स्टार्च

स्टार्च : सर्व हिरव्या वनस्पतींमार्फत निर्माण होणारे हे पांढरे व कणमय रासायनिक द्रव्य आहे. ते मऊ, पांढरे व चव नसलेले चूर्ण आहे. स्टार्च पॉलिसॅकॅराइड (बहुशर्करा) असून ते वनस्पतींमध्ये साठ्यांच्या रूपाने असते. निसर्गात हा साठा मुबलक प्रमाणात असून कधीही न संपणारा आहे. स्टार्च रेणूचे मूलभूत रासायनिक सूत्र (C₆H₁₀O₅)_n हे आहे. ग्लुकोज एक-वारिके आल्फा-१, ४ या अनुबंधनांमध्ये जोडली जाऊन स्टार्च बनते. ६०°—८०° से. तापमानास पाण्याच्या योगाने स्टार्चपासून जलविद्राव्य अमायलोज व अविद्राव्य अमायलोपेक्टीन असे दोन भाग वेगळे करता   येतात. अमायलोज हे रैखिक बहुवारिक स्टार्चाचा सर्वांत साधा प्रकार असून अमायलोपेक्टीन हा शाखायुक्त प्रकार आहे. [⟶ कार्बोहायड्रेटे ]. 

   ⇨ प्रकाशसंश्लेषणात निर्माण झालेल्या जादा ग्लुकोजापासून वन-स्पतींच्या हिरव्या पानांत स्टार्च तयार होतो. वनस्पतीला राखीव अन्न पुरविणारा घटक म्हणून त्याचा उपयोग होतो. स्टार्च कणांच्या रूपात हरितकणूंमध्ये साठविला जातो. स्टार्च कार्बोहायड्रेट असून तो विविक्त (पृथक्) व अंशतः स्फटिकी कणांच्या रूपात उच्चतर वनस्पतींच्या बिया, मुळे (ग्रंथिक्षोड), खोडे (भेंड), पाने, फळे व परागकण यांमध्ये असतो. कार्बोहायड्रेटाचा राखीव साठा हे स्टार्चाचे प्रमुख कार्य आहे. वनस्पतींच्या प्रमुख संरचनात्मक घटकांमध्ये स्टार्च हे विपुलतेच्या बाबतीत सेल्यु-लोजानंतरचे दुसर्‍या क्रमांकाचा घटक आहे. तृणधान्यांचे दाणे, ग्रंथिक्षोड व मुळांची पिके आणि शिंबा किंवा शेंगा (बिया) यांचा मानवी आहारातील कार्बोहायड्रेटांचे स्रोत म्हणून दीर्घकाळापासून उपयोग होत आहे.

  व्यापारी दृष्ट्या स्टार्च पुढील स्रोतांपासून वेगळा करतात : तृण-धान्यांच्या बिया (मका, गहू, तांदूळ, ज्वारी), मुळे व ग्रंथिक्षोड (बटाटा, रताळे, टॅपिओका, आरारूट) आणि खोडे व भेंड (साबुदाणा). तृणधान्ये प्रथम पाण्यात भिजवितात. त्यामुळे पुष्क आधार द्रव्यात स्टार्चाचे कण सैल होतात. नंतर ते ओले असतानाच दळतात वा त्यांचे पीठ करतात. स्टार्चाचे कण असलेले निलंबन मिळविण्यासाठी मुळे आणि ग्रंथिक्षोड दळतात. नंतर चाळणे, प्रक्षालन (धुणे), केंद्रोत्सारण, जलनिःसारण व शुष्कन (सुकविणे) या क्रिया करतात. मक्यापासून मोठ्या प्रमाणात स्टार्चाची निर्मिती करण्याची प्रक्रिया थॉमस किंग्जफोर्ड यांनी १८४२ मध्ये शोधून काढली.

  गुणवैशिष्ट्ये : स्टार्च सर्वसाधारणपणे ९८—९९.५% शुद्धता असलेले पांढरे चूर्ण असते. ते पाणी, एथेनॉल व बहुतेक सामान्य विद्रावक यांत विरघळत नाही. सौम्य जलीय आयोडिनामुळे स्टार्चाला निळसर ते तांबूस जांभळी छटा येते.

