Введение

Амилоза — полисахарид, состоящий из α-D-глюкозных звеньев, соединенных между собой α(1→4)-гликозидными связями. Это один из двух компонентов крахмала, составляющий примерно 20–30%. Благодаря своей плотно упакованной спиральной структуре, амилоза более устойчива к расщеплению, чем другие молекулы крахмала, и поэтому является важной формой резистентного крахмала.

Структура

Амилоза состоит из молекул глюкозы, связанных α(1→4)-гликозидной связью. Атомы углерода в молекуле глюкозы нумеруются, начиная с альдегидного (C=O) углерода, поэтому в амилозе 1-й углерод одной молекулы глюкозы связан с 4-м углеродом следующей молекулы глюкозы (α(1→4)-связи). Структурная формула амилозы изображена справа. Количество повторяющихся звеньев глюкозы (n) обычно составляет от 300 до 3000, но может достигать нескольких тысяч. Цепи амилозы могут существовать в трех основных формах: неупорядоченной аморфной конформации или двух различных спиральных формах. Амилоза может образовывать двойную спираль (формы А или В) за счет связывания с самой собой, либо связываться с другой гидрофобной молекулой-гостем, такой как йод, жирная кислота или ароматическое соединение. Это называется V-формой и именно так амилопектин связывается с амилозой в структуре крахмала. В этой группе существует множество различных вариантов. Каждый из них обозначается буквой V и индексом, указывающим количество звеньев глюкозы в одном витке. Наиболее распространенной является форма V6, содержащая шесть звеньев глюкозы в витке. Существуют также формы V8 и, возможно, V7, которые обеспечивают еще большее пространство для связывания молекулы-гостя. Эта линейная структура может вращаться вокруг углов φ и ψ, но в основном атомы кислорода, входящие в состав глюкозного кольца, расположены с одной стороны структуры. Структура α(1→4) способствует образованию спиральной структуры, что позволяет формировать водородные связи между атомами кислорода, связанными со 2-м углеродом одной молекулы глюкозы и 3-м углеродом следующей молекулы глюкозы. Анализ рентгеноструктурной дифракции волокон в сочетании с компьютерным моделированием структуры выявил полиморфы амилозы A, B и C. Каждая форма соответствует формам крахмала A, B или C. Структуры A и B имеют различные спиральные кристаллические структуры и разное содержание воды, в то время как структура C представляет собой смесь элементарных ячеек A и B, что приводит к промежуточной плотности упаковки между этими двумя формами.

Физические свойства

Поскольку длинные линейные цепи амилозы легче кристаллизуются, чем амилопектин (который имеет короткие, сильно разветвленные цепи), крахмал с высоким содержанием амилозы более устойчив к перевариванию. В отличие от амилопектина, амилоза растворима в воде. Она также снижает степень кристалличности амилопектина и облегчает проникновение воды в крахмал.

Функция

Амилоза важна для запасания энергии в растениях. Она переваривается менее легко, чем амилопектин; однако, благодаря своей спиральной структуре, она занимает меньше места, чем амилопектин. В результате, это предпочтительный крахмал для хранения в растениях. Она составляет около 30% от запасов крахмала в растениях, хотя процентное содержание варьируется в зависимости от вида и сорта. Пищеварительный фермент α-амилаза расщепляет молекулы крахмала на мальтотриозу и мальтозу, которые могут использоваться в качестве источников энергии. Амилоза также является важным загустителем, влагоудерживающим агентом, стабилизатором эмульсий и гелеобразователем в промышленных и пищевых областях. Свободные спиральные цепи амилозы имеют гидрофобный внутренний слой, который может связываться с гидрофобными молекулами, такими как липиды и ароматические соединения. Единственная проблема заключается в том, что при кристаллизации или ассоциации она может терять стабильность, часто высвобождая воду в процессе (синерезис). При увеличении концентрации амилозы липкость геля уменьшается, а твердость увеличивается. Когда другие вещества, включая амилопектин, связываются с амилозой, вязкость может изменяться, но добавление κ-каррагинана, альгината, ксантановой камеди или сахаров с низкой молекулярной массой может снизить потерю стабильности. Способность связывать воду может придавать пище объем, потенциально заменяя жир. Например, амилоза отвечает за загущение белого соуса, но при охлаждении твердая фаза и вода частично разделяются. Амилоза известна своими хорошими пленкообразующими свойствами, полезными в пищевой упаковке. Отличное пленкообразующее поведение амилозы изучалось еще в 1950-х годах. Пленки на основе амилозы обладают лучшими барьерными и механическими свойствами по сравнению с пленками на основе амилопектина. В лабораторных условиях она может использоваться в качестве маркера. Молекулы йода аккуратно вписываются в спиральную структуру амилозы, связываясь с полимером крахмала, который поглощает определенные известные длины волн света. Следовательно, распространенным тестом является йодная проба на крахмал. При смешивании крахмала с небольшим количеством желтого раствора йода наблюдается сине-черный цвет. Интенсивность цвета можно измерить колориметром, используя красный фильтр для определения концентрации крахмала в растворе. Также возможно использовать крахмал в качестве индикатора в титрованиях, включающих восстановление йода. Он также используется в амилозных магнитных шариках и смоле для разделения белка, связывающего мальтозу.

Последние исследования

Сорта риса с высоким содержанием амилозы, менее клейкий длиннозернистый рис, имеют значительно более низкую гликемическую нагрузку, что может быть полезно для людей с диабетом. Исследователи идентифицировали гранулесвязанный синтез крахмала (GBSS) как фермент, который специфически удлиняет амилозу в процессе биосинтеза крахмала у растений. Ген *waxy* у кукурузы кодирует белок GBSS. Генетически модифицированный сорт картофеля Amflora, разработанный компанией BASF Plant Science, не производит амилозу.