పిండి పదార్థాలు

Question: స్టార్చ్ రసాయనిక సూత్రం ఏంటి?



పిండి పదార్థాలను ఆంగ్లంలో కార్బోహైడ్రేట్లు అంటారు. నిజానికి పిండి పదార్థం - అంటే starchy substance - ఒక రకం కర్బనోదకం. పిండి పదార్ధాలు, చక్కెరలు, పిప్పి పదార్ధాలు, మొదలైనవన్నీ కర్బనోదకాలకి ఉదాహరణలే. కార్బోహైడ్రేట్లు అంటే కార్బన్ యొక్క హైడ్రేట్లు అని అర్థం. కార్బోహైడ్రేట్లు అనే పేరు వల్ల ఇవి కార్బన్, నీరు (హైడ్రేట్) సంయోగ పదార్థాలు లేదా జలయుత కార్బన్ పదార్థాలనే అర్థం వస్తుంది. కార్బోహైడ్రేట్లను శాకరైడులు అని కూడా పిలుస్తారు.
కార్బోహైడ్రేట్లు రెండు కంటే ఎక్కువ హైడ్రాక్సీ సమూహాలు కలిగిన ఆల్డిహైడ్‌లు లేదా కీటోన్‌లు. వీటి సాధారణ ఫార్ములా Cn (H2O) y. గ్లూకోజ్, ఫ్రక్టోజ్, సుక్రోజ్ (చక్కెర), లాక్టోజ్, సెల్యులోజ్, స్టార్చ్ (పిండి పదార్థం) కార్బోహైడ్రేట్లకు కొన్ని ఉదాహరణలు. వీటిని పిండి పదార్థాలు (బియ్యం, పప్పు ధాన్యాలు, ఆలుగడ్డలు, రొట్టె) లేదా చక్కెరలు (పటిక బెల్లం, జామ్, స్వీట్స్ లాంటివి) రూపంలో మనం ఆహారంగా తీసుకుంటాం. పత్తి, కలప వృక్షాల్లోని సెల్యులోజ్ వల్ల ఏర్పడుతున్నాయి.
చరిత్ర
రసాయన శాస్త్రం ఇంకా శైశవ దశలో ఉన్న రోజులలో వాడుకలో ఉన్న గుణాత్మక (qualitative) విశ్లేషణ ఒక్కటే సరిపోదనీ, పదార్ధాల ధర్మాలని పరిమాణాత్మకంగా (quantitative) విశ్లేషించి చూడాలనీ ఆధునిక రసాయన శాస్త్రం ఉద్ఘాటించింది. ఈ రకం ఆలోచనకి ఆద్యుడు ఫ్రెంచి శాస్త్రవేత్త లావోయిజర్ (Levosier). ఈయన చూపిన మార్గాన్ని అనుసరించిన వ్యక్తి గే-లుసాక్‌ (Gay-Lussac) అనే మరొక ఫ్రెంచి శాస్త్రవేత్త. ఈయన పంచదార (సుక్రోజ్) నీ, పిండి (starch) నీ తీసుకుని వాటిని పరిమాణాత్మకంగా విశ్లేషించి చూసారు. ఆంటే పంచదార లోనూ, పిండి లోనూ ఏయే రసాయన మూలకాలు ఏయే పాళ్ళల్లో ఉన్నాయో నిర్ధారించి చూడటం అన్నమాట. పంచదారకీ, పిండికీ బాహ్య లక్షణాలలో తేడాలు ఉన్నప్పటికీ వాటి రెండింటిలోనూ మూడే మూడు మూలకాలు దాదాపు ఒకే నిష్పత్తిలో ఉన్నాయని గే-లుసాక్‌ నిరూపించారు: 45 శాతం కర్బనం (carbon), 6 శాతం ఉదజని (hydrogen), 49 శాతం ఆమ్లజని (oxygen). అంటే ఒక పాలు ఉదజనికి సుమారు ఎనిమిది పాళ్ళు ఆమ్లజని ఉంది. నీటిలో కూడా ఈ మూలకాల నిష్పత్తి ఇంతే. అంటే పంచదార లోనూ, పిండి లోనూ కర్బనం (బొగ్గు) తో పాటు నీరు ఉందన్న మాట. లేదా పంచదార, పిండి పైకి తెల్లగా ఉన్నా, అవి నీరు పట్టిన బొగ్గు! లేదా, చెమర్చిన బొగ్గు. ఈ చెమర్చిన బొగ్గుని గ్రీకు భాషలో 'కార్బోహైడ్రేట్‌' అంటారు. అదే ఇంగ్లీషులోకి దిగుమతి అయింది. దీనిని కావలిస్తే తెలుగులో కర్బనోదకం (carbohydrate) అనొచ్చు.
