Свойства и применение сополимеров крахмала реферат

Обновлено: 05.07.2024

1. Виды полимеров, их общие свойства и способы получения.

2. Природные ВМС или биополимеры. Свойства, применение, получение.

3. Химические ВМС. Свойства, применение, получение.

4. Список используемой литературы.

Виды полимеров, их общие свойства и способы получения.

Полимеры или высокомолекулярные соединения (ВМС) – это сложные вещества с большими молекулярными массами, молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа регулярно или нерегулярно повторяющихся структурных единиц (звеньев) одного или нескольких типов. Молекулярные массы полимеров могут быть от нескольких тысяч до миллионов.

По происхождению полимеры делят на:

1. Природные, биополимеры (полисахариды, белки, нуклеиновые кислоты, каучук, гуттаперча).

ü Искусственные – полученные из природных путем химических превращений (целлулоид, ацетатное, медноамиачное, вискозное волокна).

1. Синтетические – полученные из мономеров (синтетические каучуки, волокна /капрон, лавсан/, пластмассы).

По составу:

2. Элементоорганические – делятся на три группы: основная цепь неорганическая, а ответвления органические; основная цепь содержит углерод и другие элементы, а ответвления органические; основная цепь органическая, а ответвления неорганические.

3. Неорганические – имеют главные неорганические цепи и не содержат органических боковых ответвлений (элементы верхних рядов III – VI групп).

По структуре макромолекулы:

1. Линейные (высокоэластичные).

3. Сетчатые (низкоэластичные).

По химическому составу:

1. Гомополимеры (содержат одинаковые мономерные звенья).

2. Гетерополимеры или сополимеры (содержат разные мономерные звенья)

По составу главной цепи:

1. Гомоцепные (в главную цепь входят атомы одного элемента).

2. Гетероцепные (в главную цепь входят разные атомы)

По пространственному строению:

1. Стереорегулярные – макромолекулы построены из звеньев одинаковой или разной пространственной конфигурации, чередующихся в цепи с определенной периодичностью.

2. Нестереорегулярные (атактические) – с произвольным чередованием звеньев разной пространственной конфигурацией.

По физическим свойствам:

1. Кристаллические (имеют длинные стереорегулярные макромолекулы)

По способу получения:

По свойствам и применению:

Общие свойства полимеров (характерные для большинства ВМС).

1. ВМС не имеют определенной температуры плавления, плавятся в широком диапазоне температур, некоторые разлагаются ниже температуры плавления.

2. Не подвергаются перегонке, т. к. разлагаются при нагревании.

3. Не растворяются в воде или растворяются с трудом.

4. Обладают высокой прочностью.

5. Инертны в химических средах, устойчивы к воздействию окружающей среды.

Получение полимеров.

К образованию ВМС приводят три процесса:

1) Реакция полимеризации – процесс, в результате которого молекулы низкомолекулярного соединения (мономеры) соединяются друг с другом при помощи ковалентных связей, образуя полимер. Эта реакция характерна для соединений с кратными связями.

2) Реакция поликонденсации – процесс образования полимера из низкомолекулярных соединений, содержащих 2 или несколько функциональных групп, сопровождающийся выделением за счет этих групп, таких веществ, как вода, аммиак, галогеноводород и т. п. (Капрон, нейлон, фенолформальдегидные смолы).

3) Реакция сополимеризации – процесс образования полимеров из двух или нескольких разных мономеров. (Получение бутадиенстирольного каучука).

Теперь рассмотрим полимеры, совмещая два признака: по происхождению – природные и химические, и по свойствам и применению – белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты, пластмассы, эластомеры, волокна.

Природные полимеры. Свойства, применение, получение.

Природные полимеры – это ВМС растительного или животного происхождения. Сюда относят:

3. Эластомеры (натуральный каучук).

4. Нуклеиновые кислоты.

Теперь более подробно рассмотрим каждый пункт.

Белки.

Белки – это природные органические, азотосодержащие ВМС (биополимеры), структурную основу которых составляют полипептидные цепи, построенные из остатков аминокислот. Они бывают 2 видов:

Протеины (простые белки) – состоят только из аминокислот, и протеиды (сложные белки) – в составе не только аминокислоты, но другие группы атомов.

Строение белковых структур.

Различают 4 уровня структурной организации белковых молекул.

1. Первичная структура белка – это число и последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи. Установлена в 1954г.

2. Вторичная структура белка – это спираль, которая образуется в результате скручивания полипептидной цепи за счет водородных связей между группами: Была установлена в 1951г.

4. Четвертичная структура белка (ассоциата) – способ совместной укладки нескольких полипептидных цепей:

Свойства белков.

Свойства белков разнообразны. Одни растворяются в воде, образуя коллоидные растворы, другие в растворах солей, третьи нерастворимы. Белки вступают в реакции окисления-восстановления, этерификации, алкилирования, нитрирования; они амфотерны. Белки также способны к обратимому изменению своей структуры.

Функции и применение.

Пластическая функция – белки служат строительным материалом клетки.

Транспортная функция – переносят различные вещества.

Защитная функция – обезвреживают чужеродные вещества.

Энергетическая функция – снабжают организмы энергией.

Каталитическая функция – ускоряют протекание химических реакций в организме.

Сократительная функция – выполняют все виды движений организма.

Регуляторная функция – регулируют обменные процессы в организмах.

Сигнальная (рецепторная) – выполняют связь с окружающей средой.

Белки – необходимая составная часть пищи человека, недостаток которого может привести к серьезным заболеваниям. Так же белки применяют практически во всех сферах деятельности человека: медицина, пищевая промышленность, химическая промышленность и многое другое.

