Бытовые проблемы, которые поможет решить обыкновенный крахмал

Содержание крахмала в растениях

Название растения	Часть растения	Содержание крахмала (до)	Содержание сахара	Примечания
Рогоз широколистный (Typha latifolia)	сухие корневища	58% (25-58%)	10%	—
Цетрария исландский (Cetraria islandica)	наземная часть	44%	%	(крахмал: лихенин)
Глицерия (Glyceria)	зерновки	75%	?	—
Кукуруза (Zea mays L.)	семян	71%	?	—
Хлебное дерево (Artocarpus altilis)	сушеная мякоть плодов	80% (60-80%)	14%	—
Кувшинка белая (Nymphaea alba)	корневище	49%	20%
Овес (Avena)	зерно	60%	?	Овес посевной (Avena sativa L.)
Сусак (Butómus umbellátus)	корневище	60%	?
Водяной орех (Trapa natans)	орех	55%	?
Батат (Ipomoea batatas L.)	клубни	72%	?
Сорго (Sorghum)	?	74%	?
Маниок (Manihot)	?	77%	?
Горох (Pisum)	зерно	40%	?
Ячмень (Hordeum L.)	зерно	75%	?
Картофель (Solanum tuberosum)	клубни (в сухом веществе)	82%	?
Саговые пальмы (род. Латов. Cycas)	сердцевина пальмы	?	?
Рис (Oryza)	зерно	89%	?
Рожь (Secale)	зерно	72%	?
Пшеница (Triticum L)	зерно	74%	?
Алтея лекарственная (Althaea officinalis L.)	корни	37%	10%	(10% сахарозы)
Стрелолист обыкновенная (Sagittaria sagittifolia L.)	клубни	35%

Преимущества и недостатки использования крахмала

Преимущества очевидны: крахмал практичен и широко используется при изготовлении различных продуктов. Соусы, пудинг и кондитерское печенье не могут быть приготовлены без использования крахмала.

Недостатком крахмала является его чрезмерное использование.

Не стоит забывать, что продукты крахмала представляют собой чистые углеводы. Они очень легко могут добавить вам лишний вес и принести проблемы со здоровьем, включая сахарный диабет.

Можно также утверждать, что пшеничный крахмал оказывает особенно высокое влияние на уровень сахара в крови и поэтому его следует тщательно избегать.

Практическая работа № 6. Углеводы

Опыт 1. Действие аммиачного раствора гидроксида серебра на глюкозу

В пробирку налили немного раствора глюкозы и аммиачного раствора оксида серебра. Пробирку нагрели. Наблюдаем осаждение серебра на дне и стенках пробирки.

Вступает в эту реакцию линейная форма глюкозы.

Опыт 2. Действие гидроксида меди (II) на глюкозу

а) В пробирку налили чуть-чуть раствора глюкозы, 2 мл раствора гидроксида натрия и 1 мл медного купороса. Наблюдаем образование голубого осадка гидроксида меди (II), который сразу растворяется и раствор окрашивается в ярко-синий цвет. Происходит качественная реакция на многоатомные спирты, коим является глюкоза, реакция обусловлена наличием гидроксильной группы.

Опыт 3. Действие аммиачного раствора оксида серебра на сахарозу

а) В пробирку налили немного раствора сахарозы и немного аммиачного раствора оксида серебра и нагрели пробирку. Ничего не происходит, реакция не идет, т.к. сахарозу образуют циклические формы глюкозы и фруктозы, а они не дают реакцию серебряного зеркала.

б) В пробирку налили немного раствора сахарозы и несколько капель разбавленной серной кислоты. Пробирку нагрели. Затем добавляя в пробирку раствор гидроксида натрия доводим раствор до слабощелочной среды (используя как индикатор лакмусовую бумажку). К полученному раствору добавили 2 мл аммиачного раствора оксида серебра и опять нагрели пробирку.

При нагревании раствора серной кислоты с раствором сахарозы, образуется глюкоза в свободной линейной форме.

