Крахмал

Крахмал

Крахмал - одно из самых универсальных соединений в растительном мире для запасания питательных веществ. Не удивительно, что и природа в целом, и человек в частности давно научились использовать крахмал в своих целях – от микробиологического расщепления до человеческой пищеварительной системы, все настроены извлекать заложенный питательный потенциал. В четырех самых главных мировых продуктах питания – пшенице, рисе, кукурузе и картофеле крахмал определяет или, по крайней мере, сильно влияет на текстуру и питательную ценность.

Крахмал – это биополимер, т.е. большая молекула, состоящая из одинаковых звеньев.  В данном случае полисахарид, мономерами которого являются молекулы глюкозы. Они могут соединяться между собой линейным образом, такая цепочка крахмала носит название амилозы, а могут соединяться также боковыми частями, образуя сложную древовидную структуру, это амилопектин. В природе оба этих типа крахмала содержатся в разных пропорциях и ведут себя немного разным образом. Амилоза упакована более плотно, из-за этого образует более жесткие структуры и переваривается с большим трудом, чем амилопектин. В растениях молекулы крахмала упакованы в гранулы, находящиеся внутри растительных клеток. В сыром виде эти гранулы недоступны действию ферментов, так что не усваиваются в пищеварительной системе. Температура, вода и время нужны для того, чтобы получить доступ к молекулам крахмала. До изобретения кулинарии человеком (или предшествующим биологическим видом) млекопитающие не очень эффективно усваивали углеводы из крахмала, несмотря на наличие нужных ферментов, т.к. не хватало одного из компонентов – температуры. С изобретением же кулинарии проблемы такой не стало и крахмал стал главным источником питания. Сильно упрощая, можно сказать, что роль вышеназванных факторов для переваривания крахмала состоит в обеспечение доступа к молекулам крахмала ферментов, разрывающих связи между глюкозными составляющими. Ферментов несколько типов, действующих немного по-разному и на разные части молекулы. Мы не будем далеко углубляться в эту тему, но интересно отметить, что не переваривающаяся целлюлоза – это тоже полисахарид, также построенный из молекул глюкозы, но соединенных другими связями. Человек и многие другие млекопитающие не имеют нужных ферментов для расщепления целлюлозы, только жвачные млекопитающие способны это делать, но и они используют ферменты микробов симбионтов.

 амилопектин (рис. из учебника "Органическая химия" под ред. Тюкавкиной)

Тепловое воздействие - не единственный способ сделать крахмал усваиваемым. Можно воспользоваться чужими ферментами – либо натуральным процессом в самом растении, либо внешними ферментами микроорганизмов.

Пример внутреннего ферментативного процесса, который мы используем – это соложение ячменя и других злаков. Крахмал в злаках запасается не просто так, он используется для роста нового растения. При прорастании зерна запускается процесс образования ферментов, расщепляющих крахмал до мальтозы и в конечном итоге до глюкозы. Мальтоза – это дисахарид из двух молекул глюкозы, связанных между собой той же связью, что и в амилозе. Если этот процесс прорастания запустить, дождаться пока не будет достаточно внутренних ферментов, размолоть зерно в теплой воде, где растворятся полученные сахара (мальтоза, глюкоза и некоторые побочные), то получим в итоге сладкую жидкость, из которой можно делать пиво, квас или солодовый сироп.

Человек одомашнил не только растения, но и микроогранизмы. Некоторые с целью расщепления крахмала. Пример – это плесень Aspergillus oryzae, более известная под японским названием koji. Плесень обладает большой ферментной (амилазной и протеазной) активностью, что используется в приготовлении мисо, соевого соуса и саке. В случае саке koji расщепляет крахмал до сахаров, которые на второй стадии используются как питательная среда дрожжей.

Крахмал – один из любимых компонентов в пищевой промышленности, дешевый, доступный, с множеством применений. Не удивительно, что за много лет использования что только с ним ни сделали, какие производные ни получили и какой только терминологии ни ввели. Крахмалы модифицированные, мальтодекстрин, декстроза, глюкозный сироп, N-Zorbit и т.п.

Да и в обычной гастрономии поведение крахмала довольно хорошо изучено. Вот только несколько примеров. По каждому из этих примеров есть детальное описание химии процессов, в некоторых случаях даже с кинетикой. И, конечно, накопленный веками опыт. В приготовлении ризотто на текстуру влияет поведение крахмала. Цель хорошего ризотто – это клейстеризовать, но не разрушить крахмальные гранулы внутри каждого рисового зерна. Но одновременно с этим разрушить гранулы, находящиеся на поверхности, с выделением молекул амилопектина, которые склеивают рисовые зерна между собой и делают всю текстуру ризотто клейкой и кремообразной. В этом случае критичным является соотношение амилозы и амилопектина, поэтому такое внимание к выбору сорта риса.

Фактором, влияющим на кулинарное поведение картофеля, является общее содержание крахмала. Разделяют крахмалистые и некрахмалистые сорта, при этом разница между сортами – это единицы процентов в содержании крахмала.

Черствление хлеба, когда мякиш становится крошащимся и жестким, вызвано также поведением крахмала. При остывании хлеба происходит так называемый процесс ретроградации крахмала - частично обратимый процесс перехода молекул крахмала обратно в кристаллическую форму.

Удивительным образом, животные также содержат полный аналог амилопектина, называемый гликоген. Гликоген используется организмом также как энергетический резерв, хотя и с другими метаболическими путями. Несмотря на то, что гликоген не является самостоятельным компонентом еды, я хочу закончить именно на нем, подмечая еще раз удивительную связь между всеми живыми организмами на химическом уровне.