Полисахариды.

Полисахариды – высокомолекулярные несахароподобные углеводы, содержащие от 10 до 100 тысяч остатков моносахаридов, связанных гликозидными связями. Крахмал и целлюлоза – важнейшие природные представители. Общая эмпирическая формула (С Н О )n. Мономер – глюкоза.

Крахмал, его свойства, применение и получение.

Аморфный порошок белого цвета, без вкуса и запаха, плохо растворяется в воде, в горячей воде набухает, образуя коллоидный раствор. Крахмал состоит из 2 фракций: амилозы (20-30%) и амилопектина (70-80%).

Крахмал подвергается гидролизу, в результате которого выделяется глюкоза. В технике его кипятят несколько часов с разбавленной серной кислотой, затем к нему прибавляют мел, отфильтровывают и упаривают. Получается густая сладкая масса – крахмальная патока, которую используют для кондитерских и технических целей. Для получения чистой глюкозы раствор кипятят дольше, сгущают и кристаллизуют глюкозу.

При нагревании сухого крахмала получается смесь, называемая декстрином, которая применяется в легкой промышленности и для приготовления клея. Также крахмал – сырье для производства этилового, н-бутилового спиртов, ацетона, лимонной кислоты, глицерина. Он используется и в медицине. Биологическая роль крахмала велика. Он главное питательное запасное вещество растений.

Мы думаем о природных полимерах иначе, чем о полимерах синтетических, поскольку мы не можем похвастать, что они являются плодом нашей изобретательности, а химические компании не могут продавать их с целью получения доходов. Однако, все это не делает природные полимеры менее важными. На самом деле оказывается, что во многом они даже важнее синтетических.

Природные полимеры

Природные органические полимеры (биополимеры) составляют основу всех животных и растительных организмов.

Протеины или белки были первым примером полиамидов. Белки являются основным органическим веществом, из которого построены клетки животного организма (в растительных клетках белка содержится меньше).

Функции белков в организме универсальны: ферментативная, структурная, рецепторная, сократительная, защитная, транспортная, регуляторная.

Энзимы являются одним из важнейших видов полипептидов, которые являются ключевым звеном для появления жизни на Земле. Все живые организмы используют энзимы для того, чтобы строить, изменять и разрушать другие виды обсуждаемых здесь полимеров. Энзимы являются катализаторами, которые выполняют четко определенную работу.

Шелк - один из уникальных полипептидов, который стали использовать уже очень давно благодаря его превосходным свойствам.

Нуклеиновые кислоты осуществляют хранение, воспроизводство и реализацию генетической информации, управляют точным ходом биосинтеза белков в клетках. ДНК и РНК

ДНК и РНК содержат основную цепь, состоящую из звеньев глюкозы. Поэтому они относятся к группе полимеров полисахаридов, хотя в случае ДНК и РНК именно боковые группы, хорошо упорядоченные, придают этим полимерам их уникальные свойства.

Другое семейство полисахаридов включает крахмал и целлюлозу.

Целлюлоза является основным полимером, из которого построены растения. Древесина в основном состоит из целлюлозы. Целлюлоза в высокой степени кристаллична, поэтому не растворяется практически ни в чем. Хлопок является одной из разновидностей целлюлозы, которую мы часто используем в нашей одежде. То, что хлопок нерастворим в горячей воде, для нас очень важно. В противном случае наша одежда растворялась бы при попытке выстирать ее. Целлюлоза также обладает тем приятным свойством, что если вы намочите ее, а затем проведете по ней горячим утюгом, она снова выравнивается и разглаживается. Это придает опрятный вид нашей одежде (по крайней мере, на некоторое время), но тем не менее позволяет легко смывать с нее грязь, когда мы ее стираем.

Нахождение в природе

Крахмал – смесь полисахаридов встречающихся в растениях в виде зерен,

Образуется в листьях в результате фотосинтеза и откладывается в корнях, в клубнях и семенах в виде зерен, имеющих величину, форму и внутреннее строение, характерные для каждого вида растений.

Крахмальные зерна неоднородны, помимо полисахаридов они содержат воду (10-20%) и очень небольших количествах фосфаты, кремнезем, жирные кислоты, липиды и др. Полисахариды крахмала состоят из остатков D-глюкозы в ее a-D-глюкопиранозной форме и отличаются степенью полимеризации и характером связей а-D-глюкопиранозных единиц. Полисахариды крахмала можно разделить на 2 главные фракции : амилозу и амилопектин.

Амилозу и амилопектин выделяют, действуя на крахмал растворами солей (MgSO4, (NH4)2SO4, Na2SO4)содержащих н-бутиловый спирт, при нагревании до 120 градусов с последующим осаждением амилозы при 70 градусов и амилопектина при 20 градусов. Для производства амилозы используются также специальные сорта кукурузы. Крахмал который содержит 55-75% амилозы. Амилопектин (амиока) производят также из восковидной кукурузы.При действии ферментов или нагревании с кислотами подвергается гидролизу. Крахмал не имеет вкуса.