కనుక కర్బనోదకాలలో కర్బనం, ఉదజని, ఆమ్లజని రకరకాల పాళ్ళల్లో, రకరకాల విన్యాసాలతో ఒప్పారుతూ ఉంటాయి. కర్బనోదకాలు ముఖ్యమైన పోషక పదార్ధాలు. ఇవి ఆంగిక రసాయనాల జాతికి చెందుతాయి. ఈ జాతికి చెందిన రసాయనాలకి పిండి పదార్ధాలు (starches), చక్కెరలు (sugars), కణోజు (cellulose) ఉదాహరణలు. వృక్షాలలో ఇవి కిరణజన్య సంయోగక్రియ (photosynthesis) ద్వారా తయారవుతాయి.
నామకరణాలు
కర్బనోదకాల పేర్లన్నీ "-ఓజు" శబ్దంతో అంతం అవాలని ఒక అంతర్జాతీయ ఒప్పందం ఉంది. ఉదాహరణకి కర్బనోదకాలన్నిటిలోనూ అతి చిన్న బణువు గ్లూకోజు. రక్తంలో ఉండే చక్కెర ఇదే. పళ్ళకి తీపినిచ్చేది ఫ్రూక్టోజు (ప్రూట్ అంటే పండు, ప్రూట్ + ఓజు = ఫ్రూక్టోజు). మనం సాధారణంగా కాఫీ, టీ లలో వేసుకునేది సుక్రోజు. పాలకి తియ్యదనాన్నిచ్చేది లేక్టోజు. మన జన్యు పదార్థంలో ఉండేది రైబోజు. పీచు, పిప్పి పదార్ధాలలో ఉండేది కణోజు (కణం + ఓజు = కణోజు, లేదా సెల్‌ + ఓజు = సెల్యులోజు). మనం ఏ భాషలో మాట్లాడినా, ఏ కొత్త పేర్లు పెట్టినా ఈ ఒప్పందం మనస్సులో పెట్టుకుంటే సర్వదా క్షేమకరం. అదే విధంగా కుడిచేతి వాటం ఉన్న చక్కెరలని డెక్‌స్ట్రోజు (dextrose) అనీ, ఎడమ చేతి వాటం ఉన్న చక్కెరలని లీవోజు (levose) అనీ అంటారు. (లేటిన్‌లో Dextro అంటే కుడి, levo అంటే ఎడమ.) వీటిని కావలిస్తే మనం దక్షిణోజు, వామోజు అని అనొచ్చు.
cells lines
ఆంగిక రసాయనంలో పేర్లు ఎంత ముఖ్యమో, ఒక బణువులో ఉన్న అణువుల అమరిక వైఖరి కూడా అంతే ముఖ్యం. ఈ అణువుల అమరికని నిర్మాణక్రమం (structural formula) అంటారు. ఈ నిర్మాణక్రమంలో చిన్న మార్పు వచ్చినా బణువు లక్షణం మారిపోతుంది. ఉదాహరణకి గ్లూకోజు బణువులో ఉన్న అణువులు తిన్నటి గొలుసు (straight-chain) ఆకారంలో ఉండొచ్చు, చక్రం (ring) ఆకారంలో ఉండొచ్చు. కొన్ని అమరికలలో సౌష్టత (symmetry) ఉండొచ్చు, కొన్ని అమరికలలో ఉండక పోవచ్చు. కొన్ని అమరికలకి 'కుడిచేతి వాటం' ఉండొచ్చు, కొన్నింటికి ఎడం చేతి వాటం' ఉండొచ్చు. ఈ 'వాటం' ని సాంకేతిక పరిభాషలో కరత్వం (handedness or chirality) అంటారు. ఈ కరత్వం అన్న మాటలోంచి వచ్చినదే chirality అనే ఇంగ్లీషు మాట!
