نشاسته (Starch) یک ترکیب کربوهیدراتی است که به عنوان پلی ساکارید طبقه بندی می‌شود. ده یا چند واحد مونوساکارید از طریق پیوندهای گلیکوزیدی به هم متصل می‌شوند تا پلی ساکاریدها را تشکیل دهند. از آنجایی که پلی ساکاریدها مولکول‌های بزرگ‌تری هستند، وزن مولکولی بیشتری دارند که مشخصاً بیش از ۱۰۰۰۰ است. از سوی دیگر، برخی از پلی ساکاریدها از مخلوطی از واحدهای مونوساکارید ساخته می‌شوند و اینها به عنوان هتروپلی ساکاریدها شناخته می‌شوند. آمیلوز و سلولز دو هوموپلی ساکارید عمده و فراوان در جهان هستند. آمیلوز یک پلی ساکارید ذخیره‌سازی است که مولکول‌های D-گلوکز از طریق پیوند آلفا-۱، ۴-گلیکوزیدی برای تشکیل یک ساختار خطی به نام آمیلوز به هم متصل می‌شوند. در مقابل، سلولز یک پلی ساکارید ساختاری است که در آن مولکول‌های D-گلوکز از طریق پیوندهای گلیکوزیدی β (۱→۴) به هم متصل می‌شوند تا ساختاری خطی به نام سلولز را تشکیل دهند. این تفاوت اصلی و کلیدی بین آمیلوز و سلولز است. در این مقاله، بیایید تفاوت بین آمیلوز و سلولز را از نظر کاربردهای مورد نظر و همچنین خواص شیمیایی و فیزیکی توضیح دهیم.
آمیلوز چیست؟
آمیلوز یک پلی ساکارید خطی است که دارای واحدهای D-گلوکز است که برای تشکیل این ساختار به یکدیگر متصل می‌شوند. تعداد زیادی از مولکول‌های گلوکز از ۳۰۰ تا چند هزار می‌توانند در ایجاد یک مولکول آمیلوز شرکت کنند. به طور معمول، اتم کربن شماره ۱ یک مولکول گلوکز می‌تواند یک پیوند گلیکوزیدی با اتم کربن چهارم مولکول گلوکز دیگر ایجاد کند. این پیوند آلفا-۱، ۴- گلیکوزیدی نامیده می‌شود و در نتیجه این پیوند، آمیلوز ساختار خطی پیدا کرده است. همچنین، این یک مولکول محکم بسته بندی شده است و هیچ شاخه ای ندارند. آمیلوز در آب محلول نیست و بنابراین در گیاهان به عنوان ذخیره غذا یا انرژی عمل می‌کند. می‌توان آن را توسط آنزیم‌های روده انسان هضم کرد و در طی هضم به مالتوز و گلوکز تجزیه می‌شود و می‌توان از آنها به عنوان منبع انرژی استفاده کرد.
آزمایش ید برای تشخیص آمیلوز یا نشاسته استفاده می‌شود و در طول آزمایش، مولکول‌های ید در ساختار مارپیچ آمیلاز ثابت می‌شوند. در نتیجه رنگ بنفش/آبی تیره می‌دهد. به طور کلی آمیلوز ۲۰-۳۰ درصد از ساختار نشاسته را تشکیل می‌دهد و بقیه آمیلوپکتین است. علاوه بر این، آمیلوز نسبت به آمیلوپکتین نسبت به هضم مقاوم‌تر است و بنابراین برای کاهش مقدار شاخص گلیسمی و برای تشکیل نشاسته مقاوم که به عنوان یک پری بیوتیک فعال در نظر گرفته می‌شود، حیاتی است.