Методы переработки

Производство крахмала известно с глубокой древности. Пшеничный крахмал получали уже в античную эпоху на островах Средиземноморья, в Древней Греции и Риме. Зерна пшеницы замачивали подслащенной водой в деревянных чанах, подвергали брожению, после чего разминали ногами, затем массу пропускали через льняную ткань или сито; полученную крахмальную суспензию осаждали в специальных отстойниках, сырой крахмал намазывали на камни и высушивали на солнце. Начало производства крахмала из пшеницы в других европейских странах относится к XVI в. В XVII в. почти одновременно с распространением культуры картофеля, завезенного из Америки, стали вырабатывать картофельный крахмал. Более широкое развитие производство картофельного крахмала получило в конце XVIII в. после изобретения ручной терки и перевода её на машинный привод. Развитие картофеле- и кукурузоперерабатывающего производств непосредственно связано с видом используемой энергии. Замена ручных приводов или конной тяги на механические приводы с постепенным переходом сначала на использование пара, а затем электрической энергии привела к существенным изменениям не только конструкций машин и аппаратов, но и способов ведения основных технологических операций: измельчения исходного сырья, разделения крахмальных и крахмало-белковых суспензий и т.д.

Основными этапами переработки крахмалсодержащего сырья были и продолжают оставаться:

предварительная очистка сырья от примесей;

предварительное разрушение структуры сырья химическими и биологическими способами для уменьшения энергозатрат при измельчении;

Измельчение сырья на отдельные компоненты; Измельчение производится в терках различного устройства, действием поверхности, снабженной большим числом зубьев, причем вращается или сама поверхность, или размельчаемая масса. Зубья, вследствие давления, проникают в размельчаемый материал и отрывают небольшие частицы. Мезга, получаемая с терок, состоит из крахмальных зерен, мелких частиц мякоти, мелких волокон от разорванных клеток и разбавлена водой.

разделение на фракции измельченной массы с использованием в качестве разделительной среды клеточной жидкости сырья, а также сопровождающей и экстракционной жидкостей;

извлечение крахмала и концентрирование побочных продуктов в многоконтурных рециркуляционных установках;

регенерация сопровождающей и экстракционной жидкостей для последующей рециркуляции в процессе;

снижение потребления чистой воды путем ее рециркуляции в процессе производства.

Для очищения крахмала применяют метод многократного процеживания через более мелкие сита. В промышленных масштабах крахмал очищают в центрифугах.

На заключительном этапе крахмал подвергается сушке. Самый распространенный прием высушивания крахмала — это высушивание на рамах в специальных сушильных камерах. Рамы с натянутым на них грубым полотном, нагруженным влажным крахмалом, вставляются через отверстия в поперечных стенках таких камер и передвигаются по горизонтальным брусьям, расположенным у боковых стенок. Кроме указанных сушилен предлагаются также так наз. механические сушильни, снабженные приспособлениями для механического передвижения крахмала.

Картофельный крахмал поступает в продажу в виде кусков и в виде порошка или муки. Для размельчения крахмала применяют преимущественно шаровые мельницы особого устройства.

Выбор растительных сырых материалов для производства крахмала, зависит не только от их цены и содержания крахмала, но также от их свойств. Крахмал тем легче извлекается из каких-либо частей растений, чем меньшей плотностью обладает ткань, его заключающая, и чем меньше она содержит азотистых веществ, облекающих крахмальные зерна. Поэтому извлечение крахмала из картофеля легче, нежели из твердых семян, содержащих много белков, каковы пшеница, рис и др. Из некоторых материалов, например из семян бобовых, вследствие очень тесного перемешивания в них белковых веществ и крахмальных зерен, извлечение крахмала простым отмыванием водою невозможно; из других растений выделение крахмала затрудняется вследствие присутствия красящих, дубильных и др. веществ, трудно отделяемых от крахмала. Благодаря указанным условиям, сравнительно небольшое число растительных материалов применяется для заводского получения крахмала.

В настоящее время наибольшее количество крахмала получают из картофеля. К более новым производствам принадлежит получение крахмала из риса, распространенное в Англии, и приготовление из кукурузы, производимое в больших размерах в Америке.

Что касается использования других видов крахмалсодержащего сырья, то в последнее десятилетие значительно возросло производство крахмала из сорго, риса, ячменя, маниока с применением преимущественно оборудования традиционных технологий.

Промышленное использование крахмала

и его производных

Крахмал имеет чрезвычайное высокое применение а различных отраслях промышленности. Его перерабатывают в патоку и глюкозу. Пищевая промышленность является одним из крупнейших потребителей крахмала и крахмалопродуктов. Кроме того, большое количество крахмала продаётся в виде конечного продукта для домашнего использования. Немодифицированные и модифицированные крахмалы и глюкоза используются в пищевой промышленности с одной или несколькими из следующих целей:

Непосредственно как клейстеризованный крахмал, кисель.

В качестве загустителя, благодаря вязким свойствам (в супах, детском питании, соусах, подливах.)

Как наполнитель, входящий в состав твёрдого содержимого супов, пирогов.

Как связующее для закрепления массы и предотвращения высыхания в процессе приготовления- (колбасы и мясные продукты).

Как стабилизаторы, благодаря высокой способности крахмала удерживать влагу.

Применение глюкозы в некоторых сортах дрожжевого хлеба и хлебобулочных изделий обладает несомненными преимуществами, так как глюкоза напрямую усваивается дрожжевыми клетками, вследствие чего, ферментация проходит полнее и быстрее. Кроме того, глюкоза придаёт золотистый цвет корочке и продлевает срок хранения хлеба.

Патока и глюкоза широко применяются в качестве подсластителей в кондитерских изделиях. Кроме этих широко распространённых в кондитерской промышленности крахмалопродуктов, в ней также используются нативные и модифицированные крахмалы для производства многих видов конфет; таких как желейные конфеты, ирис, твёрдые и мягкие жевательные резинки, карамель, помадка и рахат-лукум. Основное применение крахмала в кондитерской промышленности состоит в производстве карамелей, кондитерской массы и других видов сладостей как ингредиент и при изготовлении изделий из расплава или для посыпки сладостей, чтобы предотвратить их слипание. Амилопектин применяют в качестве клеев в пищевой промышленности.

