mogą być:

zamknięte- maj wpływ na gęstość, wytrzymałość mechaniczną, przewodnictwo cieplne skrobi

otwarte- mają połączenie z powierzchnią ziarna skrobi, mogą mieć znaczenie w sorpcji i

przepływie płynów

Zastosowanie w przemyśle skrobi

Właściwości decydujące o zastosowaniu



Zagęstnik



Wypęłniacz



Stabilizator



Środek żelujący



Środek zatrzymujący wodę



Błonnik pokarmowy



Środek słodzący (syropy skrobiowe)



Rozpuszczalność



Wodochłonność



Pęcznienie kleikowanie



Żelowanie



Retrogradacja/stabilność



Podatność na hydrolizę (enzymatyczną,
kwasową)

Rozpuszczalność:



Zarówno rozpuszczalności jak i wodochłonność zależy od pochodzenia , temperatury i pH



Na rozpuszczalność największy wpływ ma :



Temperatura



Zawartość amylozy i amylopektyny



Wielkość ziarna duże ziarna szybciej się rozpuszczają

Wodochłonność:



Podczas moczenia produktów zbożowych w wodzie oko 50C skrobia pochłania do 30% swojej masy
zwiększając nieznacznie swoja objętość

Wodochłonność:



Skrobie ziemniaczane- duża zawartość grup fosforanowych (20 %)



Skrobie zbożowe odmienna struktura krystaliczna , połączenie części łańcucha amylozy z
substancjami lipidowymi do 12%



Rośliny strączkowe <12%

Kleikowanie:
Czynniki wpływające na szybkość kleikowania:



Wielkość ziaren



Stopień uszkodzeń mechanicznych i enzymatycznych



siła jonowa



obecność składników: wody, lipidów, cukrów, białka

Temperatura kleikowania
[C]

Pszenica

59-64

Kukurydza

62-70

Ryż

68-78

Żyto

55-70

Pszenżyto

55-62

Ziemniak

58-68

Soczewica

64-74

Groch gładki

56-69

Groch marszczony

69-83

Żelowanie:



podczas oziębiania kleiku skrobiowego



skrobie wysoko amylozowe (amarantus) tworzą żele już przy stężeniu 4-5%, a woskowa wymaga
stężenia 30%



tworzy termostabilne żele tzn. po ogrzaniu nie przekształca się w stan zolu jak żelatyny lub pektyna

Retrogradacja:



kleiki skrobiowe są niestabilne:

tworzą się wiązania wodorowe

woda która została związana podczas procesu kleikowania zostaje uwolniona następuje

ściśnięcie struktury

Skłonność do retrogradacji maleje w szeregu: skrobia ziemniaczana, pszenna, kukurydziana, woskowa

Metody oceny właściwości skrobi:



jednym z kryterium oceny użyteczności – charakterystyka kleikowania



zachowanie się kleiku podczas ogrzewania i chłodzenia , przechowywania



woda tylko przy określonym stosunku wody do skrobi i temperatura do 100C

Badanie właściwości termodynamicznych skrobi-DSC- różnicowa kalorymetria skaningowa:



przy różnym stosunku wody do skrobi i szerokim zakresie temperatury



wyznaczanie temperatury kleikowania i entalpii zachodzących przemian

Modyfikacje skrobi:
Cele: uzyskanie skrobi różniących o przynajmniej jedną cechę:



otrzymywanie skrobi o różnych temperaturach kleikowania 20-100C



lepkość niska lub bardzo wysoka



wiązanie wody (duża bardzo duża)



tworzenie różnego rodzaju żęli (np. o skrzepie dobrze krajalnym, żele wytrzymujące niskie pH )



nie ulegające lub w małym stopniu retrogradacji



klarowności, przejrzystości kleików i żeli



adsorbowanie różnych związków: alkoholi, substancji smakowych, olejków aromatycznych



obniżenie strawności

Modyfikacje skrobi:



chemiczne



fizyczne



enzymatyczne



kombinowane



inżynieria genetyczna

Skrobie modyfikowane- regulacje prawne:



Regulacje stosowania skrobi modyfikowanych obejmuje rozporządzenie MZ 22.11.2010 W sprawie
dozwolonych dodatków do żywności z p. zm. Dz. U. 232 poz. 1525



Regulacjom nie podlegają:



Bielone skrobie



Poddane działaniu kwasów i zasad



Modyfikacjom fizycznym lub enzymatycznym

Modyfikacje Fizyczne:



Działania mechaniczne (mielenie, suszenie, rozpyłowe, walcowanie)



