Крохмаль
Склад і будова молекули. Великий внесок у вивчення будови глюкози вніс видатний російський хімік Костянтин Сигизмундович Кірхгоф. У 1811 р, нагріваючи крохмаль з розведеним розчином сірчаної кислоти, Кірхгоф отримав глюкозу. Оскільки кількість сірчаної кислоти до і після реакції залишалося незмінним, вчений зробив висновок про її каталітичної ролі в даній реакції. Другий важливий висновок: елементарним ланкою полімерного ланцюга крохмалю є залишки глюкози, його загальна формула (С6Н10О5) n. Подальші дослідження показали, що крохмаль являє собою неоднорідний продукт, що складається з двох типів полімерних речовин. На частку розчинної у воді фракції, званої амилоза, припадає близько 20% маси, решту 80% – це нерозчинний у воді амилопектин.
Наступним етапом у розкритті таємниці хімічної будови крохмалю було з’ясування просторового розташування залишку глюкози в елементарному ланці. Загадка полягала в тому, що целюлоза, настільки несхожа на крохмаль за властивостями, при повному гідролізі також давала єдиний моносахарид – ту ж глюкозу. Тільки в 30-і рр. XX ст. вдалося за допомогою ферментів розщепити полімерну ланцюг крохмалю з освітою не моно-, а дисахарида. Ним виявилася мальтоза. Стало ясно, що крохмаль складається із залишків?-D-глюкози.
Амилоза являє собою лінійний полімер, в якому кожна ланка?-глюкози пов’язано з сусідніми за рахунок гликозидного гідроксилу і ОН – групи при четвергом вуглецевому атомі (рис. 37). Подібну природу зв’язку має мальтоза.
У кожній макромолекулі амілози міститься близько 200 елементарних ланок, що відповідає відносній молекулярній масі 30 000-40 000.
Структура амілопектину складніше, ніж амілози. До складу макромолекули входить більше 1000 залишків?-глюкози. На відміну від амілози, амилопектин являє собою сильно розгалужену макромолекул, що складається з декількох сотень коротких ланцюгів по 20-25 ланок у кожній. Один з кінців кожної такої ланцюга пов’язаний за допомогою гликозидного гідроксилу з атомом С (6) іншого ланцюга.
Крім крохмалю рослинного походження в печінці людини і тварин виявлений тваринний крохмаль – глікоген. Він має структуру, дуже схожу на амилопектин, з тією лише різницею, що макромолекула ще більш розгалужена і містить більш короткі ланцюга по 12-18 ланок?-глюкози в кожній.
Фізичні властивості. Крохмаль зустрічається у вигляді зерен білого кольору, форма і розміри яких характерні для кожного роду рослин. Зерна крохмалю не розчинні в холодній воді; якщо зруйнувати зовнішню мембрану розтиранням, то крохмаль в холодній воді набухає і утворює гель. У гарячій воді мембрана зерен лопається і крохмаль також утворює колоїдний розчин (гель). При нагріванні крохмалю відбувається руйнування макромолекул з утворенням сполук з меншою молекулярною масою – декстринів. За рахунок часткової дегідратації декстрини набувають жовту і золотисто-коричневе забарвлення. Цей процес відбувається при випічці борошняних кондитерських виробів, оскільки крохмаль складає основну частину пшеничного борошна. На відміну від моно – і олігосахаридів полісахариди не володіють солодким смаком.
Хімічні властивості. Доцільно почати вивчення хімічних властивостей крохмалю з якісної реакції. Лінійна полімерна молекула амілози згорнута в спіраль, всередині якої знаходиться канал розміром близько 0,5 нм. Всередину цього каналу можуть залучатися деякі молекули, наприклад йоду. Йод утворює з крохмалем комплексне з’єднання інтенсивно синього кольору. Ця реакція надзвичайно специфічна і є якісною для виявлення як крохмалю, так і йоду. Учитель демонструє цю реакцію, додаючи 1-2 краплі розведеної в 10 разів йодної настоянки до розчину крохмалю.
Учитель звертається до класу із запитанням: чи здатний крохмаль відновлювати аміачний розчин оксиду срібла? Як і всі полісахариди, крохмаль відноситься до невідновлювальних вуглеводам, оскільки всі гликозидні гідроксильні групи задіяні в утворенні хімічних зв’язків.
