Maltose

X Zetmeelcomplexen met Mono- en Oligosacchariden

Berczeller901 stelde vast dat lactose en maltose negatieve sorptie vertonen op zetmeel in waterige oplossingen. Deze polarimetrisch gecontroleerde sorptie neemt toe met de concentratie van de sacharide-oplossing. In sommige artikelen902-904 wordt beweerd dat de retentie van kristallijne sucrose het gevolg is van interacties met zetmeel. Indien kristallisatie van suikers in aanwezigheid van zetmeel plaatsvindt, wordt de macrokristalstructuur gewijzigd ten opzichte van die welke normaal wordt opgebouwd in afwezigheid van suikers. In het geval van glucose905 en sucrose906 is waargenomen dat dit een belangrijke factor kan zijn bij het gebruik van sucrose als farmaceutisch excipiens.907 Bij een bepaalde verhouding van mono- en disacchariden tot zetmeel wordt de kristallisatie van polysaccharide verstoord. Xylose en ribose verminderen de retrogradatie van tarwezetmeel met toenemende suikerconcentratie. Fructose vertoont het tegenovergestelde effect.908 Evenzo wordt gemeld dat monosachariden (glucose en mannose) en disachariden (sacharose) de retrogradatie van maïszetmeel verhogen,908-910 hoewel het tegenovergestelde effect werd gemeld door een andere auteur in het geval van tarwezetmeel.910 Meer uitgebreide vergelijkende studies ontbreken.

Kim en D’Appolonia911 bestudeerden het effect van pentoglycanen uit tarwemeel op de retrogradatie van tarwezetmeel-gel. Er werd gerapporteerd dat in water onoplosbare pentoglycanen de retrogradatie doeltreffender vertragen dan oplosbare. In tegenstelling tot oplosbare pentoglycanen, die alleen met amylose interageren, vormen onoplosbare pentoglycanen complexen met amylose en amylopectine. Het effect van pentoglycanen op retrogradatie wordt geïnterpreteerd als het belemmeren van centraof kristallisatie van zetmeel. Pentoglycanen hebben geen invloed op de gelatinering. Verschillende effecten van pentoglycanen op de broodbereiding zijn ook gerapporteerd.912-914

Het industrieel belangrijke proces van suikerfiltratie wordt belemmerd door de aanwezigheid van zetmeel in gefiltreerde media,915-918 een feit dat niet noodzakelijk wordt toegeschreven aan de vorming van complexen, maar in plaats daarvan wordt veroorzaakt door de vorming van deeltjes <2 μm in diameter. De vorming van zetmeelcomplexen met lagere sachariden wordt gesuggereerd door de verhoogde viscositeit van suikerstropen, zetmeeloplosingen en zetmeelgels na toevoeging van suikers.909,910, 919-924

De toevoeging van sacharose aan een droog-achtig maïszetmeelmengsel met water veroorzaakt het vloeibaar worden van het mengsel als gevolg van een afname van de wateractiviteit. Dit is door Chinachoti925 beschreven als een goocheltruc. Hetzelfde effect wordt veroorzaakt door andere suikers. Dergelijke mengsels zijn tegelijkertijd drijvend en viskeus. Zij vormen een blauwe kleur met jodium, en deze kleur van het complex verandert niet door de toevoeging van suiker. Zuivere amylose vertoont niet het effect van de “goocheltruc”, maar gedraagt zich analoog ten opzichte van jodium.926 Dit resultaat suggereert dat de complexvormende suiker de amylose helix en amylopectine random coils niet ontrolt. Het suggereert ook dat migratie van suiker in de holte van de helix plaatsvindt, en het geeft aan dat de stabiliteitsconstante van zetmeel-suiker complexen lager is dan die van het zetmeel-jodium complex.

Verschillende onderzoekers zijn van mening dat er directe interacties zijn tussen zetmeel en sucrose en andere sachariden. Gardell947 en ook Brown en French948 hebben aangetoond dat mengsels van sachariden doeltreffend kunnen worden gescheiden op chromatografische kolommen die met zetmeel zijn gevuld. Brown en French948 vonden de volgende opeenvolging van elutievolumes voor de volgende sachariden: stachyose < raffinose < lactose < glucose, die respectievelijk tetra-, tri-, di- en monosachariden zijn. Gedurende verscheidene jaren gingen deze auteurs uit van de vorming van inclusiecomplexen van sacchariden met zetmeel. De voorgaande chromatografische studies suggereren dat een essentiële factor bij de vorming van dergelijke complexen de conformationele fit van de gastheer- en gastmoleculen is. De beste conformatie moet uiteraard mogelijk zijn met α-D-glucose en andere sorbaten die dergelijke moleculen bevatten. In disacchariden, vooral in sucrose, zou het tweede suikergedeelte een vertakking moeten vormen van de hoofdstam van het complex, en het zou wanorde moeten introduceren op macroscopische schaal. Indien er echter verscheidene van dergelijke vertakkingen op voldoende afstand van elkaar zijn, kan er in plaats daarvan ordening ontstaan. Een dergelijke ordening kan het gevolg zijn van directe interacties die worden toegeschreven aan een lokale wederzijdse conformationele fit, of van de ordening en de uiteindelijke gevangen interacties met watermoleculen. Het zou een verklaring kunnen zijn voor de 13C NMR resultaten van Hansen et al.949 dat, bij interactie van sucrose met zetmeel, sommige koolstofatomen van sucrose sterker interageren dan andere. Het zou ook de waarneming van Lim et al.950 van een afname van de watermobiliteit in zetmeel na de toevoeging van sucrose kunnen verklaren. Veranderingen in de mobiliteit van water in zetmeelmengsels met andere sachariden zijn vergelijkbaar met het geval van mengsels met sacharose; de relatieve grootten verschillen echter.

