Многих интересует вопрос, что такое крахмал? Сегодня вы узнаете ответ на него. Итак, крахмал – это полисахарид, который состоит из амилозы и амилопектина . Их соотношение варьируется в зависимости от вида крахмала (амилозы 12 – 30, амилопектина 70 – 84%). Амилоза и амилопектин формируют крахмальные зерна, точное строение которых до сих пор не известно. Крахмал – это важный компонент многих продуктов. В некоторых он присутствует в сырье, в другие его вносят для придания продуктам определенных свойств. В основном крахмал используется в качестве загустителя и водосвязывающего агента. Его добавляют при производстве майонезов, соусов, паст, пудингов идр.

Свойства крахмала.

Клейстеризация. Цельные зерна крахмала не растворимы в воде, однако очень хорошо впитывают влагу и набухают. Степень набухания зависит от вида крахмала и варьируется в широких пределах от 9 до 23%.

При нагреве, колебание молекул крахмала увеличивается, что приводит к их частичному разрушению, при этом высвобождаются места для связывания воды через водородные связи. При дальнейшем нагревании в присутствии воды, происходит полная потеря структуры крахмальных зерен. Температура, при которой происходит полная потеря структуры крахмальных зерен называют температурой клейстерезации. Она зависит от вида крахмала (см. таблицу 1).

Таблица 1 Зависимость температуры клейстерезации от вида крахмала.

Во время клейстеризации зерна крахмала сильно набухают, это приводит к увеличению вязкости, однако при длительном нагреве, набухшие зерна разрушаются, что приводит к частичной потере вязкости. Способность крахмала образовывать клейстеры делает его очень важным компонентом для многих пищевых продуктов.

Следует отметить, что вязкость крахмальных растворов зависит не только от температуры. На вязкость может влиять присутствие в продукте различных веществ, таких как сахар, кислоты, белки, жиры, вода.

Давайте рассмотрим, как влияет присутствие этих компонентов на способность крахмала к клейстеризации.

Вода является важным веществом для всех продуктов питания. Для оценки влияния воды на клейстеризацию крахмала, рассматривают показатель активность воды . Он показывает, сколько воды доступно для участия в различных превращениях. На активность воды влияет присутствие различных водосвязывающих веществ (сахар, соль и др.), чем их больше, тем меньшее количество воды будет участвовать в химических превращениях. Поэтому добавление различных водосвязывающих веществ ведет к снижению активности воды, что в свою очередь приводит к торможению процесса клейстеризации.

Сахар. Большое количество сахара уменьшает силу крахмальных гелей и скорость клейстеризации крахмала.

Жиры , которые способны образовывать комплексы с амилозой, снижают скорость набухания крахмальных зерен. Это происходит потому, что образовавшиеся комплексы затрудняют доступ воды к молекуле крахмала. Вследствие этого, в белом хлебе, в котором мало жира практически весь крахмал клейстеризован.

Кислоты. Большинство пищевых продуктов имеют показатель рн от4 до 7. В данном диапазоне не происходит существенного влияния на клейстеризацию крахмала. При низкой кислотности происходит снижение вязкости крахмальных растворов при нагревании, а также снижение пика вязкости. Это происходит потому, что при низких значениях рн происходит кислотный гидролиз, с образование незагустевающих декстринов. Чтобы избежать разжижения крахмального клейстера при повышенной кислотности используют модифицированные поперечно-сшитые крахмалы. Они имеют молекулы очень большого размера и поэтому результат гидролиза мало ощутим.

При производстве замороженных изделий, во время размораживания возможен процесс ретроградации (восстановлению первоначальной структуры) амилозы. Что может привести к изменению консистенции продукта. При производстве таких изделий, рекомендуется использовать восковидную кукурузу, которая не содержит амилозы, либо модифицированные крахмалы.

Белый безвкусный порошок, который издает скрип во время сжатия - это крахмал. Что

это такое, каковы его функции в организме человека, мы рассмотрим в этой статье более подробно. С упомянутым продуктом мы сталкиваемся в кулинарных и косметических рецептах довольно часто, поэтому переоценить его свойства сложно. По своему происхождению крахмал делится на несколько видов: наиболее распространенный - картофельный, затем - пшеничный, рисовый и саговый. А еще есть кукурузный крахмал - легкий, дающий мутный раствор (поэтому применяется для и наиболее редко применяемый - тапиоковый. Все перечисленные виды являются важными в цепочке пищеварения, так как выступают основным поставщиком углеводов, которые, в свою очередь, преобразуются в энергию.

Крахмал: что это такое?

По своему химическому относится к углеводам. Это который в основном состоит из сс-Д-ангидроглюкозных остатков. Крахмальные зерна делятся на два типа: амилопектины и амилозы. Благодаря этому составу крахмалу свойственно становиться вязким или создавать эластичные пленки при контакте с горячей водой. Крахмал, производимый их различного сырья, имеет разные размеры зерен, структуру и прочность связей молекул, несмотря на идентичный внешний вид. Наиболее отличатся между собой картофельный и злаковый крахмалы.

Картофельный крахмал: что это такое?

Как уже упоминалось, наиболее распространен в кулинарии и косметологии. Более того, довольно востребован он и в фармакологии, являясь основой мазей, таблеток, присыпок и прочих препаратов. Продукт этот получают из самих клубней. Он богат на пищевые волокна, углеводы, белки, фосфор, кальций и витамины группы РР. Благодаря своим вяжущим, обволакивающим и смягчающим свойствам, рассматриваемый порошок удачно применяют для лечения ЖКТ: он обволакивает стенки желудка, снимая воспаления и снижая негативное воздействие медикаментов. Что касается наружного применения, то крахмал используют для снижения боли и зуда при ожогах, кожных заболеваниях и дерматитах. Довольно часто он выступает одним из составляющих лечебных и профилактических масок для лица и волос. При внутреннем приеме крахмала наблюдается снижение уровня холестерина и стабилизация артериального давления, а кисели на его основе являются основным блюдом при диетическом питании.

