Какие свойства характерны для крахмала
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.
Как видно, соединение молекул глюкозы происходит с участием наиболее реакционноспособных гидроксильных групп, а исчезновение последних исключает возможность образования альдегидных групп, и они в молекуле крахмала отсутствуют. Поэтому крахмал не дает реакцию «серебряного зеркала».
Иллюстрация. Фрагмент молекулы крахмала
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.
Крахмал не дает реакцию «серебряного зеркала», однако ее дают продукты его гидролиза.
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:
Видеоопыт «Кислотный гидролиз крахмала»
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
Видеоопыт «Реакция крахмала с йодом»
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
Картофель моют, измельчают и промывают водой и перекачивают в большие сосуды, где происходит отстаивание. Вода извлекает из измельченного сырья крахмальные зерна, образуя так называемое «крахмальное молоко».
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.
Иллюстрация. Применение крахмала
Углеводы
Полисахариды
Источник
Все слышали слово “крахмал”, но не все знают, что это такое и для чего он нужен. Крахмал – это разновидность углеводов, и дискуссии о целесообразности его употребления ведутся специалистами по всему миру. Сторонники безуглеводных диет призывают отказаться от употребления продуктов, содержащих крахмал, тогда как их противники вещают об исключительной пользе последнего для организма человека.
Химический состав
Крахмал – это вещество органического происхождения, принадлежащее к группе полисахаридов, которое входит в состав всех зеленых растений. Выглядит как мелкий порошок белого цвета, не имеющий вкуса и запаха. В холодной воде растворяется плохо, при контакте с горячей образует раствор клеевидной консистенции.
Крахмал производится растениями в результате фотосинтеза. Для них он – своеобразное топливо, как глюкоза для человека. Кстати, попадая в человеческий организм, крахмал в результате биохимических процессов распадается на составляющие, одной из которых является как раз глюкоза.
Принцип действия в теле человека
Углеводы жизненно необходимы человеку, так как именно они являются источником энергии. Попадая с пищей в желудок, крахмал преобразовывается в глюкозу, которая затем с током крови поступает во все системы организма, а избыток ее накапливается в мышечной системе и печени. Крахмал относится к сложным углеводам, которые расщепляются, а, значит, и перевариваются дольше простых, тем самым обеспечивая длительную “подзарядку” организма и чувство сытости на много часов.
Роль крахмала в процессе пищеварения
Расщепление крахмала начинается сразу же после начала пережевывания пищи. Под воздействием слюны молекула крахмала преобразуется в более простое соединение – мальтозу. Последняя через желудок и двенадцатиперстную кишку попадает в тонкий кишечник, где процесс преобразования в глюкозу завершается окончательно. Получившаяся глюкоза всасывается через стенки кишечника в кровь, и по кровеносным сосудам разносится по организму, попадая в каждую клеточку человеческого тела.
Если глюкозы в организм поступает слишком много, пищеварительная система не может обработать ее всю сразу, поэтому откладывает излишки “про запас” в печени и мышцах. Такие запасы глюкозы “на черный день” называются гликоген. Организм использует его как дополнительный источник энергии во время выздоровления после длительной болезни, в период стрессов или больших физических нагрузок, когда обычного “топлива” не хватает.
Неперевариваемый крахмал
Крахмал – углевод сложный, строение его молекулы, соответственно, тоже не простое. Поэтому далеко не весь крахмал, который поступает с пищей в человеческий организм, переваривается и преобразовывается в глюкозу. Частично это вещество остается неизменным. Такой крахмал называется резистентным, то есть, устойчивым к процессам пищеварения.
Именно такой крахмал является самым полезным для человека. Его наличие в организме уменьшает аппетит, регулирует содержание глюкозы в крови и выработку инсулина поджелудочной железой. Резистентный крахмал также способствует выведению из организма “плохого” холестерина.
Классификация резистентных крахмалов
Существует четыре разновидности устойчивого к пищеварению крахмала:
- Тот, который содержится в горохе, фасоли, злаках и семенах растений;
- Картофельный и банановый крахмал;
- Крахмал, который образовывается в результате термообработки содержащих его продуктов (например, при варке картофеля или риса);
- Получающий резистентность в результате химических реакций.
Вышеуказанные типы часто комбинируются в одних и тех же продуктах. Например, резистентный крахмал в недозрелых бананах по мере их дозревания превращается в обычный, расщепляемый. Или же крахмал второго типа преобразуется в четвертый в результате варки картофеля.
Чем полезен резистентный крахмал
Значение крахмала для пищеварительной системы человека трудно переоценить. Всем известно, что в тонком кишечнике обитают полезные микроорганизмы (кишечная микрофлора), необходимые для правильного переваривания пищи и нормального функционирования иммунной системы. Так вот, питаются эти бактерии резистентным крахмалом. Поедая крахмал, бактерии выделяют множество полезных веществ, одно из которых – бутират – является строительным материалом для стенок толстого кишечника.
