Ваше сообщение отправлено. Мы Вам перезвоним!
Вторая индустриализация России

Перезвоните мне!

Закрыть
Главная » Все статьи на сайте » Химические соединения и вещества » Крахмал, свойства, получение и применение

Крахмал, свойства, получение и применение

  • Array

Крахмал, свойства, получение и применение.

 



 

Крахмал – растительный полисахарид со сложным строением, смесь полисахаридов амилозы и амилопектина, мономером которых является α-глюкоза.

 

Крахмал, формула, молекула, строение, состав, вещество

Крахмал в природе

Физические свойства крахмала

Химический состав крахмала

Химические свойства крахмала. Химические реакции (уравнения) крахмала

Получение и производство крахмала

Применение крахмала

 


Крахмал, формула, молекула, строение, состав, вещество:

Крахмал – растительный полисахарид со сложным строением, смесь полисахаридов амилозы и амилопектина, мономером которых является α-глюкоза.

Крахмал – смесь макромолекул амилозы и амилопектина, имеющая формулу (C6H10O5)n.

Крахмал – природный углевод, накапливаемый в клетках растений в виде крахмальных зерен и выделяемый из крахмалсодержащего сырья при его переработке.

Таким образом, в состав крахмала входят амилоза и амилопектин. Соотношение амилозы и амилопектина различно в различных крахмалах: амилозы 13-30 %; амилопектина 70-85%. Звенья амилозы и амилопектина соединены между собой в цепочки посредством α(1→4)-гликозидных связей.

Амилоза – полисахарид, образованный линейными или слаборазветвлёнными цепочками остатков α -глюкозы, соединённых α-(1→4) гликозидными связями. Цепочка амилозы состоит из 200-1000 структурных единиц (остатков α-глюкозы) и закручена в спираль. На каждый виток приходится по шесть остатков α-глюкозы. Молекулярная масса амилозы колеблется от 50 000 до 160 000. Благодаря своему строению (цепочки молекулы амилозы закручены в спираль) амилоза растворима в горячей воде.

Амилопектин – полисахарид, образованный разветвлёнными цепочками остатков α-глюкозы, соединённых α-(1→4) и в точках разветвления цепи α-(1→6) гликозидными связями. Цепочка амилопектина состоит из 6000-40000 структурных единиц (остатков α-глюкозы). Цепочка амилопектина имеет разветвленное строение через каждые 20-25 остатков α-глюкозы, в точках разветвления цепи остатки α-глюкозы связаны между собой α-(1→6) гликозидными связями. Структура амилопектина трехмерна, его ветви расположены по всем направлениям и придают молекуле сферическую форму. Молекулярная масса амилопектина достигает 1 000 000. Амилопектин не растворим в холодной воде, в горячей воде образует студенистую часть клейстера.

Помимо полисахаридов (амилозы и амилопектина) в состав крахмала входят неорганические вещества (остатки фосфорной кислоты), липиды, жирные кислоты.

Химическая формула крахмала (C6H10O5)n.

Аналогичную химическую формулу имеет и гликоген (называемый животным крахмалом). Гликоген – это полисахарид состава (C6H10O5)n, образованный остатками глюкозы, соединёнными α-(1→4) и в местах разветвления – α-(1→6) гликозидными связями. В клетках животных гликоген служит основным запасным углеводом и основной формой хранения глюкозы. Откладывается в виде гранул в цитоплазме клеток (главным образом в клетках печени и мышц). Гликоген отличается от крахмала более разветвлённой и компактной структурой, а также физическими и химическими свойствами.

Строение молекулы крахмала, структурная формула крахмала:

Крахмал

По внешнему виду крахмал представляет собой белое аморфное вещество без вкуса и запаха.

Крахмал не растворяется в холодной воде. В горячей воде сначала полностью растворяется амилоза, а амилопектин не растворяется, а разбухает, образуя вязкий коллоидный раствор – крахмальный клейстер. Не растворим в этаноле.

При сжатии порошка крахмала он издаёт характерный скрип, вызванный трением частиц.