Злаковый крахмал: что это такое?

На втором месте после картофеля (по содержанию крахмала) находятся Наиболее распространенные - пшеница, рис и кукуруза. Другие крахмалистые продукты более восприимчивы к погодным условиям, поэтому произрастают в местах с определенным климатом. Среди них можно назвать ячмень, рожь, овес, гречиху, сорго и пшено.

Как сделать крахмал в домашних условиях

Несмотря на невысокую цену и постоянное наличие упомянутого продукта на прилавках, некоторые люди предпочитают готовить крахмал самостоятельно. Для этого понадобятся клубни картофеля, желательно позднеспелых сортов (у них содержание данного вещества более высокое). Картофель необходимо тщательно промыть и удалить с кожицы повреждения и глазки. Затем сырье нарезают соломкой и измельчают в блендере, соковыжималке или на мелкой терке. Положив в дуршлаг 3-4 слоя марли, процеживаем через нее получившуюся кашицу, а оставшуюся промываем небольшим количеством воды над той же посудой. По истечении 2-3 часов воду вместе со всплывшими частичками нужно слить, заменив новой. Важно не «побеспокоить» белый осадок на дне. Повторять замену воды нужно в течении дня через каждые 2-3 часа. Чем чаще происходит процедура, тем чище и качественнее будет крахмал. Сушат порошок на подносах, разложив тонким слоем. Важно не допускать сквозняков или ветра, иначе высохшая часть может разлететься. Готовый порошок рекомендуется хранить в стеклянной, плотно закрывающейся посуде.

Крахмал — пищевой продукт, относящийся к группе высокомолекулярных углеводов полисахаридов. Крахмал откладывается в луковицах, клубнях, плодах, ягодах, а также в листьях и стеблях.

Для чего нужен крахмал в кулинарии?

Крахмал используется повсеместно как загуститель, он легок в использовании, доступен и используется практически во всех кухнях мира. Самые известные его виды - кукурузный крахмал, мука, тапиока, картофельный крахмал. Несмотря на то, что есть разница в размере гранул, длине молекулярной структуры и разница в кристаллической структуре, принцип действия у всех крахмалов одинаковый. Крахмал смешивается с водой, смесь нагревают, затем остужают, при этом смесь (например, соус) загущается.

Крахмал состоит из повторяющихся связей амилопектина и амилозы, которые формируют его кристаллическую структуру. Температура желатинизации - температура, при которой кристаллическая структура тает, впитывает воду и набухает - может варьироваться в зависимости от соотношения амилопектина и амилозы.

Именно поведение крахмала в горячей воде делает его таким полезным в кулинарии.
Смешайте кукурузный крахмал с холодной водой, и ничего особенного не произойдет. С увеличением температуры гранулы крахмала могут впитывать больше воды и набухают. Уже при 50-60°C они теряют свою организованную текстуру, впитывая все больше воды. Внешне это определяется тем, что смесь жидкости и крахмала становится более прозрачной. После того как смесь достигнет своей самой густой консистенции, она начнет разжижаться.

Есть три причины, по которым это может произойти:

1. Нагревание в течение слишком длительного периода после загущения
2. Нагревание до температуры кипения
3. Слишком энергичное перемешивание

Когда повар решает, что соус достаточно загустел, он прекращает приготовление, и температура соуса начинает падать. При этом соус становится гуще. Жидкость даже может превратиться в желе при достаточно низкой температуре. Таким способом готовят начинки для пирогов, пудинги, рахат-лукум и т.п.

Для повара очень важно уметь оценить правильный момент прекращения теплового воздействия, учитывая, что при остывании жидкость, например соус, загустеет сильнее. Поэтому соусы должны быть жиже в кастрюле, чем вы ожидаете увидеть их в соуснике. Лучший способ понять достаточно ли загустел соус, налить ложечку на холодную тарелку.
Виды крахмалов и их свойства

Мы можем выбирать из двух семейств крахмала:

1. Крахмал из зерен - мука, кукурузный крахмал

Общая характеристика : требуется более высокая температура для их желатинизации, и они застывают при охлаждении. Соусы с ними менее прозрачные.

пшеничная мука - содержит только 75% крахмала, поэтому она является менее эффективным загустителем, чем кукурузный или картофельный крахмал. Вам понадобится большее количество муки, чтобы загустить соус. У муки есть отличительный вкус, поэтому повара часто предварительно подготавливают ее перед использованием. Например, готовят Ру. Мука придает соусам матовость и непрозрачность, если только соус не варится несколько часов, и с него снимается пена, чтобы избавится от клейковины.

Кукурузный крахмал - является практически чистым крахмалом, поэтому является более эффективным загустителем, чем мука. Имеет свой специфический вкус.

2. Корневой и клубневый крахмал - картофельный крахмал, амаранта (аррорут), тапиока

Общая характеристика: Эти крахмалы готовятся быстрее и начинают работать при более низких температурах, у них менее выраженный вкус. Соусы, приготовленные с этим крахмалом имеют прозрачную блестящую текстуру. Крахмал этого типа подходит для корректировки соуса в последний момент. Меньшее количество требуется, чтобы получить нужную консистенцию, они быстро загущаются, и не нуждаются в предварительной подготовке, чтобы улучшить их вкус.

Картофельный крахмал - загущающая сила этого крахмала гораздо выше других крахмалов, но он придает бОльшую зернистость соусам. Кроме того, гранулы этого крахмала хрупки, при достижении пика густоты, соус с картофельным крахмалом начинает разжижаться. Соусы с картофельным крахмалом имеют меньшую тенденцию к застыванию.

Аррорут - извлекается из западно-индийского растения Маранта. Не разжижается так сильно как картофельный крахмал, имеет менее зернистую текстуру. Его температура желирования выше, чем у других корневых крахмалов, она ближе к кукурузному крахмалу.

Тапиока - извлекается из корня растения маниок. Используется в основном в пудингах. Особенно ценится за свой нейтральный вкус. В воде он слишком крупянист, поэтому продается уже в больших застывших шариках, которые потом достаточно долго разогреваются, чтобы их смягчить.

