Äta frusen potatis

Kemisk bakgrund

Stärkelseinnehåll i potatis

I potatis finns cirka 17 % stärkelse, 78 % vatten, 2 % protein, 0.1 % fett och 1 % fibrer. Räknat på torrsubstasen utgör stärkelsen cirka 77 %. Räknat på det totala stärkelseinnehållet utgör amylos cirka 79 % amylopektin 21 %.

Potatisstärkelsen förekommer i mer eller mindre runda korn som är synliga i mikroskop. Andra växter kan lagra stärkelskorn med annan form. Det är alltså möjligt att särskilja stärkelse från olika växter genom att titta på dem i mikroskop. Potatisstärkelsen har ganska neutral smak och lukt, till skillnad från majs- och vetestärkelse som smakar mera.

Mer än hälften av de kolhydrater vi äter är stärkelse.

Amylos

Amylos är löslig i hett vatten. Amylos struktur är en kondensationspolymer av linjära (oförgrenade) kedjor med i genomsnitt 200 enheter α-D-glukos per molekyl där varje monomer är sammankopplad med α-1,4-bindningar.

Amylopektin

En annan form av stärkelse som finns i potatisen är amylopektin (amioca). En typisk amylopektinmolekyl består 1000 enheter α-D-glukos sammanlänkade i förgrenade kedjor med cirka en α-1,6-bindning per 30 α-1,4-bindningar.

Glykogen är likadan som amylopektin, men är mer förgrenad. Glykogen är en form av upplagsnäring hos djur och människor som snabbt kan omvandlas till glukos. Glykogen lagras framför allt i levern och i musklerna.

Bildning och nedbrytning av stärkelse

Varje monomer i stärkelsekedjan är bunden till nästa monomer under avspjälkning av en vattenmolekyl. Processen då molekyler sammanbinds under avspjälkning av vatten kallas kondensation.

Reaktionen kan också gå i motsatt riktning. Amyloskedjan spjälkas du upp i sina monomerer samtidigt som vatten går in. En reaktion där en polymer spjälkas under upptagande av vatten kallas hydrolys. Kondensation och hydrolys är alltså motsatta reaktioner.

Nedbrytningen av stärkelsen (hydrolysen) snabbas upp avsevärt av enzymet amylas (finns i flera varianter) som finns i potatisen. Liksom alla enzymer har amylas en optimal arbetstemperatur. Amylaset är allra effektivast vid 40 °C. Om det är för kallt sker reaktionen långsamt. Om det är för varmt förstörs enzymet genom denaturering. Vid denatureringen deformeras enzymet så att det förlorar sin katalytiska aktivitet.

När frukter mognar blir de söta. Det beror på att vid mognadsprocessen bryts stärkelsen ned, först till dextrin, sedan vidare till maltos, som består av två glukosenheter. Maltosen i sin tur bryts ned av enzymet maltas till monomeren glukos.

Industriellt modifieras stärkelse oftast genom att använda hypoklorit, ClO^-, för att med oxidation (vanligtvis i basisk miljö) spjälka stärkelsen i kortare delar. Det görs för att öka stärkelsens löslighet och ge den lämplig viskositet. Man låter inte processen fortsätta ända ner på monomernivå, utan stoppar processen på lämpligt stadium.

Svällning och gelatinisering

Stärkelse innehåller rikligt med vätebindningar. Det gör att den förmår binda vatten. Stärkelsekedjorna binder emellertid även varandra. Det gör att stärkelsen inte är vattenlöslig, även om den sväller när den binder vatten. Potatisstärkelse kan svälla så mycket som upp till 1000 ggr. Det är mycket mer än andra sorters stärkelse som "bara" sväller 20-80 ggr. Upphettning gör att bindningarna mellan kedjorna kan brytas och vatten kommer in i stället. När det sker ökar viskositeten, som t ex när man kokar kräm på potatismjöl. Upp till cirka 70 °C är svällningen reversibel.