Опыт 4. Действие иода на крахмал

В химический стакан налили 20 мл кипящей воды и присыпали немного крахмала, образовавшуюся смесь перемешали до образования прозрачного коллоидного раствора — крахмального клейстера. В пробирку налили немного охлажденного клейстера и добавили несколько капель спиртового раствора иода. Наблюдаем синее окрашивание раствора. При нагревании полученного раствора синее окрашивание исчезает.

№6Химический практикум

Источник

Виды крахмала

В продаже, как правило, встречается крахмал, изготовленный из картофеля. Но есть большое количество продуктов, из которых выделяется порошкообразное вещество. Разные виды крахмала будут отличаться друг от друга плотностью, цветом и тактильными ощущениями.

Самыми популярными продуктами для изготовления крахмала являются:

• кукуруза;
• картофель;
• пшеница;
• рис;
• ячмень;
• горох;
• маниок;
• батат.

Большое значение в хозяйстве имеют такие виды крахмала как картофельный, рисовый, кукурузный, пшеничный, тапиоковый и бататный. В качестве способа производства используется метод помола клубней, корней и зерна.

Кукурузный крахмал

В кукурузных зёрнах содержится около 57 процентов крахмала. Для его выделения кукурузное зерно очищают, дробят и измельчают. Существуют три сорта крахмала из кукурузы: высший, первый и амилопектиновый сорт.

Кукурузному крахмалу допустимо иметь еле заметный жёлтый оттенок. Употребив такое вещество, можно ощутить лёгкий привкус и аромат кукурузы. Степень загущения ниже, чем у картофельного крахмала.

Кукурузный крахмал применяют в пищевой промышленности для изготовления кондитерских изделий, наполнителей и соусов, а также при изготовлении бумаги.

Картофельный крахмал

Клубни картофеля содержат до 20 процентов крахмального вещества. При измельчении клубней выделяется крахмальное вещество. Оно не имеет ни запаха, ни вкуса. Как правило, цвет белый.

Картофельный крахмал используют для производства кондитерских и колбасных изделий. Ещё одна область, в которой задействован порошок — косметология. В отличие от кукурузного вещества, картофельный порошок быстрее густеет, его консистенция плотнее.

Пшеничный крахмал

В пшеничных зернах содержится до 65 процентов крахмала. Отличительная черта данного вещества — кристаллическая структура с тонкими порами. Благодаря таким свойствам, пшеничный крахмал отлично впитывает влагу, например, в выпечке.

Используя этот вид вещества в приготовлении еды, важно помнить его особенность. Пшеничный крахмал необходимо добавлять в большом количестве, поскольку он сгущает жидкости хуже, чем остальные

Важно мнить, что крахмал из пшеницы довольно быстро «стареет».

Рисовый крахмал

Обработанные зерна риса используют для производства крахмала. Такое вещество состоит из мелких зёрен. При использовании большого количества рисового крахмала в блюдах можно ощутить знакомый привкус и аромат крупы. Рис хранит в себе 75% крахмального вещества.

Рисовый крахмал используется в косметологии, в средствах народной медицины и в различных блюдах. Сиропы, соусы и сладости часто имеют в составе рисовый порошок.

Тапиоковый и бататный крахмал

В преимущественно тропических странах, где невозможно вырастить картофель, данные виды растений используются для изготовления крахмала. Известно, что в батате концентрируется до 30 процентов крахмала, в маниоке — до 40.

Основное применение тапиоковый крахмал получил в пищевой промышленности в качестве стабилизатора и загустителя. Добавляется в колбасные, хлебобулочные, кондитерские изделия. Активно используется для приготовления блюд из мяса, соусов и лапши быстрого приготовления.