Крахмал покрывает потребность человека в углеводах.

Растения, являющиеся источниками крахмала, всегда были важной частью рациона питания человека, дающей 70-80% потребляемых калорий. Благодаря широкой распространённости этих растений, а также из-за низкой стоимости, лёгкости модификации и возобновляемости источников неудивительно, что нашлось много способов непищевого применения крахмала. Ацилированный крахмал применяют для приготовления покрытий и загустителей. Из амилозы получают прочные пленки типа целлофановых, нерастворимые в воде и органических растворителях. Алкилпроизводные крахмала применяют в адгезивах, связующих, покрытиях, пенах, наполнителях, флокулянтах, пластиках, клеях и модификаторах вязкости. Применяют также модифицированные крахмалы, которым соответствующей обработкой, например термической или окислением гипохлоридами, придают специальные промышленные свойства.

Крупнейшим потребителем крахмалов является бумажная промышленность, получающая более 60% всего производимого крахмала. Различные виды крахмала используются на разных стадиях производства бумаги:
Добавление гидрофильных агентов, каким является крахмал, при размоле целлюлозы увеличивает набухание волокон, их гибкость и эластичность, способствует образованию дополнительных межволоконных связей в готовой бумаге, придает упругость и устойчивость к истиранию и излому. Также добавление крахмала в бумажную массу способствует удержанию наполнителя. Обычно для этих целей применяют ионные крахмалы, как катионные, так и анионные.

Для улучшения внешнего вида и типографских свойств бумаги, увеличения прочности, придания гидрофобности применяется поверхностная проклейка на формовочном прессе, где на одну или обе стороны частично высушенного полотна бумаги или картона наносится крахмал (обычно окисленный или карбоксилированный).
В случае мелования и нанесения покрытий крахмал служит и как составляющая покрытия и как адгезив.
В производстве картона крахмал применяется как для проклейки плоских слоёв, так и для склеивания листов гофрокартона Адгезивы на основе крахмала составляют приблизительно 60% от общего количества натуральных адгезивов.

Крахмал является распространённой основой для производства клея, который чаще всего применяется для склеивания бумаги к таким материалам, как стекло, минеральная вата и глина. Крахмал, кроме того, может служить прекрасным связующим для небумажных материалов, таких как уголь и угольные брикеты, минеральная вата в потолочных керамических элементах перед обжигом.
Наиболее часто для приготовления клея используют кукурузный, картофельный и тапиоковый крахмалы. Тапиоковый крахмал даёт более вязкие и однородные клеи. Они представляют собой жидкие стабильные клеящие составы, имеющие нейтральный pH, легко приготавливаемые и совмещающиеся с эмульсиями многих синтетических смол. Кукурузный и рисовый крахмалы требуют большего времени для приготовления и более высоких температур для достижения той же степени превращения. Тапиоковый крахмал, давая несколько более прочные адгезивы, чем картофельный, в то же время не обладающие запахом и вкусом, идеально подходит для производства клея для почтовых марок, конвертов и наклеек.

В фармации крахмал используют для приготовления мазей и присыпок, применяется как наполнитель при таблетировании лечебных средств, как основа для получения кровезаменителей, а продукт полного гидролиза крахмала - глюкоза является незаменимым и широко распространенным медицинским препаратом. Крахмал применяется также в составе питательных средств в производстве антибиотиков и витаминов.

Крахмал также применяется в медицине. Он используется как наполнитель, в хирургии для приготовления неподвижных повязок, как обволакивающее при заболеваниях ЖКТ. Установлено, что крахмал снижает содержание холестерина в печени и сыворотке крови, способствует синтезу рибофлавина кишечными бактериями. Рибофлавин же, входя в ферменты и коферменты, способствует превращению холестерина в желчные кислоты и выведению их из организма, что имеет большое значение для предотвращения атеросклероза. Крахмал способствует интенсификации обмена жирных кислот. В детской практике и при заболеваниях кожи крахмал применяют в качестве присыпок. Внутрь и в клизмах применяют отвар, как обволакивающее средство.

Крахмал как основной вид сырья используется в производстве этилового спирта пищевого и медицинского назначения. н-бутилового спирта, ацетона, молочной, лимонной и глюконовой кислот, глицерина, 2,3-бутиленгликоля и других продуктов.

Отечественное производство модифицированных крахмалов только зарождается. На сегодняшний день объемы производства довольно низкие, а предложение слабо развито. Причиной тому являются низкое качество и узкий ассортимент предлагаемых крахмалов. Вместе с тем, ежегодно наблюдаются положительные тенденции в этой области: в 2007 году зафиксирован рост производства модифицированных крахмалов; по сравнению с 2006 годом, объемы производства увеличились более, чем на 15%. Рост внутреннего производства опережает рост импорта. И если данная тенденция продолжится и в будущем, можно ожидать снижение влияния импорта на крахмальную отрасль страны.

В последние годы наблюдается тенденция увеличения объемов производства крахмала. И расширения применения крахмала и его производных в различных отраслях производства.

Литература: H. Тавилдаров, "Химическая технология сельскохозяйственных продуктов" (т. I, 1888).

Крахмал – ценный питательный продукт. Он входит в состав хлеба, картофеля, круп и наряду с сахарозой является важнейшим источником углеводов в человеческом организме.

Химическая формула крахмала (С₆(Н₂О)₅) n .

