אכן – כאשר ממסים עמילן במים קרים (או בנוזל אחר, כמו חלב או מרק) ואז מחממים את התמיסה – ברגע שמגיעים לטמפרטורה מסויימת כאילו מתרחש פתאום איזה קסם, והתמיסה 'מתעבה' במהירות – כלומר הופכת למאוד סמיכה (ככה מיצרים דייסת קורנפלור, או את המשקה 'סחלב'). זאת התנהגות לא נפוצה, כי בדרך-כלל כאשר מחממים תמיסות ונוזלים הם הופכים דלילים יותר, לא סמיכים יותר. כאשר מקררים את התמיסה חזרה, המצב לא חוזר לקדמותו אלא מתקשה עוד יותר והופך למעיין ג'לי (ככה מיצרים 'מלבי', פודינגים וכדומה).


מלבי. תמונה מויקיפדיה, מקור: Wikimania 2011 Pre-Conference

כדי להבין מה מתרחש – ולמה זה מתרחש, יש לרדת לרמה המולקולרית של החומר: מבחינה כימית, עמילן הוא פולימר – כלומר מולקולה ענקית הבנוייה הרבה (פולי) יחידות (מר) שמחוברות אחת לשנייה בשרשרת ענקית. ספציפית העמילן הוא בעצם תערובת של שני פולימרים מאוד דומים, האחד – הפולימר 'עמילוז' – שבנוי (בממוצע) מ-300 עד 3,000 מולקולות של הסוכר 'גלוקוז' המחוברות אחת לשנייה בשרשרת ארוכה. העמילוז מהווה 25% מהעמילן.

מבנה מולקולרי של הסוכר 'גלוקוז' – הקווים מציינים קשרים כימיים מ- ואל אטומי פחמן

 והפולימר 'עמילופקטין' – שבנוי (בממוצע) מ-2,000 עד 200,000 מולקולות של הסוכר 'גלוקוז' – כאשר הפעם כל מולקולת גלוקוז יכולה להיות קשורה גם ל-3 מולקולות אחרות, מה שיוצר מבנה מסועף מאוד כמו ענפים של עץ. כיוון שהיחידה הבסיסית בשני הפולימרים היא סוכר, הם שייכים למשפחת ה'רב-סוכרים' או 'רב-פחמימות'. עמילופקטין מהווה כ- 75% מהעמילן.

מבנה עמילופקטין – משמאל רואים איך מולקולות הגלוקוז מחוברות ביניהן, מימין – תיאור סכמטי של המבנה המסועף של החומר.

כאשר מנסים להמיס עמילן במים קרים – מה שמתקבל זה תוצר נוזלי בצבע לבנבן עכור, שמהווה 'תרחיף' או סוספנסיה – כלומר חלקיקים של מוצק (עמילן) שמפוזרים בתוך הנוזל (מים) (בדומה לתחליב / אמולסיה, של נוזל בנוזל) – אבל לא נוצרת תמיסה, כלומר אין פיזור ברמה המולקולרית בין העמילן למים, העמילן נשאר בצורה גבישית – כגרגירים קטנטנים בתוך המים. אם נמתין מספיק זמן נראה שגרגירי העמילן הכבדים שוקעים חזרה בתחתית הכלי, וכדי ליצור תרחיף יש לחזור ולערבב אותם עם המים.וזה בגלל שהקשרים בין המולקולות שמרכיבות את העמילן הם קשרים מאוד מאוד חזקים (בין אטומי המימן H  לחמצן Oקשרי מימן) – שמצמידים את המולקולות בחוזקה אחת לשנייה.

כאשר מחממים את המערכת – מולקולות המים והעמילן מתחילות לנוע יותר מהר (אנרגיה רבה יותר) – עד שהן מאפשרות לגרגיר העמילן 'להפתח', למולקולות השרשראתיות הרבות שלו להתפזר בתוך המים (להתמוסס). והתוצאה היא מין דייסה סמיכה שנוצרת עקב התנגדות המולקולות הארוכות, תמיסה סמיכה אופיינית לכל המסה של פולימר – מהסיבה הנ"ל.

