녹말의 어원 및 역사

전분 또는 녹말는 알파-(1→4)-D 글리코시드 결합에 의해 결합된 다수의 글루코스 단위로 이루어진 고분자 탄수화물입니다. 이 다당류는 대부분의 녹색 식물이 에너지 저장을 위해 생산하고 있습니다. 세계적으로는 인간 식사에서 가장 일반적인 탄수화물이며 밀, 감자, 옥수수(옥수수), 쌀, 카사바(마니오) 등의 주식에 대량으로 포함되어 있습니다.

 

 

순수 전분은 하얗고 무미무취 분말로 차가운 물이나 알코올에 녹지 않는 것입니다. 그것은 선형 및 나선형 아밀로스와 분기 아밀로펙틴 두 종류의 분자로 구성되어 있습니다. 식물에 따라서는 전분은 일반적으로 아밀로스 20~25%, 아밀로펙틴 75~80%를 중량 기준으로 함유합니다. 동물 에너지 보호구역인 글리코겐은 아밀로펙틴의 보다 분기된 버전입니다.

 

공업에서 전분은 예를 들어 맥아에 의해 당으로 변환되는 경우가 자주 있습니다. 이 당류들은 맥주, 위스키, 바이오 연료의 제조로 에탄올을 제조하기 위해 발효시킬 수 있습니다. 또한 가공 전분에서 생성된 당류는 많은 가공 식품에 사용되고 있습니다.

대부분의 전분을 온수에 섞으면 밀 페이스트 등의 페이스트가 생성되며 이는 증점제, 경화제, 접착제로 사용할 수 있습니다. 전분의 주요 비식품, 공업적 사용은 제지 공정 접착제로서입니다. 동일한 페이스트, § 의류 전분은 다림질 전 특정 섬유 제품에 적용하여 단단하게 만들 수 있습니다.

어원

전분(starch)이라는 말은 게르만어의 어원에서 온 것으로 'strong, stiff, stiff'라는 뜻입니다. 현대 독일의 스타크(강도)는 수세기에 걸쳐 관련되어 주로 사용되어 왔습니다.섬유 사용 : 린넨을 짜기 위한 사이즈 실과 전분 실입니다. 전분을 뜻하는 그리스어 '아밀론'(λμνυ)도 관련되어 있습니다. 이것은 전분과 관련되거나 전분에서 유래된 몇몇 5-탄소 화합물(예를 들어, 아밀 알코올)의 프리픽스로 사용되는 루트 아밀을 제공합니다.

 

역사

밀가루로서의 타이파 뿌리줄기(고양이, 불러시)로부터의 전분알갱이는 3만 년 전으로 거슬러 올라가는 유럽의 숫돌에서 확인되었습니다. 10만 년 전 모잠비크 누갈에 동굴에서 졸감에서 추출된 전분 알갱이가 숫돌에서 발견되었습니다. 순수하게 추출된 밀 전분 페이스트는 아마도 파피루스를 접착하기 위해 고대 이집트에서 사용되었을 것입니다. 전분 추출은 AD77-79년경 플리니 더 엘더의 자연사에서 최초로 기술되어 있습니다.

 

로마인들은 또한 그것을 화장품 크림, 머리에 가루를 묻히고 소스를 두껍게 하기 위해 사용했습니다. 페르시아인이나 인도인은 고츠마이 밀 할바와 비슷한 요리를 만들기 위해 그것을 사용했습니다. 종이 표면 처리로서의 쌀 전분은 중국에서는 700년 이래 종이 생산에 사용되고 있습니다.

 

전분 산업

직접 소비되는 전분 식물 외에도 2008년까지 전 세계에서 연간 6600만 톤의 전분이 생산되었습니다. 2011년에는 생산량이 7300만 톤으로 증가했습니다.

 

EU에서는 2011년 전분 업계가 약 1100만 톤을 생산하여 약 40%가 공업 용도로 사용되고 60%가 식품 용도로 사용되고 있습니다. 2017년 EU의 생산량은 1100만 톤이었고, 그 중 9400만 톤이 EU에서 소비되었으며, 그 중 54%가 전분 감미료였습니다.

 

미국은 2017년에 약 2750만 톤의 전분을 생산했는데 그 중 약 820만 톤이 고과당 시럽, 620만 톤이 포도당 시럽, 250만 톤이 전분 제품이었습니다. 나머지 전분은 에탄올(16억 갤런) 생산에 사용되었습니다.

식물의 에너지 저장소

대부분의 녹색 식물은 반결정 입자에 채워진 전분으로서 에너지를 저장하고 있습니다. 여분의 포도당은 식물에 의해 생성되는 포도당보다 복잡한 전분으로 변경됩니다. 젊은 식물은 성장하기에 적합한 토양을 찾을 때까지 뿌리, 종자, 과실 속에 축적된 에너지로 살아갑니다.  예외는 전분이 플루크탄이눌린으로 대체된 아스텔리아과(히죽, 히죽, 해바라기)입니다. 이눌린 모양의 플루크탄은 밀, 양파, 마늘, 바나나, 아스파라거스 등의 풀에도 존재합니다.

 

광합성에서 식물은 광에너지를 사용하여 이산화탄소에서 포도당을 생성합니다. 포도당은 일반적인 대사에 필요한 화학에너지를 생성하거나 핵산, 지질, 단백질 등 유기화합물이나 셀룰로오스 등의 구조적 다당류를 만들거나 아밀로플라스트에 전분 과립 형태로 저장하기 위해 사용됩니다. 성장기의 끝에 가까워지면 싹 근처의 나뭇가지에 전분이 축적됩니다. 과일, 종자, 뿌리줄기, 괴경은 다음 성장기에 대비하기 위해 전분을 저장합니다.