Rapporteerde951 dat de effectiviteit van interacties van sachariden met zetmeel sterk correleert met het aantal potentiële waterstofbruggen dat een bepaald suikermolecuul biedt, vermenigvuldigd met de concentratie van de suiker in oplossing (nH). Deze resultaten correleren goed met de temperaturen van het begin van zetmeelgelering (Tg) in aanwezigheid van glucose, sacharose, maltose, en maltotriose. Voor een reeks van 12 datapunten wordt de vergelijking nH = 1,41 Tg + 52,07 met een correlatiecoëfficiënt r = 0,99 gevolgd. Ook voor een reeks van 11 datapunten over zetmeelmengsels met glucose, sacharose en fructose geldt de vergelijking nH = 1,52Tg + 51,72, met r = 0,95. Deze resultaten wijzen op een conformatie met fructose in zijn pyranoïde tautomeer in het complex. Opgemerkt moet worden dat deze correlatie tegengesteld is aan die gerapporteerd door Brown en French over de sorptie van suikers op zetmeel.948

De enthalpie van gelatie correleert niet met nH. De waargenomen spreiding is een aanwijzing voor de complexiteit van het gelatinisatieproces, een proces dat niet geschikt is voor het bestuderen van complexatie, vooral omdat het afhankelijk is van zwelling. Spies en Hoseney952 stelden voor dat suikermoleculen gebonden aan amorfe gebieden van zetmeel bruggen vormen tussen ketens. De complexatie van suikers zou de waterabsorptie moeten vertragen, een feit dat in de praktijk wordt waargenomen.953 Het betekent een verhoogde energiebehoefte van gelatinisatie. De gelatinisatietemperatuur volgt de volgende volgorde voor de volgende complexen met aardappelzetmeel: sucrose > glucose > maltose > ribose.953 Het effect van suikers op het verlies van birefrigency van zetmeel volgt de volgende volgorde: sucrose > glucose > fructose.954 Het effect van suikers op de gelatinering van zetmeel is afhankelijk van de ketenlengte van de interagerende suiker.952 De eerder genoemde vertakking verklaart deze waarneming. Vertakkingen, en de hydraterende watermoleculen die aan deze vertakkingen vastzitten, creëren sterische belemmeringen voor de toegang van watermoleculen tot zetmeel, waardoor zwelling en gelatinering optreedt. De effecten van sacchariden op zetmeelretrograda-tie kunnen op soortgelijke wijze worden geïnterpreteerd. De vorming van zetmeelcomplexen met fructose en glucose veroorzaakt zeker lokale ordening van de soorten, die kan worden uitgebreid tot ordening op macro-schaal. Sucrose kan, door de vorming van een complex, ook lokale ordening veroorzaken, maar zijn ongecomplexeerde fructosemotieven introduceren wanorde op macroschaal. Niet complexvormende, of relatief zwak complexvormende, pentosen veroorzaken wanorde op micro- en macroschaal. Tomasik et al.955 voerden een overtuigend argument aan voor de complexatie van mono- en disacchariden met zetmeel. Zij vergeleken de polarimetrische snelheid en uitbreiding van mutarotatie van zetmeel en zetmeel-suikermengsels. Verstoring van dit proces door de introductie van bepaalde suikers verklaarde de complexatie. Metingen van viscositeit, differentiële scanning calo-rimetrie, en interpretatie van Brabender amylogrammen suggereren dat zetmeel complexeert met D-glucose, D-fructose, D-galactose, D-mannose, lactose, maltose, D-xylose, en sucrose. Complexatie van zetmeel met D-ribose is twijfelachtig, en er is geen complexatie met L-arabinose.

Er zijn verschillende praktische toepassingen waarbij interacties tussen zetmeel en sachariden een rol spelen. Zo worden van zetmeel afgeleide suikers gebruikt als plas-ticizers voor zetmeel.956 Zo verhoogt toevoeging van aardappelzetmeel aan suikerstroop de viscositeit van de oplossing tot een niveau waarop deze gasbellen vasthoudt en geschikt is voor het produceren van schuim.957 Agaraan, zetmeel en gezwollen Sephadex G-200 vormen een gemengde drager voor zone-elektroforese.958 Een triplex van verbeterde sterkte ontstond door het mengen van een waterige oplossing van sacharose en zetmeel of tarwemeel, gevolgd door de toevoeging van zwavelzuur en warm persen.959 Een mengsel van agar met sacharose en zetmeel geeft een gelei van goede kwaliteit.960 Een oosters snoepje, rakhat-lukum, moet ook worden genoemd; het is een pseudoplastische gel, en de marktwaarde ervan hangt af van de viscositeit en de thixotrope eigenschappen, die beide onstabiel zijn. De stabiliteit van rakhat-lukum kan worden hersteld door de concentratie van suiker en maïszetmeel te verhogen.961