A keményítőt poliszacharidnak nevezik. Ez azt jelenti, hogy hosszú láncokba kapcsolt monoszacharidokból áll. Valójában két különböző polimer anyag keveréke: a keményítő amilózból és amilopektinből áll. Mindkét lánc monomerje glükózmolekula, azonban szerkezetükben és tulajdonságaikban jelentősen eltérnek egymástól.
Teljes keret
Amint már említettük, mind az amilóz, mind az amilopektin az alfa-glükóz polimerei. A különbség abban rejlik, hogy az amilóz molekula lineáris szerkezetű, és az amilopektin elágazó. Az első a keményítő oldható frakciója, az amilopektin nem, és általában a vízben lévő keményítő egy kolloid oldat (szol), amelyben az anyag oldott része egyensúlyban van a fel nem oldottal.
Itt az összehasonlítás kedvéért az amilóz és az amilopektin általános szerkezeti képlete található.
Az amilóz a micellák képződésének köszönhetően oldódik – ezek több molekula, amelyek úgy vannak összerakva, hogy hidrofób végeik belül, hidrofil végeik pedig kívül vannak elrejtve, hogy vízzel érintkezzenek. Egyensúlyban vannak olyan molekulákkal, amelyek nem állnak ilyen aggregátumokká.
Az amilopektin micellás oldatok képzésére is képes, de jóval kisebb mértékben, ezért gyakorlatilag nem oldódik hideg vízben.
A keményítőben lévő amilóz és amilopektin aránya az előbbinek körülbelül 20%-a, az utóbbinak 80%-a. Ez a mutató attól függ, hogy hogyan kapták meg (a különböző keményítőtartalmú üzemekben a százalékok is eltérőek).
Amint már említettük, hideg vízben csak az amilóz tud feloldódni, és akkor is csak részben, de forró vízben a keményítőből paszta képződik - duzzadt egyes keményítőszemcsék többé-kevésbé homogén ragacsos tömege.
Amilose
Az amilóz glükózmolekulákból áll, amelyek 1,4-hidroxil-kötésekkel kapcsolódnak egymáshoz. Ez egy hosszú, el nem ágazó polimer, átlagosan 200 egyedi glükózmolekulával.
A keményítőben az amilózlánc feltekercselődik: a benne lévő "ablakok" átmérője körülbelül 0,5 nanométer. Nekik köszönhetően az amilóz képes komplexeket, "vendég-gazda" típusú vegyületeket-zárványokat képezni. Hozzájuk tartozik a keményítő és a jód közismert reakciója: az amilóz molekula a "gazda", a jódmolekula a "vendég", amely a hélix belsejében helyezkedik el. A komplex intenzív kék színű, és mind a jód, mind a keményítő kimutatására szolgál.
A különböző növényekben a keményítőben lévő amilóz százalékos aránya változhat. Búzában és kukoricában standard 19-24 tömeg%. A rizskeményítő 17%-át tartalmazza, és az almakeményítőben csak amilóz van – 100%-os tömegrész.
A pasztában amilóz képezi az oldható részt, és ezt használjákanalitikai kémia keményítő frakciókra való szétválasztására. Egy másik módszer a keményítő frakcionálása az amilóz kicsapása butanollal vagy timollal alkotott komplexek formájában forrásban lévő vízzel vagy dimetil-szulfoxiddal készült oldatokban. A kromatográfia felhasználhatja az amilóz azon tulajdonságát, hogy adszorbeálódik cellulózhoz (karbamid és etanol jelenlétében).
Amylopektin
A keményítő elágazó szerkezetű. Ez annak köszönhető, hogy az 1- és 4-hidroxil-kötések mellett a benne lévő glükózmolekulák is kötést képeznek a 6. alkoholcsoportnál. Minden ilyen "harmadik" kötés a molekulában egy új ág a láncban. Az amilopektin általános szerkezete egy csomóhoz hasonlít, a makromolekula egésze gömb alakú szerkezet formájában létezik. A benne lévő monomerek száma megközelítőleg 6000, és egy amilopektin molekula molekulatömege sokkal nagyobb, mint az amilózé.
Az amilopektin a jóddal zárványvegyületet (klatrát) is képez. Csak ebben az esetben a komplexum vörös-ibolya (közelebb a piroshoz) színre kerül.
Kémiai tulajdonságok
Az amilóz és az amilopektin kémiai tulajdonságai, a jóddal már tárgy alt kölcsönhatások kivételével, teljesen megegyeznek. Feltételesen két részre oszthatók: a glükózra jellemző, azaz az egyes monomerekkel külön-külön lezajló reakciókra, valamint a monomerek közötti kötéseket befolyásoló reakciókra, mint például a hidrolízis. Ezért a továbbiakban a keményítő, mint amilóz és amilopektin keverékének kémiai tulajdonságairól fogunk beszélni.
Keményítőnem redukáló cukrokra vonatkozik: minden glikozidos hidroxilcsoport (hidroxilcsoport az 1. szénatomon) részt vesz intermolekuláris kötésekben, ezért nem lehetnek jelen az oxidációs reakciókban (például Tollens-teszt - kvalitatív reakció egy aldehidcsoportra, vagy kölcsönhatás Felling-csoporttal reagens - frissen kicsapott hidroxid réz). Konzervált glikozidos hidroxilok természetesen rendelkezésre állnak (a polimerlánc egyik végén), de kis mennyiségben, és nem befolyásolják az anyag tulajdonságait.
Azonban az egyes glükózmolekulákhoz hasonlóan a keményítő is képes észtereket képezni olyan hidroxilcsoportok segítségével, amelyek nem vesznek részt a monomerek közötti kötésekben: metilcsoporttal, ecetsavmaradékkal "akaszthatók" és így tovább.
A keményítőt jóddal (HIO4) savval dialdehiddé oxidálhatjuk.
A keményítő hidrolízise kétféle: enzimatikus és savas. Az enzimek segítségével végzett hidrolízis a biokémia részéhez tartozik. Az amiláz enzim a keményítőt glükóz-dextrinek rövidebb polimer láncaira bontja. A keményítő savas hidrolízise például kénsav jelenlétében teljes: a keményítő azonnal lebomlik monomerre - glükózra.
A vadonban
A biológiában a keményítő elsősorban összetett szénhidrát, ezért a növények tápanyagok tárolására használják. A fotoszintézis során keletkezik (eleinte egyedi glükózmolekulák formájában), és a növényi sejtekben szemek formájában rakódik le - magvakban, gumókban, rizómákban stb. (később felhasználható pl.„élelmiszerraktár” új embriókkal). Néha keményítő található a szárban (például a szágópálmának lisztes keményítőtartalmú magja van) vagy a levelekben.
Az emberi testben
Az élelmiszer összetételében lévő keményítő először a szájüregbe kerül. Ott a nyálban található enzim (amiláz) lebontja az amilóz és amilopektin polimer láncait, a molekulákat rövidebbekké - oligoszacharidokká - alakítja, majd lebontja, végül m altóz marad vissza - két glükózmolekulából álló diszacharid.
A m altózt a m altáz glükózra, egy monoszacharidra bontja. A glükózt pedig már energiaforrásként használja fel a szervezet.
