Өсімдіктердегі энергия қоры – крахмал

Кіріспе

Глюкоза полимері өсімдіктерде энергия сақтау үшін қолданылады. Крахмал немесе амил – гликозидтік байланыстар арқылы біріктірілген көптеген глюкоза бірліктерінен тұратын полимерлі көмірсу. Бұл полисахаридті энергияны сақтау үшін көбінесе жасыл өсімдіктер өндіреді. Әлем бойынша бұл адамдардың тамақтануындағы ең көп таралған көмірсу болып табылады және бидай, картоп, жүгері, күріш және маниок сияқты негізгі тағамдарда көп мөлшерде кездеседі. Таза крахмал – ақ түсті, дәмсіз және иіссіз ұнтақ, ол суық су мен спиртте ерімейді. Ол екі типті молекуладан тұрады: түзу және спиральді амилоза, сондай-ақ тармақталған амилопектин. Өсімдік түріне байланысты, крахмалдың құрамында әдетте салмағы бойынша 20-25% амилоза және 75-80% амилопектин болады. Гликоген – жануарлардың энергия қоры, ол амилопектиннің күшті тармақталған түрі. Өнеркәсіпте крахмал көбінесе қантқа айналдырылады, мысалы, сулау арқылы. Бұл қанттар сыра, виски және биоотын өндіру үшін этанол алуға ашытылуы мүмкін. Сонымен қатар, өңделген крахмалдан алынған қанттар көптеген өңделген тағамдарда қолданылады. Көптеген крахмал түрлерін жылы суға араластырғанда, бидай пастасы сияқты қоюлатушы, қатайтушы немесе желім ретінде қолданылатын паста пайда болады. Крахмалдың тамақтандыруға арналмаған, өнеркәсіптік қолданылуы – қағаз жасау процесінде желім ретінде пайдалану. Киімді немесе кір жууға арналған крахмал сияқты ұқсас паста, кейбір мата бұйымдарын үтіктеу алдында оларды қатайту үшін қолданылуы мүмкін.

Этимология

"Крахмал" сөзінің түбі герман тіліне дейін жетеді, "күшті, қатаң, нығайту, қатайту" мағыналарын білдіреді. Қазіргі неміс тіліндегі Stärke (күш) сөзі осымен байланысты және ғасырлар бойы крахмалдың негізгі қолданылу саласын – тоқыма өнеркәсібінде жіпті тоқуға дайындау және матаға крахмал жағуды – көрсетеді. Крахмалға арналған грекше термин, "амилон" (ἄμυλον), "ұнталмаған" дегенді білдіреді. Одан "амил" түбірі пайда болды, ол крахмалмен байланысты немесе одан алынған бірнеше 5 көміртекті қосылыстардың алдынан қосылатын жұрнағы ретінде қолданылады (мысалы, амил спирті).

Тарих

Тифаның (күлте, қамыс) тамырларынан алынған крахмал дәндері ұн ретінде Еуропадағы 30 000 жыл бұрынғы ұнтақтағыштарда анықталды. Мозамбиктегі Нгалу үңгірлеріндегі ұнтақтағыштардан 100 000 жыл бұрынғы соргоның крахмал дәндері табылды. Ежелгі Египетте папирусты жабыстыру үшін таза бидай крахмалы қолданылған. Крахмалдың алынуы алғаш рет Плиний Ескінің "Табиғи тарихында" 77-79 жылдары сипатталған. Римдіктер оны косметикалық кремдерде, шаштың түсін өзгертуге және соустарды қоюлатуға да пайдаланған. Парсылар мен үндістер оны готмуай бидай хальвасына ұқсас тағамдар жасауға қолданған. Қытайда 700 жылдан бері қағаз өндірісінде күріш крахмалы қағазды өңдеу үшін қолданылады. VIII ғасырдың ортасында араб әлемінде бидай крахмалымен қаптаулы қағаз өндірісі басталды. Кір жууға арналған крахмал алғаш рет Англияда 15 ғасырдың басында сипатталған және 16 ғасырғы кеудеше жағаларын жасау үшін маңызды болған.

