Крахмал — Википедия
Крахмал | |
---|---|
![]() | |
![]() | |
Физические свойства | |
Состояние | Твёрдое, белый порошок |
Молярная масса | 162 × n г/моль |
Плотность | 1,5 г/см³ |
Термические свойства | |
Температура | |
• сублимации | 410 °C |
• самовоспламенения | 410 °C |
Давление пара | 0 ± 1 мм рт.ст.[1] |
Классификация | |
Рег. номер CAS | 9005-25-8 |
Рег. номер EINECS | 232-679-6 |
RTECS | GM5090000 |
ChEBI | 28017 |
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное. | |
![]() |
Крахма́л — органическое вещество с формулой (C6H10O5)n, смесь полисахаридов амилозы и амилопектина, мономером которых является альфа-глюкоза. Крахмал синтезируется растениями в хлоропластах с использованием энергии света при фотосинтезе. Крахмал, полученный из разных растений, несколько различается по структуре зёрен, степени полимеризации молекул, строению полимерных цепей и физико-химическим свойствам.
Крахмал и его производные широко используются в пищевой промышленности[2].
Физические свойства
[править | править код]![]() | В разделе не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску). |
Крахмал — аморфный белый порошок. Он не растворяется в холодной воде, а в горячей воде порошок набухает и растворяется, образуя коллоидный раствор — клейстер.
Под микроскопом видны отдельные зёрна крахмала. При сжатии порошка крахмала он издаёт характерный скрип, вызванный трением частиц.
Раствор крахмала в воде является неньютоновской жидкостью.
Органолептические свойства
[править | править код]Крахмал не имеет вкуса и запаха.[источник не указан 520 дней]
Химические свойства
[править | править код]В воде при добавлении в качестве катализатора кислот (разбавленная H2SO4 и другие) крахмал постепенно гидролизуется с уменьшением молекулярной массы, в результате образуется так называемый «растворимый крахмал», декстрины и другие сахара вплоть до глюкозы.[источник не указан 520 дней]
Молекулы крахмала неоднородны по размерам. Крахмал представляет собой смесь линейных и разветвлённых макромолекул.[источник не указан 520 дней]
При действии ферментов или нагревании с кислотами крахмал подвергается гидролизу[3]:
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/6d/Kraxmal_plus_iod.jpg/220px-Kraxmal_plus_iod.jpg)
Качественные реакции на крахмал
[править | править код]- Крахмал взаимодействует с иодом с окрашиванием в синий цвет, при этом образуется соединение включения. Эту реакцию открыли в 1814 году Жан-Жак Колен (фр. Jean-Jacques Colin) и Анри-Франсуа Готье де Клобри (Henri-François Gaultier de Claubry)[4].
- Крахмал, в отличие от глюкозы, не даёт реакцию серебряного зеркала.
- Подобно сахарозе, крахмал не восстанавливает гидроксид меди (II).
Биосинтез
[править | править код]![]() | В разделе не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску). |
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/26/Chloroplast.svg/330px-Chloroplast.svg.png)
1. наружная мембрана
2. межмембранное пространство
3. внутренняя мембрана (1+2+3: оболочка)
4. строма (жидкость)
5. тилакоид с просветом (люменом) внутри
6. мембрана тилакоида
7. грана (стопка тилакоидов)
8. тилакоид (ламелла)
9. зерно крахмала
10. рибосома
11. пластидная ДНК
12. пластоглобула (капля жира)
Часть глюкозы, образующейся в зелёных растениях при фотосинтезе, превращается в крахмал:
6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2 (суммарная формула)
nC6H12O6(глюкоза) → (C6H10O5)n + nH2O
В общем виде это можно записать как 6nCO2 + 5nH2O → (C6H10O5)n+ 6nO2.
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 %.
Модификация крахмала
[править | править код]![]() | В разделе не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску). |
В промышленности превращение крахмала в глюкозу (процесс осахаривания) происходит путём его кипячения на протяжении нескольких часов в разбавленной серной кислоте (каталитическое влияние серной кислоты на осахаривание крахмала было обнаружено в 1811 году К. С. Кирхгофом). Чтобы из полученного раствора удалить серную кислоту, в него добавляют мел, получая из серной кислоты нерастворимый сульфат кальция. Последний отфильтровывают и вещество выпаривают. Получается густая сладкая масса — крахмальная патока, которая содержит, кроме глюкозы, значительное количество остальных продуктов гидролиза крахмала.
Патока используется для приготовления кондитерских изделий и для разнообразных технических целей.
Если нужно получить чистую глюкозу, то кипячение крахмала ведут дольше, чем достигается более полное превращение его в глюкозу. Полученный после нейтрализации и фильтрования раствор сгущают, пока из него не начнут выпадать кристаллы глюкозы.
Также в настоящее время гидролиз крахмала производят ферментативно, с использованием альфа-амилазы для получения декстринов различной длины, и глюкоамилазы − для дальнейшего их гидролиза с получением глюкозы.
