Wykład 6 Fizykochemia biopolimerów - wykład 6

(1)

Fizykochemia biopolimerów - wykład 6 Anna Ptaszek

Wykład 6

Fizykochemia biopolimerów - wykład 6

Anna Ptaszek

Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego

9 października 2019

(2)

Konformacje łańcuchów

Budowa amylozy i amylopektyny

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

(3)

Konformacje łańcuchów

Jak zachowuje się łańcuch biopolimeru w roztworze?

Phys. Chem. Chem. Phys., 2012,14, 14450-14459 DOI: 10.1039/C2CP42454A

(4)

Konformacje łańcuchów

(5)

Konformacje łańcuchów

Średni promień bezwładności Rg

średnia odległość poszczególnych segmentów łańcucha od środka ciężkości biopolimeru.

Średni promień hydrodynamiczny Rh

to średni promień sfery, która porusza się po tej samej drodze co makrocząsteczka.

(6)

Struktura kłębka

Jak zachowuje się łańcuch biopolimeru w roztworze?

http://dx.doi.org/10.4236/aces.2015.52015

(7)

Struktura kłębka

Jak klasyfikuje się roztwory biopolimerów?

rozcie czony

redniorozcie czony

stężony

(8)

Struktura kłębka

Jak rodzaj rozpuszczalnika wpływa na konformację łańcuchów?

Phys. Chem. Chem. Phys., 2012,14, 14450-14459 DOI: 10.1039/C2CP42454A

(9)

Struktury wstęgowe biopolimerów a żelowanie

Zjawisko żelowania

agregaty sferycznych cz steczek

sie a cuchów wst gowych

el chemiczny wi zania kowalencyjne el ﬁzyczny

fragmenty krystaliczne

(10)

Biopolimery

hydrokoloidy

to m. in. biopolimery tworzące w wodzie roztwory koloidalne.

roztwór koloidalny

to układ najczęściej dwufazowy. Rozmiary cząsteczek fazy rozproszonej mieszczą się w zakresie 1-200nm.

Roztwory koloidalne sprawiają wrażenie jednorodnych. W przypadku makrocząsteczek, czyli cząsteczek o rozmiarach dużo większych w stosunku do rozpuszczalnika, pojedyncze łańcuchy mieszczą w wymaganym zakresie wymiarów. W tym przypadku mówimy o koloidach cząsteczkowych. Do tej grupy zaliczyć możemy większość omawianych biopolimerów.

(11)

Konformacje łańcuchów

Budowa amylozy

(12)

Konformacje łańcuchów

Rekrystalizacja amylozy (retrogradacja)

(13)

Konformacje łańcuchów

Budowa amylopektyny

(14)

Kleikowanie skrobi

niekompatybilność

amyloza - amylopektyna - woda

ogrzewanie ch odzenie

przechowywanie

(15)

Konsekwencje różnic w budowie

niekompatybilność

układ polimer 1 - polimer 2 - woda amyloza - amylopektyna - woda

(16)

Niekompatybilność - dlaczego?

Oddziaływania

biopolimerów z cząsteczkami rozpuszczalnika i innymi składnikami decydują o konformacji biopolimeru i w konsekwencji o obrazie makroskopowym roztworu.

Możemy zatem obserwować roztwór koloidalny

(pseudo-jednorodny) albo separację faz czyli podział na dwie lub więcej faz bogatszych w wybrany składnik.

(17)

Hydrokoloidy

hydrokoloidy pochodzenia roślinnego - polisacharydy

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

hydrokoloidy pochodzenia zwierzęcego - białka to m. in. żelatyna (E441) czy też białka serwatkowe.

hydrokoloidy pochodzenia mikrobiologicznego - polisacharydy to m. in. guma ksantanowa (E415) i guma gellan (E418).

(18)

Konformacje hydrokolidów w wodnych roztworach

Guma ksantanowa - polisacharyd jonowy

helisa kłębek

ogrzewanie 50^oC nie żeluje - tworzy strukturę pseudo-żelową

(19)

Konformacje hydrokolidów w wodnych roztworach

Guma ksantanowa - zmiana średniego promienia hydrodynamicznego

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

um

znormalizowana intensywnosc rozkladu

R_h

20^oC 30^oC

pm pm 1nm nm nm um um

10 100 10 100 1 10

Rh(30^oC) Rh(40^oC)

(20)

Konformacje hydrokolidów w wodnych roztworach

guma guar - polisacharyd niejonowy - sieć splątań

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 HO

H CH₂OH

H H H

H

H OH

H OH H

H H

O

(21)

Konformacje hydrokolidów w wodnych roztworach

guma guar - polisacharyd niejonowy

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

znormalizowana intensywnosc rozkladu

R_h

30^oC 40^oC

pm pm 1nm nm nm um um

10 100 10 100 1 10

Rh(30^oC) Rh(40^oC)

(22)

Konformacje hydrokolidów w wodnych roztworach

Karagen - polisacharyd jonowy

doi:10.3390/md14030042

(23)

Konformacje hydrokolidów w wodnych roztworach

Żele alginianowe

doi: 10.1039/c3sm52285g

(24)

Konformacje hydrokolidów w wodnych roztworach

Żelowanie pektyn

http://it.silvateam.com

(25)

Konformacje hydrokolidów w wodnych roztworach

Żel pektynowy

(26)

Konformacje hydrokolidów w wodnych roztworach

Żelowanie a rozpraszanie światła na łańcuchach biopolimerów

100 200 300 400

20

0 40 60 80 100 120 140

Czas elowania, min

Liczba zlicze w tys.

I.

II. III.

(27)

Konformacje hydrokolidów w wodnych roztworach

Żelowanie a rozpraszanie światła na łańcuchach biopolimerów