Скроб
![]() | |
Идентификација | |
---|---|
ChemSpider | |
ECHA InfoCard | 100.029.696 |
EC број | 232-679-6 |
RTECS | GM5090000 |
Својства | |
(C 6H 10O 5) n - (H 2O) | |
Моларна маса | Варијабилна |
Агрегатно стање | Бели прах |
Густина | Варијабилна[1] |
Тачка топљења | разлаже се |
нерастворан | |
Термохемија | |
Стд енталпија
сагоревања (ΔcH⦵298) |
41.788 kcal/g (174.840 kJ/g)[2] |
Опасности | |
Безбедност приликом руковања | ICSC 1553 |
410 °C (770 °F; 683 K) | |
Границе изложености здравља у САД (NIOSH): | |
PEL (дозвољено)
|
TWA 15 mg/m3 (укупно) TWA 5 mg/m3[3] |
Уколико није другачије напоменуто, подаци се односе на стандардно стање материјала (на 25°C [77°F], 100 kPa). | |
![]() ![]() ![]() | |
Референце инфокутије | |
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/21/Amylose2.svg/260px-Amylose2.svg.png)
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/80/Amylopektin_Sessel.svg/260px-Amylopektin_Sessel.svg.png)
Скроб (лат. amylum) је природни полисахарид опште формуле (C6H10O5)n. Налази се у плодовима, семену, корену, кртолама и листовима биљака.[4] То је један од основних састојака хране и производе га искључиво биљке, којима скроб служи као резервна енергија. По улози и структури је сличан гликогену који исту функцију обавља код животиња.
Чист скроб је бео, безукусан и безмирисан прах, који је нерастворан у хладној води или алкохолу. Он се састоји од два типа молекула: линеарне и хеликсне амилозе и разгранатог амилопектина. У зависности од биљке, скроб се генерално састоји од 20 до 25% амилозе и 75 до 80% амилопектина по тежини.[5] Гликоген, глукозна залиха животиња, је у већој мери разграната верзија амилопектина.
У индустрији, скроб се конвертује у шећере, на пример претвара се у слад, и ферментише се да би се произвео етанол при производњи пива, вискија и биогорива. Обрађује се како би се произвели многи шећери који се користе у прерађеној храни. Мешањем већине скробова у топлој води производи се паста, као што је пшенична паста, која се може користити као средство за згушњавање, укрућивање или лепљење. Највећа индустријска непрехрамбена употреба скроба је као лепка у процесу израде папира. Скроб се може применити на делове поједине одеће пре пеглања, да би се укрутила.
Историја
[уреди | уреди извор]Зрна скроба из ризома шевара као брашно су идентификована са млинског камења у Европи које потиче од пре 30.000 година.[6] Скробна зрна из сирака су нађена на млинском камењу у пећинама у Нгалу, Мозамбик, која су стара више од 100.000 година.[7]
Чиста екстрахована пшенична скробна паста је коришћена у древном Египту вероватно за лепљење папируса.[8] Екстракција скроба је први пут описана у Историји природе Плинија Старијег око 77–79. године.[9] Римљани су га такође користили за у козметичким кремовима, за пудерисање косе и згушњавање сосева. Персијци и Индијци су користили скроб за прављење јела сличних са готхумајском пшеничном алвом. Пиринчани скроб као површински третман папира је кориштен у продукцији папира у Кини од 700. године.[10]
Индустрија скроба
[уреди | уреди извор]Поред скробних биљака које се директно конзумирају, до 2008. године се годишње производило 66 милиона тона скроба широм света. У 2011. години производња је повећана на 73 милиона тона.[11]
У ЕУ скробна индустрија је произвела око 8,5 милиона тона у 2008. години, од чега је око 40% кориштено за индустријске апликације и 60% је имало прехрамбену примену,[12] превасходно у виду глукозних сирупа.[13] Године 2017. је ЕУ продукција била 11 милиона тона од чега је 9,4 милиона тона било конзумирано у ЕУ. Од тога су 54% сачињавали скробни заслађивачи.[14]
