نشاسته چیست؟ | ساختار و خواص – هر آنچه باید بدانید

نشاسته چیست؟

مولکول‌های نشاسته در گیاهان به صورت گرانول‌های نیمه کریستاله هستند. سایز گرانول‌های نشاسته، در گیاهان مختلف متفاوت است. نشاسته برنج تقریبا کوچک و حدود ۲ میکروکتر قطر دارد در حالی که نشاسته سیب‌زمینی به صورت گرانول‌هایی به بزرگی بیش از ۱۰۰ میکرومتر هستند.

ساختار مولکولی نشاسته چیست؟

نشاسته، از دسته بیوپلیمرها و نوعی پلی ساکارید است که بر اساس نوع پیوند بین گلوکزها و ساختار پلیمری خود دو نوع دارد:

• آمیلوز (Amylose)
• آمیلوپکتین (Amylopectin)

مخلوط کردن بیشتر نشاسته‌ها در آب گرم خمیری مانند خمیر گندم تولید می‌کند که می‌تواند به عنوان ماده غلیظ کننده، سفت‌کننده یا چسبنده استفاده شود. بیشترین استفاده غیر صنعتی از مواد غذایی نشاسته‌ای به عنوان چسب در فرآیند تولید کاغذ است. نشاسته را می‌توان قبل از اتو کشیدن روی بعضی از لباس‌ها قرار داد تا سفت شوند.

آمیلوز چیست؟

آمیلوز می تواند به سه شکل وجود داشته باشد:

• زنجیره: بی‌شکل و بی‌نظم
• اشکال A یا B: مارپیچ‌های چپ‌گرد هستند یعنی مارپیچ در جهت عقربه‌های ساعت پیچ خورده است. هر پیچ حدود شش مولکول گلوکز دارد. این مارپیچ‌ها می‌توانند به دور یکدیگر بپیچند و یک مارپیچ مضاعف ایجاد کنند.
• فرم V: این شکل هنگامی ایجاد می‌شود که آمیلوز با برخی ترکیبات آبگریز یا غیر قطبی مانند اسیدهای چرب، لیپیدها، ید یا آمیلوپکتین در تعامل باشد.

آمیلوز اندازه بسیار کوچکتری از آمیلوپکتین دارد. حدود یک چهارم از گرانول‌های نشاسته در گیاهان حاوی آمیلوز هستند، اگرچه فراوانی موکول‌های آمیلوز ۱۵۰ برابر آمیلوپکتین است. نشاسته آمیلوز دارای ویژگی‌های اختصاصی زیر است:

• ماهیت بلوری بیشتری دارد و در آب سرد نامحلول است.
• به دلیل عدم انشعاب در برابر هضم مقاومت بیشتری دارد.
• باعث کاهش قدرت ژل نشاسته می‌شود.

فیلم آموزش بیوشیمی کربوهیدرات و لیپید در فرادرس

کلیک کنید

آمیلوپکتین چیست؟

آمیلوپکتین حدود 70 تا 80٪ از نشاسته را تشکیل می‌دهد. یک پلیمر شاخه‌ای از زیرواحدهای آلفا D گلوکز است و مانند آمیلوز، از طریق به هم پیوستن تعداد زیادی گلوکز یا پیوندهای گلیکوزیدی آلفا 4 → 1 تشکیل می‌شود. اما آمیلوپکتین همچنین دارای پیوندهای آلفا 6 → 1 گلیکوزیدی در محل انشعابات است. آمیلوپکتین تقریبا در هر 24 تا 30 زیر واحد گلوکز، یک انشعاب و هر شاخه تقریباً به همان تعداد زیر واحد گلوکز دارد.

درون گرانول‌های نشاسته، آمیلوپکتین به شکل V با آمیلوز برهم کنش می‌کند. خواص آمیلوپکتین به شرح زیر است:

• در آب سرد و گرم حل می‌شود.
• به دلیل وجود شاخه‌های گسترده به راحتی قابل هضم است.
• باعث افزایش قدرت ژلاتینه و حلالیت نشاسته می‌شود.

آیا نشاسته در آب حل می شود؟

نشاسته در آب داغ حل می‌شود. گرانول‌ها در اثر گرمای آب متورم شده و می‌ترکند. ساختار نیمه بلوری از بین رفته و مولکول‌های کوچکتر آمیلوز شروع به جدا شدن از گرانول می‌کنند، شبکه‌ای را تشکیل می‌دهند که آب را نگه می دارد و ویسکوزیته مخلوط را افزایش می‌دهد. به این فرآیند ژلاتینه سازی نشاسته گفته می‌شود.

برخی از انواع گیاهان آمیلوپکتین خالص و بدون آمیلوز دارند که به نشاسته مومی معروف است که ذرت مومی بارزترین مثال آن‌ها است و در تهیه چسب استفاده می‌شود. موارد دیگر شامل برنج گلوتینی و نشاسته مومی سیب‌زمنی هستند. نشاسته مومی تجزیه مجدد کمتری دارد و در نتیجه خمیر با ثبات‌تری ایجاد می‌کند.

