Amidonul

Amidonul este o substanță organică care se găsește în semințele, fructele și tuberculii plantelor și care se folosește în industria alimentară, chimică etc. Formula brută a amidonului, determinată prin analiza elementară, este (C6H10O5)n, la fel ca a celulozei. Prin hidroliza cu acizi, amidonul trece in D-glucoza, cu randament cantitativ. Din punct de vedere al compoziției chimice, amidonul este un amestec, format din 2 polizaharide: amilopectină și amiloză, care diferă între ele prin structură și reactivitate.

Amidonul  nu este un compus unitar, ci constă din două polizaharide diferite: amiloză şi amilopectină. Amidonul  este componenta de bază a multor produse alimentare importante: painea, făina, cartofii, porumb. Se foloseşte în industrie la producerea glucozei, alcoolului etilic, cleiurilor, acetonei, glicerinei, acizilor lactici, citric. Amidonul intră în componenţa mediului nutritiv la producerea antibioticelor,  vitaminelor.  Amidonul  hidrolizează la fierbere în prezenţa acizilor sau sub acţiunea  enzimelor.Sub acţiunea fermenţilor sau la încălzirea cu acizii minerali amidonul hidrolizează destul de uşor, la început, transformîndu-se în amidon solubil, apoi în dextrine. Produsul final al hidrolizei amidonului este glucoza.

Amidonul se prezintă ca o pulbere fină, de culoare albă, mai mult sau mai puţin strălucitoare, în funcţie de provenienţa şi de gradul de puritate. Este insolubil în apă rece, iar cu apa caldă, la circa 50°C formează soluţii vâscoase care la rece devin un gel numit cocă. Amidonul dă cu iodul o coloraţie albastră, care la încălzire dispare şi reapare la răcire.

Amidonul se găseşte aproape în toate plantele cu clorofilă, dar lipseşte total la cele fără clorofilă. Este bine de menţionat că biosinteza zaharidelor se poate face şi fără clorofilă, la unele microorganisme, caz în care energia este furnizată prin ruperea unor legături chimice (chimiosinteză). Sinteza amidonului din CO2 şi H2O în celulele verzi ale plantelor, sub influenţa radiaţiei solare şi în prezenţa luminii, se numeşte fotosinteză. Procesul de fotosinteză a fost studiat de A.Baeyer, M. Calvin şi K.A. Timiriazev care au stabilit că pigmentul verde al frunzelor –clorofila- absoarbe radiaţia solară în reacţia chimică de formare a amidonului din apă şi din dioxid de carbon care sunt absorbite de plante din sol şi din atmosferă.

Amidonul joacă un rol important în alimentaţia omului şi a animalelor,deoarece prin hidroliză enzimatică formează glucoza, utilizată ca sursă de energie necesară proceselor vitale proprii. Excesul de glucoză este transformat în glicogen ( polizaharidă de rezervă pentru om şi animale).Hidroliza enzimatică a amidonului stă şi la baza metodei de obţinere a alcoolului etilic din amidonul conţinut în diferite produse vegetale.Materialul vegetal mărunţit este pus în contact cu amilaza conţinută în boabele de orz şi, în timp, are loc hidroliza amidonului până la maltoză şi apoi la glucoză, pentru a se obţine alcoolul etilic se adaugă drojdie de bere.