САД су произвеле око 27,5 милиона тона скроба у 2017. години, од чега око 8,2 милиона тона високофруктозног сирупа, 6,2 милиона тона глукозних сирупа и 2,5 милиона тона скробних производа. Остатак скроба је кориштен за продукцију етанола (1,6 милијарди галона или 7,3 милијарди литара етанола).[15][16]
Енергетске залихе биљака
[уреди | уреди извор]Већина зелених биљки користи скроб као енергетску залиху. Сувишна глукоза се мења у скроб, који је комплекснији од глукозе. Изузетак је фамилија Asteraceae (астре, бела рада и сунцокрети), где је скроб замењен фруктаном инулином. Фруктани који су слични инулинима су исто тако присутни у травама као што је пшеница, у црном и белом луку, бананама, и шпаргли.[17]
При фотосинтези, биљке користе енергију светлости да формирају глукозу из угљен-диоксида. Глукоза се користи за генерисање хемијске енергије неопходне за општи метаболизам, за формирање органских једињења као што су нуклеинске киселине, липиди, протеини и структурни полисахариди као што је целулоза, или се складишти у облику скробних гранула, у амилопластима. При крају сезоне раста, скроб се акумулира у гранчицама дрвећа у близини пупољака. Плод, семе, ризоми, и кртоле складиште скроб у припреми за следећу сезону раста.
Глукоза је растворна у води, хидрофилна је, везује се за воду и при томе заузима знатан простор, и она је осмотички активна; глукоза у облику скроба, с друге стране, није растворна, те стога није осмотички активна и може се компактније складишти.
Молекули глукозе су везани у скробу путем алфа веза које се лако хидролизују. Исти тип везе се налази у животињском складишном полисахариду гликогену. То је у контрасту са многим структурним полисахаридима као што је хитин, целулоза и пептидогликан, који су везани бета везама и стога су у већој мери отпорни на хидролизу.[18]
Стварање скроба
[уреди | уреди извор]Асимилациони (примарни) скроб настаје у фотосинтетском ткиву биљака (хлоропластима). Примарни производ фотосинтезе је глукоза, али она се кондензује у нерастворљиви скроб. Током ноћи он се постепено разграђује и транспортује у друга ткива, а тамо се у амилопластима изграђују зрнца резервног скроба. Тај скроб је главни извор енергије у исхрани људи и домаћих животиња. Кртола кромпира садржи око 30%, а пшенична зрна и до 70% скроба.[19]
Биосинтеза
[уреди | уреди извор]Биљке производе скроб тако што прво конвертују глукозу 1-фосфат до АДП-глукозе користећи ензим глукоза-1-фосфат аденилилтрансфераза. За овак корак је неопходна енергија у облику АТП. Ензим скробна синтаза затим додаје АДП-глукозу путем 1,4-алфа гликозидне везе на растући ланац глукозних остатака, ослобађајући АДП и креирајући амилозу. АДП-глукоза се додаје на нередукујући крај амилозног полимера, као УДП-глукоза се додаје на нередукујући крај гликогена током гликогенске синтезе.[20]
Ензим скробног разгранавања уводи 1,6-алфа гликозидне везе између амилозних ланаца, креирајући разгранати амилопектин. Ензим скробног одграњавања изоамилаза уклања део тих грана. Постоји неколико изоформи тих ензима, што доводи до веома комплексног синтетичког процеса.[21]
Гликоген и амилопектин имају сличне структуре, али каснији има око једну тачку гранања на десет 1,4-алфа веза, у поређењу са око једном тачком гранања на тридесет 1,4-алфа веза у амилопектину.[22] Амилопектин се синтетише из АДП-глукозе, док сисари и гљиве синтетишу гликоген из УДП-глукозе; у највећем броју случаја, бактерије синтетишу гликоген из АДП-глукозе (аналогно са скробом).[23]