Строение крахмала

Крахмал состоит из 2 полисахаридов, построенных из остатков циклической a-глюкозы.

Крахмал состоит не только из линейных молекул, но и из молекул разветвленной структуры. Этим объясняется зернистое строение крахмала.

В состав крахмала входят:

амилоза (внутренняя часть крахмального зерна) — 10-20%;
амилопектин (оболочка крахмального зерна) — 80-90%.

Амилоза

Амилоза растворима в воде и представляет собой линейный полимер, в котором остатки α–глюкозы связаны друг с другом через первый и четвертый атомы углерода (α-1,4-гликозидными связями).

Цепь амилозы включает 200 — 1000 остатков a-глюкозы (средняя мол. масса 160 000) .

Макромолекула амилозы представляет собой спираль, каждый виток которой состоит из 6 звеньев a-глюкозы.

Амилопектин

В отличие от амилозы, амилопектин не растворим в воде, и имеет разветвленное строение.

Подавляющее большинство глюкозных остатков в амилопектине связаны, как и в амилозе α-1,4-гликозидными связями. Однако в точках разветвлений цепи имеются α-1,6-гликозидные связи.

Молекулярная масса амилопектина достигает 1-6 млн.

Молекулы амилопектина также довольно компактны, так как имеют сферическую форму.

Биологическая роль крахмала. Гликоген

Крахмал – главное запасное питательное вещество растений, основной источник резервной энергии в растительных клетках.

Остатки глюкозы в молекулах крахмала соединены достаточно прочно и в то же время под действием ферментов легко могут отщепляться, как только возникает потребность в источнике энергии.

Амилоза и амилопектин гидролизуются под действием кислот или ферментов до глюкозы, которая служит непосредственным источником энергии для клеточных реакций, входит в состав крови и тканей, участвует в обменных процессах.

Гликоген (животный крахмал) – полисахарид, молекулы которого построены из большого числа остатков α–глюкозы. Он имеет сходное строение с амилопектином, но отличается от него большей разветвленностью цепей, а также большей молекулярной массой.

Содержится гликоген главным образом в печени и в мышцах.

Гликоген – белый аморфный порошок, хорошо растворяется даже в холодной воде, легко гидролизуется под действием кислот и ферментов, образуя в качестве промежуточных веществ декстрины, мальтозу и при полном гидролизе – глюкозу.

Превращение крахмала в организме человека и животных

Нахождение в природе

Крахмал широко распространен в природе. Он образуется в растениях в процессе фотосинтезе и накапливается в клубнях, корнях, семенах, а также в листьях и стеблях.

Крахмал содержится в растениях в виде крахмальных зерен. Наиболее богато крахмалом зерно злаков: риса (до 80%), пшеницы (до 70%), кукурузы (до 72%), а также клубни картофеля (до 25%). В клубнях картофеля крахмальные зерна плавают в клеточном соке, в злаках они плотно склеены белковым веществом клейковиной.

Физические свойства

Крахмал – белое аморфное вещество, без вкуса и запаха, нерастворимое в холодной воде, в горячей воде набухает и частично растворяется, образуя вязкий коллоидный раствор (крахмальный клейстер).

Крахмал существует в двух формах: амилоза – линейный полимер, растворимый в горячей воде, амилопектин – разветвлённый полимер, не растворимый в воде, лишь набухает.

Химические свойства крахмала

Химические свойства крахмала объясняются его строением.

1. Гидролиз крахмала

При нагревании в кислой среде крахмал гидролизуется с разрывом связей между остатками α-глюкозы. При этом образуется ряд промежуточных продуктов, в частности мальтоза. Конечным продуктом гидролиза является глюкоза:

Процесс гидролиза протекает ступенчато, схематически его можно изобразить так:

Реакцию превращения крахмала в глюкозу при каталитическом действии серной кислоты открыл в 1811 г. русский ученый К.Кирхгоф (реакция Кирхгофа).

2. Качественная реакция на крахмал

Так как молекула амилозы представляет собой спираль, то при взаимодействии амилозы с йодом в водном растворе молекулы йода входят во внутренний канал спирали, образуя так называемое соединение включения.

Раствор иода окрашивает крахмал в синий цвет. При нагревании окрашивание исчезает (комплекс разрушается), при охлаждении появляется вновь.

Крахмал + J₂ – синее окрашивание

Данная реакция используется в аналитических целях для обнаружения, как крахмала, так и йода (йодкрахмальная проба)

3. Большинство глюкозных остатков в молекулах крахмала имеют по 3 свободных гидроксила (у 2,3,6-го атомов углерода), в точках разветвления – у 2-го и 3-го атомов углерода.

Следовательно, для крахмала возможны реакции, характерные для многоатомных спиртов, в частности образование простых и сложных эфиров. Однако эфиры крахмала большого практического значения не имеют.

Качественную реакцию на многоатомные спирты крахмал не дает, так как плохо растворяется в воде.

Получение крахмала

Из растений извлекают крахмал, разрушая клетки и отмывая его водой. 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.

Получение крахмала из картофеля

Полученный крахмал ещё раз промывают водой, отстаивают и сушат в струе теплого воздуха.

Получение крахмала из кукурузы

Зерна кукурузы замачивают в теплой воде разбавленной сернистой кислоты с целью размягчения зерна и удаления из него основной части растворимых веществ.

Набухшее зерно дробят для удаления ростков.

Ростки, после всплывания на поверхность воды, отделяют и используют в дальнейшем для получения кукурузного масла.

Кукурузную массу повторно измельчают, обрабатывают водой для вымывания крахмала, затем отделяют отстаиванием или с помощью центрифуги.

