Skrobia nazywana jest polisacharydem. Oznacza to, że składa się z monosacharydów połączonych długimi łańcuchami. W rzeczywistości jest to mieszanina dwóch różnych substancji polimerowych: skrobia składa się z amylozy i amylopektyny. Monomerem w obu łańcuchach jest cząsteczka glukozy, jednak różnią się one znacznie budową i właściwościami.
Całkowity skład
Jak już wspomniano, zarówno amyloza, jak i amylopektyna są polimerami alfa-glukozy. Różnica polega na tym, że cząsteczka amylozy ma strukturę liniową, a amylopektyna jest rozgałęziona. Pierwsza to rozpuszczalna frakcja skrobi, amylopektyna nie jest i ogólnie skrobia w wodzie jest roztworem koloidalnym (zolem), w którym rozpuszczona część substancji jest w równowadze z nierozpuszczoną.
Tutaj dla porównania podano ogólne wzory strukturalne amylozy i amylopektyny.
Amyloza jest rozpuszczalna dzięki tworzeniu miceli - jest to kilka cząsteczek połączonych w taki sposób, że ich hydrofobowe końce są ukryte wewnątrz, a ich hydrofilowe końce są ukryte na zewnątrz w celu kontaktu z wodą. Są w równowadze z cząsteczkami, które nie są połączone w takie agregaty.
Amylopektyna jest również zdolna do tworzenia roztworów micelarnych, ale w znacznie mniejszym stopniu, a zatem praktycznie nierozpuszczalna w zimnej wodzie.
Amyloza i amylopektyna w skrobi są w stosunku około 20% pierwszej do 80% drugiej. Wskaźnik ten zależy od sposobu jego uzyskania (w różnych roślinach zawierających skrobię procenty są również różne).
Jak już wspomniano, tylko amyloza może rozpuszczać się w zimnej wodzie, a nawet tylko częściowo, ale w gorącej wodzie powstaje pasta ze skrobi - mniej lub bardziej jednorodna lepka masa spęcznionych pojedynczych ziaren skrobi.
Amyloza
Amyloza składa się z cząsteczek glukozy połączonych ze sobą wiązaniami 1,4-hydroksylowymi. Jest to długi, nierozgałęziony polimer zawierający średnio 200 pojedynczych cząsteczek glukozy.
W skrobi łańcuch amylozy jest zwinięty: średnica "okienek" w nim wynosi około 0,5 nanometra. Dzięki nim amyloza może tworzyć kompleksy, związki-inkluzje typu „gość-gospodarz”. Należy do nich dobrze znana reakcja skrobi z jodem: cząsteczka amylozy jest „gospodarzem”, cząsteczka jodu jest „gościem”, umieszczonym wewnątrz helisy. Kompleks ma intensywnie niebieski kolor i służy do wykrywania zarówno jodu, jak i skrobi.
W różnych roślinach zawartość amylozy w skrobi może się różnić. W pszenicy i kukurydzy jest to standardowo 19-24% wagowo. Skrobia ryżowa zawiera jej 17%, a w skrobi jabłkowej występuje tylko amyloza - 100% ułamka masowego.
W paście amyloza tworzy rozpuszczalną część, która jest używana wchemia analityczna do rozdziału skrobi na frakcje. Innym sposobem frakcjonowania skrobi jest wytrącanie amylozy w postaci kompleksów z butanolem lub tymolem we wrzących roztworach z wodą lub dimetylosulfotlenkiem. Chromatografia może wykorzystywać właściwość amylozy do adsorpcji na celulozie (w obecności mocznika i etanolu).
Amylopektyna
Skrobia ma strukturę rozgałęzioną. Osiąga się to dzięki temu, że oprócz wiązań 1 i 4-hydroksylowych cząsteczki glukozy w nim tworzą również wiązania przy szóstej grupie alkoholowej. Każde takie „trzecie” wiązanie w cząsteczce to nowa gałąź w łańcuchu. Ogólna struktura amylopektyny przypomina wyglądem wiązkę, makrocząsteczka jako całość istnieje w postaci kulistej struktury. Liczba zawartych w nim monomerów wynosi w przybliżeniu 6000, a masa cząsteczkowa jednej cząsteczki amylopektyny jest znacznie większa niż amylozy.
Amylopektyna tworzy również związek inkluzyjny (klatrat) z jodem. Tylko w tym przypadku kompleks jest zabarwiony na kolor czerwono-fioletowy (zbliżony do czerwieni).
Właściwości chemiczne
Właściwości chemiczne amylozy i amylopektyny, z wyjątkiem omówionych już interakcji z jodem, są dokładnie takie same. Można je warunkowo podzielić na dwie części: reakcje charakterystyczne dla glukozy, czyli zachodzące z każdym monomerem oddzielnie, oraz reakcje wpływające na wiązania między monomerami, takie jak hydroliza. Dlatego dalej porozmawiamy o właściwościach chemicznych skrobi jako mieszaniny amylozy i amylopektyny.
Skrobiaodnosi się do cukrów nieredukujących: wszystkie hydroksyle glikozydowe (grupa hydroksylowa przy 1 atomie węgla) uczestniczą w wiązaniach międzycząsteczkowych i dlatego nie mogą być obecne w reakcjach utleniania (np. test Tollensa - reakcja jakościowa dla grupy aldehydowej, czy interakcja z cukrem Fellinga odczynnik - świeżo wytrącony wodorotlenek miedzi). Zakonserwowane hydroksyle glikozydowe są oczywiście dostępne (na jednym końcu łańcucha polimerowego), ale w niewielkich ilościach i nie wpływają na właściwości substancji.
Jednak, podobnie jak pojedyncze cząsteczki glukozy, skrobia może tworzyć estry za pomocą grup hydroksylowych, które nie biorą udziału w wiązaniach między monomerami: mogą być „zawieszone” z grupą metylową, resztą kwasu octowego i tak dalej.
Ponadto skrobia może być utleniona za pomocą kwasu jodowego (HIO4) do dialdehydu.
Hydroliza skrobi jest dwojakiego rodzaju: enzymatyczna i kwaśna. Hydroliza przy pomocy enzymów należy do działu biochemii. Enzym amylaza rozkłada skrobię na krótsze polimerowe łańcuchy glukozy – dekstryny. Kwaśna hydroliza skrobi jest zakończona w obecności np. kwasu siarkowego: skrobia jest natychmiast rozkładana do monomeru - glukozy.
W dzikiej przyrodzie
W biologii skrobia jest przede wszystkim węglowodanem złożonym i dlatego jest wykorzystywana przez rośliny jako sposób przechowywania składników odżywczych. Powstaje w procesie fotosyntezy (najpierw w postaci pojedynczych cząsteczek glukozy) i odkłada się w komórkach roślinnych w postaci ziaren – w nasionach, bulwach, kłączach itp. (do wykorzystania później jako"magazyn żywności" z nowymi zarodkami). Czasami skrobia znajduje się w łodygach (na przykład palma sago ma mączny, skrobiowy rdzeń) lub w liściach.
W ludzkim ciele
Skrobia w składzie żywności jako pierwsza dostaje się do jamy ustnej. Tam zawarty w ślinie enzym (amylaza) rozbija polimerowe łańcuchy amylozy i amylopektyny, zamieniając cząsteczki w krótsze – oligosacharydy, następnie je rozbija, a na końcu pozostaje m altoza – disacharyd składający się z dwóch cząsteczek glukozy.
M altoza jest rozkładana przez m altazę do glukozy, monosacharydu. A już glukoza jest wykorzystywana przez organizm jako źródło energii.