Naświetlanie promieniowaniem neutronowym lub jonizującym



Sonifikacja



Efekty termiczne(zamrażanie, ogrzewanie, podczerwień, polew mikrofalowe, termoliza, pyroliza)

Wykład 3

Skrobia utleniona (E1404)



Utlenianie grup OH – ilość grup COOH nie więcej niż 1 na 25 reszt glukozowych



Otrzymywanie obróbka chloranem (I) sodu z niewielkim dodatkiem NaOH



Cechy:



Odporna na niskie pH



Mniejsza lepkość



Mniejsza retrogradacja



Acetylacja skrobi (1451)- żele klarowne, żelka

COOH

CHO

glukoza

wodna zawiesina skrobi

38% w v pH 9-10

30-35C 3% NaOH

↓

NaClO 3-5g/ kg s.m .→ rekcja utleniania

↓

przerwanie reakcji\

↓

zobojętnianie HCl pH ok. 6

↓

przemywanie wodą

↓

odwadnianie, suszenie

↓

skrobia utleniona

Sieciowanie skrobi:



Podstawniki połączone równocześnie z 2 resztami glukozowymi 2 ró.znych łańcuchów skrobi



Łańcuchy skrobi dodatkowo połączone poprzecznymi wiązaniami – bardziej odporne na działanie
różnych czynników

Stabilizacja skrobi:



Wprowadzone podstawniki uniemożliwiają równoległe i bliskie ustawienia łańcuchów skrobi



Trwałość przechowalnicza produktów o dużej zawartości wody

Estryfikacja skrobi:



Za pomocą kwasów organicznych i nieorganicznych



Pochodne skrobiowe otrzymywane z reakcji:

 Acetylowane (octan skrobiowy) E1420
 Fosforany

Monoskrobiowe E1410

Diskrobiowe E1412

 Acetylowany adypinian diskrobiowy E1422
 Karabiniany skrobiowe (mocznik)
 Nitroskrobie (azotan)
 Siarczanowe skrobie

Acetylowana skrobia:



Reakcje skrobi z bezwodnikiem kwasu octowego w pH >7



Lub: transestryfikacja z octanem winylu kat. Alkaliami , stopień podstawienia maksymalnie 1 na 10
reszt glukozy



Właściwości zależą od stopnia podstawienia:



Duża stabilność



Odporna na niskie pH i temperaturę pasteryzacji



Obniżenie temperatury kleikowania mogą się rozpuszczać w zimnej wodzie

Fosforany skrobiowe:



Otrzymywanie:



Wyprażenie w 120-170C difosforanem →fosforan 1-skrobiowz E1410 (skrobia stabilizowana)
podstawnik 1 na 25 reszt glukozowych

Większa rozpuszczalność, zdolność do pęcznienia, wiązania wody, (zamrażane i rozmrażane

produkty



W reakcji z tlenochlorkiem fosforu lub trimetafosforanem→ fosforan dwuskrobiowy

Silne żele, odporna na niskie pH i wysokie temperatury

Estryfikacja fosforanów dwuskrobiowych:

   Grupami fosforanowymi (stopie} podstawienia  1na 50 reszt→ fosforylowanz fosforan
     dwuskrobiowy (właściwości podobne do fosforanów dwuskrobiowych ) E1413
    Grupami acetylowymi→  acetytylowany fosforan dwuskrobiowy E1414 (odporna na
       niskie pH i wysokie temperatury)

Inne estry skrobi:



acetylowany adioinian dwuskrobiowy E1414, kleiki o duzej lepkosci , odporne na

niskie pH i siły ścinające


sól sodowa oktenylobursztynianu skrobiowego E1440 podstawienie grup OH

grupami kwasu oktenylobursztynowego E1450- rozpuszczalne w zimnej wodzie ,
charakter lipofilowy i hydrofilowy- emulgowanie


sól glinowa oktenylobursztynianu skrobiowego E1452 dozwolona do suplementów

diety i w kapsułkach

Eteryfkacja Skrobi:



tlenek propylenu propyleno skrobie



hydroksypropylowe 1440 (stopień postawienia 1 na 50 reszt glukozowych)

modyfikacje dodatkowe:



przez usieciowanie trimetafosforanem sodu lub tlenochlorkiem hydroksypropylofosforan skrobi
obniżenie temperatury kleikowania, mała lepkość na gorąco, wysoka na zimno