Применение крахмала

Крахмал широко применяется в различных отраслях промышленности (пищевой, фармацевтической, текстильной, бумажной и т.п.).

Он является основным углеводом пищи человека – хлеба, круп, картофеля.

В значительных количествах перерабатывается на декстрины, патоку и глюкозу, используемые в кондитерском производстве.

Из крахмала, содержащегося в картофеле и зерне злаков, получают этиловый, н-бутиловый спирты, ацетон, лимонную кислоту, глицерин.

Крахмал используется как клеящее средство, применяется для отделки тканей, крахмаления белья.

В медицине на основе крахмала готовятся мази, присыпки и т.д.

Рубрики: Углеводы Теги: Углеводы

Крахмал в качестве резервного питания накапливается в клубнях, плодах, семенах растений. Так, в наиболее часто используемых для производства крахмала растениях, клубнях картофеля содержится до 24 % крахмала, в зёрнах пшеницы — до 64 %, риса — 75 %, кукурузы — 70 %.

Существуют три вида углеводов: клетчатка, глюкоза и крахмал. В то время как многие диеты для потери веса предлагают ограничить потребление крахмалов и других углеводов, исследователи все чаще говорят, что это не что иное, как миф. А при правильно продуманном питании даже крахмалистое мучное не осядет жиром на боках. Свое слово об этом веществе сказали и медики. Причем оно также неоднозначно. Так что такое крахмал, чем является наиболее популярный – картофельный крахмал, польза и вред которого служат темами научных дискуссий?

Биохимические свойства

Крахмал (формула – (С₆Н₁₀О₅)_n) – это белое гранулированное органическое вещество, которое вырабатывается всеми зелеными растениями.

Являет собой безвкусный порошок, нерастворимый в холодной воде, спирте и большинстве других растворителей. Эта субстанция принадлежит к группе полисахаридов. Наипростейшая форма крахмала – линейный полимер амилозы. Разветвленная форма представлена амилопектином. В реакции с водой образовывает клейстер. Гидролиз крахмала происходит при наличии кислот и повышения температуры, в результате образовывается глюкоза. Используя йод, легко проверить завершение реакции гидролиза (больше не будет появляться синий цвет).

В зеленых растениях крахмал производится от избытка глюкозы, полученной в результате фотосинтеза. Для растений это вещество служит источником энергии. Крахмал в форме гранул хранится в хлоропластах. В некоторых растениях наивысшая концентрация вещества содержится в корнях и клубнях, в других – в стеблях, семенах. Если возникает такая необходимость, это вещество может распадаться (под воздействием ферментов и воды), создавая глюкозу, которую растения используют в качестве подпитки. В человеческом организме, а также в телах животных молекула крахмала также распадается на сахара, а они также служат источником энергии.

Как работает в человеческом организме

Функции в организме

Единственная роль крахмала в рационе человека – превращение в глюкозу для получения дополнительной энергии.

Этот процесс начинается уже в тот момент, когда крахмалистая пища попадает в ротовую полость. На этом этапе слюна окружает молекулы крахмала, воздействуя на них, так возникает продукт расщепления – мальтоза, более простой углевод. Затем новое вещество попадает в тонкую кишку, где оно проходит очередные трансформации и превращается в глюкозу. И только после этого организм поглощает глюкозу (стенками кишечника), вещество попадает в кровь и уже по сосудам передвигается по всему организму, снабжая каждую клетку энергией.

Резистентный крахмал

Виды резистентных крахмалов

Но не все резистентные крахмалы одинаковые. Существуют 4 типа этого вещества:

тип 1 – содержится в зерновых, семенах, бобовых;
тип 2 – есть в некоторых видах мучного, в сыром картофеле и зеленых бананах;
тип 3 – образовывается, когда крахмалистые продукты, в том числе рис и картофель, варят, а затем охлаждают;
тип 4 – результат химических реакций.

Однако важно заметить, что крахмалы разных типов могут встречаться в одной и той же пище. Например, по мере дозревания бананов резистентные крахмалы превращаются в обычные. Также на количество устойчивого вещества в пище влияет и способ ее приготовления.

Польза и вред для организма

В человеческом организме резистентный крахмал работает по принципу растворимого волокна. Он проходит через желудок и тонкую кишку в непереваренном виде, а в кишечнике служит пищей для полезных бактерий (кишечной флоры). Существует сотни видов бактерий, которые оказывают влияние на здоровье, без некоторых из них невозможно бы было функционирование организма. И резистентный крахмал питает эти микроорганизмы. В результате такого взаимодействия образуются разные типы полезных соединений – от газов до жирных кислот, одна из которых – бутират. Крахмал, таким образом, питает полезные бактерии и косвенно клетки толстой кишки за счет увеличения количества бутирата.

Кроме того, резистентное вещество обладает несколькими полезными свойствами для кишечника. Во-первых, снижает уровень рН, уменьшает воспаления, а также снижает риск развития рака толстой кишки. Из-за лечебного воздействия на толстую кишку крахмал может быть полезным при расстройствах пищеварения, в том числе воспалениях кишечника, болезни Крона, запорах, дивертикулезе и диарее. Также исследования показали, что устойчивый крахмал улучшает поглощение минералов. Защищает организм от токсичных веществ, предотвращая их всасывание кишечником.

Но так ли полезен резистентный крахмал, как говорят некоторые исследователи? Пока однозначного ответа на этот вопрос нет, так как научные опыты продолжаются. И не исключено, что вся гипотетическая чудодейственность резистентного крахмала может и не подтвердиться. Но то, что крахмал обязательно должен быть частью вашего рациона – это однозначно.

