Zetmeel
Zetmeel (molecuulformule: (C6H10O5)n) is een complex koolhydraat (sacharide): een polymeer (polysacharide) van glucose dat in de natuur dient als voedselreserve voor planten. Het dierlijke equivalent ('dierlijk zetmeel') is glycogeen. Zetmeel en glycogeen worden door planten respectievelijk dieren aangemaakt als reservebrandstof, en kunnen weer terug worden afgebroken tot glucose, om in de cellen als brandstof te dienen.
De naam zetmeel vindt zijn oorsprong in het proces waarin ongeraffineerde zetmeelmelk op slemptafels werd uitgewassen en ontwaterd. Het ontwaterde meel bleef als "zetmeel" in de slempgoten achter en werd vervolgens handmatig uitgestoken. In het Duits heet zetmeel Stärke. Deze naam slaat op een van de oudste toepassingen van het zetmeel: het stijven, van doek en het sterken van garen.
Structuur
Zetmeel is een mengsel van twee polysachariden: amylose en amylopectine. Beide zijn polymeren, opgebouwd uit glucose-moleculen (monomeren) die op een kenmerkende wijze zijn gekoppeld; enkele honderden tot duizenden in een regelmatige, onvertakte keten bij amylose, enkele duizenden tot een miljoen in een onregelmatig vertakkende boomvorm bij amylo-pectine.
Hoewel in absolute massa maar ongeveer een kwart van het zetmeel bestaat uit amylose, is het aantal moleculen amylose wel zo'n 150 keer zo groot als het aantal moleculen amylopectine. Amylose is namelijk een veel kleinere molecule dan amylopectine. Heel wat eigenschappen van zetmeel worden dan ook bepaald door amylose.
Zetmeel ordent zich meestal in semi-kristallijne korrels die nogal in grootte kunnen verschillen. Rijstzetmeel heeft een relatief kleine granule (ongeveer 2 micrometer), aardappelzetmeel heeft grotere granules (tot 100 micrometer).
Een typische eigenschap van zetmeel is dat het wateroplosbaar wordt bij verwarming. De granules zwellen en barsten en de semi-kristallijne structuur gaat verloren. Een deel van de kleinere amylosemoleculen loogt uit. Dit proces wordt verstijfseling genoemd. Tijdens het verstijfselen wordt het zetmeel een pap en krijgt het viscositeit. Heel wat van de bindende eigenschappen van zetmeel zijn hierdoor te verklaren.
Bij afkoeling of lange bewaring wordt de semi-kristallijne structuur gedeeltelijk weer aangenomen. Het zetmeel, voornamelijk de amylose, retrogradeert en de zetmeeloplossing dikt op en de viscositeit stijgt. Dit proces is ook verantwoordelijk voor het hard worden van oud brood en het laagje water boven op een gel (synerese).
Al langere tijd zijn er planten bekend met zuiver amylopectine-zetmeel, zonder amylose, afkomstig van waxy maïs. Recent is deze variant, amylopectine aardappelzetmeel ook bij aardappelen ontwikkeld. Waxy zetmeel heeft minder last van retrogradatie of opdikking tijdens bewaren.
Verteerbaarheid
Verteringsenzymen hebben problemen bij het verteren van kristallijne structuren. Daarom is natuurlijk zetmeel slecht afbreekbaar in de maag, maar bacteriële afbraak vindt wel plaats in de dikke darm. Dit geldt met name voor aardappelzetmeel. Om de verteerbaarheid te vergroten wordt zetmeel meestal eerst voorverstijfseld. Aangezien het semi-kristallijne zetmeel wegens de slechte verteerbaarheid aanzienlijk minder calorieën bevat, kan men bijvoorbeeld stellen dat gekookte rijst meer energie levert dan koude. Het roosteren van oud brood is bijvoorbeeld een manier om een deel van de semi-kristallijne structuur van het brood ongedaan te maken, waardoor het verser lijkt.
