Sund stivelse og vegetabilsk vingummi - Inspirationsdag ...

More documents

Recommendations

Info

anvendelser for stivelse, som er en stadigt vigtigere råvare i både fødevareindustrien og den kemiske industri. Til disse formål skal stivelsen have specielt designede kemisk strukturer. Det kan opnås ved kemisk eller fysisk modificering af stivelsen, men nu prøver man på at udvikle alternative metoder, som er både mere effektive og mere miljørigtige. Dels udvikles metoder til enzymatisk modifikation af de former for stivelse, som planter normalt producerer. Dels forsøger man at ændre biosyntesen af stivelse direkte i planterne. Stivelse i fødevarer – ernæring og sundhed Stivelse er uhyre udbredt i fødevarer og udgør størstedelen af energiindholdet i basisfødevarer som ris, majs og hvede samt kartofler og kassava. På grund af fattigdom får befolkningen i mange ulande meget lidt kød og få grønsager. Kosten består hovedsageligt af en eller flere stivelsesrige basisfødevarer, og næsten hele kalorieindtaget stammer fra stivelse. Man får den nødvendige energi, men den ensidige kost er uheldig, og mangel på vitaminer og mineraler er meget udbredt. I den rige del af Verden associeres et stort indtag af stivelse med andre helbredsmæssige problemer. I følge Statens Institut for Folkesundhed er omkring 600.000 danskere svært overvægtige. Der er sket en fordobling 2 planteforskning.dk Sundhed og miljø af antallet af fede danskere siden 1994 og mange lider af fedmerelaterede livsstilssygdomme med tab af livskvalitet og store samfundsmæssige omkostninger til følge. I en del år har der været fokus på fedt i kosten, og et væld af lightprodukter er i dag på markedet. Alligevel øges antallet af overvægtige, og kulhydrater – især sukker og stivelse – i kosten har fået en del af skylden. Indtag af store mængder stivelse kan medføre udsving i blodets indhold af glukose, præcis som ved indtag af rent sukker. Sådanne udsving er i nogle undersøgelser blevet associeret med øget risiko for at udvikle bl.a. type-2diabetes og hjertekarsygdomme. Nogle ernæringsforskere mener desuden, at også appetitreguleringen påvirkes, og at store udsving i blodsukkerniveauet kan føre til dårlig appetitregulering og overvægt. Der findes imidlertid mange forskellige typer af stivelse (Faktaboks 1), og der er stor forskel på, hvordan de nedbrydes og optages i mave-tarmsystemet. I de fleste forarbejdede fødevarer findes stivelsen i en meget lettilgængelig form. Andre fødevarer, for eksempel rå grønsager og frugt, især bananer, har såkaldt resistent stivelse. Resistent stivelse nedbrydes kun i beskedent omfang af de enzymer, som findes i mund, mavesæk og tyndtarm. Det nedbrydes først i tyktarmen, hvor det ernærer mikrofloraen og ikke mennesket. Denne form for stivelse Faktaboks 1. Stivelseskorn Stivelse er et polysakkarid, der fortrinsvis består af lange kæder af glukose. Stivelsesmolekyler er blandt naturens største molekyler, og et enkelt molekyle kan indeholde flere millioner glukoseenheder. De lange glukosekæder kan være mere eller mindre forgrenede. Stivelsesmolekyler med få eller ingen forgreninger kaldes amylose, mens forgrenede molekyler kaldes amylopektin. I planter lagres stivelsen i stivelseskorn, hvor glukosekæderne er mere eller mindre tæt pakket. Amylopektin kan danne dobbelthelixer, som ordner sig i koncentriske krystallinske lag i stivelseskornene, og amylose lægger sig ind imellem de krystallinske amylopektinlag. I nogle plantearter indeholder stivelsen fosfat, som sidder bundet til glukosen. Kartoffelstivelse indeholder meget fosfat, mens majsstivelse er næsten helt fri for fosfat. Stivelse, som indeholder meget fosfat, er ikke pakket så tæt som stivelse uden fosfat. Det er fortrinsvis den fysiske pakning af stivelseskæderne, der er afgørende for, om stivelsen er resistent eller letnedbrydelig, men stivelsens kemiske struktur, dvs. forgreningsgrad og molekylevægt, har også betydning. Meget tæt pakket stivelse (rå stivelse i de naturlige stivelseskorn eller re-krystalliseret stivelse) er resistent mod nedbrydning. I varm vandig opslemning opløses de krystallinske strukturer i stivelseskornene, og stivelseskæderne danner en geleagtig substans og bliver lettilgængelige for nedbrydende enzymer. Rå stivelseskorn fra kartoffel set i almindeligt lys (tv) og med polariseret lys (th). I almindeligt lys ses de koncentriske krystallinske lag. I polariseret lys ses de såkaldte malteserkors, hvoraf man kan udlede, at stivelseskæderne er rettet radialt fra udgangspunktet til overfladen. december 2009
