PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 1 PŘÍRODNÍ POLYMERY Polysacharidy I Škrob - struktura a vlastnosti RNDr. Ladislav Pospíšil, CSc. 27122019 1.Druhy škrobů 2. Struktura škrobů jako polymerů 3. Vlastnosti škrobů jako koloidů • 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 2 LITERATURA •Ing. J. Dvořáková: PŘÍRODNÍ POLYMERY, VŠCHT Praha, Katedra polymerů, skripta 1990 •J. Mleziva, J. Kálal: Základy makromolekulární chemie, SNTL Praha, 1986 •A. Blažej, V. Szilvová: Prírodné a syntetické polymery, SVŠT Bratislava, skripta 1985 •J. Kodet, K. Babor: Modifikované škroby, dextriny a lepidla, SNTL Praha, 1991, ISBN 80-03-00554-X •J. Kodet, S. Štěrba, L. Šlechta: Modifikované škroby, SNTL Praha, 1982 •P. Kadlec a kol.: Technologie sacharidů, VŠCHT Praha, 2000 • 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 3 LITERATURA KNIHY •Thermoplastic Starch –ISBN: 978-3-527-32528-3 •Chemie a analytika sacharidů –ISBN: 80-7080-306-1 •Starches –ISBN: 978-1-4200-8023-0 •Starch – Chemisty and Technology –ISBN: 978-0-12-746275-2 •Starch structure and Metabolism –ISBN …………… • – • 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 4 LITERATURA zahraniční – ČASOPISY •Starch ‐ Stärke •Journal of Carbohydrate Chemistry •Carbohydrate Polymers (IF: 5,1 !!!) • • 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 5 Definice POLYSACHARIDŮ 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 6 img351.jpg Druhy PRŮMYSOVĚ VÝZNAMNÝCH škrobů 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 7 img659.jpg TVARY ZRN Dva druhy zrn! PŠENIČNÝ škrob 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 8 TVARY ZRN Dva druhy zrn! Jiné větvení 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 9 1280px-Wheat_starch_granules.jpg Pšeničný škrob – dvě velikosti zrn Velikosti zrn škrobů 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 10 •Brambory: převážně 10 – 70 mm (ŠIROKÁ distribuce velikostí zrn) •Kukuřice: převážně 20 mm (úzká distribuce velikostí zrn) •Pšenice: dva druhy zrn –velikost 1 – 10 mm > škrob B (odpadní produkt, obsahuje proteiny) –velikost 10 – 25 mm > škrob A (výrobek) •Rýže: převážně cca. 5 mm (úzká distribuce velikostí zrn) – Polypropylénová vlákna s kukuřičným škrobem 1 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 11 PP skrob 1kx.jpg PP skrob 2kx.jpg Polypropylénová vlákna s kukuřičným škrobem 1 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 12 PP skrob 5kx b.jpg PP skrob 5kx M.jpg FIBRILACE PP vlákna SEM škrobů – vlastní práce na MU 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 13 Skrob brambor 200x.jpg Skrob brambor 2kxb.jpg ŠKROB BRAMBOROVÝ NEVIDÍTE tam žádné ZVRÁSNĚNÍ POVRCHU, jako na kresbě (viz snímek 8). Asi proto, že tady nebyla zrna škrobu před snímkování vysušena. SEM škrobů – vlastní práce na MU 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 14 ŠKROB BRAMBOROVÝ Skrob brambor 5kx.jpg Skrob brambor 10kx.jpg SEM škrobů – vlastní práce na MU 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 15 ŠKROB BRAMBOROVÝ Skrob brambor 1kx M.jpg SEM škrobů – vlastní práce na MU 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 16 ŠKROB KUKUŘIČNÝ Skrob kukurice 2kx M.jpg SEM škrobů – vlastní práce na MU 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 17 ŠKROB KUKUŘIČNÝ Skrob kukurice 200x.jpg Skrob kukurice 1kx.jpg NEVIDÍTE tam žádné ZVRÁSNĚNÍ POVRCHU, jako na kresbě (viz snímek 8). Asi proto, že tady nebyla zrna škrobu před snímkování vysušena. SEM škrobů – vlastní práce na MU 