Осим синтезе скроба у биљкама, скроб може да буде синтетисан из непрехрамбеног скроба посредством ензимског коктела.[24] У том ванћелијском биосистему, бета-1,4-гликозидном везом повезана целулоза се делимично хидролизује до целобиозе. Целобиозна фосфорилаза се разлаже до глукоза 1-фосфата и глукозе; други ензим кромпира алфа-глукан фосфорилаза (ЕЦ 2.4.1.-) може да дода глукозну јединицу из глукоза 1-фосфорилазе на нередукујући крај скроба. У њој се фосфат интерно рециклира. Други продукат, глукоза, може да асимилира квасац. Овај безћелијски биопроцес не захтева скуп хемијски или енергетски унос, може се одвијати у воденом раствору, и не доводи до губитака шећера.[25][26][27]
Састав
[уреди | уреди извор]Скроб представља смесу два полисахарида, амилозе и амилопектина. То су полимери моносахарида D-глукозе, а разликују се у начину везивања глукозних јединица. Амилоза има једноставнију грађу. Чини је неколико хиљада мономера повезаних α(1→4) гликозидном везом у дуге ланце. Амилопектин је разгранат и састоји се од главног и бочних ланаца. Главни ланац чине молекули глукозе повезани α(1→4) гликозидном везом, док се на сваких 20-30 остатака јавља бочни ланац (исте структуре) спојен α(1→6) гликозидном везом. Скроб садржи око 1/5 амилозе и 4/5 амилопектина.[19]
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/fd/AdhesivesForHouseUse006.jpg/200px-AdhesivesForHouseUse006.jpg)
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e3/St%C3%A4rkemehl_800_fach_Polfilter.jpg/200px-St%C3%A4rkemehl_800_fach_Polfilter.jpg)
У хладној води, алкохолу и етру скроб је нерастворљив, док у врућој води даје густ колоидни раствор (тзв. скробни лепак). Скробна зрнца имају карактеристичан облик за сваку биљку, а промер им износи 2-150 ηm. Састављена су од воде (10-20%), масних киселина и фосфолипида (0,5-0,8%), протеина (0,1-0,5%), пепела, фосфора и других елемената.
Опна скробног зрнца је грађена од амилопектина, а унутрашњост од амилозе. Испитивањима је утврђено да зрнца имају семикристалну грађу, односно да поседују аморфна (неуређена) и кристална (уређена) подручја у којима су полимерни ланци повезани водониковим везама. Кристаличност се повезује са амилопектинском компонентом скробне грануле, док се амилозна компонента повезује са неуређеним или аморфним подручјем.
Под деловањем киселина и ензима скроб се може потпуно разградити у глукозу, а међупродукти ове реакције су декстрини и малтоза.
Употреба
[уреди | уреди извор]Чисти изоловани скроб се добија из кромпира или житарица испирањем водом, а употребљава се у индустрији папира (као лепак), у прехрамбеној индустрији (као средство за згушњавање и желатинизацију), у козметици (пиринчани скроб као пудер), у текстилној, металној и фармацеутској индустрији, као реагенс за јод итд.[28]
Скробни сируп
[уреди | уреди извор]Скробни сируп је густа течна безбојна маса, која се добија хидролизом скроба. Садржи 20-40% малтозе, 12-20% глукозе и до 35% декстрина. Употребљава се у производњи ликера и кондиторских производа.
Референце
[уреди | уреди извор]- ^ Roy L. Whistler; James N. BeMiller; Eugene F. Paschall, ур. (2012). Starch: Chemistry and Technology. Academic Press. стр. 220. „Starch has variable density depending on botanical origin, prior treatment, and method of measurement”
- ^ CRC Handbook of Chemistry and Physics, 49th edition, 1968-1969, p. D-188.
- ^ NIOSH Џепни водич хемијских хазарда. „#0567”. Nacionalni institut za bezbednost i zdravlje na radu (NIOSH).
- ^ „Угљени хидрати”. Архивирано из оригинала 22. 2. 2008. г. Приступљено 9. 2. 2008.
- ^ Brown, W. H.; Poon, T. (2005). Introduction to organic chemistry (3rd изд.). Wiley. ISBN 978-0-471-44451-0.
- ^ Revedin, A.; Aranguren, B.; Becattini, R.; Longo, L.; Marconi, E.; Lippi, M. M.; Skakun, N.; Sinitsyn, A.; et al. (2010). „Thirty thousand-year-old evidence of plant food processing”. Proceedings of the National Academy of Sciences. 107 (44): 18815—9. PMC 2973873
. PMID 20956317. doi:10.1073/pnas.1006993107.
