Cukry

Doświadczenie 1

Mąkę ziemniaczaną przesiej przez sitko na teflonową patelnię. Niech utworzy równomierną, jak najcieńszą warstewkę. Rozgrzej patelnię. Gdy mąka zacznie zmieniać kolor na brązowy, włącz stoper. Przez pierwsze 10 min pilnuj, by patelnia nie rozgrzała się zbyt mocno. Jeśli mąka zacznie się zwęglać i dymić, skręć płomień palnika. Powierzchnia patelni nagrzewa się nierównomiernie, więc wybierz obszar, na którym najszybciej dochodzi do zbrązowienia mąki, i zeskrob z niego drewnianą łyżką próbkę do analizy (wystarczy szczypta mieszcząca się na końcu noża). Próbkę weź po 10, 20, 40, 60 i 130 min. Umieść ją na białym plastikowym talerzyku i dokładnie rozmieszaj z 2–3 kroplami zimnej wody. Przygotuj roztwór do wybarwiania dekstryn, rozpuszczając około 10–15 kropli jodyny w 4 ml (odmierz strzykawką) wody. Zmieszaj 2 krople roztworu jodu i pobranej próbki. Dodatkowo przygotuj porcję kleiku skrobiowego, niepoddanego przypiekaniu na patelni, i wykonaj barwienie. Porównaj kolory próbek.

Wyjaśnienie: Mieszanina skrobi z jodem przyjmuje intensywnie granatowe zabarwienie. Dzieje się tak, ponieważ łańcuch skrobi naturalnie splata się w pojedynczą helisę, tworząc „tunel”, wewnątrz którego w bardzo regularnych odstępach zostają uwięzione cząsteczki jodu. Umożliwia to przekazywanie wzbudzeń między poszczególnymi cząsteczkami, czego efektem jest obserwowana barwa. Dokładny mechanizm tego zjawiska wciąż nie jest ustalony. W wysokiej temperaturze cząsteczki skrobi rozpadają się na coraz krótsze fragmenty, wykazujące zróżnicowane zabarwienie w reakcji z jodem – od niebieskiego poprzez czerwone (erytrodekstryny) aż do bezbarwnego (achrodekstryny). Przez pierwsze 40 min ogrzewania w pobieranych próbkach oprócz erytrodekstryn będzie jeszcze skrobia. Zaobserwujesz więc fioletową barwę. Po godzinie – fioletoworóżową. Ponadto dekstryny dużo mniej wydajnie reagują z jodem, dlatego nawet niewielka porcja skrobi skutecznie maskuje ich obecność. Dopiero ostatnia próbka przyjmuje rudobrązowe zabarwienie, szczególnie dobrze widoczne po dodaniu nierozcieńczonej jodyny. Jeszcze dłuższe podpiekanie (przez kilkanaście godzin) prowadzi do powstania kleju dekstrynowego, zwanego gumą angielską.

Doświadczenie 2

Do izolacji inuliny nadaje się jedynie czosnek zebrany jesienią. Drobno posiekaj 5 ząbków. Dodaj 20–30 ml wody i przelej wszystko do niewielkiej miski, po czym umieść ją na garnku z gotującą się wodą. Rozmiar miski dobierz w taki sposób, aby układ eksperymentalny był stabilny i pozwalał mocno rozgrzać płyn, lecz nie zagotować. Ogrzewaj mieszaninę około godziny. Optymalna temperatura ekstrakcji inuliny to około 70°C. Gdy mieszanina ostygnie, przefiltruj ją przez gazę. Na jedną objętość ekstraktu dodaj 2 objętości spirytusu, co spowoduje natychmiastowe wytrącenie się sporych ilości białego osadu (inuliny) o „proszkowej” konsystencji. Wyraźnie to widać, jeżeli użyjesz kieliszka. Zamiast dodawać etanol, można schładzać ekstrakt przez kilka dni w lodówce (temp. 4°C). Wykonaj próbę barwienia inuliny jodem.

Wyjaśnienie: Inulina dobrze rozpuszcza się w gorącej wodzie, ale bardzo słabo w zimnej. Wykorzystywane jest to przy komercyjnej izolacji tego węglowodanu np. z korzeni cykorii – schładzanie ekstraktu przez 72 godz. jest tańsze niż wytrącanie jej alkoholem. Etanolem można wytrącać z roztworu także dekstryny oraz skrobię. Uważa się, że etanol konkuruje z tymi cząsteczkami o wodę. Zawartość inuliny w ząbkach czosnku jest zmienna – wiosną i wczesnym latem jest jej niewiele, bo roślina intensywnie rośnie. Dopiero pod koniec sezonu wegetacyjnego czosnek gromadzi dużo materiału zapasowego w postaci inuliny; może ona stanowić nawet kilkanaście procent masy ząbków. W przeciwieństwie do skrobi inulina nie zmienia barwy jodu. Reszty fruktozy tworzące ten polisacharyd nie formują regularnych tuneli, w których zostałby uwięziony jod. Negatywny wynik doświadczenia wskazuje także, że ząbki czosnku nie zawierają skrobi.