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 18 ŠKROB KUKUŘIČNÝ Skrob kukurice 5kx.jpg Skrob kukurice 10kx.jpg SEM škrobů – vlastní práce na MU 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 19 ŠKROB KUKUŘIČNÝ X BRAMBOROVÝ Skrob kukurice 1kx.jpg Skrob brambor 1kx b.jpg SEM škrobů – vlastní práce na MU 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 20 ŠKROB KUKUŘIČNÝ X BRAMBOROVÝ Skrob kukurice 5kx.jpg Skrob brambor 5kx.jpg SEM škrobů – PŠENIČNÝ 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 21 Pšeničný škrob SEM GOOGLE 05112017.jpg A zrna B zrna Výroba škrobů v ČR & SR 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 22 •Brambory: ČR & SR •Kukuřice: SR •Pšenice: ČR •Rýže: ani ČR & SR – Škroby NEOBVYKLÉ v ČR & SR 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 23 •Casava (tapiok, maniok) - kořen, •Hrách a fazole – lusky •Palma ságová – dužnina kmene (připomíná černý bez svojí příčnou strukturou) – tropický strom rostoucí v bažinatých oblastech, jinak hospodářsky nevyužitelných – 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 24 BIO PE přes etanol 001.jpg Většina dílů stavebnice LEGO je ale z ABS terpolymeru ŠKROB versus CELULÓZA 1 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 25 img672.jpg ŠKROB je polymer z a-D-glukopyranosy CELULÓZA je polymer z b-D-glukopyranosy LIŠÍ SE POLOHOU –CH2OH VŮČI -OH ŠKROB versus CELULÓZA 4 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 26 ŠKROB CELULÓZA img232.jpg img231.jpg GLYKOGEN AMYLÓZA & AMYLOPEKTIN 1 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 27 img660.jpg AMYLOPEKTIN AMYLÓZA C1 C6 Dělení 1 AMYLÓZA - AMYLOPEKTIN 2 •Selektivní enzymatické rozštěpení AMYLOPEKTINU na cukry •Rozdílná rozpustnost AMYLOPEKTINU a AMYLÓZY –Směs DMSO + voda > rozdílné rozpustnosti –Voda + NaOH > vysolit NaCl > AMYLÓZA v roztoku a AMYLOPEKTIN gel (oddělení trvá delší dobu) • 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 28 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 29 img987.jpg Lze to nazvat „VYSOLENÍ“. Je vidět vliv iontů na rozpustnost polymerů různé struktury Poznámky dělení škrobu amyloza & amylopektin 001.jpg Důvod přidání NaOH je na dalším snímku Lepidla ze škrobů 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 30 škrob + NaOH.jpg Toto je ASI důvod a chemický mechanismus přidání roztoku NaOH na předchozím snímku NaOH asi vstoupí do systému vodíkových vazeb a rozruší je AMYLÓZA & AMYLOPEKTIN 3 podobnost s polyetylénem •LDPE •Větvený •Větší elasticita taveniny •HDPE •Lineární •MENŠÍ elasticita taveniny 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 31 AMYLOPEKTIN •Větvený •Větší elasticita taveniny ve směsi škrob - glycerol AMYLÓZA •Lineární •Menší elasticita taveniny ve směsi škrob - glycerol AMYLÓZA & AMYLOPEKTIN 4 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 32 img669.jpg img671.jpg Na AMYLOPEKTIN může být vázána jako ester kyselina fosforečná, hlavně ve škrobu bramborovém. Na viskozitu vodných roztoků a/nebo gelů má pak vliv kationt (K+, Ca+2, Mg+2 atd.) img673.jpg AMYLOPEKTIN.jpg C1 C6 AMYLÓZA & AMYLOPEKTIN 5 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 33 img668.jpg Bude záviset na M a na míře větvení AMYLÓZA & AMYLOPEKTIN 6 Relativně střední molekulová hmotnost AMYLÓZA AMYLOPEKTIN Zdroj, poznámka M n 105 - 106 107 Kálal M w Nebylo nalezeno M bez udání zda se jedná o n či w 105 - 106 107 - 108 Kodet 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 34 Každopádně se jedná o VYSOKÉ HODNOTY, na úrovni syntetických polyolefinů (PE, PP) AMYLÓZA & AMYLOPEKTIN 7 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 35 img269.jpg img270.jpg RETROGRADACE = z gelu a/nebo roztoku se vylučuje POLYMER Tento obrázek se týká VODNÝCH ROZTOKŮ AMYLÓZA & AMYLOPEKTIN 8 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 36 TERMOPLASTICKÝ ŠKROB007.jpg TERMOPLASTICKÝ ŠKROB008.jpg G – glukózová jednotka 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 37 AMYLÓZA & AMYLOPEKTIN 9 struktury škrobu 001.jpg 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 38 struktury škrobu 002.jpg AMYLÓZA & AMYLOPEKTIN 11 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 39 • OBVYKLE převažuje AMYLOPEKTIN v poměru 4/1 • AMYLOPEKTIN nedává modré zbarvení s jodem • některé škroby, např. hrachový, mají jen AMYLÓZU • Jiné škroby, např. odrůda kukuřice zvaná vosková, mají jen AMYLOPEKTIN • AMYLOPEKTIN na vyšší MW • ………………. MWD škrobů 1 (metoda GPC) 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 40 MWD škrobu scan 18112017001.jpg OXIDACE ŠTĚPÍ HLAVNÍ ŘETĚZEC > SNÍŽENÍ MW MWD škrobů 2 (metoda GPC) 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 41 MWD škrobu scan 18112017002.jpg Co s tím mohl udělat DMSO, to tedy nevím Různé škroby > různá MWD MWD škrobů 3 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 42 MWD škrobu scan 18112017003.jpg Různé škroby > téměř stejná MWD Škrob je PŘÍRODNÍ POLYMER a tak se MWD liší i pro stejné plodiny (zdroje) Možné uložení molekul TUKU v obilném škrobu 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 43 TERMOPLASTICKÝ ŠKROB006.jpg Molekula tuku v šroubovici amylózy Mě se toto moc nezdá, protože tuky jsou TRIGLYCERIDY! Na tři řetězce je v šroubovici asi málo místa? NADMOLEKULÁRNÍ STRUKTURA škrobu 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 44 img675.jpg img674.jpg Lineární AMYLOZA krystalizuje – vodíkové můstky Rozvětvený AMYLOPEKTIN – mohou krystalizovat jen větve, pokud jsou dost dlouhé. Základní řetězec může procházet řadou takových krystalických částí. Krystalické části jsou prostoupeny a propojeny částmi amorfními (nekrystalickými), stejně jako je tomu u syntetických SEMIKRYSTALICKÝCH polymerů ROZPUSTNOST versus BOTNÁNÍ 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 45 rozpust verus botnání.jpg nebo jiného rozpouštědla (solvatačního činidla) ROZPOUŠTĚNÍ ŠKROBU 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 46 • NATIVNÍ ŠKROB není ve STUDENÉ VODĚ rozpustný, má pouze vodu v kapilárách a ve vodíkových můstcích, cca. 14 – 16 % vody • Při vložení NATIVNÍHO ŠKROBU do vody za laboratorní teploty se jen zaplňují další kapiláry vodou • Při zvyšování teploty nad cca. 50 °C BOTNÁ , vodíkové můstky se rozrušují a vzniká DISPERZE ZBOTNANÝCH (hydratovaných) ČÁSTIC VE VODĚ • Po přijetí další vody dojde k PLNÉ (maximální pro daný škrob) HYDRATACI, rozpadají se zrna škrobu a vzniká GEL (AMYLOPEKTIN) A VYSOKOVISKÓZNÍ KOLOIDNÍ ROZTOK (AMYLÓZA) • VÝSLEDNÝ STAV SE NAZÝVÁ MAZOVATĚNÍ ŠKROBU Chování škrobu ve vodě •Laboratorní teplota: pouze vratné zaplnění kapilár v zrnu škrobu •Zvyšování teploty: postupná hydratace a rozpad vodíkových můstků, rozpouštění AMYLÓZY, AMYLOPEKTIN pouze botná •Zvyšující se teplota & míchání: rozpad hydratovaných zrn a dosažení „BODU MAZOVATĚNÍ ŠKROBU (peptizace)“ •BOD MAZOVATĚNÍ ŠKROBU je charakteristický pro různé škroby 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 47 Křivky MAZOVATĚNÍ škrobu ve vodě 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 48 •Suited for starch and flour •Usage for acid and lye •Small sample size (5 - 