Хранение

Хранят крахмал в чистых, сухих, хорошо проветриваемых складах, без постороннего запаха, не зараженных вредителями. Оптимальной для хранения считают 70% -ную относительную влажность воздуха, хотя допускается до 75%, и температуру около 10 ° C. В этих условиях стандарты предусматривают хранение картофельного и кукурузного крахмала 2 года, а пшеничной — 1 год. Длительное хранение существенно снижает клейстеризуючу способность крахмала. В помещениях с повышенной относительной влажностью воздуха он увлажняется, а вследствие микробиологических процессов и порчи приобретает сначала кисловатый, затхлого, а затем и гнилостного запаха.

Использует

Хотя в основном кукурузный крахмал используется для приготовления пищи и в качестве предмета домашнего обихода, кукурузный крахмал используется для многих целей в нескольких отраслях промышленности, от его использования в качестве химической добавки для определенных продуктов до медицинской терапии определенных заболеваний.

Кулинарный

Реклама Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США , 1918 г., в которой кукурузный крахмал обозначен как «полезный» и «питательный».

Кукурузный крахмал используется в качестве загустителя в пищевых продуктах на жидкой основе (например, супах , соусах , подливках , заварном креме ), обычно путем смешивания его с более низкотемпературной жидкостью с образованием пасты или кашицы. Иногда его предпочитают одной муке, потому что она образует полупрозрачную , а не непрозрачную смесь. Когда крахмал нагревается, молекулярные цепи распадаются, позволяя им сталкиваться с другими цепями крахмала, образуя сетку, сгущающую жидкость ( клейстеризация крахмала ). Обычно он входит в состав сахарной пудры ( пудры или кондитерского сахара) в качестве агента, препятствующего слеживанию .

Распространенным заменителем является крахмал аррорута , который заменяет такое же количество кукурузного крахмала.

Производители продуктов питания сокращают производственные затраты, добавляя различные количества кукурузного крахмала в продукты, например, в сыр и йогурт.

Куриные наггетсы с тонким внешним слоем кукурузного крахмала обеспечивают повышенное впитывание масла и хрусткость после последних этапов жарки.

Не кулинарный

В состав детской присыпки может входить кукурузный крахмал. Кукурузный крахмал можно использовать для производства биопластиков и .

Клей может быть изготовлен из кукурузного крахмала, который традиционно является одним из клеев, используемых для изготовления пастообразных бумаг. По сравнению с пшеничным крахмалом он сохнет с легким блеском. Его также можно использовать в качестве клея при консервации книг и бумаги.

Медицинское

Кукурузный крахмал является предпочтительным средством против прилипания медицинских изделий из натурального латекса , включая презервативы , диафрагмы и медицинские перчатки .

Кукурузный крахмал обладает свойствами, позволяющими поставлять глюкозу для поддержания уровня сахара в крови для людей с болезнью накопления гликогена . Кукурузный крахмал можно использовать начиная с возраста 6–12 месяцев, что позволяет предотвратить колебания уровня глюкозы.

Назначение процесса осахаривания

Разжижение и осахаривание крахмала ферментативным гидролизом хорошо исследовано и изучено. Назначение его состоит в переводе крахмала, содержащегося в разваренной массе, в сахара (мальтоза + декстрины) под воздействием амилазы зеленого солода или плесневелых грибов при подготовке его (крахмала) к сбраживанию.

В 1811 году адъюнкт Российской Академии наук Константин Кирхгоф открыл превращение крахмала в сахар при кипячении с серной кислотой. За это открытие он был избран экстраординарным академиком и награжден пенсией. В 1814 году Кирхгоф открыл другую не менее важную каталитическую реакцию — действие диастсза солода на крахмал.

В статье «О приготовлении сахара из крахмала» Кирхгоф указывал, что «высокая цена арабского гумми побудила меня искать дешевого суррогата последнего. И казалось мне возможным и достижимым устранить желатинообразное состояние кипяченого крахмала посредством разбавленных минеральных кислот и теплоты, а если это удалось бы, предполагал я, тогда он (крахмал) должен был быть похож на арабское гумми». И дествительно, сегодня общеизвестно, что что серная,азотная и щавелевая кислоты уничтожают желатинообразное состояние крахмала и под их воэдействием при продолжительном нагревании крахмал превращается в глюкозу.