Модифицированный крахмал - производители пищевой продукции придумали модифицированный крахмал, так как натуральный не имеет необходимой стабильности для целей производства, хранения, распространения и использования потребителем. Модифицированный крахмал помогает получить соус, который не застынет и не расслоиться. Кроме того многие из них не нуждаются в нагреве для того чтобы равномерно соединиться с жидкостью. Они менее склоны к расслаиванию и при тепловом воздействии, более эффективно загущают соусы и имеют другие качества отличающие их от натуральных собратьев. Если крахмал модифицированный, обычно об этом написано на упаковке.

Свойства крахмала, приготовляемого в воде

Соль, Сахар, Кислота

Вода и крахмал - базовые ингредиенты соуса, другие ингредиенты имеют вторичное влияние на его текстуру. Соль, сахар и кислота часто добавляются для улучшения вкуса соуса. Соль слегка понижает температуру желирования крахмала, а вот сахар ее увеличивает. Кислота в виде вина приводит к тому, что крахмал желируется при более низких температурах, поэтому готовый соус менее крепкий при использованном количестве крахмала, чем он был бы без вина. Корневые крахмалы заметно изменяют своё поведение даже при скромной кислотности (pH ниже чем 5), в то время как зерновой крахмал может выдерживать кислотность типичную для йогурта и многих фруктов (pH 4). Нежное и быстрое тепловое воздействие минимизирует распад кислоты.

Протеины и жиры

Мука содержит приблизительно 10% протеина, большая его часть нерастворимая клейковина. Клейковина слегка увеличивает крепость раствора, тем не менее, чистый крахмал - более эффективный загуститель. Соусы, в основе которых бульон, содержат большое количество желатина, но желатин и крахмал похоже никак не взаимодействуют друг с другом.
Часто в соусах присутствует жир в том или ином виде. Жиры замедляют проникновения жидкости в гранулы крахмала. Жир способствует однородности и «сочности» соуса, и когда он используется для обработки муки в Ру, он обволакивает частицы крахмала, предотвращает дальнейшее образование комков в воде.

В следующем посте про крахмал, я расскажу вам, как грамотно использовать крахмал в кулинарии: в соусах, супах, десертах и т.д.

Что бы ни утверждали диетологи и поклонники здоровых диет, а крахмал является важным компонентом в рационе человека. Он считается важным источником энергии людей. Но, как полагают врачи, употребление этого компонента может вызвать нарушения обмена веществ. Поэтому важно знать состав крахмала, а также правила его использования.

Описание

Это белое сыпучее вещество, иногда желтоватое. Порошок не имеет запаха и вкуса. Компонент не растворяется в холодной воде, но при взаимодействии с ней выделяет концентрация которых образует вязкую, густую массу. Если крахмал растирать пальцами или сжать в ладони, то появится поскрипывание. Звук получается из-за трения крупиц друг о друга. Они не разрушаются даже при таком воздействии.

Крахмал есть в различных растениях:

• бананах;
• горохе;
• манго;
• бобах;
• клубнях и корнеплодах.

Состав крахмала влияет на его калорийность - 313 ккал на 100 г. Этот показатель отлично подходит для активных и крепких людей, которые постоянно тратят много энергии. В этом случае продукция будет полезна для организма.

Виды

Крахмал бывает:

• картофельным;
• кукурузным;
• пшеничным;
• рисовым;
• соевым;
• тапиоковым.

Применяется для выпечки хлеба. Он обладает свойством поглощения воды во время замеса теста. В процессе выпечки вещество клейстеризуется, участвуя в формировании мякиша хлеба. При хранении продукта клейстер стареет, из-за чего хлеб черствеет.

Идеален для получения соусов, десертов, сиропов. Тапиоковый создают из клубней маниоки. Клейстер будет более вязким по сравнению с кукурузным продуктом. Применяют его для приготовления супов, подлив.

Крахмал относится к сложным углеводам, которые делятся на природные (овощи, фрукты, бобовые) и рафинированные (мука и продукция из нее). Второй вид продуктов признан вредным.

Из чего состоит картофельный крахмал?

Состав крахмала разнообразный. В нем присутствует много простых сахаров, собранных в длинные цепи. Таковы состав и строение крахмала. Единицей 1 цепи считается глюкоза, которая в организме является источником энергии. Состав картофельного крахмала таков:

• Микроэлементы - фосфор, кальций, калий.

Состав кукурузного крахмала

Для проверки качества продукта используется ГОСТ 32159-2013. В магазинах надо приобретать товары, изготовленные на основе этого документа.

По нему состав кукурузного крахмала следующий:

• вода - 14-16 %;
• кислотность - 20-25 куб. см;
• протеин - 0,8-1 %;
• SO2 - 50 мг/кг.

Примесей других крахмалов не должно быть. В состав крахмала этого вида входит немного селена, марганца, магния, натрия, цинка.

Варианты получения

Химический состав крахмала может отличаться в зависимости от исходного сырья. Ведь он бывает картофельным, кукурузным, рисовым, пшеничным, сорговым. Каждый продукт отличается свойствами и наличием дополнительных компонентов.

Если продукция получается из зерен, массу размачивают и перетирают для удаления зародышей из семян. Остаток вторично измельчают, а потом выделяют из него вещества и сушат. В итоге в нем могут быть минеральные компоненты и витамины. Такая процедура выполняется с картофелем, только вместо устранения зародышей проводится отвод сока и кожуры.

Обычно создание крахмала основывается на переработке картофеля. Клубни содержат этого вещества около 25 %. А в зерновых оно присутствует в пределах 65-80 %. Картофель используется чаще, поскольку из-за его измельчения оборудование не ломается быстро по сравнению с перетиранием зерновых.

Использование

Применяется продукт в пищевой промышленности. Из него готовят кисели, соусы, кремы, колбасы, выпечку. В большинстве сосисок присутствует именно крахмал, который добавляется для получения плотной консистенции. Обычно он служит в качестве загустителя продукта и связывания жидкости в нем. К примеру, для получения желе или майонеза. Для этого применяется модифицированный крахмал.