ఈ అమరికలన్నిటినీ చూపటం కష్టం కనుక, మచ్చుకి, గ్లూకోజ్ నిర్మాణక్రమాల్లో ఒక దానిని ఇక్కడ చూపటం జరుగుతోంది.

వర్గీకరణ
రసాయనులు కర్బనోదకాలని నాలుగు ప్రధాన వర్గాలుగా విభజించారు. ఈ విధంగా మనకు తిండి, బట్ట, నివాసం అందించడంలో కార్బోహైడ్రేట్లు కీలక పాత్ర పోషిస్తున్నాయి. జీవ క్రియలన్నింటికీ కావలసిన శక్తిని సమకూర్చుతున్నాయి.ఒక కార్బోహైడ్రేట్ జల విశ్లేషణలో విడుదలయ్యే మోనోశాకరైడ్ అణువుల సంఖ్యను బట్టి కార్బోహైడ్రేట్‌లను విభజించవచ్చు. శాకరైడ్ అనే పదం గ్రీకు పదమైన Sakkharon నుంచి వచ్చింది. Sugar అని దీనికి అర్థం. మోనోశాకరైడ్, డైశాకరైడ్‌లలో చివర - ose అని వస్తుంది.
ఉదా: బ్లడ్‌షుగర్ అనేది మోనోశాకరైడ్ గ్లూకోజ్ (Glucose), మనం తినే చక్కెర డైశాకరైడ్ సుక్రోజ్ (Sucrose), పాలలోని చక్కెర డైశాకరైడ్ లాక్టోజ్ (Lactose).
కార్బోహైడ్రేట్ల వర్గీకరణ:
జలవిశ్లేషణ ఆధారంగా కార్బోహైడ్రేట్లను ఈ క్రింది విధంగా వర్గీకరించవచ్చు.
మోనోశాకరైడ్‌లు: ఉదా: గ్లూకోజ్, ఫ్రక్టోజ్, మానోజ్
డైశాకరైడ్‌లు: ఉదా: లాక్టోజ్
ఆలిగోశాకరైడ్‌లు: ఉదా: సుక్రోజ్, మాల్టోజ్, రాఫినోజ్
పాలీశాకరైడ్‌లు: ఉదా: సెల్యులోజ్, పిండి పదార్థం
ఏక చక్కెరలు లేదా మోనోసేకరైడ్లు (monosaccharides)
వీటిని సామాన్య చక్కెరలు అంటారు. ఉదాహరణ: గ్లూకోజు, గేలక్టోజు, ఫ్రూక్టోజు. వీటిని జల విశ్లేషణ (hydrolysis) చేయలేము. ఏక చక్కెరలని ఇంకా చిరు వర్గాలుగా విడగొట్టవచ్చు. చక్కెర బణువులో ఉన్న కార్బన్ అణువుల సంఖ్యనుబట్టి కాని, కార్బనిల్‌ గుంపు (group) ఉన్న స్థానాన్ని బట్టి గాని, బణువుయొక్క కరత్వం (handedness) కాని ఈ విభజన చేస్తారు. కార్బనిల్‌ గుంపు ఆల్డిహైడ్‌ (aldehyde) అయిన యెడల ఆ ఏక చక్కెరని ఆల్‌డోజు (aldose) అంటారు; కార్బనిల్‌ గుంపు కీటోన్‌ అయిన యెడల ఆ ఏక చక్కెరని కీటోజు (ketose) అంటారు. అదే పద్ధతిలో - ఏక చక్కెర అణువులో మూడు కర్బనపుటణువులు ఉంటే అది త్రయోజు (triose), నాలుగుంటే చతుర్ధోజు (tetrose), అయిదు ఉంటే పంచోజు (pentose), ఆరు ఉంటే షడోజు (hexose). ఈ పద్ధతిలో గ్లూకోజు ఆల్డోషడోజు (aldohexose) అవుతుంది (అంటే ఆరు కర్బనపు అణువులు ఉన్న ఆల్డిహైడ్‌), రైబోజు (ribose) ఆల్డోపంచోజు (aldopentose) అవుతుంది (అంటే, అయిదు కర్బనపు అణువులు ఉన్న ఆల్డిహైడ్‌), ఫ్రూక్టోజు (fructose) కీటోహెక్సోజు (ketohexose) అవుతుంది (అంటే ఆరు కర్బనపు అణువులు ఉన్న కీటోను). జీవ రసాయనికంగా పెంటోజు లు, హెక్సోజులు ప్రధానమైనవి. పెంటోజ్ లో రైబోజ్, హెక్సోజ్ లో గ్లూకోజ్, ఫ్రూక్టోజులు చాలా ముఖ్యమైనవి.
