Амилопектин — разветвлённый полисахарид крахмала¶
Амилопектин — природный полисахарид, один из двух основных компонентов крахмала (наряду с амилозой), представляющий собой сильно разветвлённую молекулу глюкозы. Содержание амилопектина в крахмале составляет 70—80 %, в некоторых сортах (например, в восковом рисе или картофельном восковом крахмале) оно достигает почти 100 %. Молекулярная масса амилопектина очень велика — от нескольких миллионов до более чем 100 миллионов дальтон, что делает его одним из крупнейших молекул в природе.
¶Химическая структура
Амилопектин построен из остатков α-D-глюкозы, соединённых двумя типами гликозидных связей:
- α-1,4-гликозидные связи — формируют линейные участки цепи, аналогичные амилозе;
- α-1,6-гликозидные связи — образуются в точках ветвления, примерно через каждые 24—30 глюкозных остатков.
Благодаря регулярным точкам ветвления молекула амилопектина приобретает древовидную, кустистую структуру. Каждая разветвлённая цепь содержит от 12 до 24 остатков глюкозы. В растворах амилопектин образует коллоидные системы и обладает способностью к образованию гелей, хотя эта способность выражена слабее, чем у амилозы.
¶Физические свойства
| Свойство | Значение |
|---|---|
| Молекулярная масса | 10⁶—10⁸ Да |
| Типы связей | α-1,4 и α-1,6 |
| Доля в крахмале | 70—80 % (обычно) |
| Растворимость в холодной воде | Практически нерастворим |
| Поведение при нагревании | Набухание, клейстеризация |
При нагревании в воде гранулы крахмала набухают, и амилопектин переходит в клейстер — вязкую систему, определяющую загущающие свойства крахмальных растворов. Температура клейстеризации зависит от происхождения крахмала: для картофельного она составляет около 58—65 °C, для кукурузного — 62—72 °C.
¶Биологическая роль
В растениях амилопектин служит основной формой запасного углевода. Он откладывается в виде крахмальных гранул в клубнях, семенах, плодах и корневищах. В пищеварительном тракте человека амилопектин расщепляется ферментами амилазами (слюнной и поджелудочной), которые гидролизуют α-1,4-связи, но не действуют на точки ветвления. Полное расщепление до глюкозы происходит при участии фермента изоамилазы (деиназы), выделяемого поджелудочной железой и кишечной микрофлорой.
¶Получение и промышленное производство
Амилопектин извлекают из крахмалсодержащего сырья — картофеля, кукурузы, пшеницы, риса, сорго. Основные методы разделения крахмала на амилозу и амилопектин:
- Мокрое фракционирование — крахмальный клейстер выдерживают при пониженной температуре, в результате чего амилоза выпадает в осадок, а амилопектин остаётся в растворе.
- Центрифугирование — используется в промышленных масштабах.
- Ферментативная очистка — применяется для получения высокочистых фракций.
¶Применение
Амилопектин и модифицированные на его основе продукты находят широкое применение:
- Пищевая промышленность — загуститель, стабилизатор и структурообразователь (Е1442, Е1440 и другие модифицированные крахмалы на основе амилопектина). Восковой крахмал (почти чистый амилопектин) используется для производства продуктов с пониженной калорийностью.
- Фармацевтика — амилопектин применяется как основа для микрокапсулирования лекарственных веществ и как компонент таблеточных масс.
- Биоразлагаемые материалы — на основе амилопектина изготавливают плёнки и упаковку, разлагающиеся в почве.
- Медицина — натриевый карбоксиметиламилопектин (Sodium carboxymethylamylopectin) проходит клинические испытания как гемостатическое средство для остановки кровотечений.
¶Амилопектин и амилоза: сравнение
| Параметр | Амилопектин | Амилоза |
|---|---|---|
| Структура | Разветвлённая | Линейная (слабоветвлённая) |
| Молекулярная масса | 10⁶—10⁸ Да | 10⁵—10⁶ Да |
| Вязкость растворов | Высокая | Средняя |
| Склонность к ретроградации | Низкая | Высокая |
| Способность к образованию плёнок | Слабая | Выраженная |
Разное соотношение амилопектина и амилозы определяет технологические свойства конкретного вида крахмала. Картофельный крахмал содержит около 21 % амилозы, кукурузный — 25—28 %, пшеничный — около 25 %, тогда как в восковых сортах риса и сорго амилоза практически отсутствует.
¶История изучения
Крахмал как сложный углевод был описан в XVIII веке, а его разложение на два компонента — амилозу и амилопектин — впервые выполнено французским химиком Ансельмом Пайеном в 1811—1815 годах. Термин «амилопектин» был предложен в 1941 году для обозначения разветвлённой фракции крахмала. Детальное изучение структуры амилопектина, включая модель кристаллических и аморфных зон гранул, проведено в работах немецкого химика Курта Хейманна в 1940-х годах.
¶Источники
- Гаусс Р. Л., Пшеничный Б. А. Крахмал и его производные. — М.: Пищевая промышленность, 1980.
- Технология крахмалопаточного производства / Под ред. Б. А. Пшеничного. — М.: Агропромиздат, 1986.
- BeMiller J. N. Starches: Characterization, Properties, and Applications. — CRC Press, 2019.
- Hoover R. Composition, molecular structure, and physicochemical properties of tuber and root starches: a review. — Carbohydrate Polymers, 2001.