Wykład 5 Fizykochemia biopolimerów - wykład 5

(1)

Fizykochemia biopolimerów - wykład 5 Anna Ptaszek

Wykład 5

Fizykochemia biopolimerów - wykład 5

Anna Ptaszek

Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego

9 października 2019

(2)

Czym są biopolimery?

To polimery pochodzenia naturalnego.

Należą do nich polisacharydy i białka.

(3)

Polisacharydy

Skrobia to mieszanina wielu polisacharydów.

Do głównych jej składników należą liniowa amyloza i rozgałęziona amylopektyna.

(4)

Amyloza

(5)

Amylopektyna

(6)

Struktura granuli skrobiowej

(7)

Struktura granuli skrobiowej

http://polysac3db.cermav.cnrs.fr/home.html

(8)

Struktura granuli skrobiowej

http://polysac3db.cermav.cnrs.fr/home.html

(9)

Biopolimery

pochodzenia roślinnego - polisacharydy

to m. in. guma guar (E412), guma arabska (E414), karagen (E407), pektyny (E440).

pochodzenia zwierzęcego - białka

to m. in. żelatyna (E441) czy też białka serwatkowe.

mikrobiologicznego - polisacharydy

to m. in. guma ksantanowa (E415) i guma gellan (E418).

(10)

Biopolimery polisacharydowe

Guma ksantanowa - polisacharyd jonowy

O

n O

O

O O

O

O O

OH OH OH

OH

OH OH

OH

CH2OH CH2OH

CH2OCCH3

OCH 2 C

O CH

2

OH O H

H H

H

H H

H H H

H H H H

H

H H H H

H COO−

COO−

(11)

Biopolimery polisacharydowe

Karagen - polisacharyd jonowy

O CH2OH

O

O CH2

O

OH

−O 3S O

O

n

−O 3S O

(12)

Biopolimery polisacharydowe

karboksymetyloceluloza - polisacharyd jonowy

(13)

Biopolimery polisacharydowe

pektyny - polisacharyd jonowy

(14)

Biopolimery polisacharydowe

guma guar - polisacharyd niejonowy

O

O O

O

O O

O

OH H H H

CH3 O

H H

H O

CH₃

H

H HO H CH₂OH

CH₂OH H

H

H H H H

HO

HO OH

OH

HO HO

HO

CH₂OH H

H HO CH₂OH

H

H H

H

H OH

H OH H

H H

O

(15)

Biopolimery polisacharydowe

mączka chleba świętojańskiego - polisacharyd niejonowy

(16)

Biopolimery polisacharydowe

guma konjac - polisacharyd niejonowy

(17)

Parametry molekularne biopolimerów

Średnia masa cząsteczkowa

Ze względu na ”biologiczne” pochodzenie, hydrokoloidy polisacharydowe charakteryzują się dużym rozrzutem długości łańcuchów. Z tego powodu nie używa się pojęcia masy molowej czy też masy cząsteczkowej. Dla biopolimerów wyznacza się doświadczalnie rozkład mas cząsteczkowych (długości łańcuchów) i w efekcie średnią masę cząsteczkową.

M_w średnia wagowa masa cząsteczkowa M_n średnia liczbowa masa cząsteczkowa

(18)

Średnia wagowa masa cząsteczkowa

Niektóre właściwości roztworów zależą od udziału

cząstek/łańcuchów większych stąd korzysta się ze średniej wagowo masy cząsteczkowej.

Mw = P

iMi· m_i

m_i (1)

Mi - masa cząsteczkowa i -tego składnika mieszaniny m_i - masa biopolimeru o masie cząsteczkowej M_i

(19)

Średnia liczbowa masa cząsteczkowa

Mn= P

iMi· n_i P

in_i (2)

M_i - masa cząsteczkowa i -tego składnika mieszaniny ni - liczba moli biopolimeru o masie cząsteczkowej Mi

(20)

Współczynnik dyspersji

P_d = M_W

M_n (3)

(21)

Rozkłady mas cząsteczkowych

Amyloza

0 0.5 1 1.5 2

10³ 10⁴ 10⁵ 10⁶

dw/d(log(M))

M

Am yloza ziemniaczana

Mw= 35,2kg/m ol Mn=22,6kg/mol

(22)

Rozkłady mas cząsteczkowych

Mw=3 700kg/mol Mn= 600kg/mol

0 0.5 1 1.5 2

10³ 10⁴ 10⁵ 10⁶ 10⁷ 10⁸

dw/d(log(M))

M 0

0.5 1 1.5 2

10³ 10⁴ 10⁵ 10⁶ 10⁷ 10⁸

amylopektyna ziemniaczana

(23)

Rozkłady mas cząsteczkowych

Mw=2 500kg/mol Mn= 233kg/mol

0 0.5 1 1.5 2

10³ 10⁴ 10⁵ 10⁶ 10⁷ 10⁸

dw/d(log(M))

M 0

0.5 1 1.5 2

10³ 10⁴ 10⁵ 10⁶ 10⁷ 10⁸

skrobia ziemniaczana

(24)

Tabela: Parametry molekularne skrobi o różnej zawartości amylozy (AM).

skrobia Mw, kg/mol Mn, kg/mol Pd

amyloza ziemniaczana 35,2 22,6 1,6

woskowa ziemniaczana 3 692 601 6,1

ziemniaczana 2 471 233 10,6

(25)

Tabela: Parametry molekularne skrobi o różnej zawartości amylozy (AM).

skrobia Mw, kg/mol Mn, kg/mol Pd

amyloza ziemniaczana 35,2 22,6 1,6

woskowa ziemniaczana 3 692 601 6,1

ziemniaczana 2 471 233 10,6

kukurydziana 14 200 7 400 1,9

woskowa kukurydziana 35 710 18 653 1,9

amyloskrobia 345 33,5 10,3

(26)

Średnie masy cząsteczkowe

Tabela: Parametry molekularne skrobi modyfikowanych.

skrobia M_w, M_n, P_d

kg/mol kg/mol amyloskrobia fosforylowana 393 33,5 11,7

acetylowana amyloskrobia 428 34,7 12,3 amylopektyna fosforylowana 2 043 121 16,8 acetylowana amylopektyna 2 871 969 3,0

acetylowana ziemniaczana 977 79 12,3 ziemniaczana fosforylowana 2 470 233 10,6

(27)

Rozkłady mas cząsteczkowych

hydrokoloidy nieskrobiowe polisacharydowe

0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009

j.u.

(28)

Metody wyznaczania średnich mas cząsteczkowych

chromatografia żelowa równowaga sedymentacyjna rozpraszanie światła

ebuliometria kriometria osmometria wiskozymetria

(29)

Kilka słów o chromatografii żelowej

(30)

Kilka słów o chromatografii żelowej

(31)

Kilka słów o sedymentacji równowagowej

(32)

Kilka słów o rozpraszaniu światła

(33)

Kilka słów o rozpraszaniu światła

(34)

Kilka słów o rozpraszaniu światła

www.polyanalytic.com

(35)

Kilka słów o rozpraszaniu światła

www.spbu.ru