Влияние на сахар и метаболизм

Резистентный крахмал важен для здорового метаболизма. Как показали некоторые исследования, это вещество повышает чувствительность организма к инсулину, эффективно для снижения сахара после приемов пищи. Кроме того, обладает еще одной уникальной способностью. Если завтрак состоял из крахмалистой пищи, то это вещество предотвратит всплеск уровня сахара и после обеденной трапезы.

Влияние крахмалов на глюкозу и метаболизм инсулина не перестает удивлять исследователей. Опыт показал, что достаточно на протяжении 4 недель принимать по 15-30 г вещества, чтобы повысить чувствительность к инсулину на 33-50 процентов. Невосприимчивость к этому гормону возникает при сахарном диабете 2 типа, ожирении, кардиологических заболеваниях и болезни Альцгеймера. За счет повышения чувствительности к инсулину и снижения уровня сахара в крови можно избежать многих хронических болезней.

Меж тем, исследователи соглашаются, положительное влияние резистентных крахмалов на организм зависит от индивидуальных особенностей.

Крахмал для похудения

По сравнению с обычным крахмалом, резистентный содержит наполовину меньше килокалорий – 2 против 4 на грамм продукта. Так что пища, содержащая резистентный крахмал, может по праву считаться диетической, при этом поддерживать чувство сытости надолго.

Как получить резистентный крахмал

Некоторые продукты из традиционного для многих рациона являются источниками резистентного крахмала. Среди наиболее насыщенных – сырой, вареный, а затем охлажденный картофель, зеленые бананы.

Источниками резистентного крахмала могут послужить бананы, кукуруза, картофель, батат, перловка, овсянка, чечевица, коричневый рис.

Процесс перехода обычного крахмала в резистентный напрямую зависит от температурного воздействия. И что интересно, в горячих крахмальных блюдах содержится больше обычного вещества, в охлажденных – резистентного. Это значит, что если переживаете за свою фигуру, то можете не кушать картофельное пюре, но без угрызений совести налегать на картофельный салат.

И по этому поводу несколько интересных цифр. Охлажденный картофель содержит немного больше чем 3 % резистентного крахмала, а это уже в 4 раза меньше, нежели обычного. Чечевица на 75 % – это крахмал, а вот количество резистентного уже не превышает 25 %.

Плохие крахмалы

Это может показаться странным, но не все крахмалистые продукты могут служить источниками крахмалов для человека. В первую очередь это касается белой муки и риса быстрого приготовления. В результате механической обработки эти продукты теряют значительное количество питательных веществ, в том числе и крахмала. Диетологи советуют избегать продуктов такого типа, поскольку они не то, что не принесут пользы, а еще могут и стать причиной проблем со здоровьем. Также не стоит заглядываться на пирожные, печенья, кренделя и кукурузные хлопья – полезных крахмалов в этих продуктах вы точно не найдете.

Сколько надо?

Для того чтобы удовлетворить суточные потребности организма в крахмальном продукте, достаточно потреблять по 100 г цельного зерна. Это показатель для женщин. Мужчинам желательно увеличить порцию до 120-130 г. В целом углеводы должны составлять примерно 45-65 процентов от суточного рациона.

Для того чтобы получить достаточное количество вещества, примерно треть рациона должны быть продукты, содержащие это вещество. Меж тем, эти показатели могут изменяться, например во время болезней.

Медики говорят, что взрослые люди ежедневно нуждаются в 300-450 г крахмала. Но его употребление оправдано только накануне тяжелой физической нагрузки или перед тем, как частые приемы пищи будут невозможны. Меньшие порции также полезны – защищают стенки желудка от пищеварительной кислоты. А вот чрезмерное потребление этого вещества может послужить причиной запоров и образования каловых камней.

Крахмалистые продукты и клетчатка

Мучные изделия, для производства которых было использовано цельное зерно, а также картофель (особенно с кожурой) являются ценными источниками клетчатки. Также комбинация крахмала и пищевого волокна есть в некоторых фруктах, бобовых и зерновых культурах, в кожуре некоторых овощей. Все они благотворно влияют на пищеварение, а также помогают снизить концентрацию холестерина в крови.

Пищевые источники

Крахмалистые продукты являются основным источником углеводов и важны для поддержания здоровой диеты. Такие продукты как картофель, хлеб, рис, макаронные изделия, крупы, согласно советам диетологов, должны составлять немного больше чем треть от всей пищи. Большинство из них содержат в себе клетчатку, кальций, железо и многие витамины.

Продукты с высоким содержанием крахмала – это в первую очередь бобовые культуры (фасоль, чечевица), овощи (картофель, кабачки), орехи, злаки и мука из них.

Цельные продукты богатые крахмалом ко всему еще являются источниками клетчатки, витаминов и многих минералов.

Существует несколько источников, богатых крахмалом, которые можно ввести в свой ежедневный рацион. Крахмалистые овощи, такие как картофель, кукуруза, горох, кабачок, содержат довольно высокие запасы вещества. Также важными источниками являются хлеб из цельного зерна, темный рис, макаронные изделия. Порция мучной пищи способна обеспечить организм 15 граммами крахмала.

Характеристика популярных крахмалистых продуктов

Особенно полезный – из муки грубого помола и ржаной. В обоих вариантах есть витамины группы В, Е, клетчатка, а также широкий спектр полезных минералов. В белом хлебе также есть много питательных веществ, необходимых организму, но количество клетчатки в этом продукте значительно ниже.

