2. Jak se vyrábí a skladuje
Jak cukr vzniká? Proč jsou listy zelené? A co je to fotosyntéza? Jak se cukr v živých organismech skladuje? Co jsou škrob a glykogen? Slyšel jsi o nenewtonovské kapalině? Je těžké získat škrob z rostlin? A víš, jak si ověříš, jestli je v nějakém jídle škrob přítomen?
Glukóza (hroznový cukr) je hlavní zdroj energie pro nás, zvířata i rostliny. Proto se teď podíváme na to, kde se v přírodě vyrábí a jakým způsobem ho živé organismy skladují.
Fotosyntéza
Největší výrobu cukrů v přírodě zajišťují zelené rostliny. Jejich listy mají zelené barvivo chlorofyl, které umí využít sluneční paprsky. Rostlina potom využije energii ze slunce, oxid uhličitý ze vzduchu a vodu z hlíny, aby vyrobila cukr (konkrétně glukózu). Jen tak mimochodem se u toho vyrobí i kyslík. Pro rostlinu je to v tu chvíli odpad, kterého se zbavuje tím, že ho vypustí do vzduchu.
Fotosyntéza z pohledu chemie
Cukr jako zdroj energie
Fotosyntéza probíhá ve dvou fázích. Nejdříve se přes den využije energie ze slunce a voda (H2O). Během této fáze se uvolňuje kyslík (O2).
Potom v noci se z oxidů uhličitých (CO2) vyrobí glukóza. Této fázi se říká Calvinův cyklus.
ATP je buněčná baterka. Přenáší energii z místa, kde se vyrobila, do místa, kde je potřeba (když je molekula energeticky vybitá, označuje se jako ADP a může se znovu nabít). NADP funguje podobně, jen přenáší vodík (chemická značka H).
Tip: Zahraj si na fotosyntézu
Pokud ti nevadí angličtina, nebo máš po ruce někoho, kdo ti pomůže, vyzkoušej si následující hru. Pomůžeš človíčkovi sesbírat potřebný cukr s kyslíkem a najdeš dost oxidu uhličitého a vody pro strom?
Zjisti více: Umělá fotosyntéza
Dokážeš si představit, že by sis nabíjel mobil pomocí fotosyntézy? Nebo že by ti fotosyntéza ohřívala teplou vodu ke sprchování? Děsíš se, kolik rostlin bys doma musel mít, aby tohle bylo možné? Pak se začti do následujícího článku a zjistíš, že tento nápad není jen naší šílenou fantazií, ale reálným výzkumem.
Ukládání glukózy
Glukózu si živé organismy ukládají do složených cukrů. Odhaduje se, že více než 50 % sušiny veškeré biomasy na Zemi, ze všech rostlin i živočichů, připadá na složené cukry tvořené glukózou. Rostliny jich pospojují stovky do molekuly s názvem škrob. Kromě škrobu vytváří rostliny z glukózy také celulózu, které se budeme více věnovat v kapitole 4. Živočichové mají místo škrobu molekulu glykogen, která může být složena až ze 100 000 glukóz.
Škrob
Škrob se ukládá v zásobních orgánech rostlin – semena, hlízy. Rostliny s velkým množstvím škrobu jsou například kukuřice, brambory, rýže, banány nebo obiloviny. Pro nás je to hlavní zdroj energie. V kuchyni ho můžeme použít k zahuštění polévek a omáček. Škrobu často využívají také potravinářské podniky například při výrobě salámů. Škrobem se salámy zahušťují, ale zároveň se tím snižuje množství masa. Dále se pak škrob využívá k výrobě lepidel nebo na škrobení prádla. Naškrobené prádlo drží svůj tvar a méně se špiní. Zajímavé je, že škrob můžeš rozpustit ve vodě, ale jen teplé. Ve studené vodě škrob rozpustný není, místo toho škrob se studenou vodou vytvoří hustou, lehce slizovitou kapalinu, která má velmi zajímavé vlastnosti.
Tip: Nenewtonovská kapalina
Jestli sis s ní ještě nikdy nehrál, tak to určitě vyzkoušej. Vytvoříš ji tak, že smícháš 3 díly vody s 2 díly škrobu. Když si s ní budeš hrát pomalu a opatrně, tak se bude chovat jako kapalina. Bude ti protékat mezi prsty a kapat z rukou. Ale čím rychlejší při kontaktu s ní budeš, tím bude pevnější. Když do ní silně praštíš pěstí, bude se chovat jako pevná látka a nepustí tě skrz. Můžeš zkusit z ní uválet v rukách kuličku. Ale pozor, jakmile se zastavíš, kulička se rozteče. Označení „nenewtonovská“ získala tato kapalina proto, že nedodržuje základní Newtonovy zákony.