15 g) •Short measuring times •Speed (0 - 300 min-1) •Temperature measurement within the sample •Heating / cooling rates of up to 10°C / min •No follow-up costs •Evaluation in BU, mPas, cP or cmg img676.jpg Upravený ROTAČNÍ VISKOZIMETR ROTAČNÍ VISKOZIMETR 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 49 img676.jpg Upravený ROTAČNÍ VISKOZIMETR 472px-Rotationsviskosimeter.jpg Standardní ROTAČNÍ VISKOZIMETR SOL > GEL (obecně) •GEL je DISPERZNÍ SOUSTAVA, ve které spojitý DISPERZNÍ PODÍL je prostupuje spojité DISPERZNÍ PROSTŘEDÍ •PŘÍKLADY •PVC pasta > SOL (disperze částic PVC ve směsi změkčovadel) > zahřátí (interakce PVC částic se změkčovadly = ŽELATINACE) > ochlazení > GEL •KLÍH (vyroben z KOLAGENU) > SOL (zředěný roztok v teplé vodě) > zahuštění a ochlazení > KLIHOVÁ GALERTA = GEL •POTRAVINÁŘSTVÍ > ROSOL Z ŽELATINY • 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 50 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 51 Sol-Gel_Scheme_svg WIKI ENG 09112016.png Škrobu se týká toto 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 52 SolGelCartoon WIKI ENG 09112016.png SOL – velké částice v roztoku Po vyžíhání vznikne pevný GEL Křivka MAZOVATĚNÍ škrobu ve vodě 5 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 53 BOD MAZOVATĚNÍ ŠKROBU mazovatění Google 05112017.jpg RETROGRADATION Toto musí být tlaková voda nebo něco s b.v. nad 100 °C! Křivky MAZOVATĚNÍ škrobu ve vodě 1 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 54 Micro-Visco-Amylo-Graph-Diagramm_01.jpg •Suited for starch and flour •Usage for acid and lye •Small sample size (5 - 15 g) •Short measuring times •Speed (0 - 300 min-1) •Temperature measurement within the sample •Heating / cooling rates of up to 10°C / min •No follow-up costs •Evaluation in BU, mPas, cP or cmg BU = Brabender Unit Brabender je název VÝROBCE přístrojů v Německu Všimněte si PRŮBĚHU TEPLOTY MĚŘENÍ a bodů jejích změn! BOD MAZOVATĚNÍ ŠKROBU Křivky MAZOVATĚNÍ různých škrobů ve vodě 2 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 55 img677.jpg BOD MAZOVATĚNÍ ŠKROBU img678.jpg Vliv sacharidů a solí na teplotu mazovatění – PROČ ASI? 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 56 img679.jpg Vliv sacharidů a solí na teplotu mazovatění – PROČ ASI? 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 57 img680.jpg Kukuřičný škrob má normálně hodnoty: 62 – 72 – 67 °C Chování škrobového mazu ve vodě •Snižování teploty: postupné obnovování vodíkových můstků, hlavně u AMYLÓZY, škrob s vysokým podílem AMYLOPEKTINU (VĚTVENÁ MAKROMOLEKULA) má menší tendenci k RETROGRADACI •U nízkých koncentrací do cca. 3 % vypadávání z roztoku ve formě vloček •U vyšších koncentrací vznik GELU s vysokou viskozitou •Tento proces se nazývá RETROGRADACE a lze ho omezit přídavkem glukózy, tuků, NaNO3 • • 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 58 Křivky MAZOVATĚNÍ škrobu ve vodě 3 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 59 Micro-Visco-Amylo-Graph-Diagramm_01.jpg Všimněte si PRŮBĚHU TEPLOTY MĚŘENÍ a bodů jejích změn! BOD MAZOVATĚNÍ ŠKROBU RETROGRADACE = zvyšování viskozity se snižující se teplotou > VZNIK GELU SETRVAČNOST PŘI VYPNUTÍ NÁRŮSTU TEPLOTY A PŘEPNUTÍ NA KONSTANTNÍ TEPLOTU Křivky MAZOVATĚNÍ škrobu ve vodě 4 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 60 Micro-Visco-Amylo-Graph-Diagramm_01.jpg Postupné rozpouštění kratších řetězců a jejich difůze do vody + bobtnání zrn > ZVYŠOVÁNÍ VISKOZITY BOD MAZOVATĚNÍ ŠKROBU RETROGRADACE = zvyšování viskozity se snižující se teplotou > VZNIK GELU