אנימציה הממחישה את תהליך ההסמכה שמתרחש כאשר מחממים תערובת עמילן ומים. האנימציה יוצרה על ידי אתר דוידסון און-ליין.

כאשר מקררים חזרה את התמיסה – כיוון שגרגירי העמילן כבר 'נשברו' והמולקולות התערבבו במים, כל מה שקורה זה קיפאון של המערכת – מולקולות העמילן עוצרות במקומם, ומולקולות המים שהתפזרו ביניהן פשוט נלכדות במקום, עקב קשרי מימן ביניהן לבין מולקולות העמילוז והעמילופקטין – והתוצאה היא מבנה דמוי ג'ל, ששומר על צורתו גם ללא כלי - כמו במאלבי. התהליך מהווה דוגמה ל'תהליך בלתי רוורסבילי' (בלתי הפיך) ביחס לחימום: מתחילים עם משהו אחד, מחממים, וכאשר מקררים חזרה את המערכת היא לא חוזרת למצב הראשוני בו התחילה.
דרך-אגב, גם בג'לי שמכינים מג'לטין הסיפור דומה, רק ששם לא מתמוסס רב-סוכר, אלא חלבון – שגם הוא בעצם פולימר.
בנוסף – לעמילן יש תכונות יוצאות דופן נוספות, כאשר נמצא בריכוז גבוה הוא מתנהג כמוצק וכנוזל בו זמנית (הקליקו לניסוי בנושא)
וכמובן שאי אפשר לסיים את ההסבר, בלי לקשר למתכון של מאלבי  smiley (של השף חיים כהן)
 

ד"ר אבי סאייג
מכון דוידסון לחינוך מדעי
מכון ויצמן למדע



הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.

13 תגובות

  • סתיו

    עמילן

    זה בגלל הטמפרטורה הזגוגית?

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    מה?

    מה?

  • דור

    שלום,

    שלום,
    לפי מה שהבנתי מקריאה ברחבי האינטרנט, לעמילן קשה להתמוסס בגלל העמילוז, תקנו אותי אם אני טועה. אם אני לא טועה, למה העמילוז לא מתמוסס במים?

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    לא פשוט

    היי דור
    זה דווקא לא כל כך פשוט. יש בנושא המסיסות טעות נפוצה שנבעה בגלל טעות ניסויית. בעמילן שני סוגי העמילן (עמילוז הלא המסועף ועמילופקטין המסועף) נמצאים יחד, לעיתים עטופים במעטפת של חלבון או צלולוזה, ואז - כאשר נטבלים במים חמים, המעטפת מתנפחת והעמילוז הישר והארוך מצליח להזדחל טוב יותר ולצאת מהמעטפת מהר יותר - ולעיתים נראה שהוא מסיס יותר. במצב טהור, מולקולות לא מסועפות מסדרות טוב יותר וצפוף יותר זו על גבי זו, ולכן במצב טהור דווקא קשה יותר להמיס את העמילוז.
    לקריאה נוספת על המסיסות של השניים, ועל הטעויות שנמצאות (גם בספרי לימוד) ראה כאן:
    https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ed052p729

    בברכה
    ד"ר אבי סאייג
    מכון דוידסון לחינוך מדעי
    מכון ויצמן למדע

  • דור

    תודה רבה!! עזרת מאוד :)

  • עמנואל

    שאלה: ואיפה נכנס כאן עניין העמילן העמיד, זה שמתעכל ע"י החיידקים

    ואיפה נכנס כאן עניין העמילן העמיד, זה שמתעכל ע"י החיידקים הטובים שלנו ומהווה מזון פרהביוטי מצויין?