Некоторые люди отказываются от хлебобулочных изделий, боясь набрать лишние килограммы. Меж тем, нельзя полностью вычеркивать из своего меню этот продукт, так как вместе с ним человек лишает себя многих полезных элементов.

Кстати, полезным является только свежий хлеб, который хранится при комнатной температуре.

Злаки

Цельнозерновые крупы – кладезь железа, клетчатки, протеинов, витаминов группы В. Среди наиболее полезных – крупы из овса, ячменя, ржи. Продукты из зерновых – превосходный вариант для приготовления питательного и полезного завтрака. Помимо этого, не стоит забывать о ячмене, кукурузе и других зерновых, которые также считаются важными для организма.

Рис и пища из него – отличный выбор среди крахмалистых вариантов. Этот злак обеспечит энергией и при этом практически не содержит жира.

Существуют разные сорта риса, и все они полезны для человека, так как содержат витамины, клетчатку и белок. Этот продукт можно употреблять как в виде горячих блюд, так и холодных закусок. Но дабы он был по-настоящему полезным, лучше повторно не подогревать приготовленное блюдо, а если понадобится, то между разогревами хранить в холодильнике, что убережет от размножения вредных бактерий. Но при любых обстоятельствах готовое рисовое блюдо нельзя хранить дольше 24 часов. А во время повторного разогревания на протяжении 2 минут держать в температуре около 70 градусов по Цельсию (можно над паром).

Макаронные изделия

Лучше отдавать предпочтение тесту, приготовленному из твердых сортов пшеницы и воды. Оно содержит железо и витамины В-группы. Еще более полезными являются макароны из цельнозерновой основы.

Таблица содержания крахмалов в продуктах

Продукт	Крахмал (в процентах)
Рис	78
Спагетти	75
Кукурузные хлопья	74
Мука (пшеничная, ячменная)	72
Просо	69
Хлеб свежий	66
Кукуруза	65
Лапша	65
Гречка	64
Пшеница	60
Рожь	54
Чипсы картофельные	53
Горох	45
Ржаной хлеб	45
Слоеное тесто	37
Картофель фри	35
Сырая картошка	15,4
Вареный картофель	14

Акриламид в крахмалистой пище

Акриламид – это химическое вещество, которое можно найти в некоторых видах мучных продуктов после жарки, запекания на гриле или разогревания при очень высоких температурах.

Некоторые исследования показали, что это вещество может быть опасным для человека. Поэтому диетологи выступают против поджаривания (и особенно подгорания) крахмалистых продуктов, таких как картофель, гренки, корнеплоды.

Акриламид практически не вырабатывается в процессе варки, пропаривания или запекания в микроволновке. И кстати, хранение картофеля при очень низких температурах увеличивает в его составе концентрацию сахара, что также способствует выделению большой порции акриламида во время готовки.

Сочетание с другими веществами и усвоение

Крахмалы в плане сочетания с другими питательными веществами весьма требовательны. Обычно они плохо взаимодействуют с другими продуктами и хорошо сочетаются только между собой. Для максимальной пользы крахмалистую пищу лучше комбинировать с сырыми овощами в виде салатов. И кстати, организм легче переварит сырой крахмал, нежели после термической обработки. А также это вещество быстрее распадется, если в организме достаточно витаминов В.

Использование в промышленности

В промышленности встречается крахмал рисовый, кукурузный, пшеничный, тапиоковый, но картофельный, пожалуй, наиболее популярный.

Его получают путем измельчения клубней и перемешивания мякоти с водой. Затем мякоть отделяют от жидкости и высушивают. Помимо этого, крахмал применяют в пивоварении, в кондитерских изделиях как загуститель. Также он способен увеличить прочность бумаги, используется для изготовления гофрированного картона, бумажных пакетов, коробок, прорезиненной бумаги. В текстильной промышленности – как проклейка, придающая прочность нитям.

Также в пищевой промышленности активно применяют амилопектиновый крахмал, полученный из восковидной кукурузы. Используется как загуститель в соусах, заправках, фруктово-молочных десертах. В отличие от картофельного аналога, это вещество прозрачное, не имеет привкуса, а его уникальные химические свойства допускают многократное замораживание и нагревание крахмалистого продукта.

Наличие в списке ингредиентов продукта Е1400, Е1412, Е1420 или Е1422 говорит, что при производстве этой пищи использовали модифицированный кукурузный крахмал. От других видов его отличает способность к набуханию и образованию клейстеризованных растворов. В пищевой промышленности применяется как средство против комкования, для создания необходимой текстуры соусов, кетчупов, йогуртов и молочных десертов. Также применяют в хлебобулочных изделиях.

Тапиоковый крахмал также являет собой ингредиент пищевой промышленности. Но в качестве сырья для него используют не привычные нам картофель или кукурузу, а плоды маниока. По своим способностям этот продукт напоминает картофельный. Применяется в качестве загустителя и средства против образования комков.

Крахмал принадлежит к числу продуктов, о пользе и вреде которых пока нет однозначного мнения. Меж тем, существует отличный совет, которым руководствовались люди в разные времена: всего должно быть в меру и тогда пища не будет во вред. Это касается и крахмалов.

Баранова Е. А. – Картофель // Картофель и овощи. – 2009 г., №9. – С. 19-20
Гулюк Н. Г. – Крахмал и крахмалопродукты / Н. Г. Гулюк. – М.: Книга по Требованию, 2012 г. – 430 c.

Специальность: инфекционист, гастроэнтеролог, пульмонолог .

Общий стаж: 35 лет .

Образование: 1975-1982, 1ММИ, сан-гиг, высшая квалификация, врач-инфекционист .

Читайте также: