Основной способ получения крахмала химия

Крахмал: его строение, химические свойства, применение

В советское время из крахмала варили клейстер, которым клеили обои, с его помощью накрахмаливали воротнички, салфетки, придавая им жесткость. Бабушки готовили из него вкуснейшие кисель, который с удовольствием пили дети, обогащая свой растущий организм витаминами. Кто-то добавлял крахмал в муку, чтобы выпечка была более мягкая и пышная.

Теперь это соединение тоже не менее популярно среди обывателей, оно нашло новые сферы использования. Узнаем все же, где его по-прежнему с успехом применяют и более подробнее изучим свойства.

Свойства крахмала

Крахмал – по определению это смесь, состоящая из полисахаридов и амелопектина, мономером данного полимера является альфа-глюкоза.

Физические свойства

Порошок белого цвета, аморфный, без вкуса, не растворим в холодной воде, состоит из мелких гранул, при нажатии, трении гранулы издают специфический, раздражающий звук.

Химические свойства

Набухает в горячей воде, до образования густой, клейкой массы. При добавлении в воду кислот, выступающих в качестве катализатора, гидролизуется с образование более «легких» молекул, с уменьшенной молекулярной массой.

Под действием ферментов также гидролизуется.

Крахмал можно определить по качественной реакции:

Йод с крахмалом образует синее соединение, поэтому крахмал используется в качестве индикатора при йодометрическом титровании, что позволяет проводить множество анализов водных, воздушных и почвенных сред.

Биосинтез крахмала

Крахмал создается растениями, он синтезируется в хлоропластах под действием солнечного света в результате фотосинтеза.

При фотосинтезе в зеленых растениях образуется глюкоза, ее часть превращается в крахмал.

Данный процесс протекает по следующим реакциям:

• 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2
• nC6H12O6(глюкоза) → (C6H10O5)n + nH2O

В общем виде это можно представить как: 6nCO2 + 5nH2O → (C6H10O5)n+ 6nO2.

Растения, в качестве резервного питания копят крахмал. Он «собирается» в клубнях, плодах, семенах. Эти запасы с успехом добывает и использует человек.

Все мы знаем, что много крахмала содержится в картофеле. Но корнеплод не является лидером в данной области. В нем содержится лишь 24 процента крахмала, тогда как в зернышках пшеницы его содержание доходит до 64 процентов, в кукурузе – 70, а в рисе – 75 процентов.

Модификация крахмала

Модификация любого соединение – это придание ему новых свойств. В промышленности в результате протекания данного процесса происходит превращение крахмала в глюкозу, то есть процесс обратных природному синтезу. Насколько важна и популярна глюкоза и говорить не стоит.

Есть несколько способов модифицировать крахмал.

Термохимическая обработка

Модификация или можно сказать «превращение» крахмала в глюкозу осуществляется переводом, в результате кипячения, крахмала на протяжении определенного времени в растворе разбавленной серной кислоты. После «варки» для удаления катализирующей серной кислоты добавляется мел. Он образует с сульфатами нерастворимый сульфат кальция, который удаляют на этапе фильтрования. Далее, полученный, очищенный от взвеси раствор, выпаривают до образования густой сладкой массы. Данная масса называется «крахмальная патока». Она содержит глюкозу и крахмал. Ее используют в кондитерских целях.

Если же время кипячения увеличить, то можно получить более чистую глюкозу. Полученный «сладкий» раствор концентрируют до начала выпадения кристаллов.

Ферментативная обработка

Также имеет место быть способ гидролиза крахмала под действием ферментов. Так под воздействием альфа-амилазы образуются декстрины, а они в свою очередь под влиянием глюкоамилазы, переходят в желаемую глюкозу.

Термообработка сухого порошка

Если сухой порошок крахмал нагреть до двухсот градусов Цельсия, то происходит его неполное разрушение с образованием более простых полисахаридов.

Физическое модифицирование

Если проводить физическое модифицирование, то это позволит получить крахмал с более высокими влагоудерживающими свойствами.

Пищевое назначение крахмала

Как мы уже выяснили в кислой среде и под действием ферментов крахмал гидролизируется. Так и в желудке живых существ происходит его ферментация до глюкозы.