Өсімдіктердің энергия сақтау орны

Өсімдіктер фотосинтез арқылы көмірқышқыл газы мен судан глюкозаны өндіреді. Глюкоза жалпы метаболизм үшін қажетті химиялық энергияны қамтамасыз етеді, сондай-ақ нуклеин қышқылдары, липидтер, ақуыздар және целлюлоза сияқты құрылымдық полисахаридтер сияқты көптеген органикалық құрылыс блоктарының алғышарты болып табылады. Көптеген жасыл өсімдіктер артық глюкозаны крахмал түрінде сақтайды, ол крахмал немесе амилопласттар деп аталатын жартылай кристалды түйіршіктерге жиналады. Өсу маусымының соңына қарай, крахмал ағаштардың бұтақтарында бүршіктерге жақын жиналады. Жемістер, тұқымдар, тамырсабақтар және түйнектер келесі өсу маусымына дайындалу үшін крахмал сақтайды. Жас өсімдіктер тамырларында, тұқымдарында және жемістерінде сақталған энергияның есебінен топырақтан өсуге қолайлы орын табатын уақытқа дейін тіршілік етеді. Фотосинтез жүргізілмейтін түнгі уақытта да крахмал пайдаланылады. Жасыл балдырлар мен құрлықтағы өсімдіктер крахмалды пластидтерде, ал қызыл балдырлар, глаукофиттер, криптомонадтар, динофлагелляттар және паразиттік апикомплекстер цитозол немесе перипласттарда флоридеан крахмалы деп аталатын ұқсас полисахаридтерді сақтайды. Глюкоза, әсіресе гидратталған кезде, көп орын алып, осмостық белсенділік көрсетеді. Крахмал болса, ерімейтін, демек осмостық белсенділігі жоқ және оны әлдеқайда ықшам түрде сақтауға болады. Жартылай кристалды түйіршіктер әдетте амилоза мен амилопектиннің концентрлі қабаттарынан тұрады, олар өсімдіктегі жасушалық қажеттілікке сәйкес биожетімділікке ие болады. Амилоза α 1,4 гликозидтік байланыс арқылы байланысқан глюкоза молекулаларынан құралған ұзын тізбектерден тұрады. Амилопектин де глюкозадан алынған, бірақ α 1,6 гликозидтік байланыстармен жоғары тармақталған. Осыған ұқсас байланыс жануарлардың қоры полисахариді гликогенінде де кездеседі. Керісінше, хитин, целлюлоза және пептидогликан сияқты көптеген құрылымдық полисахаридтер β гликозидтік байланыстармен байланысқан, олар гидролизға төзімдірек.

Қышқыл бөлшектерінің құрылысы

Өсімдіктерде крахмал жартылай кристалды түйіршіктерде сақталады. Әр өсімдік түрінің өзіндік крахмал түйіршік мөлшері бар: күріш крахмалының түйіршіктері салыстырмалы түрде кіші (шамамен 2 мкм), картоп крахмалының түйіршіктері үлкен (100 мкм-ге дейін), ал бидай мен тапиоканың түйіршіктері осы аралықта болады. Басқа ботаникалық крахмал көздерінен айырмашылығы, бидай крахмалы екі модальды мөлшер таралымын көрсетеді, кіші және үлкен түйіршіктері 2-ден 55 мкм-ға дейін жетеді. Ұсақ глюкан тізбектері одан әрі агломерацияланып, крахмал түйіршіктерінің бастамасын құрайды. Түйіршіктердің биосинтезі мен кеңеюі – бұл күрделі молекулалық оқиға, оны төрт негізгі қадамға бөлуге болады: түйіршіктердің басталуы, кішкентай түйіршіктердің бірігуі, фазалық өту және кеңею. Осы процестердің әрқайсысына қатысты бірнеше ақуыздар сипатталған. Мысалы, хлоропласт мембранасына байланысты ақуыз MFP1 түйіршік бастау орындарын анықтайды. PTST2 аталған тағы бір ақуыз ұсақ глюкан тізбектерімен және агломераттармен байланысып, крахмал синтетаза 4 (SS4) жұмысқа қосады. Сонымен қатар, PTST3, SS5 және MRC аталған үш ақуыз да крахмал түйіршіктерінің басталу процесіне қатысады. Бұдан өзге, ESV және LESV аталған екі ақуыз глюкан тізбектерінің сулы фазадан кристалдық фазаға өтуіне қатысады. SS1, SS2, SS3 және GBSS сияқты бірнеше каталитикалық белсенді крахмал синтетазалары крахмал түйіршіктерінің биосинтезі үшін маңызды және түйіршік биогенезінің және кеңеюінің әрбір кезеңінде катализдік рөл атқарады. Жоғарыда аталған ақуыздардан басқа, крахмал тармақтану ферменттері (BE) глюкоза тізбектері арасында α 1,6 гликозидтік байланыстарды құрап, тармақталған амилопектинді жасайды. Крахмалдың дебранчтау ферменті (DBE) изоамилаза осы тармақтардың бір бөлігін жояды. Бұл ферменттердің көптеген изоформалары бар, бұл өте күрделі синтез процесіне әкеледі.