Hydrolyse
Zetmeel kan gehydrolyseerd worden door amylase, een enzym dat onder andere in speeksel zit. Bij de hydrolyse wordt de zetmeelketen verknipt door het inbouwen van een watermolecuul. Bèta-amylase bijvoorbeeld, verknipt zetmeel in maltose-eenheden. Dit proces vindt plaats bij de vertering van zetmeel, maar ook bijvoorbeeld bij het brouwen van bier, waar amylase uit de zaadhuid van de granen verantwoordelijk is voor het omzetten van het zetmeel naar maltose. Zetmeel is een reservesuiker en moet daarom snel gemetaboliseerd kunnen worden. Dit is mogelijk omdat de glucosemoleculen in zetmeel gebonden zijn door de makkelijk hydrolyseerbare alfa-bindingen. Dezelfde bindingen zijn ook aanwezig in het dierlijke reservepolysacharide glycogeen.
Veel structurele polysachariden zoals chitine, peptidoglycaan en cellulose zijn gebonden door bèta-bindingen, die veel beter bestand zijn tegen hydrolyse.
Natief zetmeel en gemodificeerd zetmeel
Zetmeel is de voornaamste bron voor koolhydraten in de voeding, aanwezig in vele groentes en fruit, in pasta, brood, tortilla's en bonen. De zetmeelindustrie raffineert (natief) zetmeel uit voornamelijk maïs, tapioca, tarwe en aardappelen. Nadien bewerkt de industrie het zetmeel eventueel afhankelijk van de toepassing tot gemodificeerd zetmeel. Enkele typische bewerkingen van zetmeel zijn bijvoorbeeld koudwater-oplosbaar maken (extruderen, walsdrogen), kationiseren, oxideren, hydroxypropyleren, carboxymethyleren, dextrineren, maltodextrineren. Veruit de meest toegepaste bewerking/modificatie is zetmeel afbreken tot glucosestropen.
Zetmeelsuikers
Zetmeel is een glucosepolymeer. Door de activiteit van hydrolytische enzymen (zoals alfa- en beta- en iso-amylase, pullulanase) kunnen uit zetmeel diverse zetmeelsuikers gewonnen worden.
- Glucosestropen zijn korte polymeren van glucoseketens.
- Volledig omgezette glucose wordt ook wel aangeduid als dextrose.
- Glucose kan enzymatisch omgezet worden naar fructose, dat ongeveer dubbel zo zoet is als glucose. Voor deze omzetting wordt het enzym glucose-isomerase gebruikt. Een mengsel van ongeveer gelijke verhouding glucose en fructose, wordt invertsuiker of isoglucose genoemd. Het is 15% zoeter (per mol-equivalent) dan het fructose-glucose-dimeer sacharose of tafelsuiker.
Glucose wordt ook gebruikt als grondstof voor productie van polyolen zoals sorbitol en als grondstof voor bio-ethanol, polymelkzuur, citroenzuur, ascorbinezuur.
Toepassingen
In voedingsmiddelenindustrie wordt zetmeel onder andere gebruikt als bindmiddel in voedingswaren. Voorbeelden hiervan zijn: soepen, sauzen, pudding, vla, noedels, borrelnootjes, winegums, en drop. Als zoetstof wordt het derivaat glucosestroop in limonades, snoep, ijs, etc toegepast.
Technische toepassingen zijn b.v. lijmen (behanglijm, het verlijmen van golfkarton), stijfsel voor tafellinnen en wasgoed en bindmiddel voor de cellulosevezel-suspensie in de papierbereiding. Zetmeel wordt ook gebruikt als papierhulpstof voor oppervlaktebehandelingen (sizing/sterken en coaten) van papier. In de textielindustrie wordt het gebruikt voor het (ver)sterken van garens voor het weven en als drukverdikker voor pigmenten in het drukproces. Daarnaast zijn er een veelvoud van andere toepassingen, zoals dierenvoedsel, voor olieboringen, als desintegratiemiddel in farmaceutische pillen, en vele andere.
Bij jodometrie, een titratie-techniek, wordt het gebruikt als indicator voor di-jood, waarmee het een diepblauw complex vormt. De titratie wordt altijd uitgevoerd op een zodanige wijze dat voor het equivalentiepunt een blauwe kleur (jood met zetmeel) aanwezig is, na het equivalentiepunt is de oplossing kleurloos. Het verdwijnen van de laatste sporen van het blauw gekleurde complex geven het eindpunt van de titratie aan.
Daarnaast is het mogelijk om bioplastic te maken uit zetmeel, met behulp van bijvoorbeeld glycerol.