Czynnik decydujące o właściwościach mieszanin skrobi z hydrokoloidami:



wzajemne proporcje hydrokoloidow w mieszaninie



temperatura gotowania próbek



sposób przygotowania próbek



struktura morfologiczna hydrokoloidów



botaniczne pochodzenie



elektrostatyczne oddziaływania granulek skrobiowych z cząsteczkami hydrokoloidów



pH środowiska i rodzaj rozpuszczalnika



wpływ dodatku skrobi i cukrów

główne zjawiska zachodzące przy tworzeniu mieszanek skrobi z hydrokoloidami :



brak kompatybilności termodynamicznej pomiędzy poszczególnymi hydrokoloidami



zjawiska na granicy faz czyli otaczanie napęcznialych granulek przez

otaczające cząsteczki

dydrokoloidów i inhibicja dalszego pęcznienia i wypłukiwanie amylozy z granulek

Depolimeryzacja Skrobi:



częściowa depolimeryzacja skrobi – rodzaje

utlenianie

czynniki fizyczne (woda i temp >100C)

inne czynniki chemiczne:

- kwasy (linteryzacja)
- zasady (pęcznienie)

enzymami

Enzymy wykorzystywane przy obróbce skrobi:



α-amylza- wiązania 1,4



β-amylaza- po 3 cz. glukozy wiązania 1,4.



Glukoamylaza- po 1 cząsteczce glukozy



α-D-glukomeraza- p 4 cz. glukozy



izomaltaza- wiązania 1,6



pullanaza- wiazania 1,6



cyklotransferazaglukozylowa

DE- równoważnik glukozowy

ych

glikozydow

wiazan

ilosc

poczatkowa

ych

glikozydow

wiażia

nych

rozpuszczo

ilosc

100 



)

(

)

(

100

glukoza

jako

cukrow

zawartosc

calkowita

glukoza

jako

wyr

redukjacyc

cukrow

zawartosc





Równoważnik glukozowy-wartości:



glukoza 100



maltoza 50



maltotetroza 25

Właściwości użytkowe jako funkcja depolimeryzacji:

niska

wysoka

słodycz

→

Higroskopijność

→

Punkt zamarzania

→

Ciśnienie osmotyczne

→

fermentacja

→

brunatnienie

→

lepkość

←

Zapobieganie krystalizacji

←

wypełnienie

←

Maltodekstryny:



niesłodki cukrowce, środki odżywcze , polimery zawierające D-glukozę połączoną wiązaniami 1,4 i
jej oligomery i polimery o DE <20



De nie wystarczające do charakterystyki oligosacharydów (różnych składów cząsteczkowych)

Stopień depolimeryzacji enzymatycznej zależy od:



Rodzaju enzymu



Jego dawki



Warunków działania



Stopnia skeikowania skrobi



Wielkości cząsteczek



Stasunku AM/AMP



Interakcji skrobia/białko



Kompleksów amylozotłuszczowych

Zastosowanie maltodekstryn:



Z reguły łatwo przyswajalne (składnik diety o wysokiej kaloryczności, mleko modyfikowane , odżywki
dla sportowców)



Produkty mięsne



W cukiernictwie:



Spoiwo do białek



Czynnik zapobiegający wykwitowi cukru w czekoladzie



Zamiennik cukrów redukujących (obróbka termiczna zmniejszenie brunatnienia)



Niski DE regulacja lepkości ciasta i porowatości (biszkopty)

Cyklodekstryny:

 Budowa pierścieniowa (co najmniej) glukozy połączone  wiązaniami 1,4
 Wytwarzane z użyciem enzymów  cyklogkikozylotransferazy cyklodekstryn (CGT-aza) uzyskiwanego z
   Bacillus cicrucilans, Paenibacillus macerans na pożywce zawierającej zhydrolizowaną skrobię
 Dopuszczone do żywności β-cyklodekstryna E459, γ-cyklodekstryna tzw  jko nowy składnik żywności
    (2012)
 Tworzą „torus” (wnęka) na zewnątrz  grupy OH hydrofilowqy charakter, wewnątrz hydrofobowy
 Najważniejsza właściwość chemiczna – zdolność do tworzenia kompleksów inkluzyjnych  zamykanie
cząsteczek hydrofobowych wewnątrz  wnęki
 O zastosowaniu decyduje  wielkość wnęki i jej średnica

Zastosowanie cyklodekstryn:

 Unikanie strat podczas przechowywania w wyniku utleniania
 Obniżenie lotności aromatów
 Kompleks   α-cyklodekstryn z CO2 – proszek do pieczenia
  Kompleks   α-cyklodekstryn z jodem- przedłużenie trwałości  past rybnych
 usuwanie niepożądanych składnikównp.  Suszenie ekstraktów herbaty, kawy, usuwanie gorzkiego
    przypalonego posmaku również do hydrolizatów białkowych

