עמילן – מהצמח לצלחת

21 01 2017

בעקבות שאלה שנשאלתי לאחרונה, יצא לי לקרוא כמה מאמרים מרחיבי-אופקים בנוגע לעמילן. כמה כבר אנחנו יודעים על רב-הסוכר הנפוץ הזה? ממה שאני זכרתי לפני הקריאה, עמילן זה החומר הזה שמשתמשים בו כדי לגרום לכביסה שלך לצאת קריספית. מה לא? חוצמזה זה גם החומר הזה שיש בתפוחי אדמה, נו, זה שאמא תמיד אומרת שהוא יותר בריא מלאכול סוכר לבן (או 'פחמימות ריקות' כמו שאוהבת לקרוא להם זוגתי שתחיה). אוקי, עד כאן נשמע הגיוני; עמילן זו צורה מסוימת של סוכר. נוסיף גם את מה שאני זוכר מהתואר; שעמילן היא מולקולה של רב סוכר שעשוי מגלוקוז, שמשמשת צמחים כדי לאחסן סוכר בצורה זמינה לשימוש (בניגוד לתאית, נניח, שבה הסוכר אינו נוח לפירוק, ובניגוד לגלוקגון שהוא המקבילה בבעלי חיים).

השאלה שנשאלתי נגעה לנושא 'עמילן עמיד', או Resistant Starch. 

אז למה בעצם הכוונה? מסתבר שעמילן לא נספג כולו במהלך העיכול. למעשה יש את העמילן הזמין – זה שמתעכל בקלות במערכת העיכול שלנו והופך לסוכרים זמינים לכל דבר – ויש עמילן אחר, שעליו לא ידעתי כלל, שאינו נספג מסיבות שונות, ולכן במערכת העיכול שלנו יש חיידקים שונים שנהנים לפרק אותו, לצרוך אותו ולגדול עליו בהנאה רבה. אז בעצם, אותו עמילן 'עמיד' מתנהג כמו סיבים תזונתיים; יש לו אפקט משלשל קל, ובכמויות גדולות הוא גורם לנפיחות (אולי זה מזכיר לכם למה תמיד אומרים לשטוף ו\או להשרות את השעועית, האורז והאפונה לפני השימוש..)

אז מה זה בעצם עמילן בכלל?

עמילן הוא רב-סוכר, כלומר מולקולת ענק שמורכבת מחזרות על מולקולות של סוכר (במקרה הזה גלוקוז – חד-הסוכר הנפוץ והשימושי ביותר). צמחים מייצרים עמילן על מנת לאגור כמות גדולה של מולקולות של גלוקוז בצורה שזמינה להם. בצמחים, עמילן קיים בגרגירים (Granules) שגודלם לרוב נע בין 1-100 מיקרון בהתאם לצמח שמייצר את הגרגיר.

slide52

עמילוז (משמאל) ועמילופקטין (ימין). מקור

בדרך כלל עמילן מתחלק לשתי סוגי מולקולות – עמילוז, שהוא מולקולה ישרה וארוכה שעשויה משרשרת של ~1000 יחידות של גלוקוז, ועמילופקטין, שהוא שרשרת מפוצלת שמכילה לרוב בסביבות ~4000 יחידות של גלוקוז. מולקולות של עמילוז יכולות להפוך למולקולות של עמילופקטין ולהיפך באמצעות פעולתם של אנזימים שמחברים ו\או מסירים שרשראות צדדיות מהשרשרת העיקרית של גלוקוז. גרגירי העמילן מכילים כמות גדולה של מולקולות אלה בדחיסות גבוהה ובמבנה רדיאלי ייחודי שמגביל את הגישה אל המולקולות.

למה זה טוב?

טוב, חוצמזה שתמיד כדאי לארוז דברים ככה שיהיה סדר, חשוב לזכור שכשאנחנו מדברים על הסביבה הביולוגית, הכיאוס שולט. מולקולות של רב-סוכר הן חוטים ארוכים ודביקים, ואם נותנים להם להסתובב איך שהן רוצות הן נוטות להפוך את הסביבה המימית לג'ל בגלל היווצרותם של קשרי צילוב בין החוטים. יש גם ניסוי מאד נחמד שעושים בחטיבת הביניים – יצירה של 'נוזל לא ניוטוני' באמצעות קורנפלור (קמח תירס שמכיל כמות גדולה של עמילן). בקיצור – מנקודת מבטו של הצמח, אי אפשר לתת לחוטים האלה להתרוצץ, ולכן יש לארוז אותם, ורצוי כמה שיותר הדוק ובלי מולקולות מים 'תקועות' באמצע.