- ^ „Porridge was eaten 100,000 years ago”. The Telegraph. 18. 12. 2009.
- ^ Pliny the Elder, The Natural History (Pliny), Book XIII, Chapter 26, The paste used in preparation of paper
- ^ Pliny the Elder, The Natural History (Pliny), Book XIII, Chapter 17, [1]
- ^ Hunter, Dard (1947). Papermaking. DoverPublications. стр. 194. ISBN 978-0-486-23619-3.
- ^ „Starch Europe, AAF position on competitiveness, visited march 3 2019”. Архивирано из оригинала 06. 03. 2019. г. Приступљено 05. 05. 2019.
- ^ NNFCC Renewable Chemicals Factsheet: Starch
- ^ International Starch Institute Denmark, Starch production volume Архивирано на сајту Wayback Machine (13. март 2021)
- ^ Starch Europe, Industry, visited march 3 2019
- ^ CRA, Industry overview 2017, visited on march 3 2019
- ^ „Starch Europe, Updated position on the EU-US Transatlantic Trade and Investment Parnership, visited on march 3 2019”. Архивирано из оригинала 06. 03. 2019. г. Приступљено 05. 05. 2019.
- ^ Vijn, Irma; Smeekens, Sjef (1999). „Fructan: more than a reserve carbohydrate?”. Plant Physiology. 120 (2): 351—360. PMC 1539216
. PMID 10364386. doi:10.1104/pp.120.2.351
.
- ^ Zeeman, Samuel C.; Kossmann, Jens; Smith, Alison M. (2. 6. 2010). „Starch: Its Metabolism, Evolution, and Biotechnological Modification in Plants”. Annual Review of Plant Biology. 61 (1): 209—234. PMID 20192737. doi:10.1146/annurev-arplant-042809-112301.
- ^ а б „Скроб”. Приступљено 9. 2. 2008.
- ^ Nelson, D. (2013) Lehninger Principles of Biochemistry, 6th ed., W.H. Freeman and Company (p. 819)
- ^ Smith, Alison M. (2001). „The Biosynthesis of Starch Granules”. Biomacromolecules. 2 (2): 335—41. PMID 11749190. doi:10.1021/bm000133c.
- ^ Stryer, Lubert; Berg, Jeremy Mark; Tymoczko, John L. (2002). „Section 11.2.2”. Biochemistry (5th изд.). San Francisco: W.H. Freeman. ISBN 978-0-7167-3051-4.
- ^ Ball, Steven G.; Morell, Matthew K (2003). „FROM BACTERIAL GLYCOGEN TO STARCH: Understanding the Biogenesis of the Plant Starch Granule”. Annual Review of Plant Biology. 54 (1): 207—233. PMID 14502990. doi:10.1146/annurev.arplant.54.031902.134927.
- ^ You, C.; Chen, H.; Myung, S.; Sathitsuksanoh, N.; Ma, H.; Zhang, X.-Z.; Li, J.; Zhang, Y.- H. P. (15. 4. 2013). „Enzymatic transformation of nonfood biomass to starch”. Proceedings of the National Academy of Sciences. 110 (18): 7182—7187. PMC 3645547
. PMID 23589840. doi:10.1073/pnas.1302420110.
- ^ „Chemical Process Creates Food Source from Plant Waste”. Voice of America. 16. 4. 2013. Архивирано из оригинала 05. 03. 2016. г. Приступљено 27. 1. 2017.
- ^ Zhang, Y.-H Percival (2013). „Next generation biorefineries will solve the food, biofuels, and environmental trilemma in the energy-food-water nexus”. Energy Science. 1: 27—41. doi:10.1002/ese3.2.
- ^ Choi, Charles (15. 4. 2013). „Could Wood Feed the World?”. Science. Приступљено 27. 1. 2016.
- ^ „Примена скроба”. Архивирано из оригинала 24. 9. 2008. г. Приступљено 9. 2. 2008.
Спољашње везе
[уреди | уреди извор]- CDC - NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards, information for workers