Биологическая роль для организма человека крахмала заключается в том, что наряду с сахарозой он служит основным источников углеводов – одного из важнейших компонентов пищи. Крахмал самый распространенный углевод в рационе человека.

Попадая в организм человека или животных в желудок и в кишечник, под действием собственных ферментов крахмал гидролизуется до глюкозы, после чего всасывается и попадает в кровь. Далее в клетках человека или животных глюкоза окисляется до углекислого газа и воды с выделением энергии, необходимой для функционирования живого организма.

Крахмал не имеет температуру плавления. При температуре 410 °C самовозгорается.

 


Крахмал в природе:

Крахмал является весьма распространённым в природе веществом. Крахмал синтезируется в хлоропластах растений под действием света при фотосинтезе в результате полимеризации глюкозы.

Процесс получения крахмала в клетках растений можно описать следующими химическими уравнениями:

6CO2 + 6H2O  → C6H12O6 + 6O2 (hv, kat = хлорофилл),

nC6H12O6 (глюкоза) → (C6H10O5)n + nH2O.

В общем виде это уравнение можно записать как:

6nCO2 + 5nH2O → (C6H10O5)n+ 6nO2.

Для растений крахмал служит запасом питательных веществ (в качестве резервного источника питания) и накапливается в основном в плодах, семенах и клубнях, а также листьях и стеблях. Наиболее богато крахмалом зерно злаковых растений: риса (до 86 %), пшеницы (до 75 %), кукурузы (до 72 %), а также клубни картофеля (до 24 %). Крахмал, по сути, является главным составляющим семян растений.

Крахмал находится в специальных клетках растений – амилопластах в виде зёрен. Формы зёрен различаются и зависят от вида растений. Крахмальные зёрна представляют собой слоистые крупицы размером от 2 до 100 мкм, внешне напоминающие сферы, овалы, многогранники и пр. Растут крахмальные зёрна слой за слоем. На старый слой наращивается новый и т.д. Крахмальные зёрна в клубнях картофеля плавают в клеточном соке, а в семенах злаков склеены между собой клейковиной.

Крахмал, синтезируемый разными растениями, несколько различается по структуре и размеру зёрен, степени полимеризации молекул, строению полимерных цепей и физико-химическим свойствам.

Крахмал не синтезируется в организмах животных. Аналогичным энергетическим веществом животных клеток является гликоген.

 

Физические свойства крахмала:

Наименование параметра: Значение:
Цвет белый
Запах без запаха
Вкус Без вкуса
Агрегатное состояние (при 20 °C и атмосферном давлении 1 атм.) твердое аморфное вещество
Плотность (при 20 °C и атмосферном давлении 1 атм.), г/см3 1,5
Плотность (при 20 °C и атмосферном давлении 1 атм.), кг/м3 1500
Пищевая ценность картофельного крахмала, ккал 313
Пищевая ценность кукурузного крахмала, ккал 343
Температура самовоспламенения, °C 410
Молярная масса крахмала, г/моль 162,141 × n

 

Химический состав крахмала:

(на 100 г. крахмала)

Название вещества Картофельный крахмал Кукурузный крахмал
Белки, г 6,90 0,26
Жиры, г 0,34 0,05
Углеводы, г 83,10 91,27
Вода, г 6,52 8,32
Зола, г 3,14 0,09

В картофельном крахмале присутствуют витамины B1, B2, B3 (PP), B4, B5, B6, B9, С и E, а также макро- и микроэлементы: кальций, железо, магний, фосфор, калий, натрий, цинк, медь, марганец, селен.

В кукурузном крахмале присутствуют витамин B4, а также макро- и микроэлементы: кальций, железо, магний, фосфор, калий, натрий, цинк, медь, марганец, селен.

 

Химические свойства крахмала. Химические реакции (уравнения) крахмала:

Основные химические реакции крахмала следующие:

  1. 1. реакция крахмала с водой (гидролиз крахмала):

(C6H10O5)n + nН2О → nС6Н12O6 (tо, kat = H2SO4).