לצורך כך, הצמח מפתל את 'חוטי' העמילן לסלילים; את הסלילים עורמים אחד על השני עד כמה מסודר שאפשר. קשרים צולבים בין סלילים שמבוצעים על ידי אנזימים ייעודיים לכך מאפשרים למולקולה להארז בצורה שנוחה לצמח, ובסופו של דבר מתקבל גרגיר (ראו תמונה להלן).fbioe-03-00136-g001

היווצרות של גרגיר עמילן. למעלה, מולקולה של עמילופקטין; הקשר הסוכרי של השרשרת העיקרית (קשר 1,4) שונה מהקשר אל שרשרת-הצד (קשר 1,6). למטה, היווצרות המבנה הגבישי של הגרגיר. מקור

גרגירים, סבבה. איפה כאן הבעיה?

אז כפי שאמרנו קודם לכן, יש עמילן, ויש עמילן 'עמיד'. ובעמיד, הכוונה היא עמיד לעיכול; כזה שבמקום שאנחנו נעכל אותו ונהנה מהערך התזונתי שלו, נשאר במערכת העיכול שלנו בתור סיבים והופך להיות מצע נוח לחיידקים במעי. בכמויות סבירות זה לא דבר רע (בביולוגיה הכל תלוי מינון, ולא סתם אומרים שצריך לאכול סיבים תזונתיים), אבל בכמויות גדולות זה גורם לבעיות שונות, וכמובן שהמינון המתאים משתנה מאדם לאדם בהתאם להרכב הביוטה של המעי ולמצבים רפואיים שונים.

בגדול, מחלקים את העמילן ה'עמיד' לארבעה סוגים שונים:

RS1 – עמילן שאינו נגיש פיזית לאנזימים מכיוון שהוא 'לכוד' בתוך מטריצה שאינה ניתנת לעיכול;
RS2 – עמילן שלא עבר ג'לטיניזציה (הסבר על ג'לטיניזציה בהמשך);
RS3 – עמילן שעבר רטרוגרדציה (Retrograded starch);
RS4 – עמילן שעבר מודיפיקציה כימית (שלא ארחיב עליו כאן כי אינו רלוונטי לכתבה זו).

טוב, אז בואו נתחיל מההתחלה; הסוג הראשון של עמילן פשוט אינו נגיש לאנזימי העיכול כי הוא, ובכן, תקוע. איפה? למשל, תקוע עמוק בתוך גרגיר עמילן, ובזמן שהאנזימים מגרדים את פני השטח של הגרגיר, הגרגיר נישא לו בשלווה דרך מערכת העיכול ומופרש לפני שהאנזימים מספיקים להגיע אל החלק הפנימי. גם לפרק עמילן לוקח זמן ואנזימים הם לא סופרמן, מה עוד שהם תלויים בכך שהסביבה שלהם תהיה מימית (ביולוגיה: החיים שלך בתמיסה), וכפי שאמרנו העמילן בתוך הגרגיר ארוז בצורה הדוקה שאינה מאפשרת למולקולות מים לחדור פנימה.

וזה מביא אותנו לסוג השני של עמילן עמיד. בתהליכי בישול תעשייתיים (והרבה פעמים גם בבישול ביתי), אנחנו מעבירים מזונות שכוללים עמילן שלב שנקרא 'ג'לטיניזציה' (Gelatinization). שלב זה מאופיין בכך שמחממים את העמילן בסביבה מימית – במטבח שלכם תהליך זה ידוע בתור 'בישול' – לרוב בטמפרטורות שנעות בין 40 ל-120 מעלות צלסיוס. החימום גורם לעמילן 'להיפרם' מהמבנה ההדוק, מולקולות המים חודרות אל תוך המבנה ומאפשרות למולקולות העמילן לצאת אל הסביבה המימית וכך להיות נגישות לאנזימים. בנוסף, מכיוון שכפי שאמרנו מולקולות העמילן הן 'חוטיות' מטבען, ובגלל שהן עשויות מסוכר הן גם דביקות, בשלב זה עשויה להיווצר רשת של חוטי עמילן בתוך הפאזה הנוזלית, מה שמשנה את מרקם המזון למרקם ג'לטיני יותר (תחשבו למשל על הפעם האחרונה שהכנתם מרק אפונה, או תבשיל עם שעועית… לאחר בישול ארוך, התבשיל הופך להיות סמיך יותר ובעל מרקם שונה משל מים בגלל מולקולות העמילן. תחשבו גם על הפעם שהוספתם קורנפלור לתבשיל כדי להסמיך אותו – זה בדיוק התוצאה; רשת תלת-מימדית של חוטים שקשורים אל מולקולות המים ונותנים לתמיסה מרקם ג'לטיני). כמובן שבהתאם למקור שממנו מגיע העמילן, לא כל העמילן בהכרח עובר ג'לטיניזציה ויוצא מהגרגירים ולכן עמילן שנשאר בגרגירים הינו עמיד יותר לפעולת העיכול.