Этот углевод используется и в других сферах:

1. В фармакологии применяется в качестве наполнителя в препаратах, имеющих форму таблеток. Его добавляют в детские присыпки, мази. С ним готовят сиропы, микстуры, сорбиты и глюкозу.
2. В медицине его используют при интоксикациях, гастритах, язвах. Крахмал прекрасно защищает слизистую желудка и кишечника. Продукт избавляет от шпор на пятках, снимает кожное раздражение, опрелости.
3. В косметологии из продукта готовят маски, кремы. Такие составы обладают питательным и смягчающим действием. Средства не вызывают аллергию, используются для всех типов кожи.
4. В целлюлозной и текстильной промышленности. Продукт нужен для обработки бумаги и считается ее наполнителем. Состав крахмала и целлюлозы позволяет использовать их в разных областях. В текстильной сфере применяется для обработки материалов.

Польза и вред

Важно знать состав и свойства крахмала. Продукт насыщает энергией. Именно из-за его наличия в зернах, крупах хлеб, выпечка и каши являются питательными. Крахмал с большим содержанием амилозы является так называемым массажером для кишечника. Он хуже расщепляется по сравнению с продуктом, который содержит амилопектин, поэтому образует комок в кишечнике, стимулирующий его работу, улучшающий пищеварение. Полезным свойством продукта является способность восстановления организма после изменения уровня сахара в крови при диабете.

Но есть у крахмала и вредные свойства. С ним человек быстро набирает вес из-за содержания большого количества калорий. Продукт прекрасно подойдет людям, которые много двигаются. В остальном у него нет противопоказаний.

Суточная норма

Крахмал под влиянием кислоты подвергается гидролизации, после чего превращается в глюкозу. Она будет главным источником энергии организма. Поэтому для хорошего самочувствия человеку нужно употреблять некоторое количество крахмала.

Достаточно кушать каши, хлебобулочные и макаронные изделия, бобовые, картофель и кукурузу. В пищу следует добавлять хотя бы немного отрубей. Суточной нормой считается 330-450 грамм.

Так как крахмал считается сложным углеводом, его употребляют в том случае, если будет отсутствовать возможность частого питания. Продукт трансформируется из-за желудочного сока, выделяя нужную для организма глюкозу. Потребность в продукте уменьшается при болезнях печени, небольших физических нагрузках, а также при работе, для которой нужно быстрое поступление энергии.

Нехватка и избыток

Необходимо употреблять продукт в меру, чтобы не навредить организму. При недостатке человек мучается:

• слабостью;
• быстрой утомляемостью;
• частыми депрессиями;
• понижением иммунитета;
• снижением полового влечения.

Но бывает избыток крахмала. Тогда наблюдаются следующие признаки:

• головные боли;
• большой вес;
• снижение иммунитета;
• раздражительность;
• проблемы в тонком кишечнике;
• запоры.

Выбор

При покупке следует обратить внимание на дату изготовления, целостность упаковки, отсутствие комков. У продукта не должно быть затвердений. Важно наличие порошка белого цвета. С растиранием образуется характерный скрип. Хранится продукт до 5 лет в герметичной емкости.

Для приготовления крема и бисквитного теста отлично подходит кукурузный крахмал. Внешний вид подобен муке высшего качества. Кисели готовят из картофельного крахмала. Продукт применяется для выпечки творожных и фруктовых тортов. Он имеет белоснежный цвет.

Приготовление

Дома можно приготовить крахмал. Для этого необходим мелкий, подмерзший и травмированный картофель. Его надо помыть, очистить. Подгнившие и сильно грязные участки надо устранить. Потом картофель натирается на терке, пропускается через мясорубку. Но можно его растолочь.

В или кастрюлю надо налить холодную воду. Массу понемногу надо выкладывать в сито и погружать в емкость, протирая кашицу, помыть крахмал, поливать водой сверху. Мезгу следует отжать.

Из таза надо слить прозрачную воду так, чтобы не взболтать крахмал на дне. Затем его заливают холодной водой, размешивают и дают ему осесть. Воду сливают, а крахмал перекладывают на бумагу или полотенце для сушки. Потом продукт просевается и хранится в сухом месте.

Введение

Общие сведения о крахмале

Строение крахмала

2.1 Амилоза и амилопектин

2.2 Образование и структура крахмальных зерен

2.3 Виды крахмальных зерен

Классификация крахмала

Физико-химические свойства

Получение

Применение

6.1 В различных видах промышленности

6.2 В фармацевтической химии

6.3 В медицине

6.4 В фармацевтической технологии

Заключение

Список литературы

Введение

Крахмал - главнейший представитель природных углеводов, синтезирующийся в растениях и являющийся основным источником энергии для человеческого организма.

С давних времен крахмал находит широкое применение в медицинской сфере. Во врачебной практике он применяется как обволакивающее средство при воспалительных и язвенных поражениях слизистой оболочки желудка и кишечника. В аналитической и фармацевтической химии это основной индикатор на йод. В фармацевтической технологии крахмал используется как наполнитель, связывающее, опудривающее средство.

Целью курсовой работы является изучение строения крахмала, его физико-химических свойств, получения и применения в различных сферах жизни, в том числе в медицине и фармации.

В нашей стране единственным научным центром крахмалопаточной промышленности России является Всероссийский научно-исследовательский институт крахмалопродуктов (ВНИИК) в Московской области. Основная задача института - разработка новейших технологий получения крахмала из картофеля и зернового сырья (кукурузы, пшеницы, сорго, ржи, ячменя и т.д.), модифицированных крахмалов, патоки, глюкозы, глюкозно-фруктозного сиропа, безбелковых диетических продуктов, а также конструирование оборудования для крахмалопаточной промышленности. ВНИИ крахмалопродуктов проводит весь комплекс работ от научных исследований до освоения производства.