har således en effekt svarende til opløselige kostfibre, idet den ikke øger blodsukkeret, ikke feder og beskytter mod f. eks. type 2 diabetes, tyktarmsbetændelse og kræft. I fødevareindustrien bruges modificeret stivelse i vid udstrækning som emulgatorer, så man kan få vand og fedt til at forblive sammen. Særligt designet stivelse tilsættes f.eks. for at give fedtfattige produkter en passende konsistens. Stivelse, der er modificeret for at øge processtabilitet og for at generere en specifik funktionalitet, er en velkendt ingrediens i mange fødevarer. Nogle af disse modificeringer er beskrevet herunder. Stivelse kan også erstatte visse animalske produkter. I dag bruges gelatine, som er udvundet af hud og bindevæv fra grise til at give en passende konsistens i vingummi mv. For eksempel kan man bruge modificeret stivelse til at stivne slik. For at give den rigtige konsistens behandles stivelsen med amylomaltase, et enzym som flytter stivelseskæderne rundt i molekylet. Efter denne behandling kan stivelsen danne en gel, som smelter i munden, præcis som gelatine. Stivelse som råstof i industrien I papirindustrien har stivelse i høj grad erstattet oliebaserede og potentielt miljøskadelige kemikalier, som tidligere blev brugt til fremstilling af glittet papir. Man er også begyndt at bruge stivelse til fremstilling af biologisk nedbrydelig emballage. Stivelse fra planter bruges også i medicinalindustrien bl.a. til overtrækning af piller. Stivelse er en polymer, som har mange egenskaber tilfælles med polymerer eller plastik, som er produceret ud fra mineralolie. Med særlige stivelsestyper som råstof, kan der dannes plastlignende materialer, hvor stivelsen bliver gummiagtig og gennemsigtig, når den er varm, og meget hård, når den er kold. For at give produktet de ønskede egenskaber tilsættes ofte stoffer, såkaldte blødgørere, som gør polymeren bøjelig. Både sukker og glycerol kan fungere som blødgørere, men stivelsens struktur er også vigtig. Vi kan nu producere kartofler med stivelse, der har meget lange sukkerkæder og meget fosfat på disse kæder. Denne type af stivelse kan blødgøre sig selv og danner temmelig hårde og komposterbare materialer. Og så kan den stadigvæk spises. Stivelsens fysiske og kemiske egenskaber Forholdet mellem amylose og amylopektin samt mængden af fosfat har stor betydning for stivelsens fysiske egenskaber. De former for stivelse, som planterne danner, har sjældent præcis de egenskaber, som efterspørges i industrien. For at gøre plantestivelsen egnet til specifikke formål, ændres stivelsens struktur derfor ved hjælp af fysiske og kemiske processer. Stivelse, der er opløselig i koldt vand, kan fås ved fysisk modificering f eks. pregelatinisering, hvor stivelsen gelatiniseres ved opvarmning og derefter spraytørres. Nogle typiske kemiske modifikationer er oxidering, delvis nedbrydning ved syrefortyndning, kemisk inducerede 3 planteforskning.dk Sundhed og miljø krydsbindninger eller påsætning af acetylgrupper eller hydroxygrupper. Modificering af stivelse med enzymer Kemisk og fysisk modificering af stivelse kræver meget energi og ofte er den industrielle proces ikke miljøvenlig. For at kunne fremstille miljøvenlige former for modificeret stivelse til nye, nyttige formål forskes der i at modificere plantestivelse ved hjælp af enzymer frem for kemikalier. Man kender en lang række enzymer fra mikroorganismer eller dyr, som kan klippe stivelsens glukosekæder i mindre stykker, og man kender også enzymer, der kan flytte rundt på kæderne eller lave nogle af de ændringer som efterspørges. De mikrobielle enzymer er dog langt fra tilstækkelige. Da planternes stivelseskorn er meget kompakte, kan disse enzymer kun ændre de yderste molekyler i et stivelsekorn. Et vigtigt trin tidligt i processen er derfor en ændring af stivelseskornenes pakning. Hidtil har man hverken fundet mikrobielle eller animalske enzymer, som kan ”åbne” stivelseskornene effektivt. I industrien er man derfor nødt til at varme stivelsen op og køle den ned igen før videre processering. For få år siden blev det påvist, at pakningen af stivelseskornene i planters frø, blade og lagerorganer ændres ved, at der sættes fosfatgrupper på glukosekæderne. Det blev også påvist, at denne fosforylering er nødvendig for effektiv nedbrydning af stivelseskornene. En lang række enzymer medvirker til nedbrydning af stivelse i spirende frø eller knolde, eller når planter er i mørke og behøver energi. De lange kæder af glukose klippes over af hydrolytiske enzymer (amylaser) og bliver til sidst fordøjet til glukose, som skal fosforyleres for at kunne gå videre i metabolismen. Plantens egne enzymer kan komme til at spille en stor rolle for udvikling af miljøvenlige metoder til fremstilling af modificeret stivelse, og man har derfor ledt efter enzymer, som har disse funktioner i planten. Som beskrevet er der ofte behov for at tilføre ekstra fosfatgrupper til stivelsen. Stivelsen bliver meget fosforyleret lige før, den skal nedbrydes i planten, og vi er nu i gang med at identificere og karakterisere de enzymer, som modificerer stivelsen i levende planter. Vi har karakteriseret enzymet AtGWD3 fra modelplanten Arabidopsis (Faktaboks 2). Dette enzym sætter fosfatgrupper på stivelsen i starten af nedbrydningen af et stivelseskorn og sørger for, at den krystallinske struktur brydes op. Derefter kan amylaser hydrolysere stivelsen, og fosfataser kan fjerne fosfatgrupperne. Modificerede planter Enzymatisk modifikation af stivelse ventes at erstatte mange af de kemiske processer, som anvendes i dag. En anden strategi er at ændre på biosyntesen af planternes stivelse, så de producerer netop de former for stivelse som efterspørges af industrien. Vi kender en del af de enzymer, som medvirker til biosyntesen af stivelse i planter, og ved at december 2009
Page 1: Sund stivelse, vegetabilsk vingummi
Page 5 and 6: ændre på disse enzymers aktivitet
Page 7: 7 planteforskning.dk Sundhed og mil

Sund stivelse og vegetabilsk vingummi - Inspirationsdag ...

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?