Om temperaturen höjs ytterligare, över cirka 75-80 °C, börjar stärkelsekedjorna brytas ned. Då minskar åter viskositeten och svällningen är inte längre reversibel. Vi får en form av delvis nedbruten stärkelse som behåller sitt vatten och är relativt klar. Stärkelsen har gelatiniserats.

Jod är reagens på stärkelse

En lösning av jod (I₂) och kaliumjodid (KI) i vatten kan användas som reagens på stärkelse. Jod har ganska låg löslighet i vatten, men tillsammans med jodidjoner bildas ett komplex, kaliumtrijodid (K(I₃)), som har god löslighet.

Jodid kan även slå sig samman med 2 st jodmolekyler och bilda komplexet I₅^- med strukturen I₂–I^-–I₂. Stärkelse-molekylerna är långa kedjor uppbyggda av glukos-enheter spiralvridna i en helix. När I₃^- eller I₅^- lägger sig i helixens centrum hos amylos, den ena varianten av stärkelse, bildas ett karakteristiskt komplex med starkt blåsvart färg.

Jodlösningar används vid desinficering. På apoteket finns att köpa Jodopax som används för sårbehandling. Sår på häster, t ex, behandlas ofta med Jodopax.

Recept på reagenslösningen

Följande reagenslösning ger ett blåsvart komplex med stärkelse:

1. Lös 0,88 g kaliumjodid (KI) i cirka 3 ml varmt vatten. Rör sakta till dess saltet löst sig.
2. Tillsätt 0,22 g jodkristaller. Skaka blandningen till dess jodkristallerna löst sig.
3. Späd lösningen med vatten till 100 ml och blanda väl.

Fördjupning

Livsmedel

Maten håller igång oss

Livsmedel behövs för att hålla igång vårt biologiska maskineri. Det är via maten som vi får energi att röra oss, tänka, men också att växa och reparera våra celler i kroppen. Kroppens maskineri är oerhört komplicerat, men det klarar att styra flödena av både energi och näring till kroppens olika delar vid rätt tillfälle. Kroppen hanterar också att ta hand om de restprodukter som vi måste göra oss av med.

Processerna i kroppen när maten bryts ned, fördelas, omvandlas och görs av med, är i grund och botten kemiska reaktioner som drivs av energin i maten. Maskinen är vår biologiska kropp, men de enskilda reaktionerna är kemiska. På så sätt kan man säga att vår kropp är en kemisk maskin.

Matens ursprung

Ursprungligen hittade vi vår föda i naturen. I det moderna samhället är de flesta livsmedlen processade på något sätt. Även livsmedel som inte är processade i sig är ofta odlade eller uppfödda med metoder som skiljer sig från det som sker i naturen. Syftet är att öka produktionen och att säkerställa kvalitén.

Att livsmedlen inte är helt naturligt producerade behöver inte vara ett problem. Det är bra att vi kan producera mera med mindre resurser. Det är också bra att vi har koll på kvalitén. Men vissa saker är inte bra. Tillsatser som gör att livsmedlen får längre hållbarhet, ser mer aptitliga ut och smakar bättre är inte alltid nyttiga, även som det kan verka så.

Grunden till all produktion av livsmedel är solens energi och växternas fotosyntes. I nästa steg kan djuren äta växterna och producera kött som vi sedan kan äta, men ursprunget är växterna. Men om inte djuren och människorna fanns, så skulle växterna till slut bli utan koldioxid som de behöver för sin fotosyntes. Djur och människor andas ut koldioxid. Kropparna bryts också ned till koldioxid och mineraler när de förmultnar. Detta tar växterna hand om, ofta med svamparna som mellanled. Det hela är ett kretslopp där både växter, svampar och djur ingår. Allt levande både äter och äts. Det som får kretsloppet att hålla igång är strålningen från solen.

Tycke och smak

Genom evolutionen har vi lärt oss att välja vad som är bra med hjälp av lukten och smaken. Oftast är det som vi gillar också nyttigt. När maten är skämd, brukar den börja lukta illa, vilket gör att vi inte äter det som kan göra oss sjuka.