1. Общие сведения о крахмале

Полисахариды - это полимеры углеводов, состоящие из множества (от десятков до нескольких тысяч) моносахаридных звеньев. Многие полисахариды содержат молекулу глюкозы в качестве мономера. Они синтезируются растениями, животными и человеком в качестве запаса питательных веществ и источника энергии.

Растения запасают глюкозу в виде крахмала. Он откладывается преимущественно в клубнях и эндосперме семян в виде зерен. Крахмалоносные растения условно делятся на 2 группы: растения семейства злаковых и растения других семейств. В качестве промышленного продукта крахмал вырабатывается из пшеницы (Triticum vulgare L.), кукурузы (Zea mays L.) и риса (Oryza sativum L.). Из растений других семейств промышленным крахмалоносным растением является картофель (Solanum tuberosum L.).

2. Строение крахмала

2.1 Амилоза и амилопектин

крахмал амилоза амилопектин химия

Крахмал состоит из двух типов молекул, амилозы (в среднем, 20-30%) и амилопектина (в среднем, 70-80%). Оба типа являются полимерами, содержащими в качестве мономера ?-D-глюкозу. Это соединения по своей природе противоположны: амилоза имеет меньшую молекулярную массу и больший объем, тогда как молекулы амилопектина тяжелее, но более компактные.

Амилоза (рис.1, рис.2) состоит из 500-20 000 мономеров, соединенных ?-1,4 связями и образующих длинные цепи, часто образующих левозакрученную спираль.

Рисунок 1. Часть структурной молекулы амилозы

Рисунок 2. Часть цепи амилозы (объемное изображение)

В амилопектине (рис.3, рис.4, рис.5) мономеры также соединены ?-1,4 связями, а также, примерно через каждые 20 остатков, ?-1,6 связями, образуя точки ветвления.

Рисунок 3. Структурная молекула амилопектина

Рисунок 4. Часть структурной молекулы аминопектина

Рисунок 5. Модель разветвленной структуры амилопектина.

Мономеры, соединенные ?(1?4)- гликозидными связями

точки ветвления. Мономеры, соединенные ?(1?6)- гликозидными связями

Различные ветви молекулы амилопектина классифицируются как А-, В-и С-цепи. А-цепи - самые короткие и связаны только с В-цепями, которые могут быть связаны как с А-цепями, так и с другими В-цепями. Соотношение А - и В-цепей для большинства крахмалов составляет от 1:1 до 1,5:1.

В хлоропластах на свету откладываются зерна ассимиляционного (первичного) крахмала, образующиеся при избытке сахаров - продуктов фотосинтеза. Образование осмотически неактивного крахмала предотвращает повышение осмотического давления в хлоропласте. Ночью, когда фотосинтез не происходит, ассимиляционный крахмал с помощью ферментов гидролизуется до сахаров и транспортируется в другие части растения. Запасной (вторичный) крахмал откладывается в амилопластах (особом типе лейкопластов) клеток различных органов растений (корнях, подземных побегах, семенах) из сахаров, притекающих из фотосинтезирующих клеток. При необходимости запасной крахмал также превращается в сахара.

2 Образование и структура крахмальных зерен

Крахмальные зерна образуются в строме пластид. Образование крахмальных зерен начинается в определенных точках стромы пластиды, называемых образовательными центрами. Рост зерна происходит путем последовательного отложения слоев крахмала вокруг образовательного центра. Основным ферментом по образованию и формированию кристаллитов крахмала, является зернообразующая синтаза (GBSS granule bound synthase). По одной из теорий, биосинтез крахмала происходит на поверхности зерен, а молекулы амилозы и амилопектина ориентированы перпендикулярно ей и в противоположных направлениях. Так, на поверхности зерен у амилозы находится редуцирующий конец, а у амилопектина, наоборот, - нередуцирующие концы, которые могут дальше ветвиться и удлиняться ферментом ветвеобразующая синтаза (starch branched enzyme - SBE). У амилозы в этом случае цепь удлиняется под действием фермента растворяющая крахмальная синтаза (solub starch synthase - SSS), поэтому молекулы амилозы и амилопектина трудно совместимы и могут быть фракционированы при определенных условиях. Зерна нативных крахмалов имеют кольца роста, которые представляют собой чередующиеся слои различной плотности, кристалличности и сопротивляемости химическим и ферментным воздействиям. Широкие слои образуются в результате альтернативного наполнения и отвода молекул в пластидах с последовательным отложением больших нерастворимых и малых растворимых молекул; при этом в плотных слоях превалируют высокомолекулярные фракции амилопектина. Степень кристалличности зерен крахмала находится в пределах 14-42% и зависит от соотношения содержания амилозы и амилопектина. Короткие цепи в молекуле амилопектина образуют двойные спирали, которые формируют кристаллические ламели (кристаллиты). Свободные двойные спирали и кристаллиты создают так называемые полукристаллы.

Остальные молекулы амилозы и длинные цепи амилопектина формируют аморфную часть крахмальных зерен.

При синтезе амилопектина и его кристаллизации незначительное количество фосфатов остается связанным с гидроксильной группой 6-го атома углерода, их содержание в картофельном крахмале достигает 0,2%. Амилозе присуще при образовании спиралей захватывать находящиеся в цитозоле липиды. Содержание связанных липидов в крахмалах зерновых и зернобобовых культур составляет 0,2 - 1,3%.

Амилоза и амилопектин формируют структурный комплекс зерен, который состоит из кристаллической и аморфной частей. (рис. 6).

Рисунок 6. Структура кристаллической и аморфной частей слоёв крахмала

Смежные слои в одном зерне могут иметь различный показатель преломления света, и тогда они видны под микроскопом (рис. 7)

Рисунок 7. Слоистая структура крахмального зерна. Стрелкой указан образовательный центр

Форма, размер, количество в амилопласте и строение (положение образовательного центра, слоистость, наличие или отсутствие трещин) крахмальных зерен часто специфичны для вида растения (рис. 8). Обычно крахмальные зерна имеют сферическую, яйцевидную или линзовидную форму, однако у картофеля она неправильная. Наиболее крупные зерна (до 100 мкм) характерны для клеток клубней картофеля, в зерновке пшеницы они двух размеров - мелкие (2-9 мкм) и более крупные (30-45 мкм). Для клеток зерновки кукурузы характерны мелкие зерна (5-30 мкм).

