Крахмал: структурная формула и источники
Крахмал является одним из важнейших углеводов, который служит основным источником энергии для растений и многих живых организмов. Давайте разберемся, как устроена молекула этого удивительного вещества и где оно встречается в природе.
Источники крахмала в природе
В природе крахмал образуется в процессе фотосинтеза у растений. Основными продуцентами крахмала являются злаковые культуры – пшеница, рис, кукуруза. Также много крахмала содержится в клубнях картофеля. В самом растении крахмал откладывается в специальных клеточных структурах – амилопластах. Наибольшее количество крахмала локализовано в семенах и плодах растений, где он выполняет функцию запасного питательного вещества.
- До 75% крахмала в зернах пшеницы и риса
- В кукурузе содержится около 70% крахмала
- В клубнях картофеля сосредоточено примерно 20% крахмала
Химический состав и строение крахмала
По своему химической формуле крахмала является полисахаридом, состоящим из остатков молекул глюкозы: (C6H10O5)n. Однако строение этого полимера более сложное. Крахмал состоит из двух полисахаридов – амилозы и амилопектина.
Амилоза представляет собой прямую цепочку, свитую в спираль. Амилопектин – разветвленный полисахарид. Оба полимера соединены за счет α-гликозидных связей между остатками глюкозы.
Строение крахмала в виде двух полимеров можно представить схематично:
Главное отличие крахмала от гликогена заключается в меньшей степени разветвленности молекул. Если проще, то молекула гликогена напоминает густо разросшийся куст, а крахмальная молекула скорее похожа на дерево с небольшим количеством ветвей.
Физические и химические свойства
Чистый крахмал представляет собой белый кристаллический порошок, не имеющий вкуса и запаха. Рассмотрим его основные химические характеристики.
- Не растворяется в холодной воде, набухает и частично растворяется в горячей
- При нагревании до температуры выше 70°С крахмал клейстеризуется – разбухает с образованием вязкой массы
- Дает характерную синюю окраску при взаимодействии с йодом
- Под действием ферментов или кислот гидролизуется до простых сахаров, глюкозы
Таким образом, крахмал обладает типичными для полисахаридов свойствами. Особенно важна его способность к гидролизу, поскольку именно так крахмал усваивается живыми организмами.
Получение крахмала
В промышленности крахмал производят главным образом из кукурузы и картофеля. Рассмотрим технологию получения картофельного крахмала:
- Клубни картофеля измельчают и получают крахмальную кашку
- Кашку отжимают для удаления клеточного сока
- Из оставшейся массы вымывают крахмал молоко с помощью воды
- Крахмальное молоко очищают от примесей
- Полученный сырой крахмал подсушивают до влажности 13-20%
Из кукурузы крахмал путем вымачивания и раздавливания зерен. При этом одновременно получают кукурузное масло. В отличие от картофельного, кукурузный крахмал обычно мутноватый с желтоватым оттенком.
| Картофельный крахмал | Кукурузный крахмал |
| Белый цвет | Желтоватый оттенок |
| 24% в клубнях картофеля | До 70% в зернах кукурузы |
Таким образом, несмотря на общее сходство химического строения, крахмал из разных источников обладает некоторыми различиями по цвету, структуре гранул и другим характеристикам.
Пищевая ценность крахмала
Для человека и животных крахмал служит важным источником энергии. Однако усвоить этот полисахарид в чистом виде организм не может. Под действием ферментов крахмал подвергается гидролизу с образованием глюкозы. Например, амилаза слюны расщепляет крахмал до декстринов и мальтозы прямо в полости рта.
Дальнейший гидролиз крахмала протекает в тонком кишечнике. Ферменты поджелудочной железы разрушают декстрины с высвобождением молекул глюкозы, которые легко всасываются в кровь. Таким образом, питательные вещества становятся доступны для клеток организма, а избыток глюкозы откладывается про запас в виде гликогена или жиров.
Крахмал → Декстрины → Мальтоза → Глюкоза → Гликоген
Среднесуточная потребность взрослого человека в крахмале составляет около 150 грамм. Это обеспечивается за счет употребления круп, выпечки, овощей и других растительных продуктов с высоким содержанием данного углевода.
Применение крахмала
Формула крахмала, его доступность и свойства делают его незаменимым компонентом в различных отраслях промышленности.
- Пищевая промышленность – кулинария, кондитерская, напитки
- Бумажное производство
- Текстильная промышленность
- Производство клеев и пленкообразующих материалов
В пищевой сфере крахмал используется как загуститель, стабилизатор, а также источник калорий в детском и спортивном питании.
Интересные факты о крахмале
Удивительно, но до 19 века не было известно, что крахмал состоит из глюкозы. Лишь после открытия этого факта стало ясно, почему при воздействии определенных веществ наблюдается превращение крахмала в сахар.
Первым способ получения глюкозы из крахмала предложил К. Кирхгоф в 1811 году.
Также до последнего столетия бытовало мнение, что крахмал не встречается в животном мире в чистом виде. Однако в наши дни в жабрах некоторых моллюсков-головоногих был обнаружен крахмал, идентичный растительному.
Структурная формула крахмала и его значение
Зная особенности химического строения крахмала, становится понятным многообразие его свойств и применения. Линейная амилоза и разветвленный амилопектин придают этому полисахариду уникальные качества, которые человек использует на протяжении тысячелетий.
И сегодня крахмал остается одним из главных продуктов растительного происхождения. Ежегодно мировое производство крахмала составляет около 65 млн тонн. Использование возобновляемых растительных ресурсов делает этот материал экологичным и доступным.
Таким образом, изучение свойств и структурной формулы крахмала является важной задачей как фундаментальной, так и прикладной науки. Это позволит расширить спектр применения крахмала и улучшить технологии его производства.