Деградация

Өсімдіктер жапырақтарында күндіз синтезделетін крахмал уақытша болады: ол түнде энергия көзі ретінде қызмет етеді. Ферменттер гранулалардан глюкозаның босауын катализдейді. Ерімейтін, жоғары тармақталған крахмал тізбектері, оларды ыдырату ферменттері үшін қолжетімді ету үшін фосфорилирленуді қажет етеді. Глюкан, су дикиназа (GWD) ферменті глюкозаның C6 позициясына, 1,6 альфа тармақталу байланыстарына жақын фосфатты қосады. Екінші фермент – фосфоглюкан, су дикиназасы (PWD) глюкоза молекуласын C3 позициясында фосфорилдейді. Екінші фосфорилирленгеннен кейін, бірінші ыдырату ферменті – бета-амилаза (BAM) глюкоза тізбегінің толық емес ұшына шабуыл жасайды. Мальтоза – негізгі босатылатын өнім. Егер глюкоза тізбегі үш немесе одан аз молекуладан тұрса, BAM мальтозаны босата алмайды. Екінші фермент – диспропорциялау ферменті 1 (DPE1) – екі мальтотриоза молекуласын біріктіреді. Осы тізбектен глюкоза молекуласы босатылады. Енді BAM қалған тізбектен тағы бір мальтоза молекуласын босата алады. Бұл цикл крахмал толық ыдырағанша қайталанады. Егер BAM глюкоза тізбегінің фосфорилденген тармақталу нүктесіне жақындаса, ол енді мальтозаны босата алмайды. Фосфорилденген тізбектің ыдырауы үшін изоамилаза ферменті (ISA) қажет. Крахмалдың ыдырау өнімдері негізінен мальтоза және аздаған мөлшерде глюкоза болып табылады. Бұл молекулалар пластидтен цитозолға, мальтоза – мальтоза тасымалдаушысы арқылы, ал глюкоза – пластидтік глюкоза транслокаторы (pGlcT) арқылы тасымалданады. Бұл екі қант сахароза синтезі үшін қолданылады. Содан кейін сахароза митохондриядағы тотығу пентоза-фосфат жолында түнде АТФ өндіру үшін пайдаланылуы мүмкін. ЕО-да 2011 жылы крахмал өндірісі шамамен 11 миллион тоннаны құрады, оның 40%-ы өнеркәсіптік қолдануға, ал 60%-ы тағамдық қолдануға жұмсалды. 2017 жылы ЕО өндірісі 11 миллион тоннаны құрады, оның 9,4 миллион тоннасы ЕО-да тұтынылды, оның 54%-ы крахмал тәттілендіргіштері болды. АҚШ 2017 жылы шамамен 27,5 миллион тонна крахмал өндірді, оның ішінде шамамен 8,2 миллион тоннасы жоғары фруктозалы сироп, 6,2 миллион тоннасы глюкоза сироптары және 2,5 миллион тоннасы крахмал өнімдері болды. Қалған крахмал этанол өндіруге – 1,6 миллиард галлон жұмсалды.

The starch that is synthesized in plant leaves during the day is transitory: it serves as an energy source at night. Enzymes catalyze release of glucose from the granules. The insoluble, highly branched starch chains require phosphorylation in order to be accessible for degrading enzymes. The enzyme glucan, water dikinase (GWD) installs a phosphate at the C 6 position of glucose, close to the chain's 1,6 alpha branching bonds. A second enzyme, phosphoglucan, water dikinase (PWD) phosphorylates the glucose molecule at the C 3 position. After the second phosphorylation, the first degrading enzyme, beta amylase (BAM) attacks the glucose chain at its non reducing end. Maltose is the main product released. If the glucose chain consists of three or fewer molecules, BAM cannot release maltose. A second enzyme, disproportionating enzyme 1 (DPE1), combines two maltotriose molecules. From this chain, a glucose molecule is released. Now, BAM can release another maltose molecule from the remaining chain. This cycle repeats until starch is fully degraded. If BAM comes close to the phosphorylated branching point of the glucose chain, it can no longer release maltose. In order for the phosphorylated chain to be degraded, the enzyme isoamylase (ISA) is required. The products of starch degradation are predominantly maltose and smaller amounts of glucose. These molecules are exported from the plastid to the cytosol, maltose via the maltose transporter and glucose by the plastidic glucose translocator (pGlcT). These two sugars are used for sucrose synthesis. Sucrose can then be used in the oxidative pentose phosphate pathway in the mitochondria, to generate ATP at night. In the EU the starch industry produced about 11 million tonnes in 2011, with around 40% being used for industrial applications and 60% for food uses, In 2017 EU production was 11 million ton of which 9,4 million ton was consumed in the EU and of which 54% were starch sweeteners. The US produced about 27.5 million tons of starch in 2017, of which about 8.2 million tons was high fructose syrup, 6.2 million tons was glucose syrups, and 2.5 million tons were starch products. The rest of the starch was used for producing ethanol (1.6 billion gallons).