آزمایش تشخیص نشاسته گندم توسط محلول یددار. تصویر میکروسکوپ نوری
سلولز چیست؟
سلولز اولین بار توسط شیمیدان فرانسوی Anselme Payen در سال ۱۸۳۸ آشکار شد. Payen آن را از مواد گیاهی جدا کرد و فرمول شیمیایی آن را تعیین کرد. این یک پلی ساکارید ساختاری است که در آن D-گلوکز است. واحدهای دی-گلوکز برای تشکیل این ساختار به یکدیگر متصل می‌شوند. تعداد زیادی مولکول گلوکز مانند ۳۰۰۰ یا بیشتر از آن می‌توانند در ایجاد یک مولکول سلولز شرکت کنند. در سلولز، مولکول‌های گلوکز توسط پیوندهای گلیکوزیدی β(۱→۴) به یکدیگر متصل می‌شوند و منشعب نمی‌شود. بنابراین، این یک پلیمر با زنجیره مستقیم است. علاوه بر این، در نتیجه پیوندهای هیدروژنی بین مولکول‌های گلوکز، می‌تواند ساختار بسیار سفت و سختی ایجاد کند. در آب حل نمی‌شود. در دیواره‌های سلولی گیاهان سبز و جلبک‌ها فراوان است و در نتیجه به سلول‌های گیاهی استحکام، سفتی، استحکام و شکل می‌دهد. سلولز در دیواره سلولی به هر عنصری نفوذ پذیر است. بنابراین، اجازه عبور اجزاء را به داخل یا/و خارج از سلول می‌دهد. سلولز به عنوان رایج‌ترین و فراوان ترین کربوهیدرات روی زمین در نظر گرفته می‌شود. سلولز همچنین برای تولید کاغذ، سوخت‌های زیستی و سایر محصولات جانبی مفید استفاده می‌شود.
الیاف پنبه نشان دهنده خالص‌ترین شکل طبیعی سلولز است
تفاوت آمیلوز و سلولز
تفاوت بین آمیلوز و سلولز را می‌توان به دسته‌های زیر تقسیم کرد. این تفاوت‌ها عبارتند از:
تعریف
آمیلوز یک پلیمر کربوهیدرات مارپیچ خطی است که از واحدهای α-D-گلوکز ساخته شده است و به عنوان یک پلی ساکارید ذخیره سازی در نظر گرفته می‌شود.
سلولز یک پلی ساکارید آلی متشکل از یک زنجیره خطی است و به عنوان یک پلی ساکارید ساختاری در نظر گرفته می‌شود.
ساختار شیمیایی
آمیلوز
سلولز
ساختار و تعداد واحدهای مونومر
آمیلوز یک پلیمر خطی با ۳۰۰ تا چند هزار زیر واحد گلوکز مکرر است.
سلولز یک پلیمر با زنجیره مستقیم با ۳۰۰۰ تا چند هزار زیر واحد گلوکز مکرر است.
مناطق کریستالی و بی شکل
آمیلوز از نواحی کریستالی و آمورف تشکیل شده است. با این حال، آمیلوز هنگامی‌که در دمای ۶۰ تا ۷۰ درجه سانتیگراد در آب مانند پخت و پز گرم می‌شود، دچار یک انتقال کریستالی به آمورف می‌شود.
اگرچه سلولز از نواحی کریستالی و آمورف تشکیل شده است، اما در مقایسه با آمیلوز، سلولز دارای نواحی کریستالی بیشتری است. برای تبدیل نواحی کریستالی به آمورف، سلولز به دمای ۳۲۰ درجه سانتی گراد و فشار ۲۵ مگاپاسکال نیاز دارد.
فرمول شیمیایی
آمیلوز فرمول دقیقی ندارد و متغیر است.
فرمول سلولز (C 6 H ۱۰ O ۵ ) n است
پیوندهای گلیکوزیدی
آمیلوز: پیوندهای گلیکوزیدی α(۱→۴).
سلولز: واحدهای D-گلوکز مرتبط با β(۱→۴).
عملکرد در گیاه
آمیلوز در ذخیره انرژی گیاه بسیار مهم است و نسبت به آمیلوپکتین کمتر مستعد هضم است. بنابراین، نشاسته مورد علاقه برای نگهداری در گیاهان است. حدود ۲۰ تا ۳۰ درصد نشاسته ذخیره شده را تشکیل می‌دهد.
سلولز یک کربوهیدرات ساختاری قابل توجه است که عمدتاً در دیواره سلولی گیاه سبز قرار دارد. اما در بسیاری از اشکال جلبک‌ها و Oomycetes نیز یافت می‌شود. این فراوان ترین پلیمر آلی روی زمین است.
سنجش شناسایی
آزمایش ید برای شناسایی آمیلوز استفاده می‌شود. مولکول‌های ید در داخل ساختار مارپیچ آمیلوز قرار می‌گیرند و یک کمپلکس رنگ آبی-سیاه را تشکیل می‌دهند. آمیلوز از نظر کیفی با استفاده از این رنگ آبی-سیاه قابل شناسایی است. برای تعیین کمیت محتوای آمیلوز، جذب رنگ ایجاد شده را می‌توان با استفاده از اسپکتروفتومتر UV/VIS اندازه گیری کرد.