بنابراین می‌توان از آن به عنوان یک داروی بالقوه برای انتقال دارو استفاده کرد. نشاسته‌های خاصی هنگام مخلوط شدن با آب، سیال غیر نیوتنی (Non - Newtonian Fluid) تولید می‌کنند که چنین سیالی فاقد گرانروی معین است.

نشاسته در گیاهان

اکثر گیاهان انرژی را به عنوان نشاسته، ذخیره می‌کنند که درون گرانول‌های نیمه کریستاله قرار دارند. گلوکز اضافی به نشاسته، تبدیل می‌شود که پیچیده‌تر از گلوکز تولید شده توسط گیاهان است. گیاهان جوان با این انرژی ذخیره شده در ریشه‌ها، دانه‌ها و میوه‌های خود زندگی می‌کنند تا زمانی که بتوانند خاک و شرایط مناسبی برای رشد پیدا کنند.

فیلم آموزش فیزیولوژی گیاهی 1 در فرادرس

کلیک کنید

نشاسته توسط تمام گیاهان برای ذخیره گلوکز اضافی تولید و عمدتا در استروما و در بعضی از سلول‌های گیاهی، در اندامک‌های خاصی به نام آمیلوپلاست ذخیره می‌شود. نشاسته به وفور در ریشه‌ها، غده‌ها، ریزوم‌ها، دانه و میوه‌ها وجود دارد.

تخلیه نشاسته، زمانی اتفاق می‌افتد که بخشی از گیاه از ذخیره نشاسته، خالی می‌شود. مثلا زمانی که گیاهی در فضای تاریک نگه داشته شود، به دلیل عدم انجام فتوسنتز، نشاسته ذخیره شده در گیاه مصرف می‌شوند.

تولید نشاسته در گیاهان

نشاسته، در طول روز در برگ‌های گیاه سنتز و به صورت گرانول ذخیره می‌شود. این به عنوان یک منبع انرژی در شب عمل می‌کند. به منظور دسترسی به آنزیم‌های تجزیه کننده، زنجیره‌های نشاسته‌ای حل نشده و باید به صورت بسیار منشعب فسفریله شوند.

سنتز نشاسته

ADP- گلوکز به انتهای غیر احیایی پلیمر آمیلوز اضافه می‌شود، زیرا UDP- گلوکز طی سنتز گلیکوژن به انتهای غیر احیایی گلیکوژن می‌چسبد. آنزیم منشعب کننده نشاسته، پیوندهای گلیکوزیدی آلفا 6 → 1 را بین زنجیره‌های آمیلوز ایجاد و آمیلوپکتین شاخه‌ای تولید می‌کند. آنزیم ایزوآمیلاز برخی از این شاخه‌ها را از بین می‌برد. چندین ایزوفرم از این آنزیم‌ها وجود دارند که منجر به یک فرآیند سنتزی بسیار پیچیده می‌شوند.

آنزیم منشعب کننده نشاسته در گیاهان دارای دو فعالیت است:

• فعالیت آلفا 4 → 1 گلوكوزیداز: باعث قطع پیوند انتهایی آلفا 4 → 1 گلیكوزیدی زنجیره آمیلوز و آزاد كردن یک باقی‌مانده گلوكوزیل آزاد می‌شود.
• فعالیت آلفا 6 → 1 گلوکوزیدی: گلوکز آزاد شده را با یک پیوند گلیکوزیدی آلفا 6 → 1، به یک باقیمانده گلوکوزیل غیر احیاکننده متصل می‌کند.

• در گلیکوژن، باقیمانده‌های گلوکز از UDP- گلوکز در نشاسته، و در آمیلوپکتین از ADP- گلوکز حاصل می‌شوند.
• در گلیکوژن، بعد از هر ده پیوند آلفا 4 → 1 یک شاخه اما در آمیلوپکتین، یک بعد از حدود 30 پیوند آلفا 4 → 1 یک انشعال وجود دارد.

علاوه بر سنتز نشاسته در گیاهان، نشاسته را می‌توان از نشاسته غیر غذایی با واسطه کوکتل آنزیمی تولید کرد. در این بیوسیستم بدون سلول، سلولز متصل به پیوند بتا 4 → 1 گلیکوزید تا حدی به سلولوباز هیدرولیز می‌شود. سلوبیوز فسفریلاز به گلوکز 1- فسفات و گلوکز می‌پیوندد.

آنزیم دیگر سیب‌زمینی، آلفا گلوکان فسفریلاز است که یک واحد گلوکز از گلوکز 1- فسفوریلاز به انتهای غیر احیایی نشاسته، اضافه می‌کند. محصول دیگر گلوکز، توسط مخمر قابل جذب است. این فرآوری به سلول و هیچ‌گونه انرژی ورودی احتیاجی ندارد، می‌تواند در محلول آبی انجام شود و قند از دست نمی‌دهد.