Өнеркәсіптік өңдеу

Крахмал өндірісі өсімдіктерден крахмалды ылғалдау арқылы ұнтақтау, жуу, ілеу және кептіру процестері арқылы бөліп алып, тазартады. Бүгінде ең көп өндірілетін тазартылған крахмал – жүгері, тапиока, аррорут, бидай, күріш және картоп крахмалы. Аз мөлшерде тәтті картоп, саго және мунг бұршағы да тазартылған крахмалдың көзі болып табылады. Қазіргі таңда крахмал 50-ден астам өсімдік түрінен алынады. Шикі крахмал өнеркәсіптік деңгейде малтодекстринге, глюкозалық және фруктозалық сироптарға өңделеді. Бұл кең ауқымды өзгерістер әртүрлі ферменттердің қатысуымен жүзеге асырылады, олар крахмалды әртүрлі дәрежеде ыдыратады. Мұнда ыдырау гидролиз процесі арқылы жүзеге асырылады, яғни қант суббірліктері арасындағы байланыстар судың қосылуымен үзіледі. Кейбір қанттар изомерлендіріледі. Бұл процестер екі кезеңде сипатталған: сұйыландыру және сахарификация. Сұйыландыру кезінде крахмал декстринге айналады. Амилаза – декстрин өндірісінде маңызды фермент. Сахарификация декстринды мальтоза мен глюкозаға айналдырады. Бұл екінші кезеңде пулланаза және басқа да амилазалар сияқты әртүрлі ферменттер қолданылады.

Дектринизация

Егер крахмал құрғақ жылуға ұшыраса, ол декстриндерге ыдырайды, осы жағдайда оларды "пиродекстриндер" деп те атайды. Бұл ыдырау процесі декстринизация деп аталады. (Пиро)декстриндер көбінесе сарыдан қоңыр түске дейін болады және декстринизация тостау кезінде нанның қоңырлануына жартылай себеп болады.