При нагревании сухого крахмала до 200—250 °C происходит частичное его разложение и получается смесь менее сложных, чем крахмал, полисахаридов (декстрин и другие).
Физическое изменение позволяет получать крахмал с высокой способностью удерживать влагу, что, в свою очередь, придаёт конечному продукту желаемую консистенцию.
Промышленное получение
[править | править код]В пищевой промышленности крахмал получают из картофеля и кукурузы. Клубни картофеля содержат в среднем 18,2 % крахмала, зёрна кукурузы — 59,9 % (есть сорта с содержанием крахмала до 70 %), и технологии получения картофельного и кукурузного крахмала отличаются[2].
При изготовлении картофельного крахмала клубни моют и измельчают. При измельчении клетки клубней картофеля разрушаются и крахмальные зёрна выходят из них наружу. Получившаяся смесь — «картофельная кашка» — содержит «свободный крахмал» (освобождённый из клеток растения), мезгу (разрушенные клетки растения), «связанный крахмал» (оставшийся в клетках) и клеточный сок (сок содержит тирозин, безазотистые органические вещества, сахара и минеральные вещества — всего 3,5–5 % сухой массы). Клеточный сок максимально быстро удаляют из «картофельной кашки» центрифугированием — чем меньше будет полифенолоксидаза окислять кислородом воздуха тирозин из клеточного сока, тем более качественным будет продукт. Затем из отжатой «картофельной кашки» вымывают крахмал — образуется крахмальная суспензия, которую называют «крахмальное молоко». Крахмальное молоко отделяют от мезги и рафинируют, затем многократно промывают водой — получается сырой крахмал с содержанием воды 40–52 %. Сырой крахмал обезвоживают и получают готовый продукт — сухой крахмал[2].
Чтобы извлечь крахмал из кукурузы, зерно предварительно вымачивают в 0,2 % растворе сернистой кислоты при температуре 48–50 °C в течение 48–50 часов. Под воздействием кислоты в зёрнах нейтрализуются ферменты, зёрна разбухают и 2/3 растворимых веществ переходят в раствор. Замоченное зерно дробят, в результате из зёрен освобождается 90–97 % зародыша (это сырьё для получения кукурузного масла), эти зародыши отделяют от «кукурузной кашки», затем отделяют от неё остатки клетчатки и выделяют свободный крахмал и глютен. Очищенный кукурузный крахмал обезвоживают до 13 % влажности[2].
Грязевой крахмал
[править | править код]Грязевой крахмал — побочный продукт при производстве первого сорта крахмала: та его часть, которая отлагается вверху при отмывке в осадочных чанах или чанах с мешалкой. Содержит 90—95 % крахмала, перерабатывается вторично на крахмал.[источник не указан 520 дней]
Пищевое значение
[править | править код]В желудочном тракте человека и животного крахмал поддаётся гидролизу и превращается в глюкозу, которая усваивается организмом. Промежуточными продуктами гидролиза крахмала являются декстрины.[источник не указан 520 дней]
Крахмал как пищевая добавка используется для загущения многих пищевых продуктов, приготовления киселей, заправок и соусов.[источник не указан 520 дней]
Крахмал является наиболее распространённым углеводом в рационе человека и содержится во многих основных продуктах питания. Главными источниками крахмала в мире являются зерновые культуры: рис, пшеница, кукуруза; различные корнеплоды и клубни, в том числе картофель, а также маниок[5][уточнить].
Большинство других крахмалистых продуктов произрастают только в местах с определённым климатом, например: рожь, ячмень, гречиха, овёс, пшено, жёлуди, бананы, каштаны, сорго, батат, плоды хлебного дерева, ямс, таро, чилим, маранта, арракача, канна, колоказия, кандык японский, пуэрария дольчатая, маланга, кислица клубненосная, такка перистонадрезанная, саго, и многие виды бобовых — таких, как чечевица, бобы садовые, маш, горох лущильный, нут.[источник не указан 520 дней]
Широко известными блюдами, содержащими крахмал, можно назвать: хлеб, блины, лапшу, макароны, каши, кисели и различные лепёшки, в том числе тортильи.[источник не указан 520 дней]
Для пищеварительных ферментов расщепление кристаллического крахмала (класс РК3) представляет некоторую сложность. Сырой крахмал плохо переваривается в двенадцатиперстной и тонкой кишке, а бактериальное разложение будет проходить в основном в толстой кишке. Продукты с большим количеством амилозы хуже перевариваются, чем с амилопектином. При этом даже резистентный (неперевариваемый) крахмал (классов РК2, РК3, РК4) играет свою физиологическую роль: медленная переработка такого крахмала в кишечнике не вызывает гипергликемии (увеличения концентрации глюкозы в крови, что особенно важно для больных сахарным диабетом), образует органические кислоты — основной источник энергии эпителия толстого кишечника, поддерживает иммунитет кишечного тракта, противовоспалительную защиту организма и другое[6]. В целях повышения усваиваемости крахмала его термически обрабатывают. Поэтому, прежде чем люди начали использовать огонь, зерно и другие высококрахмалосодержащие продукты были не самым лучшим способом получения энергии организмом (в отличие от белковой пищи). Термическая обработка изменила это, но это изменение в поступлении энергии из пищи с быстро легкоусваиваемыми углеводами стало одним из факторов развития метаболических синдромов в наше время, включая ожирение и диабет.[источник не указан 520 дней]
Клейстеризация и желатинизация крахмала, например, во время выпечки торта, может быть снижена за счёт сахара, конкурирующего за воду, что улучшает текстуру крахмала, предотвращая «зарезинивание».[источник не указан 520 дней]
Применение в промышленности
[править | править код]В мире наибольшее применение крахмал нашёл в целлюлозно-бумажной промышленности, насчитывая миллионы метрических тонн ежегодно[7].