1

Amidonul poate fi prelucrat în produse de importanţă alimentară şi industrială. În acest scop se folosesc diferite reacţii chimice, dintre care cea mai importantă este hidroliza. Procesul de hidroliză se poate face fie sub acţiunea acizilor (HCl, H2SO4), fie sub acţiunea unor enzime care se numesc amilaze - alfa amilaza(amilaza dextrinogenă), care transformă amidonul în dextrine şi beta amilaza(amilaza zaharogenă) care transformă amidonul în maltoză. Aceste enzime se găsesc atât în regnul vegetal (orz încolţit, grâu etc.), cât şi în regnul animal (pancreas, ficat etc.). Prin hidroliză acidă, cu acid clorhidric sau sulfuric, amidonul trece succesiv în dextrine, maltoză şi ca ultim produs se obţine glucoza, după schema: amidon – dextrine - maltoză – glucoză. Prin hidroliză enzimatică, cu amilaze sau diastaze, amidonul nu mai hidrolizează total până la glucoză, ci dă ca produs final maltoza, mai prcis: amidon - dextrine – maltoză. În industrie, hidroliza acidă a amidonului este folosită la prepararea glucozei, iar hidroliza enzimatică, la obţinerea etanolului. Pentru obţinerea glucozei se încălzeşte amidonul cu acid sulfuric diluat, timp de câteva ore, în autoclave. Când procesul hidrolizei s-a terminat, se neutralizează acidul cu carbonat de calciu : precipitatul de sulfat de calciu, care se formează se filtrează, iar soluţia rămasă concentrează prin fierbere. Prin răcirea soluţiei se formează glucoza cristalină. Fabricarea etanolului din amidon necesită trei operaţii principale : hidroliza amidonului (care poartă numele de zaharificare) fermentarea şi distilarea. În industrie, pentru obţinerea etanolului se foloseşte amidonul din cartofi (feculă) sau din cereale. Cerealele separate de impurităţi sau cartofii spălaţi se tratează cu vapori de apă sub presiune de 3-3,5atm, până se formează o cocă. În această cocă de amidon, care este răcită până la 60 C, se adaugă malţ (boabe de orz încolţite, sfărâmate, care conţin amilază), amidonul transformându-se în maltoză, o dizaharidă care fermentează. Din această operaţie, care se numeşte zaharificare şi care durează circa 5h de la introducerea malţului, lichidul dulce se răceşte la 15-20 C şi i se adaugă drojdie de bere. Microorganismele din drojdia de bere acţionează asupra maltozei şi glucozei prin intermediul a două enzime : maltoza, care transformă maltoza în glucoză, şi zimaza, care transformă glucoza în alcool şi dioxid de carbon. Prin distilarea lichidului se obţine alcoolul etilic. Substanţele implicate în reacţiile chimice succesive, care au loc la obţinerea etanolului din amidon sunt: [C6H10O5](amidon) - C12H22O11 (maltoza) - C6H12O6 (glucoza) - C2H5OH (etanol). Amidonul se mai utilizează la obţinerea dextrinelor (care se formează prin încălzirea amidonului uscat la 200-250 C), la apretarea rufelor; amidonul din orez este folosit la prepararea pudrelor. Dextrinele se întrebuinţează la finisarea ţesăturilor şi la prepararea cleiului. Gelifierea amidonului se face prin imbibare cu apa si incalzirea la tempera tura de ge l i f i e re , care es te in funct ie de fe lu l amidonului .Ast fe l pen t ru amidonul din cartofi temperatura de gelifiere este 65 grade Celsius, pentru cel din porumb 75 grade Celsius, pentru cel din grau 79-80 grade Celsius iar pentru orz si orez 80 grade Celsius

Amilaza este o enzima ce activeaza hidroliza amidonului in maltoza si dextrine. Enzimele sunt componente de natura proteica produse de celulele vii care catalizeaza reactii de sinteza si degradare din organismele animale, vegetale si microorganisme. Enzimele, ca toti catalizatorii, nu catalizeaza decat reactii

2

termodinamic posibile, decurgand in sensul stabilirii unui echilibru. Enzimele actioneaza fie in celula vie in care iau nastere, constituind un factor cheie in asigurarea cineticii optime a reactiilor chimice necesare proceselor vitale, fie in afara mediului care le-a creat (cazul enzimelor constituite in secretii sau al celor care actioneaza in vitro). α-Amilaza, alaturi de β-amilaza, hidrolizeaza legaturile α-1,4-glucozidice. α-Amilaza, cunoscuta si sub denumirea de amilaza dextrinogenica, ptialina, α-1,4-glucon 4-glucanohidroxilaza , este o metalproteina care contine calciu in proportie de 1 atom gram/molecula, strans legata de enzima. Prin indepartarea calciului, enzima devine inactiva si instablila la caldura. Calciul nu participa la formarea complexului enzima-substrat, dar mentine molecula de enzima in configuratia optima pentru un maxim de activitate si stabilitate. Enzima are activitate la pH cuprins intre 4,5-7,0 , pH-ul optim depinzand de originea enzimei.