Тағам

Крахмал – адам рационындағы ең көп таралған көмірсу, ол көптеген негізгі тағамдардың құрамында болады. Әлем бойынша крахмалдың негізгі көздері – дәнді дақылдар (күріш, бидай және жүгері) және тамыржемістер (картоп және маниок). Басқа да көптеген крахмалға толы тағамдар өсіріледі, олардың кейбіреулері тек белгілі климатта ғана өседі, мысалы, емен жаңғағы, арророта, арракача, банан, арпа, нан жемісі, қара бидай, канна, колоказия, құрғақ пияз, катакури, кудзу, маланга, тары, сұлы, ока, полинезиялық арророта, саго, сорго, тәтті картоп, раушан, таро, каштан, су каштаны және ямс, сондай-ақ фасольдің көптеген түрлері, мысалы, бақла, бұршақ, мунг бұршағы, безнек және нут. Өңделген тағамдар пайда болғанға дейін адамдар көп мөлшерде пісірілмеген және өңделмеген, крахмалға төзімді крахмалға толы өсімдіктерді тұтынған. Ішектегі микробтар крахмалды ашытып немесе тұтынады, нәтижесінде қысқа тізбекті май қышқылдары пайда болады, олар энергия ретінде қолданылады және микробтардың күшті болуы мен өсуін қолдайды. Пісіру кезінде крахмал ерімейтін, қорытуы қиын түйіршіктен оңай сіңірілетін глюкоза тізбегіне айналады, оның тағамдық және функционалдық қасиеттері өте ерекше. Қазіргі тамақтану режимінде өңделген тағамдар оңай қорытылады және жұқа ішекте көбірек глюкоза бөлінеді – аз крахмал ішекке жетеді және организм көбірек энергия сіңіреді. Өңделген тағамдарды көп жеу нәтижесінде энергия берудегі бұл өзгеріс қазіргі өмір салтының метаболикалық бұзылыстарының, соның ішінде семіздік пен қант диабетінің дамуына себеп болатын факторлардың бірі болуы мүмкін деп есептеледі. Амилоза/амилопектин арақатынасы, молекулалық салмағы және молекулалық құрылымы әр түрлі крахмалдың физикалық-химиялық қасиеттеріне, сондай-ақ энергияны босатуға әсер етеді. Сонымен қатар, тамақ пісіру және өңдеу крахмалдың қорытылуына және энергияның босатылуына маңызды әсер етеді. Крахмал тез қорытылатын, баяу қорытылатын және крахмалға төзімді болып жіктеледі, бұл оның қорыту профиліне байланысты. Шикі крахмал түйіршіктері адам ферменттерінің қорытуына қарсы тұрады және жұқа ішекте глюкозаға ыдырамайды, олар ішекке жетеді және пребиотикалық диеталық талшық ретінде қызмет етеді. Крахмал түйіршіктері толығымен желатинденеді және пісіріледі, онда крахмал оңай сіңіріледі және жұқа ішекте глюкоза тез бөлінеді. Крахмалға толы тағамдар пісіріліп суытылған кезде, глюкоза тізбегінің бір бөлігі қайтадан кристалданып, қайтадан қорытуға төзімді болады. Баяу қорытылатын крахмал шикі дәнді дақылдарда кездеседі, онда қорыту баяу, бірақ жұқа ішекте салыстырмалы түрде толық болады. Крахмалдан тұратын дайындалған тағамдар: нан, кеспе, дәнді дақылдар, лапша, макарон, қамыр және тортилья. Жоғары температурада пісіру кезінде крахмалдан шығарылатын қанттар Майллард реакциясы арқылы амин қышқылдарымен әрекеттесіп, жоғары гликациялық соңғы өнімдерді (AGE) құрайды, бұл тағамға хош иіс, дәм және текстура береді. Азық-түліктегі AGE-нің бір мысалы – акриламид. Соңғы зерттеулер көрсеткендей, тамақ арқылы алынған AGE-лердің ішекте ашыуы инсулинге қарсы тұру, атеросклероз, қант диабеті және басқа да қабыну ауруларымен байланысты болуы мүмкін. Бұл AGE-лердің ішек өткізгіштігіне тигізетін әсерінен болуы мүмкін. Торт пісіру кезінде крахмалдың желатинизациялануына қанттың су үшін бәсекелесуі кедерілтеді, бұл желатинизацияны болдырмайды және текстураны жақсартады.

Starch is the most common carbohydrate in the human diet and is contained in many staple foods. The major sources of starch intake worldwide are the cereals (rice, wheat, and maize) and the root vegetables (potatoes and cassava). Many other starchy foods are grown, some only in specific climates, including acorns, arrowroot, arracacha, bananas, barley, breadfruit, buckwheat, canna, colocasia, cuckoo pint, katakuri, kudzu, malanga, millet, oats, oca, polynesian arrowroot, sago, sorghum, sweet potatoes, rye, taro, chestnuts, water chestnuts, and yams, and many kinds of beans, such as favas, lentils, mung beans, peas, and chickpeas. Before processed foods, people consumed large amounts of uncooked and unprocessed starch containing plants, which contained high amounts of resistant starch. Microbes within the large intestine ferment or consume the starch, producing short chain fatty acids, which are used as energy, and support the maintenance and growth of the microbes. Upon cooking, starch is transformed from an insoluble, difficult to digest granule into readily accessible glucose chains with very different nutritional and functional properties. In current diets, highly processed foods are more easily digested and release more glucose in the small intestine—less starch reaches the large intestine and more energy is absorbed by the body. It is thought that this shift in energy delivery (as a result of eating more processed foods) may be one of the contributing factors to the development of metabolic disorders of modern life, including obesity and diabetes. The amylose/amylopectin ratio, molecular weight and molecular fine structure influences the physicochemical properties as well as energy release of different types of starches. In addition, cooking and food processing significantly impacts starch digestibility and energy release. Starch has been classified as rapidly digestible starch, slowly digestible starch and resistant starch, depending upon its digestion profile. Raw starch granules resist digestion by human enzymes and do not break down into glucose in the small intestine they reach the large intestine instead and function as prebiotic dietary fiber. When starch granules are fully gelatinized and cooked, the starch becomes easily digestible and releases glucose quickly within the small intestine. When starchy foods are cooked and cooled, some of the glucose chains re crystallize and become resistant to digestion again. Slowly digestible starch can be found in raw cereals, where digestion is slow but relatively complete within the small intestine. Widely used prepared foods containing starch are bread, pancakes, cereals, noodles, pasta, porridge and tortilla. During cooking with high heat, sugars released from starch can react with amino acids via the Maillard reaction, forming advanced glycation end products (AGEs), contributing aromas, flavors and texture to foods. One example of a dietary AGE is acrylamide. Recent evidence suggests that the intestinal fermentation of dietary AGEs may be associated with insulin resistance, atherosclerosis, diabetes and other inflammatory diseases. This may be due to the impact of AGEs on intestinal permeability. Starch gelatinization during cake baking can be impaired by sugar competing for water, preventing gelatinization and improving texture.