Рисунок 8. Различные типы крахмальных зерен. У овса (1), картофеля (2), молочая (3), герани (4), фасоли (5), кукурузы (6) и пшеницы (7)

3 Виды крахмальных зерен

Если в амилопласте имеется один образовательный центр, вокруг которого откладываются слои крахмала, то возникает простое зерно, если два и более - то образуется сложное зерно, состоящее как бы из нескольких простых. Полусложное зерно образуется в том случае, если крахмал сначала откладывается вокруг нескольких точек, а затем, после соприкосновения простых зерен, вокруг них возникают общие слои (рис. 9)

Рисунок 9. Простые, полусложные и сложные крахмальные зерна

3. Классификация крахмала

Все крахмалы подразделяются на две группы: природные (или нативные) и рафинированные.

Рафинированный крахмал - белый порошок без вкуса и запаха. Очищенный от примесей природный крахмал. Его производят из крахмалсодержащих растений путём измельчения, уваривания и очищения. Содержится в муке, хлебе, макаронных изделиях, продаётся как самостоятельный продукт.

Рисунок 10. Классификация крахмала по исходному сырью

Зерно пшеницы является наиболее древним видом сырья для производства крахмала. При использовании такого сырья вырабатывают пшеничный крахмал.

Картофель является одним из основных видов сырья для производства крахмала. Из данного сырья получают картофельный крахмал.

Тапиоковый крахмал - является аналогом картофельного и производится в Азии из корня бобовой культуры кассавы (маниоки).

Для производства кукурузного крахмала используют зерна кукурузы.

При переработке риса получаются мучка и лом (дробленка). Они являются наиболее подходящим сырьем для производства весьма ценного рисового крахмала.

Для производства соргового крахмала используют однолетнее растение рода сорго Sorghum Moench, который относится к семейству злаковых.

В процессе модификации крахмала получаются следующие его виды:

·расщепленный (гидролизованный);

·окисленный;

·набухающий;

·диальдегидный;

·замещенный.

Модифицированный крахмал - это специально обработанный крахмал, который благодаря своему составу лучше усваивается.

Модифицированный крахмал производят из натурального кукурузного или картофельного крахмала, и к генномодифицированным продуктам модифицированный крахмал не относится. Его модифицируют (от немецкого modifizieren - видоизменять, преобразовать) без помощи генетики. Существуют различные физические и химические способы обработки природного крахмала, благодаря которым можно получать его разновидности с заранее заданными свойствами. В результате модификаций крахмал приобретает свойство удерживать влагу в различных средах, что позволяет получить продукт заданной консистенции.

4. Физико-химические свойства

Крахмал - порошок белого или слегка кремоватого цвета. Практически нерастворим в 95% спирте, растворим в кипящей воде с образованием прозрачного или слегка опалесцирующего раствора, не застывающего при охлаждении. Растворимость в воде компонентов крахмала неодинакова. Амилоза хорошо растворяется в теплой воде, а амилопектин - плохо. Он образует коллоидные растворы. На различной растворимости в воде основан метод разделения компонентов крахмала. При растирании крахмала слышится характерный скрип.

Крахмал подвергается кислотному гидролизу, который протекает ступенчато и беспорядочно. При расщеплении он сначала превращается в полимеры с меньшей степенью полимеризации - декстрины, потом в дисахарид мальтозу, и в итоге - в глюкозу. Таким образом, получается целый набор сахаридов.

Крахмал гидролизуется ферментом ?-амилазой (содержится в слюне и выделяется поджелудочной железой), расщепляющей беспорядочно ?(1?4)-гликозидные связи. ?-амилаза (присутствует в солоде) действует на ?(1?4)-гликозидные связи, начиная с невосстанавливающего терминального остатка глюкозы, и последовательно отщепляет от полимерной цепи молекулы дисахарида мальтозы. Глюкоамилаза (содержится в плесневых грибах), подобно двум другим амилазам, гидролизует ?(1?4)-гликозидные связи, последовательно отщепляя остатки D-глюкозы, начиная от невосстанавливающего конца. Селективное расщепление ?(1?6)-гликозидных связей амилопектина происходит ?-1,6-глюкозидазами, например, изоамилазой или пуллуланазой.

Амилаза, выделенная из Bacillus macerans, способна превращать крахмал в циклические продукты (циклодекстрины, декстрины Шардингера), в которых степень полимеризации равна 6-8, а остатки глюкоз связываются ?(1?4)-гликозидными связями.

Являясь многоатомным спиртом, крахмал образует простые и сложные эфиры. Характерной качественной реакцией на крахмал является его реакция с йодом (йодкрахмальная реакция):

При взаимодействии йода с крахмалом образуется соединение включения (клатрат) канального типа. Клатрат - это комплексное соединение, в котором частицы одного вещества ("молекулы-гости") внедряются в кристаллическую структуру "молекул-хозяев". В роли "молекул-хозяев" выступают молекулы амилозы, а "гостями" являются молекулы йода. Молекулы йода располагаются в канале спирали диаметром ~1 нм, создаваемой молекулой амилозы, в виде цепей ×××I×××I×××I×××I×××I×××. Попадая в спираль, молекулы йода испытывают сильное влияние со стороны своего окружения (ОН-групп), в результате чего увеличивается длина связи I-I до 0,306 нм (в молекуле йода длина связи 0,267 нм). Причем эта длина едина для всех атомов йода в цепи (рис. 11). Данный процесс сопровождается изменением бурой окраски йода на сине-фиолетовую (lмакс 620-680 нм). Амилопектин, в отличие от амилозы, дает с йодом красно-фиолетовое окрашивание (lмакс 520-555 нм).