Для изучение эволюции представлений о процессе гидролиза, частным случаем которого является осахаривание крахмала, представлеют интерес воззрения профессора А.Н. Ходнева.

В 1852 году профессор Ходнев высказал мысль, что катализатор является химически активным веществом, которое дает промежуточные продукты. Каталитическое воздействие кислот на крахмал и превращение его в глюкозу профессор Ходнев объяснял предварительным образованием «парных соединений», например серная кислота присоединяется к крахмалу, а это соединение легко распадается при нагревании с водой на серную кислоту и углевод, который в «минуту выделения поглощает воду и переходит в виноградный сахар».

Действие диастаза зеленого соода на крахмал, по мнению профессора Ходнева, также состоит в постепеном образовании и разложении «парных соединений».

В последнее время стали известны
природа и состав ферментов. Установлено, что фермент
состоит из белковой части (апофермента) и свободной от белка части (простетической),
называемой коферментом.

Кофермент можно отделить от
апофермента путем диализа, причем в свободном состоянии коферменты
термостабильны. При соединении кофермента с апоферментом восстанавливается
присущая молекуле фермента активность.

Молекула апофермента обладает,
по-видимому, функциями активирования полярных групп и связывания фермента
с субстратом.

Соединение фермента с субстратом
может тормозиться веществами, образующими с ферментом стойкие соединения.

Предположение об образовании
промежуточных соединений фермента и субстрата ранее основывалось главным
образом на изучении кинетики реакций при различных условиях. В настоящее
время образование пероксидазой и каталазой комплексов с субстратом
доказано спектрофотометрическим анализом.

При тесном соприкосновении
реакционной группы фермента с реакционной группой субстрата образуется
ферментсубстратный комплекс.

В ферментсубстратном комплексе
имеется связь между полярными группами фермента и субстрата.

Механизм связи комплекса
фермент-субстрат был также доказан при помощи глюкозофосфатов, специально помеченных атомами С14.

Соединение фермента с субстратом
зависит от пространственного расположения вступающих в реакцию групп
фермента и субстрата и их конфигурации.

Многие детали механизма
образования ферментсубстратного комплекса изучены еще недостаточно, но
можно с уверенностью сказать, что в его образовании участвуют несколько
реакционных групп субстрата и фермента. Данное положение подтверждается
специфичностью ферментативных реакций, причем важную роль при этом
форма поверхностей реагирующих групп фермента и субстрата.

Как известно, при ферментативном
гидролизе крахмала в условиях спиртового производства получается мальтоза
и смесь промежуточных продуктов, называемых декстринами.

Мальтоза легко сбраживается
дрожжами с образованием спирта (и побочных продуктов брожения) и
углекислоты, а превращение декстринов в сахара и сбраживание их происходит
в период дображивания под действием разжижающих амилолитических ферментов

Опыт 18. Гидролиз крахмала

Реактивы и оборудование:1%-ный
раствор крахмала, 10%-ный ра­створ
серной кислоты, разбавленный раствор
йода в иодиде калия (ра­створ Люголя),
10%-ный раствор гидроксида натрия, реактив
Фелинга, универсальная индикаторная
бумага; конические колбы на 100 мл,
пи­петки, мерные цилиндры на 50 и 10 мл,
пробирки.

В коническую колбу на 100 мл вносят
20—30 мл 1%-ного ра­створа крахмала и
5—7 мл 10%-ного раствора серной кислоты.
В 8 пробирок наливают по 1 мл очень
разбавленного раствора йода в иодиде
калия (светло-желтого цвета), пробирки
ставят в штатив. В первую пробирку вносят
1 каплю подготовленного для опыта
раствора крахмала.

Отмечают образовавшуюся
окраску. За­тем колбу с реакционной
смесью нагревают на асбестовой сетке
над небольшим пламенем. Через каждые
2—3 мин отбирают пи­петкой пробы
раствора и вносят в пробирки с раствором
Люголя. Отмечают постепенное изменение
окраски растворов при реак­ции с
йодом.