 स्टार्चाच्या वनस्पतिज स्रोतावर त्याच्या कणांचा आकार व आकार-मान अवलंबून असते. तांदळातील स्टार्च हा लहान कणांचा असून त्याचे कण बहुभुजीय आणि ३—५ मायक्रोमीटर (म्यूमी.) आकार-मानाचे असतात. बटाट्यातील स्टार्च हा मोठ्या कणांचा असून त्याच्या  कणांचे आकार- मा न १५—१२० म्यूमी. असते आणि हे कण  दीर्घवृत्ताभ  वा अंडाकृती आका- राचे असतात. सर्वसामान्यम क्या तील स्टार्चा चे कण गोलाकार किंवा बहुभुजीय (उदा., पंच-कोनी, अष्टकोनी  इ.) असून त्यां चे आकारमान ५—२५ म्यूमी. असते. स्टार्चाचे कण सूक्ष्मदर्शकाखाली ध्रुवित प्रकाशात पाहिल्यास द्विप्रणमनयुक्त दिसतात आणि वैशिष्ट्यपूर्ण ‘ माल्टेज क्रॉस ’ (फुली) दर्शवितात. स्टार्चाच्या कणांचा क्ष-किरण विवर्तन आकृतिबंध वैशिष्ट्यदर्शक असतो आणि ते २०—२५% स्फटिकी असल्याचा अंदाज आहे. 

संरचना : ग्लुकोजाचे बहुवारिक असलेला स्टार्च आल्फा-ग्लुकान आहे. त्यात मुख्यत्वे आल्फा-१, ४ अनुबंधने असून त्यात आल्फा-१, ६ ग्लुकोसिडिक अनुबंधने सापेक्षत: कमी असतात व ती शाखाबिंदू दर्शवितात. स्टार्चामध्ये अमायलोज व  अमायलोपेक्टीन हे दोन प्रमुख बहुवारिकीय घटक असतात. कणाच्या संकेंद्री संरचनेत अमायलोज आतील व अमायलोपेक्टीन बाहेरील भाग असतो.

  अमायलोज रैखिक बहुवारिक असून त्यात मर्यादित प्रमाणात दीर्घ-शृंखला शाखीभवन झालेले असते, असे दीर्घकाळापासून मानले जात आहे. सर्वसामान्य मक्यातील स्टार्चाच्या अमायलोजामध्ये ९००—१,००० ग्लुकोज घटक असतात आणि ते दीर्घ शाखायुक्त रेणू व शाखाहीन (अशाखा) रेणू यांची संख्या जवळ जवळ सारखी असलेले मिश्रण असल्याचे दिसते. अनेक बाबतींत अमायलोजाचे वर्तन रैखिक बहुवारिकासारखे असते. जलीय विद्रावात अमायलोजाचे आयोडिनाशी जटिल मिश्रण बनते व गडद निळा रंग निर्माण होतो आणि स्वत:बरोबर संघटित होऊन अवक्षेप किंवा जेल (रबडी) तयार होतो.

  अमायलोपेक्टीन उच्च रेणुभार (१०^७-१०^८) असलेले शाखायुक्त बहुवारिक असून त्यातील शाखेची सरासरी लांबी २०—२६ ग्लुकोज घटकांएवढी असते. त्याची संरचना शाखाबिंदूंच्या गुच्छांची बनलेली असते  आणि प्रत्येक गुच्छातील व्यक्तिगत शृंखलांमध्ये १२—१६ ग्लुकोज घटक असतात. काही अधिक दीर्घशृंखला एकाहून अधिक गुच्छांमधून पसरलेल्या असतात. अमायलोपेक्टीन गुच्छांमधील शृंखलांच्या संघटनातून  कणाचा स्फटिकी भाग तयार होतो. कणाच्या कमी संघटित व चूर्णरूप भागात शाखाबिंदू आढळतात.

स्टार्चाच्या स्रोतानुसार त्यातील अमायलोज व अमायलोपेक्टीन यांचे प्रमाण बदलते. स्टार्चाच्या सामान्य प्रकारांमध्ये १५—३०% अमायलोज असते व उर्वरित भाग म्हणजे अमायलोपेक्टीन असते. स्टार्चाचे काही संकरित प्रकार तयार केले असून त्यांतील या दोन घटकांची सापेक्ष प्रमाणे बदलली आहेत. मका, जव, तांदूळ व ज्वारी यांच्यात फक्त अमायलोपेक्टीन असते. ५०—७०% अमायलोज असलेले (उच्च अमायलोजयुक्त) मक्याचे स्टार्च उपलब्ध झालेले आहेत.

जिलेटिनीकरण : (आळणे). स्टार्चाचे सौम्य जलीय निलंबन ५०० से.  पेक्षा अधिक तापविल्यास त्यातील कमी संघटित व चूर्णरूप भागातील कण फुगण्यास सुरुवात होते आणि द्विप्रणमन व स्फटिकत्व यांचा क्षय होतो, याला जिलेटिनीकरण म्हणतात. सर्वांत सामान्य स्टार्च प्रकारांच्या बाबतीत ५५°—७५° से. तापमानाच्या पल्ल्यात सु. १०° से. एवढ्या अंतरालामध्ये जिलेटिनीकरण घडते. तापमान जसे वाढत जाते, तशी फुगण्याची अपरिवर्तनीय क्रिया घडते स्फटिकी क्षेत्रांचे विसंघटन होते आणि कणांमधून अमायलोजाचे अपक्षालन होते. जेव्हा पुरेसे उच्च म्हणजे शिजण्यासाठी किंवा खळ तयार होण्यासाठी लागणारे तापमान निर्माण होते, तेव्हा स्टार्च कणाची संरचना नष्ट होते. यामुळे अमायलोज व अमायलोपेक्टीन या घटकांचे विघटन झालेले दिसते. जिलेटिनीकरण होताना श्यानता (दाटपणा) वाढत राहणे हा स्टार्चाचा महत्त्वाचा गुणधर्म आहे आणि त्यामुळे अन्नपदार्थांत स्टार्च निबिडीकारक (घनीभवन करणारा) पदार्थ म्हणून सामान्यपणे वापरतात.

