Skrobia to polimer α-D-glukozy połączonej wiązaniem α-glikozydowym. Składa się z dwóch podjednostek – liniowej amylozy (wiązanie α-1,4-) oraz rozgałęzionej amylopektyny (α-1,4- oraz α-1,6-), występujących zazwyczaj stosunku 1 do 3. Jest podstawowym materiałem zapasowym roślin oraz głównym węglowodanem w diecie człowieka. Mimo, iż jest cukrem, słodka w smaku jest dla nielicznych – tych, u których stężenie enzymu zdolnego do jej rozłożenia jeszcze w ustach jest wystarczająco wysokie, aby dało się odczuć słodki smak.

Ten enzym – a właściwie grupa enzymów – to amylaza, hydrolaza glikozydowa zdolna do rozkładu glukozy. Wyróżnić można 3 typy amylaz:

• Typ α [E.C. 3.2.1.1] – rozcina wiązania wewnątrz polisacharydów zawierających minimum trzy  monomery D-glukozy połączone wiązaniem α-1,4- glikozydowym
• Typ β [E.C. 3.2.1.2] – rozcina wiązania na nieredukującym końcu łańcucha polimeru, uwalniając cząsteczki maltozy
• Typ γ [E.C. 3.2.1.3]  - podobnie jak typ β rozcina wiązania na końcu łańcucha, przy czym, zamiast maltozy, uwalnia monomery glukozy. W przeciwieństwie do dwóch poprzednich enzymów potrafi również rozcinać wiązania α-1,6- glikozydowe w amylopektynach.

Właśnie dzięki tym enzymom, podczas formowania brzeczki, otrzymywana jest maltoza, od której, między innymi, zależna jest moc piwa. Jednak skrobia nie znajduje swojego zastosowania jedynie w przemyśle piwowarskim – stosowana jest w wielu dziedzinach przemysłu spożywczego, od cukiernictwa po dodatki do żywności.

Ale skrobia to nie jest jedyny biopolimer występujący w naturze, a który zawiera w swojej strukturze glukozę, główne źródło energii dla organizmów komórkowych. Drugim po niej , powszechnie występującym biopolimerem glukozy jest celuloza. Ten węglowodan, podobnie jak skrobia, składa się z łańcuchów glukozy, z tą różnicą, że połączonych wiązaniami β-1,4- glikozydowymi. W przeciwieństwie do skrobii, celuloza nie jest rozgałęziona, wyróżnić można również dwa rodzaje regionów celulozy – krystaliczny oraz amorficzny. Nie jest ona łatwa do rozłożenia przez enzymy, ze względu na znaczną ilość wiązań wodorowych pomiędzy łańcuchami, co zapewnia dużą odporność mechaniczną i enzymatyczną.

Enzymy, które rozkładają celulozę to celulazy. Podobnie jak w wypadku skrobii, można wyróżnić kilka ich typów:

• Endocelulazy [E.C. 3.2.1.4] rozcinające wiązania wewnątrz łańcucha celulozy w regionie amorficznym
• Egzocelulazy  [E.C. 3.2.1.91]  przecinające wiązania glikozydowe na końcach łańcuchów celulozy, uwalniając fragmenty składające się z od dwóch do czterech monomerów glukozy . Można wyróżnić dwa typy egzocelulaz – I, który rozcina wiązania na końcu redukującym oraz II, przecinające wiązania na końcu nieredukującym.
• Celobiazy [E.C. 3.2.1.21] – enzymy rozkładające produkty egzocelulaz do cząsteczek β-D-glukozy.

Inne, mniej powszechne enzymy przeprowadzają depolimeryzacje celulozy na drodze utleniania bądź fosforylacji. Wszystkie jednak mają na celu jedno – rozłożenie celulozy do tego stopnia, aby organizm syntetyzujące te enzymy mógł czerpać z niej energię niezbędną do życia. Sama celuloza znajduje również swoje zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu – od medycyny po papiernictwo czy materiały wybuchowe.

Ostatnim biopolimerem, również bardzo powszechnym w przyrodzie oraz szeroko stosowanym w procesie produkcji żywności jest pektyna – heteropolisacharyd (czyli węglowodan złożony z różnych typów cukrów prostych), składający się głównie z merów kwasu galakturonowego, częściowo zmetylowanego, złączonych wiązaniem α-1,4- glikozydowym. Niektóre, rozgałęzione fragmenty zawierają w swojej strukturze takie cukry jak ramnoza, ksyloza czy apioza. Biopolimer ten znany jest głównie ze skłonności do żelowania w stosunkowo kwasowym środowisku w obecności jonów wapnia.

Enzymów rozkładających pektynę jest wiele. Do najważniejszych należą:

• Pektolaza [E.C. 4.2.2.10] – endoenzym rozcinający wiązania  α-1,4-glikozydowe w zmetylowanych fragmentach łańcucha kwasu galakturonowego, tworząc wiązania podwójne pomiędzy 4 a 5 atomem węgla ostatniej cząsteczki.
• Transeleminaza poligalakturonowa [E.C. 4.2.2.2] – endoenzym rozcinający wiązania α-1,4-glikozydowe w łańcuchu poligalakturonowym, z tą różnicą, że w regionie ubogim we fragmenty zmetylowane, tworząc wiązania podwójne pomiędzy 4 a 5 atomem węgla ostatniej  cząsteczki.
• Endopoligalakturonaza [E.C. 3.2.1.15] – enzym rozcinający wewnętrzne fragmenty łańcucha w regionach niezmetylowanych, tworząc fragmenty o różnej długości.
• Egzopoligalakturonaza [E.C. 3.2.1.67] - enzym rozcinający zewnętrzne fragmenty łańcucha w regionach niezmetylowanych, uwalniając monomery kwasu galakturonowego.
• Esteraza metylopektynowa [E.C. 3.1.1.11] – enzym przeprowadzający deestryfikację zmetylowanych fragmentów łańcucha pektyny.

Pektyna znajduje swoje zastosowanie przede wszystkim w przemyśle spożywczym jako substancja żelująca czy konserwant w dżemach czy jogurtach, ale znajduje swoje zastosowanie również w medycynie i farmaceutyce.

Trzy wymienione wyżej substancje to najczęściej występujące w środowisku biopolimery. Każdy z nich pełni inną rolę, czy to jako składnik budulcowy, czy jako materiał zapasowy. Łączy je jedno – możliwość zastosowania różnych gałęziach przemysłu, czy to w postaci niezmienionej, czy po odpowiedniej obróbce.

Rafał Madaj