Қант қышқылдары

Крахмал қышқылдар, әртүрлі ферменттер немесе олардың үйлесімі арқылы қарапайым көмірсуларға гидролиздейді. Нәтижесінде пайда болатын фрагменттер декстрин деп аталады. Айналу дәрежесі әдетте декстроза эквиваленті (DE) арқылы өлшенеді, ол крахмалдың гликозидтік байланыстарының үзілген бөлігінің шамамен мөлшері болып табылады. Бұл крахмалдық қанттар крахмалға негізделген ең көп таралған тағамдық ингредиенттер болып табылады және көптеген сусындар мен тағамдарда тәттілендіргіш ретінде қолданылады. Оларға мыналар жатады:

Малтодекстрин – жеңіл гидролизделген (DE 10–20) крахмал өнімі, дәмсіз толтырғыш және қоюлатушы ретінде қолданылады. Әртүрлі глюкоза сироптары (DE 30–70), АҚШ-та жүгері сироптары деп те аталады, көптеген өңделген тағамдарда тәттілендіргіш және қоюлатушы ретінде қолданылатын тұтқыр ерітінділер. Декстроза (DE 100) – коммерциялық глюкоза, крахмалдың толық гидролизінен дайындалады. Жоғары фруктозалы сироп, глюкоза изомераза ферментімен декстроза ерітінділерін өңдеу арқылы жасалады, осылайша глюкозаның маңызды бөлігі фруктозаға айналады. АҚШ-та жоғары фруктозалы жүгері сиропы қанттан әлдеқайда арзан және өңделген тағамдар мен сусындарда қолданылатын басты тәттілендіргіш болып табылады. Фруктоза микробиологиялық тұрақтылығы да жақсы. Жоғары фруктозалы жүгері сиропының бір түрі, HFCS 55, құрамында көбірек фруктоза болғандықтан сахарозадан тәттірек, ал HFCS 42 тәттілігі сахарозаға тең. Малтитол, эритритол, сорбитол, маннитол және гидрогенделген крахмал гидролизаты сияқты қант спирттері – қантты азайту арқылы жасалатын тәттілендіргіштер.

Тамақ қоспасы ретінде пайдалану

Тамақ өңдеудегі қоспа ретінде азық-түлік крахмалы көбінесе пудингтер, кремдер, сорпалар, соустар, тұздықтар, пісірілген торттардың ішіндегі толтырмалар және салатқа қосылатын соустар сияқты тағамдарда қалыңдатушы және тұрақтандырушы ретінде қолданылады, сондай-ақ кеспелер мен макарон өнімдерін жасауға пайдаланылады. Олар қалыңдатушы, көлем арттырушы, эмульсияны тұрақтандырушы қызметін атқарады және өңделген ет өнімдерінде өте жақсы байланыстырғыш болып табылады. Желе тәттілер мен шарап жемістері сияқты желімді тәттілер дәстүрлі қалыптарды пайдаланып жасалмайды. Төбелес крахмалмен толы табақ тегістеледі. Содан кейін крахмалға дөңгелек пішіндес қалып басылып, 1000-ге жуық желе тәттінің іздері қалдырылады. Сосын желе қоспасы осы іздерге құйылып, қатыру үшін пешке қойылады. Бұл әдіс қалыптардың қажетті санын қысықартады.

Тұрақты крахмал

Тұрақсыз крахмал – сау адамдардың жіңішке ішегінде қорытылмайтын крахмал. Бидай немесе жүгеріден алынған жоғары амилозалы крахмалдың гелатинизация температурасы басқа крахмал түрлеріне қарағанда жоғары, және ол пісіру, жеңіл экструзия және басқа да тағам өңдеу техникалары арқылы тұрақсыз крахмал мөлшерін сақтайды. Ол нан, макарон, печенье, крекер, тұздықтар және басқа да құрғақ тағамдар сияқты өңделген тағамдарда ерімейтін диеталық талшық ретінде қолданылады. Сонымен қатар, денсаулыққа пайдалы қасиеттері үшін тағамдық қосымша ретінде де пайдаланылады. Жарналы зерттеулер көрсеткендей, тұрақсыз крахмал инсулинге сезімталдықты жақсартуға, қабынуға себеп болатын интерлейкин-6 және ісік некрозы факторы альфа биомаркерлерін төмендетуге, сондай-ақ ішек функциясының көрсеткіштерін жақсартуға көмектеседі. Тұрақты бүкіл дәннің пайдалы әсеріне тұрақсыз крахмал да үлес қосады деп саналады.