Men det vi tycker om är inte nödvändigtvis bra för oss. Sötma är en signal att maten är bra, vilket stämde väl när människan levde nära naturen och behövde den energi man kunde finna. Men nu finns socker i överflöd. Det blir för mycket av det goda, så att vi blir feta och får sjukdomar som karies och diabetes.

Smaken för maten är också en kulturell fråga. Den mat vi lär oss tycka om från barnsben tycker vi oftast om resten av livet. Det finns också kulturella aversioner mot vissa typer av mat. I Sverige är vi inte vana att äta insekter, men insekter är förträfflig mat som är både nyttig och miljövänlig.

Stärkelse

Fotosyntesen bygger upp en energireserv av stärkelse

Stärkelse bildas i alla växter genom fotosyntesen. Med hjälp av solljusets energi omvandlar det gröna klorofyllet i cellen koldioxid från luften och vatten från rotsystemet till den enkla sockerarten (monosackariden) glukos, som också kallas druvsocker. Den utgör byggstenarna till stärkelsen. Som en biprodukt bildas även syre.

Solenergi + 12 H₂O + 6 CO₂ → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

Om växten har gott om druvsocker kan det omvandlas till stärkelse. Stärkelse är lättare att spara och fungerar som växtens energilager.

Stärkelsens uppbyggnad och förekomst

Stärkelse och glykogen är exempel på polysackarider (poly = många). De är uppbyggda av ett stort antal monosackarider. När stärkelse ska bildas så sammanlänkas glukosmolekylerna till jättestora komplex. Stärkelse är näst cellulosa den vanligaste organiska substansen på vår jord. Stärkelse förekommer i växterna främst i frön, rötter och rotknölar och utgör en näringsreserv för den spirande plantan.

Det finns två former av stärkelse, amylos och amylopektin. Dessa stärkelsemolekyler bildar i huvudsak kristallina strukturer. Amylosen består av en enda kedja med 100 - 10 000 glukosenheter. I amylopektinet är glukoskedjan starkt förgrenad och molekylen består av cirka 100 000 glukosenheter. Dessa anses vara de största naturligt förekommande molekylerna.

I växten förekommer stärkelsen i så kallade granuler, vilka har varierande storlek och utseende beroende på växslag. Dessa granuler är mycket små, endast några 1000-dels mm. Molekylstorleken i amylos och amylopektin varierar i olika växtslag, vilket förklarar de olika egenskaperna hos stärkelseenheterna.

Svällningsegenskaper

I stärkelsegranulen (stärkelsekornet) finns vatten bundet till ungefär 1/3 av stärkelsens vikt. På grund av den kristallina strukturen i granulen är stärkelsen olöslig i kallt vatten. Vid värmebehandling förklistras stärkelsen, det vill säga den sväller under upptagande av vatten. Granulerna läcker samtidigt ut amylos, medan amylopektinet förblir olöst i granulerna. Vid den fortsatta upphettningen börjar även amylopektin frigöras från granulerna.

Svällningen av granulerna leder till viskositetsökning och genomskinligheten minskar. Man säger att stärkelsen gelatineras - bildar en gel. Viskositeten når sitt maximum när granulerna är maximalt uppsvällda utan att ha sönderfallit.

Starttemperaturen för gelbildningen i de olika stärkelsesorterna är

• 53-54 grader för potatis
• 56-61 för vete
• 58-63 för majs

Vidare uppvärmning gör att granulerna sönderfaller när stärkelsen går i lösning. Samtidigt minskar viskositeten.

Vid avkylning blir stärkelsegelen fastare, med undantag för potatisstärkelsen, som ger en tunn och klistrig gel. Mekanisk bearbetning, till exempel mycket kraftig vispning, påverkar också viskositeten så att gelen blir tunnare.

Retrogradering

Molekylerna i en stärkelselösning som svalnar har en tendens att kristallisera. Denna effekt är tydligast för amylos som har linjära kedjor som kan lägga sig vid varandra. Stärkelsekristallisationen benämns retogradering. Den retrograderade stärkelsen blir fastare och går till slut att dela med kniv, speciellt om andelen amylos i stärkelsen är hög.

Vid retrograderingen har gelen en tendens att avge överskottsvatten. Det kan vara till fördel t ex när det gäller att få en pudding att stelna, men det kan vara till nackdel om det är önskvärt att så mycket vatten som möjligt ska vara bundet, som i mjukt bröd. Bröds åldrande förklaras delvis av den här effekten.

Matspjälkning

När vi tuggar kokt potatis eller bröd (som ju också värmebehandlats) blandas stärkelsen med saliv. Saliv innehåller ett ämne som påbörjar stärkelsens nedbrytning och maltos bildas. När födan når tolvfingertarmen spjälkas kvarvarande stärkelse av enzym från bukspott. Den bildade maltosen spjälkas slutligen till glukos (druvsocker) av ett enzym från tolvfingertarmens slemhinna. Glukosen upptas av blodet.

Vid tillagning har stärkelse en benägenhet att bilda resistent stärkelse på grund av retrogradering. Denna stärkelse uppstår exempelvis vid kokning och efterföljande avsvalning av ris. Resistent stärkelse bildas även när bröd åldras. Resistent stärkelse bryts inte ner förrän i tjocktarmen vilket gör att den kan räknas som kostfiber.

Modifierad stärkelse

Stärkelse är framför allt en viktig ingrediens i många livsmedel, men används också i tekniska sammanhang, exempelvis som bindemedel i papper. Oftast är stärkelsen modifierad för att förbättra gelatiniseringsegenskaperna, men även löslighet, tålighet mot temperaturförändringar, hållbarheten och andra egenskaper kan förbättras. Modifieringen kan ske med mekanisk bearbetning, men hjälp av enzymer eller på kemisk väg. Ett exempel på modifierad stärkelse är dextrin (E1400), som är en löslig form av stärkelse.

Glykogen kallas ibland djurstärkelse

Våra celler kan också lagra druvsocker. Druvsockermolekylerna kopplas då ihop till så kallad glykogen och utgör vår näringsreserv. Glykogen lagras i våra muskler och i levern där det snabbt kan sönderdelas till druvsocker när vi behöver energi. Trots att glykogen är uppbyggd av glukosmolekyler precis som stärkelse så är det inte stärkelse, men har likheter med framför allt amylopektinet i stärkelsen. En glykogenmolekyl kan innehålla 6 000-30 000 glukosenheter.

Reagens med stärkelse och jod

Stärkelse kan användas som reagens för att påvisa jod. Omvänt kan en jodlösning användas som reagens för att påvisa stärkelse.

Blåfärgning fås med trijodid och pentajodid

En stärkelselösning kan användas som reagens på förekomsten av jod. Det är dock inte jodmolekylen I₂ som detekteras. För att en blåfärgning av stärkelsen ska ske så måste det finnas ett komplex av jod med 3 eller 5 atomer, trijodid (I₃^–) eller pentajodid (I₅^–). Trijodid och pentajodid bildas genom sammanslagning av I₂ och I^–. Därför måste det finnas både jod och jodid i lösningen.

Det kraftigt blåsvarta komplexet med stärkelse bildas när I₃^- eller I₅^- lägger sig inuti stärkelsespiralen.

Den kraftiga blåfärgningen beror på att jod-stärkelsekomplexet absorberar gult ljus mycket starkt. Det räcker med en mycket liten mängd av komplexet för att man ska se den blå färgen.

Användning av reagenset

Eftersom omvandlingen mellan jod och jodid är en redoxreaktion, så kan jod tillsammans med stärkelselösning användas som indikator på omslagspunkten för redoxtitreringen. Ofta använder man en metod som kallas jodometrisk titrering där natriumtiosulfat används som titrator.

Man kan säga att stärkelse är reagens på jod. Men man kan lika gärna säga att jod är reagens på stärkelse. En tillämpning är att spraya jodlösning på diskat porslin. Om det är dåligt diskat, så får man blåfärgning på porslinet. Det är nämligen så att nästan alla maträtter vi äter innehåller kolhydrater i form av stärkelse.