Syropy skrobiowe:



maltozowe DE 24-48



wysokoscukrzone (glukozo-maltozowe) 64-74



izomeryzowane do 90% fruktozy po frakcjonowaniu słodycz 120-160% w stosunku do sacharozy



α-amylaza i pullanaza enzymy wiązania 1,4 i 1,6 oglikozydowe

Syropy

Słodycz względna

niskoscukrzone

28-38

30-35

Normalnie scukrzone

38-49

średnioscukrzone

48-58

↓

Wysokoscukrzone

58-68

60-70

Nowe enzymy:



amylomaltaza- produkty o właściwościach żelatyny (dla wegan)



obniżenie IG liniowe glukany

WĘGLOWODANY PODATNOŚC NA TRAWIENIE



trawienie skrobi w p.p. ilość glukozy we krwi wyniku uwolnienia ze skrobi



różne poziomy glukozy po spożyciu glukozy różnego pochodzenia

Klasyfikacja skrobi- szybko trawiona RDS:



ilość skrobi przekształcana do glukozy w ciągu 20 min. trawienia



występowanie w świeżo gotowanej żywności skrobiowej



w dużych ilościach zawarta w produktach skrobiowych poddawanych obróbce termicznej jak chleb,
ziemniaki

SDS- skrobia wolno trawiona:



ilość skrobi trawiona w ciągu 20-120 min. trawienia



stabilny poziom glukozy we krwi , a rezultacie poprawa profilu hormonowego i przemiany
metabolicznej ( stabilny poziom insuliny we krwi)



skrobia o strukturze A zbożowa nie skleikowana



z kukurydzy , kukurydzy woskowej , nasion strączkowych



ziarna poddane obróbce hydromechanicznej w niewielkiej ilości wody dezintegracja części ziarenek
np. herbatniki



niektóre modyfikacje chemiczne zwiększenie ilości SDS , utlenianie, etyryfikacja, estryfikacja, 
wzrost stopnia podstawienia  spowolnienie trawienia

Zwiększanie ilości SDS w produktach spożywczych 2 kierunki:



tworzenie skrobi bogatej w SDS dodawanie do żywności

problem zmniejszenia podatności na trawienie w żywności poddanej obróbce

technologicznej
o

połączenie części hydrolizowanej amylopektyny (do liniowych cząsteczek ) z

obróbką hydrotermiczną do 44%



prowadzenie procesu technologicznego w sposób przyczyniający się do zwiększenia SDS w żywności

RS-skrobia oporna:



Englysta i wsp. 1982 frakcje skrobi , które nie ulegały hydrolizie enzymatycznej



Furesta 1992-1994- definicja suma skrobi i produktów rozpadu w jedni ostkach cukrowych



W Polsce dane statystyczne 1996-1998 8-10g



Kraje rozwijające się 30-40 g

Czynniki wpływające na tworzenie się RS:



Wewnętrzne związane z właściwościami strukturalnymi skrobi takimi jak:

Forma fizyczna skrobi (skleikowana/nieskleikowana)

Struktura skrobi

Krystaliczność B i c bardziej oporna

Zawartość amylozy



Zewnętrzne

Ciepło i wilgoć



Interakcje ze składnikami żywności

Białka, tłuszcze, błonnik pokarmowy, inhibitory enzymów, jony cukry



Warunki przetwarzania

Pieczenie, ekstruzja, autoklawowanie, gotowanie na parze, mikrofalowanie

RS1-Źródła



Występowanie niecałkowicie zmielone ziarna nasion roślin strączkowych,



oporna na trawienie zmniejszana przez zmielenie żucie



wzbogacanie żywności:



dodatek do żywności część rozdrobnionych ziaren zbóż najczęściej do pieczywa

RS-2 struktura typu B



surowych i nieskleikowanych ziaren



źródła we żywności: surowe ziemniaki, zielone banany, niektóre rośliny strączkowe, skrobie
wysokoamylozowe



oporność zmniejszana przez przetwarzanie żywności gotowanie

RS2-preparaty



po skeikowaniu odporne na hydrolizę, dodatek do żywności, poddane obróbce termicznej



różne preparaty:

 Hi-maize – Amylomaize VII Novelose 240 , naturalna skrobia kukurydziana
   wysokoamylozowa
 Novelose  240 i 260 (47-60%) skrobie kukurydziane poddane obróbce
    hydrotermicznej

RS-3



Substancje wytrącone z kleików lub żelu skrobiowego w wyniku retrogradacji



Powstaje w kleikach i żelach struktura krystaliczna narastająca w czasie przechowywania , przejawiają
oporność na działanie enzymów amylolitycznych