В пищевой промышленности крахмал используется для получения глюкозы, патоки, этанола, в текстильной — для обработки тканей, в бумажной — в качестве наполнителя. Кроме того, крахмал входит в состав большинства колбас, майонеза, кетчупа и других продуктов.[источник не указан 520 дней]
Модифицированный крахмал является основным компонентом клея для обоев.[источник не указан 520 дней]
Применяется в фармацевтической промышленности в качестве наполнителя таблетированных форм лекарственных препаратов, некоторых лекарственных капсул, декстраны (декстрины) используются для приготовления ряда инфузионных растворов для внутривенных вливаний (гемодез, полиглюкин, реополиглюкин и другие).[источник не указан 520 дней]
Аддукт крахмала с иодом под названием амилойодин использовался в качестве антисептика и при лечении дефицита иода.[источник не указан 520 дней]
Этерификацией крахмала с триметафосфатом натрия или оксихлоридом фосфора получают монокрахмалфосфат, дикрахмалфосфат и другие модифицированные крахмалы[8]
Применение в быту
[править | править код]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/fd/AdhesivesForHouseUse006.jpg/220px-AdhesivesForHouseUse006.jpg)
Крахмал используется для накрахмаливания предметов одежды: воротников, халатов и так далее. Крахмальный клейстер применяется для приклеивания обоев, изготовления папье-маше. Иногда крахмал используется в качестве присыпок.[источник не указан 520 дней]
Биологические свойства
[править | править код]![]() | В разделе не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску). |
Крахмал, являясь одним из продуктов фотосинтеза, широко распространён в природе. Для растений он является запасом питательных веществ и содержится в основном в плодах, семенах и клубнях. Наиболее богато крахмалом зерно злаковых растений: риса (до 86 %), пшеницы (до 75 %), кукурузы (до 72 %), а также клубни картофеля (до 24 %).
Для организма человека крахмал наряду с сахарозой служит основным поставщиком углеводов — одного из важнейших компонентов пищи. Под действием собственных ферментов человека крахмал гидролизуется до глюкозы, которая окисляется в клетках до углекислого газа и воды с выделением энергии, необходимой для функционирования живого организма.
См. также
[править | править код]Примечания
[править | править код]- ↑ http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0567.html
- ↑ 1 2 3 4 Скурихин, И. М. 8.4. Сахар и крахмал // Все о пище с точки зрения химика : справ. изд-е / И. М. Скурихин, А. П. Нечаев. — М. : Высшая школа, 1991. — С. 113—115. — 288 с. : ил. — ISBN 5-06-000673-5.
- ↑ Кислотный гидролиз крахмала : Архивная копия от 26 декабря 2014 на Wayback Machine : [видео]. — Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов.
- ↑ Colin, Gaultier de Claubry. P. 92. — In: Mémoire sur les combinaisons de l'iode avec les substances végétales et animales : [фр.] // Annales de chimie et de physique : magazine. — 1814. — Vol. 90. — P. 87—100.
- ↑ Eliasson, A.-Ch. Starch in food : structure, function and applications : [англ.]. — Woodhead Publishing, 2004. — ISBN 978-0-8493-2555-7.
- ↑ Петрова И. В. Фитопребиотики: резистентный крахмал : Архивная копия от 7 февраля 2012 на Wayback Machine. — lepestok.kharkov.ua.
- ↑ Starch : [англ.] : [арх. 13 марта 2021] : NNFCC Renewable Chemicals Factsheet. — NNFCC.
- ↑ Safety Assessment of Starch Phosphates as Used in Cosmetics : Final Report : [англ.] : [арх. 2 декабря 2022]. — Cosmetic Ingredient Review, 2022. — 11 October. — [20] p.
Литература
[править | править код]- Крахмал // Краткая энциклопедия домашнего хозяйства / Под ред. А. И. Ревина. — М. : Советская энциклопедия, 1960. — Т. 1. — С. 293—294. — 770 с.
- Костенко, В. Г. Производство крахмала / В. Г. Костенко, А. Е. Овчинников, В. М. Горбатов. — М. : Легкая и пищевая промышленность, 1983. — 200 с.