జంట చక్కెరలు లేదా డైసేకరైడ్లు (disaccharides)ఉదాహరణ: సుక్రోజు, లేక్టోజు, మాల్టోజు, వీటిని జల విశ్లేషణం చేసి రెండు ఏక చక్కెరలుగా విడగొట్టవచ్చు. జీవులలో జల విశ్లేషణం చేయడానికి ప్రత్యేకమైన ఎంజైములు ఉంటాయి.
స్వల్ప చక్కెరలు లేదా ఒలిగోసేకరైడ్లు (oligosaccharides)మూడు నుండి తొమ్మిది వరకు ఏకసేకరైడులు కలిసి ఏర్పడిన చక్కెరలను స్వల్పచక్కెరలు అంటారు.
బహు చక్కెరలు లేదా పోలిసేకరైడ్లు (polysaccharides)అనేక (తొమ్మిది దాటి) ఏకసేకరైడులు కలిసి ఏర్పడిన చక్కెరలను బహుచక్కెరలు అంటారు. ఉదాహరణ: పిండి పదార్థం, కణోజు (లేదా సెల్యులోజు).
శాస్త్రం ప్రకారం స్వల్ప, బహు అని రెండు వర్గాలుగా విడగొట్టవలసిన అవసరం పెద్దగా లేదు. బహు చక్కెరల జాతిలో ముఖ్యమైనది కణోజు (cellulose). వృక్ష సంపద లోని జీవ కణాల గోడలలో ఉంటుంది కనుక దీనికి ఇంగ్లీషులో సెల్యులోజు అనీ, తెలుగులో కణోజు అనీ పేర్లు. ఈ భూలోకంలో అతి విస్తారంగా ఉన్న ప్రాణి చెట్లు, చేమలు, గడ్డి, మొదలైన వృక్ష సంపద కనుక 'ఈ భూలోకంలో అత్యంత సమృద్ధిగా దొరికే ఆంగిక బణువులు (organic molecules) ఏవి?' అన్న ప్రశ్నకి నిర్ద్వందంగా 'కణోజు' అని సమాధానం చెప్పొచ్చు. కాగితాలు, సెల్యులాయిడ్‌, నైట్రోసెల్యులోజు, రేయాన్‌ మొదలైన పదార్ధాల తయారీకి కణోజు ముడి పదార్థం.
జీవ ప్రాముఖ్యం
చక్కెరలు జీవులకు నిత్యం అవసరమయ్యే శక్తిని ప్రసాదిస్తాయి.
పోలీసేకరైడ్లు శక్తిని నిల్వ ఉంచే పదార్ధాలుగా పనిచేస్తాయి.
జీవకణాల గోడలు మరియు ఇతర నిర్మాణాలలో ఉపయోగపడతాయి.
కైటిన్ పాలిసేకరైడ్లు కీటకాలకు, కొన్ని అకశేరుకాలకు రక్షణ కవచాన్ని ఏర్పరుస్తాయి.
హైల్యురానిక్ ఆమ్లం కణజాలాలలో సిమెంట్ పదార్థంగా ఉపయోగపడుతుంది.
హెపరిన్ జీవులలో రక్తం గడ్డ కట్టకుండా చేస్తుంది.
మానవులలో రక్త వర్గాలు కూడా వీటితో తయారు అవుతాయి.
ఇవి జీవ పదార్థానికి జిగార్ధ (కొల్లాయిడల్, colloidal) ధర్మాన్ని ఇస్తాయి.