α-Amilaza actioneaza asupra amidonului, care reprezinta substratul ei natural. α-Amilaza scindeaza hidrolitic, la intamplare, orice legatura α-1,4-glucozidica, preferandu-le totusi pe cele din interiorul macromoleculelor de amiloza si amilopectina, motiv pentru care li s-a si dat denumirea de endoamilaze. Sub actiunea lor, amiloza si amilopectina sunt fragmentate la polizaharide cu grad de polimerizare mai mic, numite dextrine. Ea realizeaza o lichefiere a amidonului si o hidroliza prelungita la maltoza si maltotrioze. α-Amilazele nu pot scinda legaturile α-1,6-glucozidice din amilopectina.

α-Amilazele pot fi de origine animala (amilaza produsa de glanda salivara si pancreas), de origine vegetala (cereale incoltite, in special malt) cu importanta in industria berii, spirtului si panificatiei si de origine microbiana (bacterii, mucegaiuri si mai putin drojdii), cele de origine bacteriana fiind mai stabile la caldura decat cele de originefungica. α-Amilaza de origine bacteriana pot fi moderat termostabile (α-amilaze normale) si termostabile. Astfel, α-amilaza din Bacillus subtillis, var. amiloliquefaciens, este moderat termostabila (α-amilaza normala), iar cea din B. Licheniformis este termostabila, suportand temperaturi cu 20°C mai mari decat celelalte α-amilaze bacteriene. Acest procedeu de lichefiere se aplica la obtinerea izosiropului, unde se cere un material de start cu puritate ridicata. α-Amilaze termostabile se mai obtin si din Bacillus coagulans si Bacillus stearothermophilus. Preparatul enzimatic de α-amilaza moderat termostabila (α-amilaza normala) se utilizeaza la lichefierea amidonului in 3 trepte, preparatul fiind utilizat in treptele 1 si 3 care se desfasoara la 85°C. In etapa 2, amidonul este incalzit la 140°C, pentru o completagelatinizare. α-Amilazele de origine fungica (A. oryzae, A. niger) sunt termostabile, avand actiune maltogenica (sunt folosite la zaharificare pentru obtinerea siropului de maltoza, prin degradarea amidonului se obtine o cantitate mai mare de maltoza. Fungamilul se utilizeaza si impreuna cu amiloglucozidaza (AMG) pentru obtinerea de siropuri dulci fermentescibile.

Glucoza reprezintă o materie primă de bază care intervine în majoritatea produselor zaharoase. Ea face parte din grupa monozaharidelor şi industrial se fabrică sub formă de sirop de glucoză şi de glucoză solidă care se deosebesc între ele atât prin conţinutul în dextroză (glucoza, pură), cât şi prin conţinutul în dextrine.

3

Siropul de glucoză şi glucoza se obţin prin hidroliza amidonului cu ajutorul acizilor minerali diluaţi (HCl, H2SO4). La fabricare trebuie folosit un amidon perfect pur (liber de impurităţi) pentru a se evita colorarea zemii, fenomen greu de înlăturat ulterior.Atât siropul de glucoză, cât şi glucoza solidă se pot fabrica şi sub formă de pulbere, primul prin deshidratarea siropului prin pulverizare, iar a doua, prin răzuire după solidificare prin cristalizare.Siropul de glucoză utilizat la fabricarea produselor zaharoase are un conţinut mediu de substanţa uscată de 78-80% din substanţe reducătoare calculate ca dextroză minimum 38-42% Proporţia de participare a siropului de glucoză la fabricarea produselor pe bază de caramel este cuprinsă între 5 şi 100% faţă de masa zahărului. Glucoza din siropul de glucoză are rolul de a împiedica cristalizarea zaharozei în soluţie ceea ce permite creşterea concentraţiei maselor la fierbere fără riscul cristalizării zaharozei. În cazul produselor finite, prin prezenţa glucozei se evita higroscopicizarea acesteia. Prin modificarea proporţiei de glucoză din masele fierte se modifică şi proprietăţile reologice ale acestora: plasticitate, maleabilitate şi consistenţa, fapt ce uşurează formarea - modelarea produselor. Pentru asigurarea unei dozări exacte, siropul de glucoză se temperează la 40-60°C. Dozarea se face volumetric cu ajutorul pompelor.

4