Рисунок 11. Взаимодействие йода с крахмалом

Декстрины, образующиеся при термической обработке крахмала, кислотном или ферментативном гидролизе, также реагируют с йодом. Однако цвет комплекса сильно зависит от молярной массы полимера (табл. 1)

Низкомолекулярные декстрины начинают проявлять внешние признаки реакций альдегидной формы глюкозы, т.к. по мере уменьшения полимерной цепи растет доля восстанавливающих терминальных остатков глюкозы.

Таблица 1 Цветные реакции декстринов с йодом

Декстрин (С6Н10О5)kСтепень полимеризации kОкраска комплекса с йодомАмилодекстрины>30Синяя или фиолетоваяЭритродекстрины25-29КраснаяОхродекстрины21-24Желто-коричневаяМальтодекстрины<20Отсутствие реакции

5. Получение

Основными сырьевыми источниками получения крахмала являются картофель и кукуруза. Процесс производства складывается главным образом из механических операций и основан на двух свойствах зерен крахмала: нерастворимости их в холодной воде и малых размерах при сравнительно большой плотности.

Для получения высококачественной готовой продукции хорошее качество сырья (сырого картофеля) имеет очень большое, а иногда и решающее значение. При переработке сырья вырабатывают сырой крахмал, не пригодный к длительному хранению, затем получают из него сухой крахмал и крахмалопродукты.

Для производства крахмала выращивают картофель крахмалистых высокоурожайных устойчивых к заболеваниям сортов. На качество вырабатываемого крахмала отрицательно влияют повышенное содержание в картофеле растительных белков, аминокислот, соланина. Белки, являясь пенообразователями, затрудняют промывку крахмальных зерен, загрязняют крахмал, осаждаясь на нем в виде хлопьев. Вследствие окисления аминокислоты тирозина образуются меланины. Они адсорбируются крахмалом и ухудшают его цвет. Тирозин также дает окрашенные соединения с ионами железа. Соланин - сильный пенообразователь. Зольные элементы, остающиеся в крахмале, влияют на вязкость и клеящую способность клейстеров.

Технология производства картофельного крахмала включает в себя несколько этапов, таких как: подготовка сырья к переработке (мойка, отделение посторонних примесей); измельчение клубней; выделение из полученной массы (кашки) картофельного сока и разорванных клеточных стенок (мезги); очистка крахмала от примесей; сушка и упаковка крахмала (рис. 12)

этап. Подготовка сырья к переработке: отделение от тяжелых примесей и мойка картофеля. Картофель из оборотного склада подается на камнеловушку барабанного типа, далее на мойку. Клубни картофеля хорошо отмывают от почвы в специальных мойках, отделяя при этом солому, камни и другие загрязнения.

этап. Измельчение картофеля. Отмытые от грязи клубни измельчают методом истирания или тонкого дробления, чтобы вскрыть клетки тканей клубня и высвободить крахмальные зерна. Картофель дважды измельчаются в кашку на скоростных терках или измельчающих машинах ударного действия.

После измельчения клубней, обеспечивающего раскрытия большей части клеток, получают смесь, состоящую из крахмала, почти полностью разрушенных клеточных оболочек, некоторого количества не разрушенных клеток и картофельного сока. Эту смесь называют картофельной кашкой.

3 этап. Выделение из полученной массы (кашки) картофельного сока и разорванных клеточных стенок (мезги). Измельченную массу направляют на центрифуги для отделения сока, способствующего потемнению крахмала, снижению вязкости клейстера, развитию микробиологических процессов. От мезги крахмал отмывают водой на ситовых аппаратах.

Крахмальное молоко, полученное после промывания кашки поступает для отделения соковой воды осадительные центрифуги. Соковую воду удаляют, а сырой крахмал, разбавленный свежей водой, в виде молока направляют на рафинирование

этап. Очистка крахмала от примесей. В рафинированном крахмальном молоке еще содержатся в небольшом количестве остатки растворимых веществ и мельчайших: частичек мезги. Поэтому его направляют на операцию окончательной очистки - промывание в непрерывно действующих гидроциклонных станциях. После механического отделения воды получают сырой крахмал с влажностью около 50 %. часть крахмала с пониженным качеством.

этап. Сушка и упаковка крахмала. Сырой крахмал сохраняется плохо из-за высокого содержания влаги. Поэтому сразу после выработки целесообразно обезвоживать его (на центрифугах), а затем или немедленно высушить или перерабатывать для получения других видов готовой продукции. Сырой крахмал высушивается в распылительной сушилке умеренно горячим воздухом.

Очищенный сухой крахмал фасуют в мешки и мелкую упаковку. Картофельный крахмал упаковывают в двойные тканевые или бумажные мешки, а также мешки с полиэтиленовыми вкладышами массой не более 50 кг. Затем взвешиваются на весах и зашиваются на мешкозашивочной машине.

6. Применение

6.1 В различных отраслях промышленности

Применение крахмала нашло свое место во многих отраслях. Крахмал применяется в пищевой, текстильной, бумажной, химической, резиновой, фармацевтической, парфюмерной и других отраслях промышленности, а также используется населением для личного потребления (приготовление киселей и соусов, крахмаление белья). Бумажная промышленность является крупнейшим потребителем крахмала, благодаря его специфическим свойствам и возобновляемости ресурсов. Различные виды крахмала используются на разных стадиях производства бумаги. Крахмал добавляют для улучшения внешнего вида и типографских свойств бумаги, увеличения прочности. В текстильной промышленности крахмалы используются для шлихтования, аппретирования и приготовления загущающих составов (загусток). Пищевая промышленность является одним из крупнейших потребителей крахмала. Большое количество крахмала продаётся в виде конечного продукта для домашнего использования. Крахмалы используются в пищевой промышленности с одной или несколькими из следующих целей:

·Непосредственно как клейстеризованный крахмал, кисель и т.п.

·В качестве загустителя, благодаря вязким свойствам (в супах, детском питании, соусах, подливах и т.д.)

·Как наполнитель, входящий в состав твёрдого содержимого супов, пирогов

·Как связующее для закрепления массы и предотвращения высыхания в процессе приготовления (колбасы и мясные продукты).