Важнейшее свойство крахмала – способность подвергаться гидролизу под действием ферментов или при нагревании с кислотами.

Гидролиз протекает ступенчато. Из крахмала сначала образуется декстрин ((C6H10O5)n), который гидролизуется до мальтозы (C12H22O11). Затем в результате гидролиза мальтозы образуется глюкоза (С6Н12O6).

Аналогичная реакция происходит во рту, желудке и кишечнике у живых организмов при попадании в него крахмала. В желудке и кишечнике крахмал под действием ферментов окончательно гидролизуется на глюкозу.

  1. 2. качественная реакция на крахмал (реакция крахмала с йодом):  

(C6H10O5)n + I → комплексное соединение амилозы и амилопектина с йодом.

В результате реакции крахмала с раствором йода образуется комплексное соединение включения. Происходит окрашивание крахмала в синий цвет. При нагревании окрашивание исчезает (комплексное соединение амилозы и амилопектина разрушается), при охлаждении появляется вновь.

В соединении включения частицы одного вещества («молекулы-гости») внедряются в кристаллическую структуру «молекул-хозяев». В роли «молекул-хозяев» выступают молекулы амилозы и амилопектина, а «гостями» являются молекулы йода.

  1. 3. не дает реакцию «серебряного зеркала» и не восстанавливает гидроксид меди до оксида меди:

При нагревании с аммиачным раствором оксида серебра крахмал не дает реакцию «серебряного зеркала». Кроме того, при нагревании с гидроксидом меди (II) крахмал не образует красного оксида меди (I).

Реакция «серебряного зеркала» и реакция с гидроксидом меди (II) с образованием красного оксида меди (I) характерны для лактозы и мальтозы. Поэтому крахмал еще именуют невосстанавливающим полисахаридом, т.к. он не восстанавливает Ag2O и Cu(OH)2.

 

Получение и производство крахмала:

Крахмал накапливается в зернах злаковых растений: рисе (до 86 %), пшенице (до 75 %), кукурузе (до 72 %), а также клубнях картофеля (до 24 %). Поэтому получение крахмала связано с выделением его из его источников. В промышленном масштабе его получают главным образом из клубней картофеля (в виде картофельной муки), а также кукурузы, в меньшей степени – из риса, пшеницы и других растений. Из картофеля и злаков крахмал получают,  разрушая клетки и отмывая его водой, после чего отстаивают и сушат.

 

Производство кукурузного крахмала:

Кукурузный крахмал получают путем обработки кукурузных зерен. После предварительной очистки кукурузные зёрна замачивают в серной кислоте, благодаря чему связывающий белок и другие вещества растворяется. Размякшие зёрна дробят и получают “крахмальное молоко” (крахмальную суспензию). Затем производят отделение крахмала от белка, не растворившегося в серной кислоте, отстаиванием или с помощью центрифуги. На следующем этапе отделившийся крахмал тщательно промывают и высушивают.

 

Производство картофельного крахмала:

Клубни картофеля предварительно моют и измельчают на терочных машинах до состояния кашки. Из полученной кашки на центрифугах отделяют клеточный сок и получают “крахмальное молоко”. “Крахмальное молоко” рафинируют и промывают водой. Образуется сгущенная суспензия крахмала, из которой затем осаждают крахмал. На следующем этапе отделившийся крахмал тщательно промывают, отстаивают и высушивают.

 

Применение крахмала:

– в качестве продукта питания как наиболее распространённый источник углеводов в рационе человека, а также для загущения многих пищевых продуктов и приготовления киселей, заправок, соусов и пр.,

– в пищевой промышленности крахмал для получения глюкозы, патоки, этанола,

– в текстильной промышленности – для обработки тканей,

– в бумажной промышленности – в качестве наполнителя,

– в фармацевтической промышленности в качестве наполнителя лекарственных препаратов,

– в быту для накрахмаливания предметов одежды: воротников, халатов и пр.,

– крахмальный клейстер применяется для приклеивания обоев.

 

Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com.

 







карта сайта

 

comments powered by HyperComments