 

녹조나 육생식물은 전분을 플라스티드에 저장하고 적조, 녹조류, 크립토모나드, 디노플라게레이트, 기생충 에피코플렉서는 세포졸이나 주연부에 플로리다인 전분이라고 불리는 비슷한 종류의 다당류를 저장합니다. 글루코스는 물에 녹고 친수성이며 물과 결합하여 많은 공간을 차지하며 삼투압 활성을 가집니다.

 

반면 전분 형태의 글루코스는 용해되지 않고 삼투압이 낮기 때문에 삼투압이 낮아 보다 컴팩트하게 저장할 수 있습니다. 반결정 과립은 일반적으로 아밀로스와 아밀로펙틴의 동심원상층으로 구성되어 식물의 세포 수요에 따라 생물학적으로 이용 가능하게 할 수 있습니다.

 

글루코스 분자는 쉽게 가수분해된 알파 결합에 의해 전분으로 결합됩니다. 동물보호구역의 다당 글리코겐에도 같은 종류의 결합이 보입니다. 이는 키틴, 셀룰로오스, 펩타이드 글리칸 등의 많은 구조 다당류가 베타결합에 의해 결합되어 가수분해에 훨씬 내성이 있는 것과 대조적입니다.

생합성

식물은 먼저 글루코스-1-인산 아데닐트란스페라제를 사용하여 글루코스 1-인산을 ADP-글루코스로 변환하여 전분을 생성합니다. 이 단계에서는 ATP 형태로 에너지를 필요로 합니다. 다음으로 전분 합성 효소는 1,4-α 글리코시드 결합을 통해 ADP-글루코스를 포도당 잔기의 성장 사슬에 추가하여 ADP를 해방시키고 아밀로스를 생성합니다. ADP 글루코스는 글리코겐 합성 중 글리코겐의 비환원 말단에 추가되므로 아밀로스 폴리머의 비환원 말단에 거의 확실하게 추가됩니다.

 

전분 분기 효소는 아밀로스 사슬 사이에 1,6 알파 글리코시드 결합을 도입하여 분기된 아밀로펙틴을 생성합니다. 전분 분해 효소 이소아밀라아제는 이러한 가지의 일부를 제거합니다. 이러한 효소의 몇 가지 이소폼이 존재하며 매우 복잡한 합성 프로세스로 이어집니다.

 

글리코겐과 아밀로펙틴은 비슷한 구조를 가지고 있는데 전자는 1,4알파 결합 10개당 약 1개의 분기점을 가지고 있지만 아밀로펙틴의 31,4알파 결합당 약 1개의 분기점을 가지고 있습니다. 아미노산은 ADP 글루코스에서 합성되고 포유류와 곰팡이는 UDP 글루코스에서 글리코겐을 합성합니다.대부분의 경우 세균은 ADP 글루코스(전분과 유사)에서 글리코겐을 합성합니다.

 

식물의 전분 합성 외에도 전분은 효소 칵테일에 의해 중개된 비식품 전분에서 합성할 수 있습니다. 이 무세포 생물계에서 베타-1,4-글리코시드 결합 셀룰로오스는 부분적으로 셀로비오스에 가수분해됩니다. 세로비오스 포스포릴라아제는 글루코스 1-인산과 글루코스로 분해됩니다.

 

다른 효소인 감자 알파-글루칸포스포릴라아제는 글루코스 1-포스포릴라아제에서 포도당 단위를 전분의 비환원 말단에 추가할 수 있습니다. 그 중 인산염은 내부에서 재활용됩니다. 다른 제품, 포도당은 효모에 의해 동화될 수 있습니다. 이 무세포 생물 처리는 고가의 화학물질이나 에너지 투입을 필요로 하지 않고 수용액으로 수행할 수 있으며 당질 손실도 없습니다.

 

열화

전분은 낮에는 식물의 잎에 합성되어 과립으로 저장되고 야간에는 에너지원 역할을 합니다. 효소를 분해하기 위해 접근할 수 있도록 불용성의 고분기 전분 사슬을 인산화해야 합니다. 글루칸, 수디키나아제(GWD) 효소는 글루코스 분자의 C-6 위치에서 인산화되어 사슬 1,6-α 분기 결합에 가까워집니다.

 

두 번째 효소, 포스포글루칸, 물디키나아제(PWD)는 글루코스 분자를 C-3 위치에서 인산화합니다. 이러한 효소의 상실, 예를 들어 GWD의 상실은 전분 과잉(성) 표현형으로 이어지고 전분은 인산화할 수 없기 때문에 플라스틱에 축적됩니다. 인산화 후 최초의 분해효소인 베타-아밀라아제(BAM)는 그 비환원 말단에서 포도당 사슬을 공격할 수 있습니다.

 

맥아당은 전분 분해의 주요 산물로 방출됩니다. 글루코스 사슬이 3개 이하의 분자로 구성되어 있는 경우 BAM은 맥아당을 방출할 수 없습니다. 두 번째 효소인 불균일화효소-1(DPE1)은 두 개의 말토트리오즈 분자를 결합합니다. 이 사슬에서 글루코스 분자가 방출됩니다. 현재 BAM은 나머지 사슬에서 다른 맥아당 분자를 방출할 수 있습니다.

 

이 사이클은 전분이 완전히 분해될 때까지 반복됩니다. BAM이 포도당 사슬의 인산화 분기점에 가까워지면 맥아당을 방출할 수 없게 됩니다. 인산화 사슬이 분해되기 위해서는 이소아밀라아제(ISA) 효소가 필요합니다.