Вначале окраска раствора будет
интенсивно синей, затем фиолетовой
(амилодекстрины), далее — от красно-бурой
(эритродекстрины) до оранжево-желтой
и, наконец, желтой (в дальнейшем эта
окраска изменяться не будет).

Декстрины
рас­щепляются до дисахарида мальтозы,
которая гидролизуется с об­разованием
конечного продукта — D-глюкозы.
Схема гидролиза крахмала:

После того как реакционная смесь
перестанет давать окраску с йодом, ее
кипятят еще несколько минут, охлаждают
и нейтрали­зуют 10%-ным раствором
гидроксида натрия (контроль по
уни­версальной индикаторной бумаге).

Отливают в пробирку 1—2 мл гидролизата
и добавляют равный объем реактива
Фелинга. Верх­нюю часть жидкости
нагревают на пламени горелки до
начинаю­щегося кипения.

Напишите уравнения реакций окисления
продуктов гидролиза крахмала фелинговой
жидкостью.

Опыт 19. Кислотный гидролиз клетчатки

Реактивы и оборудование:концентрированная серная кислота,
10%-ный раствор гидроксида натрия, реактив
Фелинга, универсальная индикаторная
бумага; мелко нарезанная фильтровальная
бумага, стек­лянные палочки, водяные
бани, пробирки.

В сухую пробирку помещают несколько
мелко нарезанных кусочков фильтровальной
бумаги и приливают 1 мл концентри­рованной
серной кислоты. Содержимое пробирки
тщательно пе­ремешивают стеклянной
палочкой до полного разрушения бу­маги
и образования бесцветного вязкого
раствора

После этого к нему осторожно
при перемешивании по каплям добавляют
1 мл дистиллированной воды

Пробирку
ставят на кипящую водяную баню. Смесь
нагревают 10—15 мин при регулярном
перемешива­нии. После охлаждения
жидкость нейтрализуют 10%-ным раство­ром
гидроксида натрия (контроль по
универсальной индикатор­ной бумаге)
и проводят с ней реакцию с фелинговой
жидкостью для обнаружения в продуктах
гидролиза восста­навливающих сахаров.

Напишите уравнение реакции гидролиза
целлюлозы и объяс­ните опыт.

Получение глюкозы

В присутствии кислот крахмал гидролизуется:

(C₆H₁₀O₅)_n + nH₂O → nC₆H₁₂O₆

Реакция была впервые изучена А.М. Бутлеровым. Синтез проходит в присутствии гидроксида кальция:

6CH₂=O_n  →  C₆H₁₂O₆

Фотосинтез

В растениях углеводы образуются в результате реакции фотосинтеза из CO₂ и Н₂О:

 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂

Фруктоза

Фруктоза — структурный изомер глюкозы. Это кетоноспирт (кетоза): она тоже может существовать в циклических формах (фуранозы).

Она содержит шесть атомов углерода, одну кетоновую группу и пять гидроксогрупп.

Фруктоза	α-D-фруктоза	β-D-фруктоза

Фруктоза – кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде, более сладкое, чем глюкоза.

В свободном виде содержится в мёде и фруктах.

Химические свойства фруктозы связаны с наличием кетонной и пяти гидроксильных групп.

При гидрировании фруктозы также получается сорбит.

Дисахариды – это углеводы, молекулы которых состоят из двух остатков моносахаридов, соединенных друг с другом за счет взаимодействия гидроксильных групп (двух полуацетальных или одной полуацетальной и одной спиртовой).

Селекция растений

Так как амилоза и амилопектин имеют различные потребительские свойства, селекцией пытаются создать сорта, содержащие или амилозы, или амилопектин. Использование таких сортов, которые содержат только одну форму крахмала является очень выгодным, ведь отпадают затратные химические и физические способы воздействия на их разделение.