Кроме того, резистентный крахмал нормализует кислотную среду в кишечнике, благодаря чему уменьшаются воспалительные процессы и гниение, а возможность развития онкологических процессов стремится к нулю. Спасает он и от таких неприятных заболеваний, как запор и диарея. Благодаря своей клееобразной консистенции крахмал “связывает” вредные вещества и способствует их выведению из организма.
Крахмал и обмен веществ
Выше упоминалось влияние крахмала на выработку инсулина и регуляцию обмена веществ. Новейшие исследования показали исключительную важность этого вещества для контроля уровня сахара, что особенно важно для людей, страдающих диабетом. Так, если завтракать продуктами, содержащими крахмал, то в течение дня скачок глюкозы в крови вам не грозит.
Регулярное употребление крахмалистой пищи способствует повышению чувствительности организма к инсулину в полтора-два раза. Это означает, что вероятность заболеть диабетом, гипертонией или болезнью Альцгеймера существенно снижается.
Способствует резистентный крахмал и похудению, поскольку в содержащих его продуктах калорий мало, а чувство сытости они обеспечивают надолго.
Продукты, содержащие резистентный крахмал
Самый распространенный крахмалистый продукт – картофель. Это полноценный источник резистентного крахмала. Употреблять картофель лучше всего в вареном, тушеном или запеченном виде. Также много крахмала содержится в картофельном соке.
Важное уточнение: резистентный крахмал в картофеле при высоких температурах превращается в обычный, более калорийный. Поэтому если есть стремление похудеть, следует отказаться от горячего пюре в пользу охлажденного картофеля в мундире.
На втором месте по содержанию крахмала – бананы. Лучше всего употреблять в пищу немного недозрелые, зеленые бананы, так как резистентный крахмал содержится именно в них.
Много крахмала содержится также в кукурузе, рисе (коричневом), овсяной и перловой каше, фасоли горохе, чечевице. Используется крахмал и для приготовления киселя и различных соусов.
Если нужно провести быструю “крахмализацию” организма, можно употреблять внутрь картофельную муку (1 ст. л. натощак, запить стаканом воды, курс 2 недели). Кроме того, можно купить очищенный крахмал (порошок) в магазине и добавлять его в пищу или воду. Однако не стоит слишком усердствовать: передозировка крахмала может привести к вздутию живота, метеоризму и болям в желудке. Одной столовой ложки в день вполне достаточно.
Симптомы передозировки крахмала:
- хронические запоры;
- лишний вес;
- частые головные боли;
- беспричинная агрессивность;
- частые простуды.
Наличие одного или нескольких вышеуказанных признаков – повод пересмотреть свой рацион.
Вредный крахмал
Не все крахмалосодержащие продукты полезны. Белый рис и пшеничная мука (особенно высший сорт) в результате термообработки теряют практически все свои полезные свойства и могут принести больше вреда, чем пользы. То же самое касается печенья, тортов, пирожных и хлопьев быстрого приготовления.
Суточная норма
Углеводы должны составлять от 50 до 65% рациона взрослого человека в сутки. Что касается крахмала, то содержащие его продукты должны составлять примерно 30% от общего количества потребляемых углеводов. Женщинам достаточно будет съедать 300 г таких продуктов в день, мужчинам – 450 г. Но даже в малых количествах крахмал очень полезен. Он защищает стенки желудка от вредного влияния желудочного сока, и тем самым способствует профилактике гастритов с повышенной кислотностью и язвенной болезни.
При нехватке крахмала в организме человек ощущает:
- постоянную слабость;
- хроническую усталость;
- плохое настроение, упадок сил;
- угасание сексуальной функции.
Если человек ведет малоподвижный образ жизни, потребление крахмала следует сократить во избежание проблем с желудком, запоров и геморроя. Напротив, при интенсивных физических нагрузках (подготовка к соревнованиям, горные походы и т.д.) следует увеличить количество крахмала в своем ежедневном рационе.
Основные крахмалосодержащие продукты
Хлеб. Наиболее полезный хлеб – ржаной. Также следует употреблять любой хлеб из муки грубого помола. От пышного белого хлеба из пшеничной муки высшего сорта лучше отказаться. Самое полезное вещество, содержащее в хлебе – клетчатка, поэтому не следует исключать этот продукт из своего рациона полностью даже в случае соблюдения диеты. Хранить хлеб лучше всего при комнатной температуре и употреблять в чуть подсушенном виде.
Рис. Питательный углеводный продукт. В нем содержится много крахмала, белков и клетчатки, и совсем нет жиров. Мало кто знает, но рис лучше всего усваивается в холодном виде, а разогревать его повторно вообще не рекомендуется. Также не следует хранить приготовленный рис в холодильнике более суток.
Злаковые. Крупы – настоящая сокровищница. В них содержатся практически все основные витамины и минералы. Наиболее полезные – овес, рожь, гречка, ячмень. Каши – это лучший вариант завтрака. Содержащиеся в них сложные углеводы запустят пищеварение, обеспечат энергией и подарят сытость на длительное время.