Синтетикалық крахмал

Клеткасыз химиоэнзиматтық процесс көмірқышқыл газы мен сутектен крахмал синтездеуге қабілді екені көрсетілді. 11 негізгі реакцияның химиялық жолы есептеу арқылы жобаланды және көмірқышқыл газын жүгерідегі крахмал синтезінен шамамен 8,5 есе жоғары жылдамдықпен крахмалға айналдырады.

Қағаз жасау

Қағаз жасау – жыл сайын миллиондаған тонна жұмсалатын, әлемдегі ең ірі азық-түлік емес крахмал қолданылысы. Мысалы, әдеттегі көшірме қағаз парағында крахмалдың мөлшері 8%-ға дейін жете алады. Қағаз жасауда химиялық түрлендірілген және өзгертілмеген крахмалдар қолданылады. Қағаз жасау процесінің ылғалды бөлігінде, көбінесе "ылғалды бөлік" деп аталатын жерде, қолданылатын крахмал катионды болып келеді және оң заряд крахмал полимеріне байланысқан. Бұл крахмал туындылары анионды немесе теріс зарядталған қағаз талшықтары/целлюлоза және минералдық толтырғыштармен байланысады. Катиондық крахмалдар, басқа ұстағыш және ішкі өлшегіш заттармен бірге, қағаз жасау процесінде қалыптасқан қағаз таспасына қажетті күштік қасиеттерді (ылғалды күш) беруге және соңғы қағаз парағына күш беруге (құрғақ күш) көмектеседі. Қағаз жасау процесінің құрғақ бөлігінде қағаз таспасы крахмал негізіндегі ерітіндімен қайта ылғалдандырылады. Бұл процесс беттік өлшеу деп аталады. Қолданылатын крахмал қағаз фабрикасында немесе крахмал өнеркәсібінде химиялық немесе ферменттік жолмен деполимерлендіріледі (окистендірілген крахмал). Өлшем/крахмал ерітінділері әртүрлі механикалық престер (өлшеу престері) арқылы қағаз таспасына жағылады. Беттік өлшеу агенттерімен бірге, беттік крахмалдар қағаз таспасына қосымша күш береді және сонымен қатар жоғары сапалы басып шығару үшін суды ұстап тұру қабілетін немесе "өлшемді" қамтамасыз етеді. Сондай-ақ, крахмал қағаз жабынында пигменттер, байланыстырғыштар және қоюлағыштардан тұратын жабын құрамының бір бөлігі ретінде қолданылады. Жабылған қағаздың тегіс, қатты, ақ және жылтыр болуы жақсарып, басып шығару сипаттамалары артады.

Тіркегіштер

Төңкерілген қағаз қораптарына арналған жапсырмалар – бұл әлемдегі азық-түлік емес крахмалдардың екінші ірі қолданылуы. Крахмал желімдері негізінен өзгертілмеген табиғи крахмалға, сондай-ақ боракс және каустикалық сода сияқты бірнеше қоспаларға негізделген. Крахмалдың бір бөлігі гелатиндендіріледі, бұл пісірілмеген крахмалдың суспензиясын ұстап тұру және шөгуін болдырмау үшін жасалады. Бұл мөлдір емес желім SteinHall жабысқышы деп аталады. Желім флютингтің ұштарына жағылады. Флютингтелген қағаз қаптама деп аталатын қағазға басылады. Содан кейін ол жоғары температурада кептіріледі, бұл желімдегі қалған пісірілмеген крахмалдың ісінуіне/гелатинденуіне себеп болады. Бұл гелатиндену желімді төңкерілген қағаз қораптарын өндіру үшін жылдам және берік жабысқышқа айналдырады. Крахмал кітап мұқабасын жасау, қабырға қағазы, қағаз қаптарды өндіру, түтіктерді орау, желімделген қағаз, конверттерге жабысатын материал, мектепте қолданылатын желім және бөтелкелерге жапсырма жабыстыру үшін әртүрлі желімдерді немесе жабысқыштарды жасауда қолданылады. Сары декстриндер сияқты крахмал туындыларын кейбір химиялық заттар қосып өзгертуге болады, осылай қағаз жұмыстарына арналған берік желім жасалады; осы формалардың кейбіреулері бор немесе сода күлі қолданады, олар крахмал ерітіндісімен араластырылып, өте жақсы жабысқыш құрайды. Бұл формулаларды нығайту үшін натрий силикатын қосуға болады. Азық-түлік емес крахмалдың осыған ұқсас үлкен қолданылуы құрылыс индустриясында, онда крахмал гипстен жасалған қабырға тақталарын өндіру процесінде қолданылады. Химиялық өзгертілген немесе өзгертілмеген крахмал негізінен гипстен тұратын штукатурға қосылады. Жоғары және төмен салмақты қағаз парақтары формулаға жағылады, содан кейін процеске қыздыруға және қатайып, берік қабырға тақтасын құруға рұқсат етіледі. Крахмал қаптамамен бірге қатайған гипс тасқа желім ретінде әрекет етеді, сонымен қатар тақтаға беріктік береді.