·Как стабилизаторы, благодаря высокой способности крахмала удерживать влагу.

Производство клея.

6.2 В фармацевтической химии

В аналитической и фармацевтической химии крахмал используется в качестве индикатора на йод в методе йодометрии и других титриметрических методах (ГФ XI, вып.2, стр.88-89).

Раствор индикатора. 1 г крахмала растворимого смешивают с 5 мл воды до получения однородной кашицы и смесь медленно вливают при постоянном размешивании в 100 мл кипящей воды. Кипятят в течение 2 мин до получения слегка опалесцирующей жидкости.

Срок годности раствора 3 сут.

Примечание. При приготовлении раствора индикатора из картофельного крахмала клейстер, полученный указанным выше образом, дополнительно нагревают в автоклаве- при 120° С в течение 1 ч.

Раствор крахмала с калия йодидом. Растворяют 0,5 г калия йодида в 100 мл свежеприготовленного раствора крахмала. Срок годности раствора 1 сут.

Йодкрахмальная бумага. Обездоленные бумажные фильтры пропитывают раствором крахмала с калия йодидом и сушат в темном помещении на воздухе, не содержащем паров кислот. Бумагу разрезают на полоски длиной около 50 мм и шириной около 6 мм. Полоска йодкрахмальной бумаги не должна тотчас синеть при смачивании ее 1 каплей раствора хлористоводородной кислоты (0,1 моль/л).

Йодкрахмальную бумагу хранят в банках оранжевого стекла с притертой пробкой в защищенном от света месте.

3 В медицине

Крахмал применяют как обволакивающее и защищающее слизистую оболочку желудка в форме отвара при отравлениях (после освобождения желудка) и в виде клизм при гастрите, язвенной болезни желудка, энтероколите. Крахмальный раствор образует коллоидную пленку на воспаленных участках, язвах и таким образом предохраняет ткани и находящиеся в них окончания чувствительных нервов от раздражения.

Также крахмал используется в виде присыпки при ожогах и опрелости кожи у детей. Крахмал в вате, в виде сухого компресса, рекомендуется при роже. С конопляным или подсолнечным маслом в форме мази применяется при воспалении грудной железы (мастит).

4 В фармацевтической технологии

Крахмал широко используется при изготовлении различных лекарственных форм в виде самостоятельного лекарственного вещества и как вспомогательный компонент. Он является действующим или индифферентным веществом в порошках, наполнителем, связывающим и опудривающим средством в таблетках, эмульгатором в эмульсиях, как склеивающее вещество при производстве пилюль.

Заключение

Крахмал имеет высокую пищевую ценность, широко используется в различных областях промышленности. Огромно его значение в химии и фармации. Без изучения физико-химических свойств крахмала невозможно совершенствование методов исследования и изготовления лекарственных препаратов, технологий пищевых производств.

В ходе проведения данной работы было изучено:

1.строение крахмала, его микроструктура, составляющие компоненты (амилоза и амилопектин), их характеристики, влияющие на свойства крахмала;

2.процесс синтеза крахмала в растениях и образование крахмальных зерен;

.виды крахмальных зерен и их разнообразие в различных видах растений;

.классификация крахмала по исходному сырью;

.физико-химические свойства, способствующие его использованию человеком в различных сферах жизни;

.технология получения крахмала из клубней картофеля;

.применение крахмала в медицине, химической, фармацевтической, пищевой, текстильной и других видах промышленности.

В настоящее время совершенствуются технологии картофелекрахмального и кукурузнокрахмального производства, разработаны и внедрены новые типы центробежных измельчающих машин, дуговых сит, в том числе напорных, гидроциклонов, пневматических сушилок.

Эпохальными стали разработки по использованию ферментных препаратов для гидролиза крахмала. Главный итог исследований в этой области - создание новой технологии глюкозы с применением ферментных препаратов и одностадийной кристаллизацией глюкозы.

С внедрением нового способа гидролиза крахмала были разработаны технологии таких сахаристых крахмалопродуктов, как гранулированная глюкоза, мальтин, глюкозно-фруктозные сиропы и др.

В 2001 и 2003 гг. в Москве успешно прошли международные конференции по крахмалу. В их работе принимали участие специалисты многих стран мира.

Список литературы

1.Государственная фармакопея СССР. 11-е изд. Вып. 2. М.:Медицина

2.Николай Руфеевич Андреев. Основы производства нативных крахмалов

3.Технология переработки продукции растениеводства / Под ред. Н. М. Личко. - М.: Колос 2000 Серия "Учебники и учеб. Пособия для студентов ВУЗов".

Фармацевтическая технология. Под ред. Краснюка И.И. и Михайловой Г.В. М.: Академия, 2007

5.Харкевич Д.А. Фармакология. М.: ГЕОТАР-Медиа, 2006.

Кретович В.Л. Основы биохимии растений. М.: Высшая школа, 1971.

Машковский М.Д. Лекарственные средства. М.: Медицина, 2002.

8.A. Buléon, P. Colonna, V. Planchot and S. Ball, Starch granules: structure and biosynthesis, Int. J. Biol. Macromol. 1998

9.S. Jobling, Improved starch for food and industrial applications, Curr. Opin. Plant Biol. 2004

L. Copeland, J. Blazek, H. Salman and M. C. Tang, Form and functionality of starch, Food Hydrocolloids 2009

11.Крахмал. Строение, физико-химические свойства. http://www.sev-chem.narod.ru/spravochnik/teoriya/krahmal.htm

Синтез, образование зерен крахмала http://www.sergey-osetrov.narod.ru/Raw_material/Structure_characteristic_categorization_starch.htm

Строение амилозы и амилопектина http://www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/547starch.html

Структура, свойства крахмала http://www.lsbu.ac.uk/water/hysta.html

Сайт Всероссийского научно-исследовательского института крахмалопродуктов (ВНИИК) http://www.arrisp.ru/index.shtml

Репетиторство

Нужна помощь по изучению какой-либы темы?

Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.