הסוג השלישי של עמילן עמיד הוא מעניין במיוחד (לפחות מבחינה מדעית). זאת מכיוון שלאחר שלב הג'לטיניזציה, כשמאפשרים לתמיסה להתקרר, העמילן נוטה להיצמד מחדש לעצמו באיטיות בתהליך שנקרא רטרוגרדציה (Retrogradation). בתהליך זה מולקולות עמילן נצמדות אחת לשניה (ולעצמן) באמצעות יצירת קשרי מימן בין המולקולות, והמבנה שנוצר הוא יציב, ובמידה ויש לו מספיק זמן מולקולות מים נפלטות ממנו (תהליך שמכונה 'ייבוש'.. אפילו שהסביבה עדיין נשארת מימית, כמובן), מה שמייצב עוד יותר את המבנה וכאמור – מונע פעולה של אנזימי עיכול על העמילן. מבנים אלה גם יציבים מאד מבחינה תרמית וכדי לפרק אותם צריך לרוב לחמם לטמפרטורות גבוהות (80-150 מעלות צלסיוס). למעשה תהליך הרטרוגרדציה דומה מאד למה שמתרחש ביצירת גרגיר העמילן, רק שכאן מולקולות העמילוז יוצאות קודם מהגרגיר, יוצרות סלילים ונכנסות למבנה גבישי ללא היצירה של קשרי שרשרת צד כמו במולקולות עמילופקטין. סוג זה של עמילן קיים במוצרי מזון רבים כמו למשל דגנים ולחמים. כמו כן, נראה שקיומו של עמילופקטין 'מפריע' ליצירת עמילן שעבר רטרוגרדציה בצורה זו, וכשמוציאים את העמילופקטין או משתמשים בסוגי עמילן שמכילים אחוז גבוה יותר של עמילוז ניתן להגיע לכמויות גדולות יותר של עמילן שעבר רטרוגרדציה. מצב זה קיים בסוגי תירס מסוימים שמשמשים ליצירת מוצרי מזון תעשייתיים רבים. כמו כל דבר בביולוגיה, הכל כאן הוא ענין של מינונים; לסוג זה של עמילן יש יתרונות מהותיים כמרכיב במוצרי מזון תעשייתיים, מכיוון שהוא אינו מתנהג בדיוק כמו סיבים תזונתיים שאינם מסיסים (למשל גואר); הוא אינו מופיע במדידה הרגילה שבה משתמשים על מנת לזהות סיבים תזונתיים במזון (שיטת AOAC\AACC – פרטים כאן), ולמעשה אינו סוג ספציפי של חומר, אלא מצב שבו נמצא העמילן שאינו מאפשר ספיגה שלו במעי הדק בדומה לעמילן רגיל. בצורה כזו הוא עובר את המעי הדק ועובר פרמנטציה במעי הגס, שם הוא מתנהג כמו סיבים תזונתיים במובן שהוא מאפשר צמיחה של חיידקים (לרוב פרו-ביוטיים) ומשרה אפקטים דומים לאלו של סיבים תזונתיים. במקביל, הוא אינו סובל מכמה מהחסרונות של סיבים תזונתיים רגילים בייצור מזון תעשייתי (קרי: פגיעה בטקסטורת המזון).

עדיין לא אמרת איפה כאן הבעיה

אהמ, נכון. טוב, מנקודת מבט של ייצרן מזון הכל טוב ויפה, מצאנו כאן שאפשר באמצעות תהליך ייצור תעשייתי להפוך עמילן לסוג עמיד של עמילן שמתנהג כמו סיבים תזונתיים. אבל בביולוגיה כמו בביולוגיה, הכל ענין של מינון. יש אנשים שהפרוביוטיקה במעי שלהם עושה להם צרות; החל מנפיחות יתר (תיזכרו ביום אחרי החמין..) וכלה במצבים שבהם מחלות אוטואימוניות כמו קרוהן ודומיה תלויים קשר הדוק למצב הפאונה במעי הגס. במצבים כאלה, אנחנו לאו דווקא מעוניינים לספק לאוכלוסיית המעי שלנו מצע נוח (וטעים) לגדול עליו; כאמור יש אנשים שבודקים בקפידה את כמות הסיבים התזונתיים בתזונה שלהם – שצורכים מזונות לא מעובדים, פליאו וגו' – במקרים כאלה כדאי לדעת שמזונות מעובדים שמכילים עמילן (למשל דגנים על בסיס תירס..) עשויים לכלול – אפקטיבית – כמות גדולה יותר של סיבים תזונתיים ממה שמצויין על גבי האריזה. כמו כן, אפילו במקרים שבהם מזונות אינם מעובדים אבל מכילים גרגרי עמילן (למשל מזונות צמחיים עשירים בעמילן כמו אורז ותפו"א), יתכן שחלק מהעמילן פשוט לא יהיה נגיש לעיכול (RS1 ו-RS2, כאמור) ולכן עדיין יגיע אל המעי הגס ויאפשר שם צמיחה של חיידקים.