  अन्नप्रणालींतील उपयोग : विविध स्टार्च प्रकारांचा अन्नामधील महत्त्वाच्या क्रियांशी संबंध येतो. ते नैसर्गिक रीत्या घटक म्हणून अन्नात आढळतात किंवा इष्ट कार्यकारी गुणवैशिष्ट्ये आणण्यासाठी ते अन्नात घालतात. निबिडीकरण, जलीभवन, आसंजन, बंधन तसेच अम्ल, उष्णता व ताण स्थैर्य यांत सुधारणा करणे यांसारखी इष्ट कार्यकारी गुणवैशिष्ट्ये पुष्कळदा एखादा मूळचा नैसर्गिक स्टार्च वापरून साध्य करता येत नाहीत. स्टार्च भौतिकीय व रासायनिक रीतीने किंवा एंझाइमाद्वारे बदलता येऊ शकतात आणि या रीतीने रूपांतरित कार्यकारी गुणधर्मांचे सुधारित स्टार्च निर्माण करता येतात. 

  रूपांतरित किंवा परिवर्तित स्टार्चाला सामान्यपणे स्टार्च-अनुजात म्हणतात. स्टार्च-अनुजातांवर अमेरिकेत फूड अँड ड्रग ॲडमिनिस्ट्रेशनच्या नियमांनुसार नियंत्रण आहे. स्टार्चाचे रूपांतर करताना पुढील गोष्टींचा संबंध येऊ शकतो : त्याच्या भौतिक रूपात बदल होणे (जिलेटिनीकरणापूर्वी) नियंत्रित निम्नीकरण (डेक्स्ट्रिनीकरण, ऑक्सिडीभवन, अम्ल किंवा एंझाइम रूपांतर) किंवा रासायनिक विक्रिया (ऑक्सिडीभवन, प्रतिष्ठापन संकर बंधननिर्मिती म्हणजे क्रॉस-लिंकिंग). ज्या परिस्थितीत कण नष्ट होत नाही अशी परिस्थिती असताना बहुतेक रूपांतरे जलीय निलंबनात पार पडतात. स्टार्चाच्या गुणधर्मांमध्ये महत्त्वपूर्ण बदल करण्यासाठी पुष्कळदा फक्त गौण रूपांतरणाची आवश्यकता असते. रूपांतरित स्टार्च कोणत्याही स्टार्चापासून तयार करणे शक्य आहे परंतु अमेरिकेत व्यापारी दृष्ट्या पुढील प्रकारच्या स्टार्चापासून रूपांतरित स्टार्च तयार करतात उदा., नेहमीचा मका, मेणचट मका, टॅपिओका व बटाटा यांतील स्टार्च.

पुढील कारणांसाठी स्टार्च रूपांतरित करतात : फुगलेल्या कणाचा अम्ल, उष्णता व यांत्रिक प्रक्रियेची (संस्करणाची) परिस्थिती यांना असलेल्या विरोधात सुधारणा करणे अनिष्ट जेलीकरणकारक गुणवैशिष्ट्ये काढून टाकणे स्टार्चाच्या जिलेटिनीकरणाचे तापमान कमी वा जास्त करणे आणि गोठणे-वितळणे यांतील स्थैर्य व श्यानता कमाल करणे, कमी करणे किंवा तिला अटकाव करणे यांसाठी स्टार्च रूपांतरित करतात.