పోషక సామర్థ్యం
కర్బనోదకాలు జీవికి శక్తిని ఇచ్చే పోషక పదార్ధాలు. వీటిని తక్కువ నీటితో జీర్ణం చేసుకోవచ్చు. ప్రాణ్యము (protein) లని, కొవ్వు (fat) లని జీర్ణించుకుందుకి ఎక్కవ నీరు కావాలి. ప్రాణ్యములు, కొవ్వులు ఆవం (oven) నిర్మించటానికి వాడే ఇటికలు, సున్నం అనుకుంటే కర్బనోదకాలు ఆవంలో కాలే ఇంధనం (fuel) అవుతుంది. అంటే శరీరంలో జీవకణాల నిర్మాణానికి కణజాల (tissue) నిర్మాణానికి ప్రాణ్యములు, కొవ్వులు అవసరం, శక్తిని ఇవ్వటానికి కర్బనోదకాలు అవసరం.
కర్బనోదకాలు జీవి మనుగడకి తప్పనిసరి కాదు. కర్బనోదకాల సరఫరా లేకపోతే జీవి కొవ్వుల నుండి, ప్రాణ్యాల నుండి కర్బనోదకాలని తయారుచేసుకో ఉంది.
స్థూలకాయంతో (obese) కాని, డయబెటీస్ (diabetes) తో కాని బాధ పడే ప్రజలు ప్రపంచ వ్యాప్తంగా పెరిగిపోతూన్న ఈ రోజులలో పోషకాహారం (diet) ఎటువంటిది తినాలన్నది ఒక జటిలమైన ప్రశ్నగా పరిణమించింది. ఐశ్వర్యవంతమైన దేశాలలో ఎదిగిన వ్యక్తులు తమకి కావలసిన శక్తిలో 40 నుండి 65 శాతం మేరకి కర్బనోదకాల నుండి లభించేలా చూసుకోవాలని ఒక మార్గదర్శిక సూచిక (guideline) ఉంది. ప్రపంచ ఆరోగ్య సంస్థ (World Health Organization) వారు మనకి లభించే శక్తిలో 55 నుండి 75 శాతం మేరకి కర్బనోదకాల నుండి పొందాలని వక్కాణించేరు. ఈ రెండింటిలో ఏ మార్గదర్శిక సూచిని వాడినా అందులో 10 శాతం మాత్రమే సాధారణ కర్బనోదకాలు (simple carbohydrates, అంటే, చక్కెర, గ్లూకోజు వగైరాలు) నుండి ఉండాలి అని, మిగిలినవి సంక్లిష్ట కర్బనోదకాలు (complex carbohydrates, అంటే, ధాన్యాలు, పళ్ళు, రొట్టెలు, మొదలైన పిండి పదార్ధాలు) అయి ఉండాలని సిఫారుసు చేశారు. ఆరోగ్య సూత్రాలు పాటించే వారు ఈ సంక్లిష్ట కర్బనోదకాలనే మంచి కర్బనోదకాలు (good carbs) అనిన్నీ, సాధారణ కర్బనోదకాలని చెడ్డ కర్బనోదకాలనిన్నీ (bad carbs) అంటూ ఉంటారు. రసాయన పరిభాషలో చెప్పాలంటే ఏక చక్కెరలు, జంట చక్కెరలు సాధారణ కర్బనోదకాలు. స్వల్ప చక్కెరలు, బహు చక్కెరలు సంక్లిష్ట కర్బనోదకాలు. ఇవి కాయగూరలు, ధాన్యాలు, పండ్లు, మొదలైన వాటిల్లో ఉంటాయి.
ఆరోగ్య పరిరక్షణకి మన అసలు గమ్యం రక్తంలో ఉన్న గ్లూకోజు మట్టాన్ని అదుపులో పెట్టగలగటం. కనుక ఏయే పదార్ధాలు తింటే రక్తంలో గ్లూకోజు మట్టం ఎంతెంత పెరుగుతుందో తెలిస్తే అప్పుడు ఏయే వస్తువులు తింటే మంచిదో తేల్చి చెప్పొచ్చు. ఈ కోణంలో ఆలోచించి కొందరు గ్లయిసీమిక్‌ సూచిక (glycemic index) అని ఒక కొత్త సూచికని ప్రవేశ పెట్టేరు. ఈ పద్ధతి ప్రకారం ఏయే కర్బనోదకాలని తింటే రక్తంలో గ్లూకోజు మట్టం ఎంతెంత పెరుగుతుందో లెక్క కట్టి, ఆ లెక్క ప్రకారం కర్బనోదకాలని వర్గీకరిస్తారు. మరొక పద్ధతిలో ఇన్సులిన్‌ సూచిక (insulin) అనే మరొక కొత్త సూచిక వాడతారు. గ్లయిసీమిక్‌, ఇన్సులిన్‌ సూచికలు శాస్త్రవేత్తలకి అర్ధమయినంత తేలికగా సామాన్యులకి అర్ధం కావు. కనుక ప్రస్తుతం బాగా పలుకుబడిలో ఉన్న పద్ధతి 'మంచి, చెడ్డ' అని కర్బనోదకాలని వర్గీకరించటమే.