نشاسته چگونه تجزیه می شود؟

اولین آنزیم تجزیه کننده، بتا آمیلاز (BAM) می‌تواند به زنجیره گلوکز در انتهای غیر احیای آن حمله کند. مالتوز به عنوان محصول اصلی تخریب نشاسته، آزاد می‌شود. اگر زنجیره گلوکز از سه مولکول یا کمتر تشکیل شده باشد، BAM نمی‌تواند مالتوز آزاد کند.

آنزیم دوم، DPE 1، دو مولکول مالتوتریوز را ترکیب می‌کند. از این زنجیره، یک مولکول گلوکز آزاد می‌شود. BAM می‌تواند یک مولکول مالتوز دیگر از زنجیره باقیمانده آزاد کند. این چرخه تکرار می‌شود و در نهایت نشاسته کاملاً تخریب خواهد شد. اگر BAM به نقطه منشعب فسفریله زنجیره گلوکز نزدیک شود، دیگر نمی‌تواند مالتوز آزاد کند. برای اینکه زنجیره فسفریله تخریب شود، آنزیم ایزو آمیلاز (ISA) مورد نیاز است.

هیدرولیز نشاسته

نشاسته مقاوم به تجزیه چیست؟

آنالیز نشاسته چیست؟

هر چند به طور خاص در رابطه با باستان‌شناسی، شناسایی دانه‌های نشاسته، از طریق این زمینه با شناسایی مقایسه‌ای انجام می‌شود که در آن چندین ویژگی دانه‌ها برای تعیین نوع با سایر نمونه‌های شناخته شده، به صورت میکروسکوپی مقایسه می‌شوند.

شناسایی گونه‌های مختلف نشاسته موجود در مصنوعات خاص مانند ابزارهای سنگی خرد شده را در خاک، از طریق جرم دندانی یا با توجه به ظروف سرامیکی پیدا می‌کنند. تجزیه و تحلیل دانه نشاسته، می‌تواند به عنوان نوعی مطالعه برای درک استفاده از ابزار، فعالیت‌های کشاورزی و همچنین سایر استراتژی‌های معیشتی و بازسازی رژیم‌های غذایی گیاهی در طول زمان مفید باشد.

• بازسازی پوشش گیاهی در دوره‌های تاریخی مختلف
• نمونه‌برداری و استخراج نشاسته از بقایا و رسوبات به جا مانده در مناطق باستانی، می‌تواند اطلاعات ارزشمندی از تغذیه و زندگی گذشتگان در اختیار بگذارد.

استفاده از نشاسته در صنعت

در صنایع مختلفی از خاصیت ژلاتینه و استحکام نشاسته در تولید محصولاتی مانند کاغذ، چسب، صنعت لباس، قطعات محافظ و ضربه‌گیر برای بسته‌بندی، سقف کاذب، اسپری رنگ‌های پودری و دیوار خشک (گچ که بین دو لایه ضخیم مقوا فشرده شده است) استفاده می‌شود. در ادامه صنایعی که بیشترین مصرف غیر غذایی نشاسته را در این بین دارند توضیح داده‌ایم.

• تولید کاغذ: بزرگترین کاربرد غیر غذایی نشاسته در سطح جهان است که سالانه میلیون‌ها تن نشاسته برای آن مصرف می‌شوند. برای مثال، در یک برگه کاغذ، محتوای نشاسته ممکن است تا 8 درصد باشد. در تولید کاغذ از نشاسته‌های اصلاح شده و اصلاح نشده استفاده می‌شود.
  نشاسته‌های مورد استفاده به این منظور، دارای بار مثبت متصل به پلیمر نشاسته هستند. کاتیونه بودن این نشاسته‌ها باعث افزایش مقاومت و استحکام محصول نهایی می‌شود.
• چسب مقوایی موج‌دار: چسب‌های نشاسته‌ای بیشتر بر پایه نشاسته‌های اصلاح نشده و همراه با برخی مواد افزودنی مانند بوراکس و سود سوز آور ساخته می‌شوند. بخشی از نشاسته برای جلوگیری از رسوب، ژلاتینه شده است. چسب مات به دست آمده، در ابتدای شیارهای مقوایی زده شده و سپس یک آستر روی مقوا فشرده می‌شود. پس از فرایند خشک کردن زیر حرارت بالا، بقیه نشاسته نپخته در چسب متورم و ژلاتینه خواهد شد و استحکام زیادی ایجاد می‌کند.
• صنعت لباس: در قرن‌های ۱۹ و ۲۰ میلادی، با جوشاندن گیاهان، نشاسته را استخراج کرده و با غوطه‌ور کردن بخش‌هایی از لباس مانند یقه یا دورگردنی‌های خاص آن دوران، ساختار محکمی به پارچه می‌دادند.
  علاوه بر آن آلودگی به جای چسبیدن و فرو رفتن در فیبرهای نخ، جذب نشاسته شده و با شستشو به راحتی از آن جدا می‌شود. امروزه نیز محلول نشاسته، در خیلی از کشورها به صورت اسپری به فروش می‌رسد و برای حالت‌دهی به لباس استفاده می‌شود.

رژیم غذایی کم کربوهیدرات

فیلم آموزش اصول رژیم و تغذیه در فرادرس

کلیک کنید

رژیم غذایی حاوی نشاسته