Амилоза: строение, свойства и функции¶

Амилоза — это линейный полисахарид, входящий в состав крахмала наряду с амилопектином. Представляет собой полимер D-глюкозы, остатки которой соединены α-1,4-гликозидными связями. Амилоза составляет от 15 до 30 % массы крахмала (в зависимости от растительного источника) и обладает уникальными физико-химическими свойствами, отличающими её от амилопектина.

¶Химическое строение

Амилоза является неразветвлённым (линейным) полимером, состоящим из нескольких сотен или тысяч глюкозных остатков. Молекулярная масса амилозы варьирует от 10⁵ до 10⁶ Да, что соответствует степени полимеризации от 500 до 6000 глюкозных единиц. Каждый остаток глюкозы находится в пиранозной форме (α-D-глюкопираноза), а связи между ними — α-1,4-типа.

В отличие от амилопектина, амилоза не содержит α-1,6-гликозидных связей, которые образуют точки ветвления. Благодаря этому макромолекула амилозы способна принимать спиральную конформацию: в водных растворах она образует левозакрученную одинарную спираль, внутренняя полость которой может включать молекулы-гости (например, йод, жирные кислоты, спирты). Это свойство лежит в основе качественной реакции на крахмал с раствором йода.

¶Физико-химические свойства

¶Растворимость

Амилоза плохо растворима в холодной воде, но при нагревании (выше 60–70 °C) образует коллоидные растворы. В отличие от амилопектина, который образует стабильные пасты, амилоза склонна к ретроградации — процессу, при котором линейные цепи перекристаллизовываются, образуя нерастворимые агрегаты. Это свойство приводит к образованию гелей и потере прозрачности растворами.

¶Взаимодействие с йодом

Одной из характерных особенностей амилозы является способность образовывать комплекс с йодом. При добавлении раствора йода (I₂) к раствору амилозы возникает интенсивное синее окрашивание. Это связано с тем, что молекулы йода располагаются внутри спиральной полости амилозы, образуя клатратное соединение. Максимум поглощения такого комплекса находится в области 620–680 нм. Данная реакция используется для качественного и количественного определения крахмала в пищевых продуктах.

¶Термические свойства

Амилоза плавится при температуре около 240–260 °C (с разложением). При нагревании в присутствии воды она подвергается желатинизации — разрушению кристаллической структуры с образованием вязкого раствора. Однако из-за линейной структуры амилоза быстрее амилопектина ретроградирует (возвращается в кристаллическое состояние), что влияет на текстуру крахмалосодержащих продуктов.

¶Биологическая роль

¶Функция в растениях

В растениях крахмал, содержащий амилозу, выполняет роль запасного углевода. Он накапливается в хлоропластах (ассимиляционный крахмал) и в амилопластах (запасной крахмал) клубней, корневищ, семян и плодов. Амилоза, наряду с амилопектином, обеспечивает плотную упаковку глюкозных остатков, что позволяет растению эффективно запасать энергию. В процессе прорастания семян амилоза гидролизуется ферментами (α-амилазой, β-амилазой) до мальтозы и глюкозы, которые используются для роста проростка.

¶Пищевая ценность

В питании человека амилоза, как часть крахмала, является источником энергии. Однако её усвояемость ниже, чем у амилопектина, из-за склонности к ретроградации. Ретроградированная амилоза (так называемый резистентный крахмал) не переваривается в тонком кишечнике, но ферментируется микрофлорой толстой кишки, что может оказывать пребиотическое действие.

¶Применение

¶Пищевая промышленность

Амилоза используется в качестве загустителя, стабилизатора и гелеобразователя. Благодаря способности образовывать прочные гели, её применяют при производстве кондитерских изделий (мармелад, желейные конфеты), соусов, десертов. Однако из-за ретроградации продукты с высоким содержанием амилозы могут черстветь быстрее.

¶Биотехнология и фармацевтика

Амилоза и её производные (например, амилозные эфиры) используются для создания биодеградируемых плёнок и упаковки. В фармацевтике амилозу применяют в качестве вспомогательного вещества при производстве таблеток (связующее, разрыхлитель). Также изучается возможность использования амилозы для доставки лекарственных веществ, так как её спиральная структура может инкапсулировать гидрофобные молекулы.

¶Аналитическая химия

Комплекс амилозы с йодом используется для колориметрического определения крахмала в пищевых продуктах, кормах и биологических образцах. Метод основан на измерении оптической плотности раствора при длине волны 620–680 нм.

¶Сравнение с амилопектином

¶Интересные факты

• Амилоза была впервые выделена из крахмала в 1940-х годах с помощью фракционирования.
• Содержание амилозы в крахмале разных растений варьирует: в картофельном крахмале — около 20 %, в кукурузном — 25–28 %, в рисовом — 15–20 %. Существуют сорта «восковой» кукурузы и риса, в которых амилоза практически отсутствует (менее 1 %).
• Ретроградация амилозы является одной из причин черствения хлеба и других мучных изделий.
• В организме человека амилоза расщепляется α-амилазой слюны и поджелудочной железы, а также мальтазой щёточной каймы тонкого кишечника.

¶Источники

• Болдырев А. А., Кудрявцева Н. В. «Биохимия углеводов». — М.: Издательство МГУ, 2005.
• Кретович В. Л. «Биохимия растений». — М.: Высшая школа, 1986.
• Tester R. F., Karkalas J., Qi X. «Starch—composition, fine structure and architecture» // Journal of Cereal Science, 2004, vol. 39, pp. 151–165.
• Pérez S., Bertoft E. «The molecular structures of starch components and their contribution to the architecture of starch granules: A comprehensive review» // Starch/Stärke, 2010, vol. 62, pp. 389–420.
• ГОСТ 31645-2012 «Крахмал. Методы определения амилозы».