SETRVAČNOST PŘI VYPNUTÍ NÁRŮSTU TEPLOTY A PŘEPNUTÍ NA KONSTANTNÍ TEPLOTU Rozpad vodíkových můstků mezi řetězci škrobu a hydratace celého zrna, POSTUPNĚ >SOL Uvolňování zbytku menších hydratovaných útvarů > SOL Křivka MAZOVATĚNÍ škrobu ve vodě 5 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 61 BOD MAZOVATĚNÍ ŠKROBU mazovatění Google 05112017.jpg RETROGRADATION Křivka MAZOVATĚNÍ škrobu ve vodě 6 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 62 BOD MAZOVATĚNÍ ŠKROBU MAZOVATĚNÍ RŮZNÝCH ŠKROBŮ foods-05-00030-g003_05112017.png RETROGRADATION Křivka MAZOVATĚNÍ škrobu ve vodě 7 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 63 MAZOVATĚNÍ ŠKROBU KŘIVKY 001.jpg BOD MAZOVATĚNÍ ŠKROBU RETROGRADATION Křivka MAZOVATĚNÍ škrobu ve vodě 8 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 64 MAZOVATĚNÍ ŠKROBU KŘIVKY 002.jpg BOD MAZOVATĚNÍ ŠKROBU RETROGRADATION MAZOVATĚNÍ škrobu ve vodě 9 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 65 stages_of_starch_conversion 05112017.gif Těsto Postupné štěpení enzymy MAZOVATĚNÍ Křivka MAZOVATĚNÍ škrobu ve vodě 11 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 66 BOD MAZOVATĚNÍ ŠKROBU želatice škrobu scan 18112017001.jpg RETROGRADATION MAZOVATĚNÍ škrobu ve vodě - metoda Brabender používaná ve firmě Lyckeby Amylex Horažďovice 1 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 67 bod mazovatění škrobu Lyckeby Amylex 001.jpg Následují tři reálné vzorky mazovatění bramborových škrobů Výsledky jsou uvedeny pouze pro jeden z nich MAZOVATĚNÍ škrobu ve vodě - metoda Brabender používaná ve firmě Lyckeby Amylex Horažďovice 2 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 68 bod mazovatění škrobu Lyckeby Amylex 003.jpg MAZOVATĚNÍ škrobu ve vodě - metoda Brabender používaná ve firmě Lyckeby Amylex Horažďovice 3 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 69 bod mazovatění škrobu Lyckeby Amylex 002.jpg MAZOVATĚNÍ škrobu ve vodě - metoda Brabender používaná ve firmě Lyckeby Amylex Horažďovice 4 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 70 bod mazovatění škrobu Lyckeby Amylex 004.jpg MAZOVATĚNÍ škrobu ve vodě - metoda Brabender používaná ve firmě Lyckeby Amylex Horažďovice 5 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 71 bod mazovatění škrobu Lyckeby Amylex 005.jpg MAZOVATĚNÍ škrobu ve vodě- metoda Brabender používaná ve firmě Lyckeby Amylex Horažďovice 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 72 Jedná se o metodu firmy Brabender, která ovšem může být upravována – viz: https://www.brabender.com/en/food/products/viscometers/classify-the-gelatinisation-of-starch-viscog raph-e/( můžete měnit navážku, rychlost ohřevu i dobu zdržení). Křivky, které jsme poslali, jsou dělány „základní“ metodikou, tj. rychlost ohřevu i chlazení byla 1,5 stC/min + doba zdržení 30 min. Jiný typ viskozimetru na měření bodu mazovatění škrobu 1 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 73 img645.jpg img647.jpg Jiný typ viskozimetru na měření bodu mazovatění škrobu 2 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 74 img652.jpg VISKOZITA UDÁNA V JEDNOTKÁCH SI! RŮZNÉ DRUHY KUKUŘICE Přechod GEL > SOL Princip barevné reakce roztoku škrobu s jódem 1 •AMYLÓZA •Helixová struktura částečně zachovaná v klubcích makromolekuly •Interakce I3-1 a/nebo I5-1 s touto strukturou •„Charge transfer complex“ •Změna barvy jódu na tmavě modrou •Využití při jodometrických titracích • 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 75 Princip barevné reakce roztoku škrobu s jódem 2 •AMYLOPEKTIN •Změna barvy jódu na ČERVENOU •HYPOTÉZA: –Vazba je labilnější než pro amylózu, –Jód je situován mezi jednotlivými větvemi makromolekul 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 76 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 77 Barevná reakce škrobu 1 Dextrin_and_triiodide.gif starch_complexation of Iodine.jpg Nad 70 °C zbarvení mizí > škrobový maz je nutno ochladit (nejlépe na pokojovou teplotu), aby se reakce barevně projevila I2(l) + I-(aq) <---> I3-(aq) I3-(aq) <---> starch I3- complex --------------------------------------... I2(l) + I-(aq) <---> starch I3- complex 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 78 Barevná reakce škrobu 2 547starchiodine.gif Amylose in starch is responsible for the formation of a DEEP BLUE COLOR in the presence of iodine. The iodine molecule slips inside of the amylose coil. Iodine - KI Reagent: Iodine is not very soluble in water, therefore the iodine reagent is made by dissolving iodine in water in the presence of potassium iodide. This makes a linear triiodide ion complex with is soluble that slips into the coil of the starch causing an intense blue-black color. 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 79 Barevná reakce škrobu 3 Nad 70 °C zbarvení mizí > škrobový maz je nutno ochladit (nejlépe na pokojovou teplotu), aby se reakce barevně projevila I2(l) + I-(aq) <---> I3-(aq) I3-(aq) <---> starch I3- complex --------------------------------------... I2(l) + I-(aq) <---> starch I3- complex Zubay291 •Důkaz škrobu v potravinách a rostlinném materiálů •Důkaz jodu •Jodometrická titrace 1.The triiodide ion solution is then titrated against standard thiosulfate solution to give iodide again using starch indicator: 2.I3− + 2 e− ⇌ 3 I− (Eo = + 0.5355 V)Together with reduction potential of thiosulfate:[1] 3.S4O62− + 2 e− ⇌ 2 S2O32− (Eo = + 0.08 V) •The overall reaction is thus: •I3− + 2 S2O32− → S4O62− + 3 I− (Eo = + 0.4555 V) For simplicity, the equations will usually be written in terms of aqueous molecular iodine rather than the triiodide ion, as the iodide ion did not participate in the reaction in terms of mole ratio analysis. – 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 80 Barevná reakce škrobu v analytické chemii Proč modifikujeme škrob 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 81 •Vysoká viskozita i při nízkých koncentracích •Nízká dispergovatelnost a rozpustnost škrobových zrn •Silná tendence vytvářet tuhý, trojrozměrně provázaný gel (někdy je toto ale výhodné > PUDINK) AMYLÓZA & AMYLOPEKTIN 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 82 img669.jpg img671.jpg KDE JSOU POTENCIÁLNÍ REAKČNÍ CENTRA V TĚCHTO MAKROMOLEKULÁCH VĚTVENÍ HLAVNÍ ŘETĚZEC AMYLOPEKTIN.jpg 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 83 img742.jpg AMYLOSA • Vytváří ŠROUBOVICI neboli HELIX • Šest jednotek GLUKOSY na jednu otočku (závit) • Vazba 1 ® 4 přes –OH • 300 – 1000 jednotek v makromolekule 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 84 AMYLOSA INTRAMOLEKULÁRNÍ VODÍKOVÉ MŮSTKY vodíkové můstky ve škrobu001.jpg Tyto MŮSTKY jdou přes – OH skupiny, ne přes molekuly vody. Voda dělá můstky MŮSTKY hlavně mezi makromolekulami amylózy, ale nejen tam (zapojí se i AMYLOPEKTIN). KYSLÍK 27122019 PŘÍRODNÍ POLYMERY polysacharidy škrob STRUKTURA & VLASTNOSTI 6 DOPLNĚNO 2019 85 img743.jpg AMYLOPEKTIN • NEVYTVÁŘÍ ŠROUBOVICI neboli HELIX • Vazba 1 ® 6 přes –OH a přes – CH2OH v místě rozvětvení • Vazba 1 ® 4 přes –OH v hlavním i bočních řetězcích • 15 – 25 jednotek ve větvích