श्यानता कमी असलेले विद्राव तयार करणारे रूपांतरित स्टार्च पुढील प्रक्रियांनी मिळवितात : (१) स्टार्चाच्या जलीय निलंबनावर अम्लाचे जिलेटिनीकरण तापमानापेक्षा कमी तापमानाला संस्करण करून (अम्ल–तनुकृत स्टार्च). (२) जिलेटिनीकृत स्टार्च राळ्यावर आल्फा-अमाय- लोजाचे संस्करण करून (एंझाइमाद्वारे रूपांतरित स्टार्च). व्यापारी पद्धतीत हे अखंड प्रक्रियेने साध्य होते. (३) कोरडा स्टार्च अल्प अम्लाबरोबर गरम करून म्हणजे भाजून (डेक्स्ट्रिनीकरण) डेक्स्ट्रिने (पायरोडेक्स्ट्रिन, ब्रिटिश गोंद, पांढरे डेक्स्ट्रिन, पिवळे डेक्स्ट्रिन) तयार करणे. ही डेक्स्ट्रिने बर्‍याचदा पिवळसर व काळसर वा लालसर रंगाची असतात अथवा (४) जलीय निलंबनातील स्टार्चाचे ऑक्सिडीभवन करून त्यामध्ये कार्बॉक्सिल व कार्बोनिल गट घातले जातात आणि त्याचे अंशत: विबहुवारिकीकरण होते. या प्रत्येक प्रक्रियेने श्यानता, रबडी स्वच्छता वा स्पष्टपणा किंवा जेलनिर्माणक्षमता यांसारखे बदललेले इष्ट गुणधर्म असलेले स्टार्च-अनुजात भिन्न उपयोगांसाठी तयार होतात.

  स्टार्च कणांच्या जलीय निलंबनावर संकर-बंधननिर्मिती विक्रिया-कारकांचे संस्करण करून संकर-बंधननिर्मित स्टार्च तयार करतात. अशा रीतीने तयार झालेल्या रूपांतरित स्टार्च प्रकारांना शिजण्याच्या संबंधातील सुधारित गुणवैशिष्ट्ये (उदा., जिलेटिनीकरणाची उच्चतर तापमाने) असतात अम्ल, उष्णता व कर्तन या बाबतींत त्यांचे स्थैर्य वाढलेले असते व परिणामी प्रक्रिया करताना श्यानतेचे नियमन होते आणि स्टार्च रबडीची पोतविषयक गुणवैशिष्ट्ये अधिक चांगली होतात. स्टार्चाच्या जलीय निलंबनावर क्षारीय उत्प्रेरकाच्या [⟶ उत्प्रेरण ] उपस्थितीत योग्य विक्रियाकारकांची प्रक्रिया केल्यास स्टार्च ईथरे किंवा एस्टरे (प्रतिष्ठापित स्टार्च) तयार होतात. या स्थिरीकृत स्टार्च-अनुजातांच्या अंगी गोठणे–वितळणे स्थिरता हा गुणधर्म असतो. तसेच त्यांची सोत्सर्ग आकुंचन होण्याची प्रवृत्ती कमी होते (पश्चगती क्रियेमुळे जेलच्या पृष्ठभागावर पाणी निर्माण होण्याला सोत्सर्ग आकुंचन म्हणतात).

ग्लुकोज (डेक्स्ट्रोज), ग्लुकोज सिरप (पाक), माल्टोडेक्स्ट्रिने, माल्टोज सिरप आणि उच्च फ्रुक्टोज कॉर्न (मका) सिरप हे पदार्थ अम्ल किंवा ⇨ एंझाइमे वापरून स्टार्चापासून मिळविता येतात. औद्योगिक दृष्टीने एंझाइमे वाढत्या वारंवारतेने वापरतात. संस्करणासाठी लागणारी सौम्य परिस्थिती आणि मिळू शकणार्‍या उत्पादनांचा पल्ला किंवा वैविध्य ही यामागील कारणे आहेत. विशेषत: सौम्य पेयांमध्ये मधुरक द्रव्य म्हणून उच्च-फ्रुक्टोज कॉर्न सिरपाचा व्यापकपणे उपयोग होतो.

  अन्नाव्यतिरिक्त उपयोग : कागद, कापड, आसंजक, रसायन, औषधे आणि बहुवारिके यांच्या उद्योगांमध्ये स्टार्च व स्टार्च-अनुजात वापरतात. कार्बनी अम्ले व रासायनिक मध्यस्थ पदार्थ म्हणून वापरण्यात येणारे कार्बनी विद्रावके, एंझाइमे, हॉर्मोने, प्रतिजैव (अँटिबायॉटिक) पदार्थ आणि लशी ही द्रव्ये औद्योगिक रीतीने स्टार्चापासून तयार करतात.

पहा : आरारूट आसंजके कापड उद्योग कार्बोहायड्रेटे ग्लुकोज व फ्रुक्टोज टॅपिओका डेक्स्ट्रिने तवकीर बटाटा मका सूक्ष्मजंतुविज्ञान.

 संदर्भ : 1. Barsby, T. L. Donald, A. M. Frazier, P. J. Starch : Advances in Structure and Function, 2002. 

           2. Eliasson, A. C., Ed., Starch in Food, 2004. 

           3. Whistter, R. L. Paschall, E. E. BeMiller, J. N., Eds., Starch : Chemistry and Technology, 2001. 

           4. Wurzburg, O. B. Modified Structures : Properties and Uses, 1986.                    

ठाकूर, अ. ना.

“