Nenewtonovskou kapalinou se může naplnit celý bazén. Když bude člověk utíkat, krásně přeběhne z jedné strany na druhou, ale jakmile se zastaví, začne se potápět. Můžeš se na to podívat na následujícím videu.
Škrob jsou vlastně dva složené cukry dohromady. Jeden je řetězec glukóz smotaný do šroubovice (jmenuje se amylóza), druhý připomíná větve stromu (ten se označuje jako amylopektin).
„Tvar šroubovice si můžeš představit jako provázek omotaný okolo větve. Tento tvar má i naše DNA.“
Tip: Izolace škrobu
Zkus doma získat škrob z brambory.
Budeš na to potřebovat: jemné struhadlo, hustý cedník, řídké plátno, misku, sklenici, talíř, lžíci, škrabku na brambory, syrovou bramboru a vodu.
Postup
- Do misky nastrouhej oloupanou syrovou bramboru.
- Přidej 100–150 ml studené vody.
- Směs dobře promíchej a přeceď přes cedník.
- Bramborovou drť dej znovu do misky, přilej 100 ml vody a směs znovu přeceď. Podruhé je lepší přecedit přes řídké plátno.
- Chvíli počkej. Škrob se usadí na dně nádoby.
- Až klesne škrob na dno, opatrně slij vodu. Dávej pozor, ať se ti škrob nezvíří.
- Směs dej na talířek a nech volně odpařit vodu.
Důkaz přítomnosti škrobu
Pokud bys chtěl zjistit, jestli je škrob přítomný například v bramboře, potřebuješ na to obyčejnou jodovou tinkturu, kterou můžeš koupit v lékárně. Stačí kápnout trochu tinktury na bramboru, a pokud se objeví temně fialovomodré zbarvení, je přítomnost škrobu jasná. Stejně si můžeš ověřit, jestli je škrob v salámu, co máš doma. Ukroj si kolečko a kápni na něj tinkturu a hned uvidíš, jestli tam škrob je.
„Modrá barva vzniká díky tomu, že molekuly jódu vklouznou dovnitř šroubovice. Když škrob budeš zahřívat, šroubovice se roztáhne do dlouhého provázku, jód vyplave ven a fialovomodrá barva zmizí. Jakmile škrob vychladne, bude reakce jódem fungovat jako dřív.“
Japonské mochi koláčky
Japonské mochi [moči] koláčky jsou sladké rýžové bochánky, které můžou být plněné sladkou náplní. Oblíbená je uvnitř i zmrzlina. Je to tradiční japonské jídlo při oslavách nového roku.
V Asii se častěji než u nás používají vyšlechtěné odrůdy rýže, které jsou po uvaření lepivější. Díky tomu je snazší rýži nabrat hůlkami a rýžová jídla (např. sushi) drží tvar a nerozpadají se. Tyto vlastnosti má rýže díky trochu jinému složení škrobu. Jak už jsi zjistil, škrob jsou vlastně dva cukry. A jednotlivé odrůdy rýže mají různý poměr těchto dvou cukrů ve škrobu. Lepivější rýže mají více větveného cukru (amylopektinu) a málo jednoduchého řetězce (amylózy). Konkrétně mochi koláčky jsou vyrobené z lepivé rýže, jejíž škrob je prakticky jen z větveného cukru (amylopektinu).
O těchto koláčcích se vedou diskuze z hlediska toho, jak dobře jsou stravitelné. Čím více je ve škrobu amylopektinu, tím hůř se tráví (tělo potřebuje škrob rozložit zase na jednotlivé glukózy a řetězec je lehce přístupný trávicím enzymům na rozdíl od hustých větví amylopektinu). Navíc se při výrobě mochi koláčků tvoří tuhá až gelová hmota, která je pro trávicí enzymy bez pořádného rozkousání a rozmělnění koláčku v ústech prakticky neschopná štěpení. S tímto souvisí zdravotní rizika mochi koláčků. Pokud bys je chtěl někdy ochutnat, tak mysli na to, že když se pořádně nerozkousají, mohou ti ucpat střeva nebo žaludek, a dokonce jsou každoročně v Japonsku případy, kdy se jimi lidé udusí.
Glykogen
Do glykogenu ukládají glukózu živočichové včetně člověka, kvasinky a bakterie. My ho vyrábíme, skladujeme i spotřebováváme převážně v játrech. Malé množství glykogenu mají svalové buňky pro případ vysoké zátěže. Po smrti zvířat se glykogen velmi rychle rozkládá, proto v mase, které jíme, je velmi málo cukrů.
Glykogen vypadá taky jako větev stromu, ale na rozdíl od škrobu je mnohem větší a hustěji větvený (u stromu bychom řekli, že je košatější).