Амилоза — это полисахарид , состоящий из α- D - глюкозных единиц, связанных друг с другом посредством α(1→4) гликозидных связей . Это один из двух компонентов крахмала , составляющий приблизительно 20–30%. Из-за своей плотно упакованной спиральной структуры амилоза более устойчива к перевариванию, чем другие молекулы крахмала, и поэтому является важной формой резистентного крахмала . [2]
Амилоза состоит из α(1→4) связанных молекул глюкозы. Атомы углерода в глюкозе пронумерованы, начиная с альдегидного (C=O) углерода, поэтому в амилозе 1-углерод одной молекулы глюкозы связан с 4-углеродом следующей молекулы глюкозы (α(1→4) связи). [3] Структурная формула амилозы изображена справа. Число повторяющихся субъединиц глюкозы (n) обычно находится в диапазоне от 300 до 3000, но может быть и многими тысячами.
Существует три основные формы цепей амилозы. Она может существовать в неупорядоченной аморфной конформации или в двух различных спиральных формах. Она может связываться сама с собой в двойной спирали (форма A или B) или может связываться с другой гидрофобной гостевой молекулой, такой как йод , жирная кислота или ароматическое соединение . Это известно как форма V, и именно так амилопектин связывается с амилозой в структуре крахмала . Внутри этой группы существует множество различных вариаций. Каждая обозначается буквой V, а затем нижним индексом, указывающим количество единиц глюкозы на виток. Наиболее распространенной является форма V 6 , которая имеет шесть единиц глюкозы на виток. [4] Существуют также формы V 8 и, возможно, V 7. Они обеспечивают еще большее пространство для связывания гостевой молекулы. [5]
Эта линейная структура может иметь некоторое вращение вокруг углов phi и psi , но в основном связанные кислороды кольцевой глюкозы лежат на одной стороне структуры. Структура α(1→4) способствует образованию спиральной структуры, что позволяет образовывать водородные связи между атомами кислорода, связанными с 2-углеродом одной молекулы глюкозы и 3-углеродом следующей молекулы глюкозы. [6]
Анализ рентгеновской дифракции волокон в сочетании с компьютерным уточнением структуры выявил A-, B- и C-полиморфы амилозы. Каждая форма соответствует либо A-, B-, либо C-формам крахмала. A- и B-структуры имеют различные спиральные кристаллические структуры и содержание воды, тогда как C-структура представляет собой смесь A- и B-элементарных ячеек, что приводит к промежуточной плотности упаковки между двумя формами. [7]
Поскольку длинные линейные цепи амилозы легче кристаллизуются, чем амилопектин (который имеет короткие, сильно разветвленные цепи), крахмал с высоким содержанием амилозы более устойчив к перевариванию. [8] В отличие от амилопектина, амилоза нерастворима в воде. [9] [10] Она также снижает кристалличность амилопектина и то, насколько легко вода может проникнуть в крахмал. [6] Чем выше содержание амилозы, тем меньше потенциал расширения и ниже прочность геля при той же концентрации крахмала. Это можно частично компенсировать, увеличив размер гранул. [11] [12]
Амилоза важна для хранения энергии в растениях. Она менее легко усваивается, чем амилопектин ; однако из-за своей спиральной структуры она занимает меньше места, чем амилопектин. В результате это предпочтительный крахмал для хранения в растениях. Он составляет около 30% запасенного крахмала в растениях, хотя процентное содержание варьируется в зависимости от вида и сорта. [13]
Пищеварительный фермент α-амилаза расщепляет молекулы крахмала на мальтотриозу и мальтозу , которые могут использоваться в качестве источников энергии.
Амилоза также является важным загустителем, связующим веществом для воды, стабилизатором эмульсии и гелеобразующим агентом в промышленных и пищевых контекстах. Свободные спиральные цепи амилозы имеют гидрофобную внутреннюю часть, которая может связываться с гидрофобными молекулами, такими как липиды и ароматические соединения . Единственная проблема с этим заключается в том, что при кристаллизации или ассоциации она может потерять некоторую стабильность, часто выделяя воду в процессе ( синерезис ). Когда концентрация амилозы увеличивается, липкость геля уменьшается, но увеличивается твердость. Когда другие вещества, включая амилопектин , связываются с амилозой, вязкость может быть затронута, но включение κ- каррагинана , альгината , ксантановой камеди или низкомолекулярных сахаров может уменьшить потерю стабильности. Способность связывать воду может добавлять вещество в пищу, возможно, выступая в качестве замены жира. [14] Например, амилоза отвечает за загустение белого соуса, но при охлаждении твердое вещество и вода частично разделятся. Амилоза известна своими хорошими пленкообразующими свойствами, полезными в упаковке пищевых продуктов. Превосходное пленкообразующее поведение амилозы было изучено еще в 1950-х годах. [15] Пленки амилозы лучше как по барьерным свойствам [16] , так и по механическим свойствам по сравнению с пленками амилопектина. [17]
В лабораторных условиях он может действовать как маркер. Молекулы йода аккуратно вписываются в спиральную структуру амилозы, связываясь с полимером крахмала, который поглощает определенные известные длины волн света. Следовательно, распространенным тестом является тест на йод для крахмала. Если крахмал смешать с небольшим количеством желтого раствора йода, будет наблюдаться сине-черный цвет. Интенсивность цвета можно проверить с помощью колориметра , используя красный фильтр, чтобы различить концентрацию крахмала, присутствующего в растворе. Также можно использовать крахмал в качестве индикатора в титрованиях, включающих восстановление йода. [18] Он также используется в магнитных шариках амилозы и смоле для разделения белка, связывающего мальтозу [19]
Сорта риса с высоким содержанием амилозы , менее липкие длиннозернистые, имеют гораздо более низкую гликемическую нагрузку , что может быть полезно для диабетиков . [20]
Исследователи идентифицировали гранулярно-связанную крахмал-синтазу (GBSS) как фермент, который специфически удлиняет амилозу во время биосинтеза крахмала в растениях. [21] Восковой локус в кукурузе кодирует белок GBSS. [21] Мутанты, у которых отсутствует белок GBSS, производят крахмал, содержащий только амилопектин , например, у восковой кукурузы . В листьях Arabidopsis для синтеза амилозы в дополнение к GBSS требуется другой ген, кодирующий белок Protein Targeting to STarch (PTST). Мутанты, у которых отсутствует любой из этих белков, производят крахмал без амилозы. [22] Генетически модифицированный сорт картофеля Amflora от BASF Plant Science был разработан так, чтобы не производить амилозу.
... амилоза — это нерастворимый в воде компонент крахмала.
Обзор 22 популярных учебников по органической химии показал, что только в четырех из них правильно указано, что из двух компонентов крахмала амилопектин является водорастворимым, а амилоза — водонерастворимым.