Doświadczenie 3

2 łyżeczki substancji żelującej, używanej do produkcji dżemów, rozpuść w 20 ml wody (odmierz w pojemniku na mocz – ma zaznaczoną podziałkę). Odczekaj godzinę. Po tym czasie mieszanina przyjmuje konsystencję bardzo gęstego żelu. Na jego wierzchu rozsyp łyżeczkę sody oczyszczonej. W ciągu 15 min zaobserwujesz upłynnianie się żelu. Cały proces zakończy się mniej więcej po godzinie. Dodaj teraz do mieszaniny łyżeczkę kwasku cytrynowego i włóż ją do lodówki na noc.

Wyjaśnienie: Pektyny różnią się zawartością estrów metylowych. Niskoestryfikowane wykazują właściwości żelujące tyko w obecności jonów wapnia, ale w dość szerokim zakresie pH. Wysokoestryfikowane mają właściwości żelujące jedynie w kwaśnym środowisku (pH 2,0–3,8), ale powstały żel nie upłynnia się wraz ze wzrostem temperatury i zachowuje zwartą konsystencję nawet przy wysokich stężeniach cukru. To dlatego właśnie te pektyny są najczęściej stosowane w cukrach żelujących. Posypanie otrzymanego żelu sodą prowadzi do podwyższenia pH, dysocjacji reszt kwasów cukrowych i pojawienia się ujemnego ładunku na łańcuchach pektyn, które zaczynają się wtedy odpychać, niszcząc strukturę żelu. Dodanie kwasu obniża pH. Reszty kwasów cukrowych przechodzą wtedy w formę niezdysocjowaną, a długie łańcuchy pektyn zaczynają się „sczepiać”, przyciągane grupami OH poszczególnych reszt cukrowych. Pomiędzy łańcuchami tworzą się też kieszenie, w których zostaje uwięziona woda i rozpuszczone w niej substancje.

mgr Paweł Jedynak
Zakład Fizjologii i Biochemii Roślin UJ

dr Renata Szymańska
Katedra Fizyki Medycznej i Biofizyki AGH

***

Uwaga!

Redakcja nie ponosi odpowiedzialności za ewentualne szkody powstałe wskutek doświadczeń.

***

Zestaw przyrządów i materiałów

Cukier żelujący, czosnek, gaza, jodyna lub płyn Lugola, kwas cytrynowy, mąka ziemniaczana, plastikowy biały talerzyk, pojemnik na mocz, soda oczyszczona, spirytus, strzykawka

Niewliczone w cenę: czajnik, garnek, kieliszek, łyżeczka, miska (aluminiowa lub ze stali nierdzewnej), patelnia

Czas przygotowania: 4 godz. (podany czas nie uwzględnia nocnej inkubacji mieszaniny w lodówce)

Koszt: 55 zł

***

Wiedza w pigułce

Węglowodany złożone to bardzo zróżnicowana grupa związków chemicznych o różnorodnych właściwościach chemicznych. W ich skład mogą wchodzić nie tylko reszty glukozy, ale też innych cukrów. Reszty te połączone są różnymi wiązaniami (np. wiązania b są zwykle niestrawne dla człowieka), a cząsteczki mają kształt liniowy bądź rozgałęziony.

Najczęściej słyszymy o węglowodanach złożonych, pełniących funkcje zapasowe (skrobia, glikogen) i budulcowe (celuloza). Mniej znana jest np. inulina, zapasowy wielocukier złożony z wielu reszt fruktozy, który występuje w bulwach dalii, korzeniach cykorii, ząbkach czosnku. Jego słodycz ledwie wyczuwamy. Rozpuszcza się w gorącej wodzie i tworzy maziste roztwory, dlatego w przemyśle spożywczym służy jako substytut tłuszczu. Organizm człowieka nie produkuje enzymów rozkładających inulinę. W jelicie grubym staje się ona jednak pożywką dla pożytecznych bakterii, które namnażając się, wypierają gatunki potencjalnie szkodliwe (inulina jest zatem prebiotykiem). Efektem ubocznym tych procesów mogą być wzdęcia. Warzywa zawierające inulinę polecane są zwłaszcza cukrzykom, gdyż wspomagają prawidłową regulację stężenia cukru we krwi.

Z kolei dekstryny, produkt częściowego rozkładu skrobi (lub glikogenu), zwykle nie są słodkie i tak jak skrobia łatwo ulegają strawieniu. Dodaje się je do ciastek, majonezów, mleka modyfikowanego, słodzików czy odżywek dla sportowców. W przemyśle mają zastosowanie jako kleje, masy plastyczne lub środki usztywniające.

Pektyny występują w owocach. W przemyśle spożywczym służą jako substancja żelująca w dżemach. Zbudowane są z reszt kwasów cukrowych, utlenionych form cukrów prostych i w czystej formie nie mają słodkiego smaku. Są dla nas niestrawne.