Крахмал широко применяют в пищевой индустрии. В первую очередь, как загуститель для соусов, заправок, киселей, майонезов и тому подобного.

Главным источником крахмала, для питания человека, являются зерновые: рис, кукуруза, пшеница, а также корнеплоды.

Крахмал – это главный источник углеводов, поступающих в организм человека с пищей. Но в сыром виде он плохо переваривается, поэтому необходимо проводить его термическую обработку. До открытия огня, крахмал сложно было использовать в пищу «древним людям». С появлением термообработки, популярность соединения в употреблении резко выросла. Но не стоит увлекаться легкоусвояемыми углеводами, чрезмерное их употребление приводит к развитию диабета и ожирения.

Применение крахмала

Крахмал с успехом применятся не только в пищевой промышленности, но и в строительстве, при отделочных работах, а также в фармацевтике.

Как не удивительно, но в мире крахмал наиболее популярен в целлюлозно-бумажной промышленности.

В пищевой индустрии используется, как самостоятельный продукт, в качестве наполнителя, а также для получения глюкозы, этанола, патоки.

Крахмал является одним из компонентов клея для обоев.

В фармацевтике, как наполнитель таблеток и капсул, применяется при изготовлении присыпок, инфузионных растворов.

В химической сфере, при проведении химического анализа, как индикатор при йодометрическом титровании, позволяет определять содержание озона, сероводорода в водных средах, а также олово в пробах.

Применение в быту

В домашней же сфере крахмал также популярен. Его используют при поклейке обоев, для придания нарядам «стойкости» — накрахмаливание воротничков, фартуков, салфеток. В творчестве при изготовлении папье-маше.

Таким образом, крахмал — это еще один подарок природы. Быстрый углевод, который способен восполнить недостаток энергии в организме. Но не стоит забывать, о мере его использования, в последние годы проблемы диабета остро стоят среди жителей планеты Земля. Быстрый темп жизни, быстрый перекус «находу», быстрые углеводы – быстрая глюкоза, иногда в чрезмерном количестве. Все это приводит к развитию болезней, увеличению ожирения.

С другой стороны, экологичность использования крахмала при декоративно-отделочных работах имеет несомненное преимущество. Поклеить обои на чистый крахмальный клейстер намного «полезнее» для человека, проживающего в доме, квартире, чем на клей с множеством посторонних добавок.

Использование крахмала в магазинных соусах, в некоторых случаях также бывает завышенным. Крахмал — это недорогой наполнитель, который позволяет сделать продаваемый продукт «больше и тяжелее», а значит позволяют производителям легко заработать. Поэтому увлекаться майонезами, кетчупами тоже не рекомендуется врачами.

Домашний кисель из крахмала, тарелка каши утром – вот то, количество крахмала, которое достаточно для человека, которое будет полезно и не вредно. Поэтому стоить помнить – клеить обои на крахмал – хорошо, у много кушать его – плохо.

Источник

Из чего получают крахмал?

Чтобы производить крахмал в промышленных масштабах, требуется большое количество растений.

Крахмал – из чего получают

Из чего же получают крахмал? Используются такие растения, как рис, ячмень, горох, картофель, кукуруза, а также пшеница. Из растений экзотического плана применяются маниока и батан. Кукуруза – это самое распространенное растение, из которого получают крахмал. Не все знают, что в кукурузе содержится около 57 процентов крахмала. Чтобы удалить протеин из кукурузного крахмала, нужно промыть его в гидроциклонах. Полученное вещество активно используется в производстве кондитерских изделий, консервированных продуктов, бумаги.

Такой овощ, как картофель содержит в себе 20 процентов крахмала. Картофель измельчается до состояния кашицы, затем его сушат и фасуют. Чтобы хранение было более долгим, к крахмалу примешивается диоксид серы. Используют такой крахмал, добавляя его в супы, соусы, колбасы. Помимо этого, он используется при производстве текстильной продукции, бумаги и полиграфии.