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    עמילן עמיד

    "עמילן עמיד" (resistant starch) זהו כינוי לעמילנים שמסיבות שונות לא מתפרקים על ידי מערכת העיכול האנושית, אבל כן מצליחים להתפרק על ידי חיידקים במעי הגס, ולכן מהווים מזון עבורם (ולכן הם מזון פרה-ביוטי). צריך לזכור שבכל מקרה קשה למערכת העיכול האנושית לפרק עמילנים, והבישול הוא למעשה מה שמסייע לה בכך. בניסוי מפורסם (של רייצ'ל נ' קַרמוֹדי) נתנו לשתי קבוצות עכברים לאכול בטטות טריות ובטטות מבושלות, כעבור 4 ימים הקבוצה שאכלה בטטות מבושלות עלתה במשקל, וזו שאכלה טריות – ירדה – כי גם הגוף שלהם לא הצליח לפרק את העמילן שבהן.
    (להרחבה ראה כתבה ביינטיפיק אמריקן: http://www.sciam.co.il/%D7%9B%D7%9C-%D7%9E%D7%94-%D7%A9%D7%90%D7%AA%D7%9...
    ) כך שמבחינות מסויימות – כל עמילן לא מבושל יכול להיחשב ל"עמיד", התהליך שתואר בכתבה עובר על עמילנים בבישול, 'פותח' את השרשראות שלהם - והופך אותם לנגישים לעיכול.
    ובכל זאת יש עמילנים שמסיבות שונות - כמו מעטפת גרעין מגנה, צורת גביש צפופה, גיבוש עם חומרים מגנים אחרים ועוד, לא נגישים למערכת העיכול האנושית אפילו אחרי בישול, והם נחשבים ממש לעמילנים עמידים.
    להרחבה נוספת ראה גם כתבה על הנושא באתר (המצויין!) 'מדע בצלחת' שעוסק במדע מאחורי הבישול והאוכל:
    https://scienceinmyplate.com/2013/11/30/%D7%A2%D7%9C-%D7%A7%D7%A6%D7%94-...
    בברכה
    ד"ר אבי סאייג
    מכון דוידסון לחינוך מדעי
    מכון ויצמן למדע

  • נעמי

    טעות באחוז העמילוז

    העמילוז מהווה 20%-25% מהעמילן ולא 75% כמו שכתוב
    מקור: http://en.wikipedia.org/wiki/Starch

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    אכן אכן

    אני רואה שהתבלבלתי בין אחוז שני הפולימרים. תודה, תוקן.

  • עדי

    האם יש עמילן שקוף שאני יוכל להעמלין בגד

    האם יש עמילן שקוף שאני יוכל להעמלין בגד

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    עמילן

    שלום עדי
    נסה/י לראות בחנות כלבו במחלקת חומרי הכביסה או בחנויות לחומרי בניין יש עדיין 'עמילן לכביסה'.
    אם את/ה מכירה מישהו בארה"ב- שם זה מוצר מדף נפוץ, למשל:
    http://www.walmart.com/ip/Sta-Flo-Liquid-Starch-64-fl-oz/15028887

  • ליאת

    YNP

    אילו קשרים נהרסים בעמילן בעט החימום?

    חקלאים פיתחו זן חדש של תירס, העשיר ברב סוכר שאינו מפוק על ידי עמילאז. זן התירס שפותח הוא דל- קלוריות. הספר מדוע?

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    תשובות לשאלות

    שלום ליאת,
    תשובות לשאלותיך:
    כמו שכתוב במאמר, הקשרים שמחזיקים את שרשאות העמילן צמודות אחד לשנייה הם קשרי מימן, וכאשר אנו מחממים עמילן הקשרים הללו נשברים (ונוצרים קשרי מימן חדשים בין העמילן למים).

    בקשר לשאלה השנייה: כדי שלמשהו יהיה קלוריות שגוף האדם יוכל להשתמש בהן, אנחנו חייבים להיות מסוגלים לעכל את המזון. למשל - פרה מסוגלת לעכל קש ולהשמין ממנו, ואנחנו לא (בגלל שאנחנו לא מסוגלים לפרק תאית ממנה בנוי הקש). בתירס המהונדס - בדיוק אותו הדבר: אם האנזים עמילז של הגוף לא מסוגל לפרק את רב הסוכר שבו, אז הוא יחשב דל-קלוריות כי הגוף לא יצליח לעכל אותו ולספוג את הסוכרים שבו (הגוף חייב לפרק רב סוכר לחד סוכר הבונה אותו כדי לספוג אותו אל הגוף).

    בברכה
    ד"ר אבי סאייג
    מכון דוידסון לחינוך מדעי
    מכון ויצמן למדע