В Украине селекционерами Селекционно-генетического института национального центра насиннезнавства и сортоизучения создана перспективная пшеница Вакс, которая в строении молекул крахмала имеет амилозы 0% и 100% амилопектина. Крахмал пшеницы Вакс имеет 10 ° C ниже обычный крахмал температуру клейстеризации, выдерживает процесс замораживания-размораживания и лучше усваивается организмом человека.

Получение крахмала

Крахмал получают из картофеля и риса, реже — из других зерновых. Саго — крахмалистые продукты из древесины саговой пальмы, а также некоторых саговников.

В тропиках выращивают много крохмалоносних растений: батат, ямс, таро, маниок и другие.

Чтобы добыть крахмал, нужно разрушить клеточные стенки и добыть сок. Для этого сырье измельчают на терках, получая кашицу. Чтобы выделить свободный крахмал, кашицу многократно промывают на ситах в ситовых аппаратах. Ситовые аппараты в пять степеней проводят разделение продукта на мезгу и крахмальную суспензию (крахмальное молоко) различной концентрации. Крахмальное молоко рафинируют (очищают). После этого выделенный крахмал многократно промывают чистой водой на специальных центрифугах-пурификаторах или гидроциклонах.

В производстве картофельного крахмала применяют процессы очистки картофеля от легких и тяжелых примесей, мойки, измельчения, выделения клеточного сока, ситування и промывки, центрифугирования и сушки.

Из картофельного крахмала можно получить отдельно амилозы (суперлозу) и амилопектин (ромалин). Для этого на крахмал действуют растворами солей MgSO _{4, (NH} 4) 2 _SO 4, Na _{2 SO 4,} содержащие н-бутиловый спирт, при 120 ° С. После этого амилозы осаждают при 70 ° С, а амилопектин — 20 ° С.

В производстве кукурузного крахмала существует два способа: сирчистокислотний и щелочной. По первому способу кукурузное зерно замачивают в 0,1-0,2% водном растворе сернистой кислоты при 48-50 ° С в течение двух суток, зерно промывают, грубо измельчают, выделяют зародыш, тонко измельчают, промывают крахмал на ситовых аппаратах, отделяют от мелкой и крупной мезги, глютена (на сепараторах), промывают на вакуум-фильтрах, центрифугируют, высушивают или перерабатывают на крахмало-продукты. По второму способу кукурузу замачивают в водном растворе щелочи, промывают, измельчают, крахмал выделяют и проходят мимо на ситовых аппаратах, центрифугируют, высушивают или направляют без высушивания на переработку.

Фракционирования крахмала

Для разделения крахмала на его компоненты, амилозы и амилопектин, используют два основных способа. Амилозы можно выборочно выщелачиваться из гранул, нагретых чуть выше температуры клейстеризации. При более высоких температурах выщелачиваются не только амилоза, но и амилопектин, из-за чего требуется дополнительное очищение. Фракции, получаемые выщелачивания, трудно поддаются количественной оценке, но если перед процессом водного выщелачивания обработать крахмал горячим водным раствором бутанола, то способность амилопектнна до растворения снизится, в результате чего будет выделено большее количество амилозы.

Другим методом является полное диспергирование гранул с последующим разделением компонентов. Крахмалы злаков очень трудно диспергировать полностью — для этого необходимо, чтобы смесь в течение нескольких часов находилась в автоклаве при температуре около 130 ° С. В этих условиях необходимо предотвратить расщеплению крахмала, то есть обезжирить его, буферизацию и защитить от воздействия кислорода. Существует несколько видов предварительной обработки крахмала, что позволяет его диспергировать полностью. Для этого можно использовать, например, жидкий аммиак, диметилсульфоксид или щелочной раствор. После полного диспергирования крахмала чаще всего для выделения амилозм ее осаждают в виде комплексов с n-бутанолом или тимолом. Для получения чистой амилозы необходимо несколько раз выполнить повторное осаждение. Амилопектин можно получить лиофилизацией или осадить спиртом.

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.