А из чего ещё получают крахмал? Крахмал также бывает рисовым или пшеничным. Первый незаменим в приготовлении пудингов. А второй является неотъемлемой частью производства хлебопекарной продукции. Кроме перечисленных видов крахмала есть тапиоковый крахмал, который производится из клубней растения маниока, а также сорговый крахмал, амилопектиновый крахмал.

Из чего получают крахмал в домашних условиях

Многие люди задумываются, из чего получают крахмал в домашних условиях. Раскрываем секрет – нам потребуется привычный картофель. Нужно взять несколько сырых картофелин, промыть их и натереть на тёрке. Предпочтительнее тереть картошку в тарелку с водой. Через некоторое время можно заметить, что на дно посуды опускается осадок светлого оттенка. Это крахмал. Когда он закончил опускаться, можно убрать оставшуюся массу. Осадок же требуется с аккуратностью промыть водой, затем его необходимо просушить. Лучше делать это на плоской и сухой ёмкости. В результате получится порошок белого цвета – это и есть крахмал.

Источник

Основной способ получения крахмала химия

Крахмал – ценный питательный продукт. Он входит в состав хлеба, картофеля, круп и наряду с сахарозой является важнейшим источником углеводов в человеческом организме.

Химическая формула крахмала (С₆(Н₂О)₅) n .

Строение крахмала

Крахмал состоит из 2 полисахаридов, построенных из остатков циклической a-глюкозы.

Как видно, соединение молекул глюкозы происходит с участием наиболее реакционноспособных гидроксильных групп, а исчезновение последних исключает возможность образования альдегидных групп, и они в молекуле крахмала отсутствуют. Поэтому крахмал не дает реакцию «серебряного зеркала».

Крахмал состоит не только из линейных молекул, но и из молекул разветвленной структуры. Этим объясняется зернистое строение крахмала.

В состав крахмала входят:

• амилоза (внутренняя часть крахмального зерна) — 10-20%;
• амилопектин (оболочка крахмального зерна) — 80-90%.

Амилоза

Амилоза растворима в воде и представляет собой линейный полимер, в котором остатки α–глюкозы связаны друг с другом через первый и четвертый атомы углерода (α-1,4-гликозидными связями).

Цепь амилозы включает 200 — 1000 остатков a-глюкозы (средняя мол. масса 160 000) .

Макромолекула амилозы представляет собой спираль, каждый виток которой состоит из 6 звеньев a-глюкозы.

Амилопектин

В отличие от амилозы, амилопектин не растворим в воде, и имеет разветвленное строение.

Подавляющее большинство глюкозных остатков в амилопектине связаны, как и в амилозе α-1,4-гликозидными связями. Однако в точках разветвлений цепи имеются α-1,6-гликозидные связи.

Молекулярная масса амилопектина достигает 1-6 млн.

Молекулы амилопектина также довольно компактны, так как имеют сферическую форму.

Биологическая роль крахмала. Гликоген

Крахмал – главное запасное питательное вещество растений, основной источник резервной энергии в растительных клетках.

Остатки глюкозы в молекулах крахмала соединены достаточно прочно и в то же время под действием ферментов легко могут отщепляться, как только возникает потребность в источнике энергии.

Амилоза и амилопектин гидролизуются под действием кислот или ферментов до глюкозы, которая служит непосредственным источником энергии для клеточных реакций, входит в состав крови и тканей, участвует в обменных процессах.

Гликоген (животный крахмал) – полисахарид, молекулы которого построены из большого числа остатков α–глюкозы. Он имеет сходное строение с амилопектином, но отличается от него большей разветвленностью цепей, а также большей молекулярной массой.

Содержится гликоген главным образом в печени и в мышцах.

Гликоген – белый аморфный порошок, хорошо растворяется даже в холодной воде, легко гидролизуется под действием кислот и ферментов, образуя в качестве промежуточных веществ декстрины, мальтозу и при полном гидролизе – глюкозу.

Превращение крахмала в организме человека и животных

Нахождение в природе

Крахмал широко распространен в природе. Он образуется в растениях в процессе фотосинтезе и накапливается в клубнях, корнях, семенах, а также в листьях и стеблях.