Одним з найбільш важливих властивостей будь-яких полісахаридів, в тому числі і крохмалю, є реакція гідролізу. При нетривалому нагріванні в присутності розчинів кислот або за участю ферментів (наприклад, ?-амілаза) крохмаль легко гідролізується з утворенням спочатку ланцюгів з меншою молекулярною масою (декстрини), потім дисахарида мальтози і нарешті D-глюкози:
При наявності достатньої кількості часу на уроці або факультативному занятті вчитель показує досвід по кислотному і ферментативному гідролізу крохмалю.
У плоскодонну колбу або хімічний стакан наливають 50 мл крохмального клейстеру, додають 5 мл 10% – ного розчину сірчаної кислоти і поміщають на киплячу водяну баню. Через кожні 3-5 хв. відбирають у пробірку проби по 2 мл рідини, охолоджують і проводять якісну реакцію з йодом. Синє забарвлення перших проб вказує на наявність в розчині крохмалю. З плином часу забарвлення змінюється на червоно-буру: в пробі переважають продукти гідролізу крохмалю – декстрини. Через 20-25 хв. фарбування в пробі зникне, крохмаль гідролізований до мальтози і глюкози. Чергову пробу рідини нейтралізують порошком карбонату кальцію (крейди) до припинення виділення вуглекислого газу, частина рідини декантирують в пробірку з свіжоприготований гідроксидом міді (І). Яскраво-синє забарвлення підтверджує наявність в розчині продукту кислотного гідролізу крохмалю – глюкози. Якщо отриманий розчин глюкози упарити до утворення сиропу стану, отриманий продукт називається патока. Його у великих кількостях отримують на крохмалепатокових заводах і використовують у харчовій промисловості в якості підсолоджувача. Незважаючи на те що глюкоза менш солодка, ніж сахароза, патока має одну важливу перевагу: продукти на її основі (наприклад, джеми та варення) не засахариваются.
Як вже було сказано, каталізує гідроліз крохмалю не тільки кислота, а й ферменти, що містяться в травній системі людини і тварин. Один з таких ферментів – ?-амілаза – міститься в слині. Розчин ферменту отримують, прополоскати рот дистильованою водою протягом однієї хвилини. Отриманий розчин змішують з рівним об’ємом крохмального клейстеру і поміщають на водяну баню з температурою 40 ° С. Попутно вчитель пояснює, що нагрівання при більш високій температурі неприпустимо: ферменти при цьому легко руйнуються і втрачають свою активність. Проведення проб з розчином йоду покаже, що через 10-15 хв. крохмалю в розчині не залишиться. Легкість гідролізу робить крохмаль легко засвоюваній їжею для людини і тварин.
Наступну інформацію про крохмалі краще дати в ході бесіди, використовуючи міжпредметні зв’язки з курсом біології.
Знаходження в природі, біологічна роль та застосування крохмалю. Крохмаль, будучи одним з продуктів фотосинтезу, широко поширений в природі. Для різних рослин він є запасним поживним матеріалом і міститься головним чином в плодах, насінні і бульбах. Найбільш багате крохмалем зерно злакових рослин: рису (до 86%), пшениці (до 75%), кукурудзи (до 72%), а також бульби картоплі (до 24%). У бульбах крохмальні зерна плавають в клітинному соку, тому картопля є основною сировиною для отримання крохмалю. У злаках частки крохмалю щільно склеєні білковим речовиною клейковиною.
Для організму людини крохмаль поряд з сахарозою служить основним постачальником вуглеводів – одного з найважливіших компонентів їжі. Під дією ферментів крохмаль гідролізується до глюкози, яка окислюється в клітинах до вуглекислого газу і води з виділенням енергії, необхідної для функціонування живого організму. З продуктів харчування найбільше кількість крохмалю міститься в хлібі, макаронних та інших борошняних виробах, крупах, картоплі.
За допомогою якісної реакції учитель демонструє наявність крохмалю в картоплі, борошні, хлібі, яблуці (бажано зеленому, недостиглому), макаронини.
У промисловості крохмаль отримують в основному з картоплі, рису або кукурудзи. Цей процес зводиться до відокремлення крохмальних зерен від інших складових клітини відмиванням водою.
У значних кількостях крохмаль переробляється на декстрини, патоку і глюкозу, використовувані в харчовій промисловості. З продуктів гідролізу отримують харчовий спирт, молочну кислоту та інші цінні продукти. Крохмаль використовують як клеїть засіб, застосовують для обробки тканин. У медицині на основі крохмалю готують деякі мазі і присипки.
(2 votes, average: 5.00 out of 5)