బెనెడిక్ట్ పరీక్ష:
50 మి.లీ. ఫ్లాస్కులో 8.65 గ్రాముల సోడియం సిట్రేట్, 5 గ్రాముల సోడియం కార్బోనేట్, 35 మి.లీ.ల నీటిని పోసి కలపాలి. మరో పరీక్ష నాళికలో 0.87 గ్రాముల కాపర్ సల్ఫేట్‌ను 5 మి.లీ. నీటిలో కరిగించాలి. ఈ రెండు ద్రావణాలను కలపగా ఏర్పడిన ద్రావణాన్ని బెనెడిక్ట్ ద్రావణం అంటారు.
గ్లూకోజ్ పరీక్ష:
కొంత గ్లూకోజ్ ద్రావణానికి బెనెడిక్ట్ ద్రావణాన్ని కలిపి సారాదీపంపై వేడి చేయాలి. ఎర్రని అవక్షేపం ఏర్పడుతుంది. దీనికి కారణం బెనెడిక్ట్ ద్రావణంలోని Cu2+ అయానులు Cu2O గా గ్లూకోజ్ వల్ల క్షయకరణంచెందుతాయి. 
ఆధార గ్రంధావళి
Maton, Anthea; Jean Hopkins, Charles William McLaughlin, Susan Johnson, Maryanna Quon Warner, David LaHart, Jill D. Wright (1993). Human Biology and Health. Englewood Cliffs, New Jersey, USA: Prentice Hall, 52-59. ISBN 0-13-981176-1.
Matthews, C. E.; K. E. Van Holde; K. G. Ahern (1999) Biochemistry. 3rd edition. Benjamin Cummings. ISBN 0-8053-3066-6
N.A.Campbell (1996) Biology (4th edition). Benjamin Cummings NY. p.23 ISBN 0-8053-1957-3
Food and Nutrition Board (2002/2005). Dietary Reference Intakes for Energy, Carbohydrate, Fiber, Fat, Fatty Acids, Cholesterol, Protein, and Amino Acids. Washington, DC: The National Academies Press. Page 769. ISBN 0-309-08537-3
Joint WHO/FAO expert consultation (2003). Diet, Nutrition and the Prevention of Chronic Diseases (PDF). Geneva: World Health Organization. Pages 55–56. ISBN 92-4-120916-X
Joint WHO/FAO expert consultation (1998), Carbohydrates in human nutrition, chapter 1. ISBN 92-5-104114-8.
DHHS and USDA, Dietary Guidelines for Americans 2005, Chapter 7 Carbohydrates
వేమూరి వేంకటేశ్వరరావు, "జీవరహశ్యం", International Resource Systems, 1980 (అచ్చులో అలభ్యం)
వేమూరి వేంకటేశ్వరరావు, "రసగంధాయ రసాయనం", Rao Vemuri, 1989 (అచ్చులో అలభ్యం, ఇ-పుస్తకంగా దొరుకుతోంది.)
వేమూరి వేంకటేశ్వరరావు, "నిత్యజీవితంలో రసాయనశాస్త్రం," ఇ-పుస్తకం, కినిగె ప్రచురణ, 2013. ఇది "రసగంధాయ రసాయనం", కి పునర్ముద్రణ
వేమూరి వేంకటేశ్వరరావు, "చక్కెరలు", విద్యార్థిచెకుముకి, pp 57–60, October 1993
V Rao Vemuri, Telugu-English and English-Telugu Dictionary and Thesaurus, Asian Educational Services, New Delhi and Eco Foundation, 2002

వర్గం:ఆహార పదార్థాలు
వర్గం:జీవ శాస్త్రము