Крахмал содержится в растениях в виде крахмальных зерен. Наиболее богато крахмалом зерно злаков: риса (до 80%), пшеницы (до 70%), кукурузы (до 72%), а также клубни картофеля (до 25%). В клубнях картофеля крахмальные зерна плавают в клеточном соке, в злаках они плотно склеены белковым веществом клейковиной.

Физические свойства

Крахмал – белое аморфное вещество, без вкуса и запаха, нерастворимое в холодной воде, в горячей воде набухает и частично растворяется, образуя вязкий коллоидный раствор (крахмальный клейстер).

Крахмал существует в двух формах: амилоза – линейный полимер, растворимый в горячей воде, амилопектин – разветвлённый полимер, не растворимый в воде, лишь набухает.

Химические свойства крахмала

Химические свойства крахмала объясняются его строением.

Крахмал не дает реакцию «серебряного зеркала», однако ее дают продукты его гидролиза.

1. Гидролиз крахмала

При нагревании в кислой среде крахмал гидролизуется с разрывом связей между остатками α-глюкозы. При этом образуется ряд промежуточных продуктов, в частности мальтоза. Конечным продуктом гидролиза является глюкоза:

Процесс гидролиза протекает ступенчато, схематически его можно изобразить так:

Видеоопыт «Кислотный гидролиз крахмала»

Реакцию превращения крахмала в глюкозу при каталитическом действии серной кислоты открыл в 1811 г. русский ученый К.Кирхгоф (реакция Кирхгофа).

2. Качественная реакция на крахмал

Так как молекула амилозы представляет собой спираль, то при взаимодействии амилозы с йодом в водном растворе молекулы йода входят во внутренний канал спирали, образуя так называемое соединение включения.

Раствор иода окрашивает крахмал в синий цвет. При нагревании окрашивание исчезает (комплекс разрушается), при охлаждении появляется вновь.

Крахмал + J₂ – синее окрашивание

Видеоопыт «Реакция крахмала с йодом»

Данная реакция используется в аналитических целях для обнаружения, как крахмала, так и йода (йодкрахмальная проба)

3. Большинство глюкозных остатков в молекулах крахмала имеют по 3 свободных гидроксила (у 2,3,6-го атомов углерода), в точках разветвления – у 2-го и 3-го атомов углерода.

Следовательно, для крахмала возможны реакции, характерные для многоатомных спиртов, в частности образование простых и сложных эфиров. Однако эфиры крахмала большого практического значения не имеют.

Качественную реакцию на многоатомные спирты крахмал не дает, так как плохо растворяется в воде.

Получение крахмала

Из растений извлекают крахмал, разрушая клетки и отмывая его водой. В промышленном масштабе его получают главным образом из клубней картофеля (в виде картофельной муки), а также кукурузы, в меньшей степени – из риса, пшеницы и других растений.

Получение крахмала из картофеля

Картофель моют, измельчают и промывают водой и перекачивают в большие сосуды, где происходит отстаивание. Вода извлекает из измельченного сырья крахмальные зерна, образуя так называемое «крахмальное молоко».

Полученный крахмал ещё раз промывают водой, отстаивают и сушат в струе теплого воздуха.

Получение крахмала из кукурузы

Зерна кукурузы замачивают в теплой воде разбавленной сернистой кислоты с целью размягчения зерна и удаления из него основной части растворимых веществ.

Набухшее зерно дробят для удаления ростков.

Ростки, после всплывания на поверхность воды, отделяют и используют в дальнейшем для получения кукурузного масла.

Кукурузную массу повторно измельчают, обрабатывают водой для вымывания крахмала, затем отделяют отстаиванием или с помощью центрифуги.

Применение крахмала

Крахмал широко применяется в различных отраслях промышленности (пищевой, фармацевтической, текстильной, бумажной и т.п.).

Он является основным углеводом пищи человека – хлеба, круп, картофеля.

В значительных количествах перерабатывается на декстрины, патоку и глюкозу, используемые в кондитерском производстве.

Из крахмала, содержащегося в картофеле и зерне злаков, получают этиловый, н-бутиловый спирты, ацетон, лимонную кислоту, глицерин.

Крахмал используется как клеящее средство, применяется для отделки тканей, крахмаления белья.

В медицине на основе крахмала готовятся мази, присыпки и т.д.

Источник