Макароны. Наилучший вариант – изделия из твердых сортов пшеницы. В них содержится железо и витамины группы В. Минимум калорий, идеальны для желающих похудеть.
Что такое акриламид
Акриламид – это опасное для человека вещество, которое выделяется при жарке крахмалосодержащих продуктов. По этой причине диетологи советуют исключить из рациона жареный картофель, гренки и овощи, запеченные на гриле. При варке, тушении, готовке на пару, запекании в духовке или микроволновой печи акриламид не выделяется, поэтому предпочтение лучше отдавать именно этим способам термообработки пищи.
Взаимодействие с другими продуктами
Характерной чертой крахмалистой пищи является ее практически полная несовместимость с некрахмалистой. Лучше всего употреблять продукты, содержащие крахмал, как самостоятельные блюда, отдельно от всех остальных, либо же комбинировать их между собой. Если уж сочетать их с чем-либо, то лучше выбрать салаты из свежих овощей, заправленные растительным маслом. Картофельное пюре и куриная отбивная – верный путь к тяжести в желудке и длительным неприятным ощущениям.
Если в организме недостаток витаминов группы В, крахмал будет усваиваться хуже. Это может привести образованию каловых камней в толстом кишечнике.
Крахмал в промышленности
Наиболее известно промышленное производство картофельного крахмала, популярны также кукурузный и рисовый. Крахмал в пищевой промышленности применяется довольно широко. Это незаменимый ингредиент при варке пива, изготовлении кондитерских изделий, соусов, йогуртов, выпечки хлеба.
Кроме того, крахмал используют для производства картонных коробок и при пошиве одежды.
Польза и вред крахмала неоднозначны и зависят от состояния организма каждого конкретного человека. Все мы знаем, что любое вещество может быть как ядом, так и лекарством, все зависит от количества. К крахмалу эта истина применима в полной мере.
Источник
I. Фильм: “Полисахариды”
II. Физические свойства
Крахмал белый порошок, нерастворимый в холодной воде и образующий коллоидный раствор (крахмальный клейстер) в горячей воде. Существует в двух формах: амилоза – линейный полимер, растворимый в горячей воде, амилопектин – разветвлённый полимер, не растворимый в воде, лишь набухает.
III. Нахождение в природе
Крахмал – основной источник резервной энергии в растительных клетках – образуется в растениях в процессе фотосинтеза и накапливается в клубнях, корнях, семенах:
6CO2 + 6H2O свет, хлорофилл → C6H12O6 + 6O2
nC6H12O6 → (C6H10O5)n + nH2O
глюкоза крахмал
Содержится в клубнях картофеля, зёрнах пшеницы, риса, кукурузы.
Гликоген (животный крахмал), образуется в печени и мышцах животных.
IV. Строение
Состоит из остатков α – глюкозы.
В состав крахмала входят:
- амилоза (внутренняя часть крахмального зерна) – 10-20%
- амилопектин (оболочка крахмального зерна) – 80-90%
Цепь амилозы включает 200 – 1000 остатков α-глюкозы и имеет неразветвленное строение.
Амилопектин состоит из разветвленных макромолекул, молекулярная масса которых достигает 1 – 6 млн.
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. Поэтому крахмал – необходимый резервный углевод питания.
Иллюстрация. Строение крахмала (амилоза, амилопектин)
Иллюстрация. Фрагмент молекулы крахмала.
Видео-опыт: “Кислотный гидролиз крахмала”
Подобно амилопектину построен гликоген (животный крахмал), макромолекулы которого отличаются большей разветвлённостью:
V. Применение
Крахмал широко применяется в различных отраслях промышленности (пищевой, бродильной, фармацевтической, текстильной, бумажной и т.п.).
- Ценный питательный продукт.
- Для накрахмаливания белья.
- В качестве декстринового клея.
VI. Химические свойства полисахаридов
1. Гидролиз
(C6H10O5)n + nH2O t,H2SO4 → nC6H12O6
глюкоза
Гидролиз протекает ступенчато:
(C6H10O5)n → (C6H10O5)m → xC12H22O11 → n C6H12O6 (Примечание, m<n)
крахмал декстрины мальтоза глюкоза
2. Качественная реакция
Охлаждённый крахмальный клейстер + I2 (раствор) = синее окрашивание, которое исчезает при нагревании.
Видео-опыт: «Реакция крахмала с йодом»
Макромолекула амилозы представляет собой спираль, каждый виток которой состоит из 6 звеньев α-глюкозы.
При взаимодействии амилозы с йодом в водном растворе молекулы йода входят во внутренний канал спирали, образуя так называемое соединение включения. Это соединение имеет характерный синий цвет. Данная реакция используется в аналитических целях для обнаружения, как крахмала, так и йода (йодкрахмальная проба)
VII. Тренажеры
Тренажер №1: “Крахмал и целлюлоза. Нахождение в природе”
Тренажер №2:“Сравнение строения крахмала и целлюлозы”
ЦОРы
Фильм: “Полисахариды”
Видео-опыт: “Кислотный гидролиз крахмала”
Источник