אז מה אתה מציע לעשות בעצם? מה המסקנה?

..מה? מסקנה? לאלא, אני לא רופא ולא תזונאי. אני לא מציע מסקנות; אני גם באופן חד-משמעי לא מציע ייעוץ רפואי; במידה ויש לכם בעיה תזונתית או מחלה כלשהיא שמאופיינת בבעיות סביב המעי הגס, צריך להתייעץ עם רופא, לא לקרוא פוסטים באינטרנט. הפוסט הזה נועד כדי לתת מידע באופן כללי; אנשים שמתעניינים במזון ועיכול ורוצים מידע כללי מוזמנים לקרוא. בתור ביולוג מבני, ענין אותי לקרוא על הצורה שבה עמילן ארוז, וענין אותי עוד יותר לדעת שחלקו אינו זמין לעיכול עקב האריזה הזו – וזה לדעתי גם ישפיע על הצורה שבה אני אבשל מזונות שכוללים עמילן בעתיד (בהתחשב במידע הזה). בואו נאמר שבפעם הבאה שאני מכין מרק אפונה אני אעדיף לייצר אליקווטים קפואים מאשר לאפשר לו להתקרר במקרר לאט לאט (ולכן לייצר כמות גדולה יותר של RS3). ואז נראה איך זה משפיע על הריח בבית ולכן על איכות החיים.

ולכל אלה שעכשיו טוענים שאני סתם פלצן… נכון! אבל אני מתכנן להפסיק להיות. 😉

ובנימה טיפ-טיפה יותר רצינית

התחום של ביולוגיה של סוכרים הוא תחום מרתק. סוכרים יוצרים מבנים ענקיים ובעלי משמעות עד לעולם המאקרו; החל מג'לים – שבביולוגיה במקרים רבים מבוססים על רבי-סוכר, תאית – הפולימר הקשיח (וגם סיב תזונתי!) שמהווה את המרכיב העיקרי בדופן תאי הצמח, וכאמור עמילן, וכלה ברב-סוכרים שיוצרים את המוקוזה שאופיינית לנזלת או לתרביות מסוימות של חיידקים; יחד עם זאת, מנקודת מבט של ביולוגיה מבנית יש המון שאנחנו לא יודעים עדיין על הצורה שבה הביולוגיה מנצלת את הסוכרים מבחינה מבנית. חלבונים רבים עוברים גליקוזילציה – 'עיטור' במולקולות סוכר – שיש לה משמעות קריטית מבחינת התפקוד שלהם; כך גם חומצות שומן רבות (גליקוליפידים). מטרת כתבה זו לשפוך מעט אור על המורכבות האדירה של מולקולות ביולוגיות אלו ותפקידיהם, גם כאשר רב הנסתר על הגלוי, ואני מקווה שנהניתם לקרוא כמו שאני נהניתי לכתוב על זה 🙂

מקורות

במהלך כתיבת פוסט זה נעזרתי במאמרים הבאים. אם יש לכם שאלה על הכתוב בהם (או מחפשים עותק מלא) צרו איתי קשר בתגובות.

מודעות פרסומת

פעולות

Information

One response

26 06 2017
גלוטן, קמח, ואיך החיטה השתלטה על העולם | אוכל, מחשבים וביוטכנולוגיה

[…] להשתמש בהם. למשל הרב-סוכר עמילן (שדנתי בו יותר בהרחבה בפוסט קודם), וחלבונים, שהם ספציפית 'חלבוני אכסון' – כלומר […]

להשאיר תגובה

הזינו את פרטיכם בטופס, או לחצו על אחד מהאייקונים כדי להשתמש בחשבון קיים:

הלוגו של WordPress.com

אתה מגיב באמצעות חשבון WordPress.com שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

תמונת Twitter

אתה מגיב באמצעות חשבון Twitter שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

תמונת Facebook

אתה מגיב באמצעות חשבון Facebook שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

תמונת גוגל פלוס

אתה מגיב באמצעות חשבון Google+ שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

מתחבר ל-%s




%d בלוגרים אהבו את זה: