Распространенность в природе и выделение крахмала

И гликогена

Крахмал и гликоген являются важными представителями очень большой и разнообразной группы полисахаридов с разветвленной цепью.

Прежде всего нужно отметить, что термины «крахмал» и «гликоген» охватывают разнообразные классы полисахаридов и что структурно один из компонентов крахмала почти идентичен с гликогеном. В то время как все гликогены имеют сильно разветвленные макромолекулы, крахмал состоит из двух компонентов – разветвленного амилопектина и неразветвленной амилозы, причем, амилопектин более подобен гликогену, чем амилозе.

И крахмал, и гликоген являются резервными веществами: крахмал – в растительных, а гликоген – в животных организмах. В качестве важного резервного вещества крахмал хранится растениями главным образом в семенах, клубнях, корнях и в сердцевине стеблей. Семена обычно содержат 40 – 70 % крахмала, другие части растений – от 4 до 25 %.

Для производства крахмала используется различное сырье: кукуруза, пшеница, рис, картофель, тапиока, аррорут и сердцевина саговой пальмы. Крахмал в растительных тканях встречается в форме отдельных частиц или зерен (диаметром 2 – 100 мкм), поэтому его выделение основано на экстракции размолотого сырья водой. После удаления крупных фрагментов ткани фильтрованием крахмал остается в виде дисперсии, которая медленно осаждается. К экстракту обычно добавляют сернистую кислоту, что облегчает набухание зерен, а также предотвращает рост микроорганизмов и нежелательные ферментативные реакции; кроме того, сернистая кислота способствует отбеливанию продукта.

Зерна крахмала из различных источников отличаются по размерам и структуре, а также по своим оптическим свойствам. Они являются оптически анизотропными и частично кристаллическими. При повышенной температуре (55 – 80 °С) зерна крахмала настолько набухают, что распадаются, образуя коллоидный раствор крахмала – клейстер.

Наивысшее содержание амилозы было найдено в луковице лилии – 34% от общего количества крахмала, в то время как крахмал восковидной кукурузы амилозы лишен [29].

Разделение амилозы и амилопектина можно проводить различными методами, например осаждением амилозы бутанолом. Тонкоизмельченный крахмал вначале экстрагируют метанолом для удаления жиров. Затем материал суспендируют в воде и растворяют при нагревании под давлением. После удаления грубых примесей амилозу осаждают насыщением горячего раствора н-бутиловым спиртом. Смесь размешивают и затем медленно охлаждают, что вызывает постепенное осаждение амилозы. Амилопектин при этом остается в растворе. Крахмал можно также растворить и фракционировать в жидком аммиаке и формамиде. При таких обработках разрушения макромолекул не происходит.

Наиболее простая и самая чувствительная реакция на амилозу, амилопектин и гликоген – реакция с иодом. Амилоза дает с иодом интенсивную синюю окраску, комплекс амилопектина с иодом окрашен в светлый сине-фиолетовый цвет, комплекс гликогена с иодом – в коричнево-красный. Аналогичные коричнево-красный и желтый цвета дают с иодом продукты частичного расщепления крахмала, так называемые декстрины. Клатратные комплексы крахмала с иодом изучены достаточно [8, 17].

Гликоген содержится в тканях животных. Одним из наиболее богатых источников, содержащих около 2 – 8 % гликогена, является печень. Содержится гликоген и вмышцах млекопитающих, беспозвоночных, а также в органах низших животных и даже в микроорганизмах. Во всех случаях гликоген у животных является резервным углеводом, участвующим в обмене веществ в целях освобождения энергии.

Гликоген из тканей можно выделить различными методами. Старый метод экстракции горячей щелочью заменен более мягкими методами, например, экстракцией водой или разбавленным холодным раствором трихлоруксусной кислоты. В последнем случае получаются препараты с наибольшими молекулярными массами и с большей однородностью, чем при экстракции жесткими старыми методами. Поскольку трихлоруксусная кислота осаждает белки, в растворе остаются лишь гликоген и некоторые низкомолекулярные соединения. В дальнейшем раствор очищают различными способами. Гликоген из него можно избирательно осадить спиртом и очистить повторным растворением и переосаждением.

Существуют определенные типы гликогенов. Гликогены низших животных ближе к амилопектину, чем гликогены высших животных. Кроме того, определенная часть гликогена, присутствующая в ткани, не экстрагируется. Этот «остаточный гликоген» метаболически более активен, чем экстрагируемый, и, по всей вероятности, связан с белками [35].