Крахма́л — органическое вещество с формулой (C ₆ H ₁₀ O ₅ ) _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 .

Физические свойства

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

Крахмал не имеет вкуса и запаха. ^{[ источник не указан 333 дня ]}

Химические свойства

В воде при добавлении в качестве катализатора кислот (разбавленная H ₂ SO ₄ 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 333 дня ]}

Молекулы крахмала неоднородны по размерам. Крахмал представляет собой смесь линейных и разветвлённых макромолекул. ^{[ источник не указан 333 дня ]}

При действии ферментов или нагревании с кислотами крахмал подвергается гидролизу :

${\displaystyle {\mathsf {(C_{6}H_{10}O_{5})_{n}+nH_{2}O\ {\xrightarrow {H_{2}SO_{4}}}\ nC_{6}H_{12}O_{6}}}}$

Качественные реакции на крахмал

• 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 ) .
• Крахмал, в отличие от глюкозы, не даёт реакцию серебряного зеркала .
• Подобно сахарозе , крахмал не восстанавливает гидроксид меди (II) .

Биосинтез

В разделе не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску ). Информация должна быть проверяема , иначе она может быть удалена. Вы можете статью, добавив ссылки на авторитетные источники в виде сносок . ( 20 марта 2023 )

Часть глюкозы, образующейся в зелёных растениях при фотосинтезе , превращается в крахмал:

6CO ₂ + 6H ₂ O → C ₆ H ₁₂ O ₆ + 6O ₂ (суммарная формула)

nC ₆ H ₁₂ O ₆ (глюкоза) → (C ₆ H ₁₀ O ₅ ) _n + nH ₂ O

В общем виде это можно записать как 6nCO ₂ + 5nH ₂ O → (C ₆ H ₁₀ O ₅ ) _n + 6nO ₂ .

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

В разделе не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску ). Информация должна быть проверяема , иначе она может быть удалена. Вы можете статью, добавив ссылки на авторитетные источники в виде сносок . ( 20 марта 2023 )

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

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 .

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 .

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 .

Грязевой крахмал

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 333 дня ]}

Пищевое значение

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 333 дня ]}

Крахмал как пищевая добавка используется для загущения многих пищевых продуктов, приготовления киселей , заправок и соусов . ^{[ источник не указан 333 дня ]}

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 ^{[ 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 333 дня ]}

Широко известными блюдами, содержащими крахмал, можно назвать: хлеб , блины , лапшу , макароны , каши , кисели и различные лепёшки , в том числе тортильи . ^{[ источник не указан 333 дня ]}

Для пищеварительных ферментов расщепление кристаллического крахмала (класс РК3) представляет некоторую сложность. Сырой крахмал плохо переваривается в двенадцатиперстной и тонкой кишках, 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 . 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 в наше время, включая ожирение и диабет . ^{[ источник не указан 333 дня ]}

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 333 дня ]}

Применение в промышленности

В мире наибольшее применение крахмал нашёл в целлюлозно-бумажной промышленности, насчитывая миллионы метрических тонн ежегодно .

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 333 дня ]}

Модифицированный крахмал является основным компонентом клея для обоев . ^{[ источник не указан 333 дня ]}

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 333 дня ]}

Аддукт крахмала с иодом под названием амилойодин использовался в качестве антисептика и при лечении дефицита иода. ^{[ источник не указан 333 дня ]}

Этерификацией крахмала с триметафосфатом натрия или оксихлоридом фосфора получают монокрахмалфосфат, дикрахмалфосфат и другие модифицированные крахмалы

Применение в быту

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 333 дня ]}

Биологические свойства

В разделе не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску ). Информация должна быть проверяема , иначе она может быть удалена. Вы можете статью, добавив ссылки на авторитетные источники в виде сносок . ( 20 марта 2023 )

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

• Клейстер
• Амилопектин
• Дикрахмалфосфат

Примечания

Литература

• 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.