Басқа

Киім немесе кір жууға арналған крахмал киімдерді жуу кезінде қолданылады. Ол 16-шы және 17-ші ғасырларда Еуропада кеңінен таралған. Көшкеден алынған тоқыма химиялық заттары: жіптердің тоқыма кезінде үзілуін азайту үшін жіпке май жағуға арналған заттар қолданылады. Крахмал көбінесе мақтадан жасалған жіптерді майлау үшін қолданылады. Модификацияланған крахмал мата басу кезінде қоюлатушы зат ретінде де қолданылады. Мұнай барлау кезінде крахмал бұрғылау сұйықтығының тұтқырлығын реттеу үшін пайдаланылады, ол бұрғылау мұнығын майлауға және мұнай өндіру кезінде ұнтақ қалдықтарын тоқтатуға қажет. Сондай-ақ, крахмалдан қаптауға арналған пенопласт және төбелік плиткалар да жасалады. Полиграфия өнеркәсібінде тағамдық крахмал басылған қағаздарды бөліп тұруға арналған анти-жабысу спрейін жасау үшін қолданылады. Денеге жағылатын ұнтақ ретінде жүгері крахмалы тальк ұнтағының орнына, сондай-ақ басқа да денсаулық және әсемдік өнімдерінде қолданылады. Крахмал түрлі биопластиктерді, биодеградацияланатын синтетикалық полимерлерді өндіруге қолданылады. Мысалы, крахмалдан алынған глюкозаға негізделген полилактив қышқылы. Крахмалдан алынған глюкозаны биоэтанол, яғни жүгері спиртіне айналдыру үшін ылғалды ұнтақтау процесі қолданылады. Бүгінде көптеген биоэтанол зауыттары жүгері немесе басқа да шикізатты тікелей этанолға айналдыру үшін құрғақ ұнтақтау процесін пайдаланады. Фармацевтикалық өнеркәсіпте крахмал қосымша зат ретінде, таблеткаларды ыдыратушы зат ретінде және байланыстырғыш ретінде қолданылады. Целлюлозадан жасалған синтетикалық амилозаның полимерлену дәрежесі жақсы бақыланады. Сондықтан оны дәрі-дәрмекті жеткізуге арналған тасымалдаушы ретінде қолдануға болады.

Химиялық сынақтар

Трийодид (I3−) ерітіндісі (йод пен калий йодидін араластыру арқылы жасалады) крахмалды анықтау үшін қолданылады. Түссіз ерітінді крахмалдың болуымен қою көк түске өзгереді. Пайда болған көк түстің қанықтығы амилоза мөлшеріне байланысты. Амилозаның азы немесе мүлдем жоқ балауызды крахмалдар қызыл түске боялады. Бенедикт және Фелинг сынақтары да крахмалдың бар-жоғын көрсету үшін жүргізіледі.

Қауіпсіздік

АҚШ-та Еңбек қауіпсіздігі және денсаулық сақтау басқармасы (OSHA) жұмыс орнында крахмалға ұшыраудың заңды лимитін (Рұқсат етілген ұшырау шегі) 8 сағаттық жұмыс күні ішінде жалпы ұшырау үшін 15 мг/м3 және тыныс алу арқылы ұшырау үшін 5 мг/м3 деп белгілеген. Ұлттық еңбек қауіпсіздігі және денсаулық сақтау институты (NIOSH) 8 сағаттық жұмыс күні ішінде жалпы ұшырау үшін 10 мг/м3 және тыныс алу арқылы ұшырау үшін 5 мг/м3 ұсынылатын ұшырау лимитін (Ұсынылған шекті мөлшер) белгілеген.