تست آنترون برای شناسایی سلولز استفاده می‌شود. سلولز با آنترون موجود در اسید سولفوریک واکنش می‌دهد و ترکیب رنگی حاصل با استفاده از اسپکتروفتومتر UV/VIS در طول موج تقریباً ۶۳۵ نانومتر اندازه گیری می‌شود.
کاربردهای دیگر
آمیلوز در کاربردهای صنعتی و مواد غذایی زیر استفاده می‌شود.
عامل غلیظ کننده
عامل اتصال دهنده آب
تثبیت کننده امولسیون
عامل ژل ساز
سلولز در کاربردهای صنعتی و غذایی کاربرد دارد.
تولید مقوا و کاغذ
تولید خمیر و کارت چوب
تولید پنبه، کتان و سایر الیاف گیاهی (آنها جزء اصلی منسوجات هستند)
سلفون و ابریشم مصنوعی نیز به عنوان تولید الیاف سلولز بازسازی شده شناخته می‌شود
سلولز میکروکریستالی خوراکی (E number – E460i) و سلولز پودری (E number – E460ii) به عنوان پرکننده‌های غیرفعال در قرص‌های دارویی استفاده می‌شوند و همچنین به عنوان قوام‌دهنده و تثبیت‌کننده در غذاهای فرآوری‌شده عمل می‌کنند.
به عنوان یک فاز ثابت برای کروماتوگرافی لایه نازک در آزمایشگاه استفاده می‌شود.
تولید سوخت زیستی
هضم
آمیلوز می‌تواند توسط انسان هضم شود زیرا انسان آمیلاز بزاق یا پانکراس برای هضم آمیلوز دارد.
سلولز نمی‌تواند توسط انسان هضم شود زیرا دستگاه روده انسان آنزیمی‌برای جدا کردن پیوندهای گلیکوزیدی β (۱ → ۴) تولید نمی‌کند. با این حال، میکروارگانیسم‌های روده بزرگ می‌توانند سلولز را تجزیه کرده و اسیدها و گازهای آلی تولید کنند. علاوه بر آن، سلولز به عنوان یک فیبر غذایی عمل می‌کند و می‌تواند رطوبت داخل دستگاه روده را جذب کند و در نتیجه از یبوست جلوگیری کرده و اجابت مزاج را آسان کند. با این حال، نشخوارکنندگان و موریانه‌ها می‌توانند سلولز را با کمک میکروارگانیسم‌های همزیست روده که در شکمبه آنها زندگی می‌کنند، هضم کنند.
در نتیجه، سلولز و آمیلوز در درجه اول کربوهیدرات‌ها هستند و به عنوان فراوان ترین پلی ساکاریدها در جهان در نظر گرفته می‌شوند. اما به دلیل تفاوت در خواص فیزیکی و شیمیایی عملکردهای متفاوتی در گیاه دارند.
منابع
Cohen, R., Orlova, Y., Kovalev, M., Ungar, Y. and Shimoni, E. (2008). Structural and Functional Properties of Amylose Complexes with Genistein. Journal of Agricultural and Food Chemistry, ۵۶(۱۱): ۴۲۱۲–۴۲۱۸.
Nelson, D. and Michael, M. C. Principles of Biochemistry. 5th ed. New York: W. H. Freeman and Company, 2008.
Nishiyama, Y., Langan, P. and Chanzy, H. (2002). Crystal Structure and Hydrogen-Bonding System in Cellulose Iβ from Synchrotron X-ray and Neutron Fiber Diffraction. J. Am. Chem. Soc, ۱۲۴ (۳۱): ۹۰۷۴–۸۲.
Richmond, T. A. and Somerville, C. R. (2000). The Cellulose Synthase Superfamily. Plant Physiology, ۱۲۴ (۲): ۴۹۵–۴۹۸.
Image Courtesy:
“Wheat starch granules” by Kiselov Yuri – Own work. (Public Domain) via Commons
“Cotton” by KoS – Own work. (Public Domain) via Commons
“Amylose3” by NEUROtiker – Own work.(Public Domain) via Wikimedia Commons
“Cellulose Sessel” by NEUROtiker – Own work. (Public Domain) via Commons