Gotowane i chłodzone ziemniaki, chleb, płatki kukurydziane

RS3- preparaty



Wysoko amylozowa skrobia kukurydziana uzyskana z retrogradacji



Poddawane cyklom chłodząco-ogrzewającym



Preparaty:

 Crystalean 41% RS
 Novelose 330

RS4



Grupa skrobi modyfikowanych fizycznie i chemicznie



Modyfikacje te mają na celu zmniejszenie ich podatności na trawienie



Najczęściej odnosi się do skrobi modyfikowanej termicznie gdzie powstają kompleksy amylozo-
tłuszczowe



Preparaty



PINE-FIBREC – termiczno enzymatyczna dekstrynizacji skrobi

RS w technologii żywności:



Pieczywo dodatek RS- Novelose 330 zawartość 30% do mąki zwiększało wodochłonność i wydajność
ciasta.



Herbatniki zastąpienie do 60% maki RS – zmniejszenie twardości, wieksza kruchość, gładka
konsystencja

Kierunki badawcze:



Modyfikacja chemiczna – estryfikacja kwasem cytrynowym



Patent polski skrobia acetylowana po retrogradacji



Patent polski hydrotermiczne RS3 30-120%



Modyfikacje enzymatyczne np. amylozo-sacharoza

RS-jako błonnik pokarmowy

Błonnik pokarmowy

Związki polisacharydowe ligniny

↓

Celulozy niecelulozowe polisacharydy

-  pektyny hemicelulozy
-  polisacharydy, glony, śluzy, B-glukan
-  skrobia oporna ?

Skrobia oporna



Substrat do fermentacji beztlenowej w jelicie cienkim okrężnica



Podatność na fermentację zależna od formy fizycznej

Forma fizyczna

żywność

Wł. po hydrolizie

Znaczenie dla

mikroflory

Zretrogradowana amyloza

Białe pieczywo

oporna

Zasadnicza

Surowa B i C

Ziemniaki banany

Częściowo oporna

częściowe

Gotowana fizycznie

niedostępna

Całe lub połamane ziarna

Częściowo oporna

częściowe

Zretrogradowana

amylopektyna

Ochładzane gotowane

ziemniaki

Częściowo oporna

częściowe

Błonnik pokarmowy



Włókno pokarmowe, włókno roślinne



Kompleks heterogennych substancji



Definicja:

 Nietrawione składniki ściany komórkowej  1953r.
 Nietrawione składniki ściany komórkowej,  polisacharydy, związane z
   endospermą, przestrzenie między komórkowe, odporne na działanie enzymów
   trawiennych, ulegają częściowej hydrolizie w jelicie grubym
 Niektórzy autorzy zaliczahą: polifruktany, dekstryny, pektyny , skrobie oporną, fityniany,
   hemicelulozy,  woski,



Oligosacharydy probiotyczne, niektórzy zaliczają też

Błonnik pokarmowy

Błonnik pokarmowy naturalny błonnik funkcjonalny (zbogacanie)

Związki polisacharydowe ligniny

↓

Celulozy niecelulozowe polisacharydy

-  pektyny hemicelulozy
-  polisacharydy, glony, śluzy, B-glukan
-  skrobia oporna

Metody oznaczania błonnika pokarmowego
Włókno surowe
Schrorera-Kirchera

Hydroliza kwasowo-zasadowa

Celuloza, ligniny

Van Soest

Kwaśny detergent

Celuloza, ligniny

Van Soest

Obojętny detergent

Celuloza, ligniny, hemicelulozy

Asp. AOAC, AACC

Hydroliza enzymatyczna

Wszystkie składniki włókna

Właściwości błonnika:



Substancja jednorodna właściwości uzależnione od składu



Zdolność do wiązania wody



Zdolność do wymiany kationów



Zdolność do tworzenia żeli



Wiązanie soli kwasów żółciowych



Substancja dla procesu fermentacji bateryjnej beztlenowej w okrężnicy

Występowanie:



Udział poszczególnych frakcji błonnika pokarmowego jest różny:



Zbożowe- dominują hemicelulozy



Rośliny strączkowe- dom. ligniny



Owoce- pektyny dom.



Najbardziej zrównoważony skład ma marchewka

celuloza

pektyny

ligniny

Szybkość opróżniana
żołądka

niski

wysoki

Sytość

niski

wysoki

Skrócenie czasu transportu
treści

niewielki

Zwiększanie aktywności
mikrobiologicznej

niewielki

Ograniczanie strawności

Średni

Wiązania kationów

niewielki

Wiązanie cholesterolu

niewielki