Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий
Система Orphus

КРАХМАЛ

КРАХМАЛ, главный резервный полисахарид растений; накапливается в виде зерен в клетках семян, луковиц, клубней, а также в листьях и стеблях. Бесцв. аморфное в-во, не раств. в холодной воде, диэтиловом эфире, этаноле, в горячей воде образует клейстер; [a]D от +180 до +210°. В зернах крахмала содержатся 98-99,5% полисахаридов и 0,5-2% неуглеводных компонентов (в т.ч. липиды, белки, зольные элементы). Крахмал представляет собой смесь линейного (амилозы) и разветвленного (амилопектина) полисахаридов. Амилоза построена гл. обр. из остатков a-D-глюкопиранозы с 1:4 - связями. В зависимости от вида растения мол. м. амилозы колеблется от 150 тыс. (рисовый, кукурузный крахмал) до 500 тыс. (картофельный крахмал). Молекулы амилопектина сильно разветвлены и состоят из фрагментов амилозы (ок. 20 моносахаридных остатков), связанных между собой а-1:6-связями. Мол. м. 106-109. В структуре амилопектина различают центр. цепь с кол-вом звеньев более 60, несущую остаток глюкозы со своб. восстанавливающей группой, короткие цепи из 15-20 остатков (S-цепи), расположенные на периферии молекулы и внутри нее, и длинные (ок. 45 звеньев) L-цепи (см. рис.). По строению амилопектин близок к гликогену. В воде амилопектин, также как амилоза, образует мицеллярные р-ры.
Амилоза, участок молекулы амилопектина
Соотношение амилозы и амилопектина в крахмале зависит от вида растения и стадии его развития. В среднем крахмал содержит 15-25% амилозы и 75-86% амилопектина; в результате селекции выделены сорта растений, крахмал к-рых обогащен одним из полисахаридов. Фракционирование крахмала на амилозу и амилопектин проводят избират. извлечением амилозы, горячей водой из крахмальных зерен или ее осаждением в виде комплексов с бутанолом или тимолом после диспергирования крахмала в кипящей воде или ДМСО. В хроматографич. методах разделения используют способность амилозы к адсорбции на целлюлозе в присут. этанола и мочевины, а также преимуществ. связывание амилопектина с лектинами типа кон-канавалина А. Нек-рые виды крахмала содержат также низкомол. ("аномальную") амилозу со значит. кол-вом ветвлений или низкомол. амилопектин с 13-15 звеньями (фитогликоген). В теплой воде зерна крахмала набухают и небольшая часть полисахаридов переходит в р-р. При определенных т-рах, различных для крахмала разных растений, происходит клейстеризация крахмала, проявляющаяся в сильном разбухании крахмальных зерен, их разрыве и образовании более или менее однородного р-ра - крахмального клейстера. Процесс клейстеризации заключается, по-видимому, в разрыве водородных связей, соединяющих элементы структуры крахмальных зерен, сочетающемся с набуханием. Т-ра клейстеризации картофельного крахмала 55-65, пшеничного 60-80, кукурузного 65-70, рисового 70-80 °С. Из клейстера и р-ров амилозы при длит. хранении выпадает амилоза; этот процесс наз. ретроградацией.
Структура амилопектина
Рис. Модель структуры амилопектина: 1 S-цепь; 2 L-цепь; 3 восстанавливающий остаток; а - компактная область с упорядоченной кристаллич. структурой; б - область, не обладающая кристалличностью. По хим. св-вам крахмал-типичный представитель полисахаридов. В обычных условиях крахмал образует по гидроксильным группам простые или сложные эфиры и окисляется солями йодной к-ты. Действие нек-рых реагентов, напр. формальдегида, фосфорной к-ты и эпихлоргидрина, приводит к производным крахмала, содержащим поперечные сшивки. С иодом и полярными орг. в-вами крахмал образует соед. включения (клатраты). Такие соед. с иодом окрашены в характерные цвета-синий (lмакс 620-680 нм) для амилозы и красный (lмaкс 520-555 нм) для амилопектина. Молекулы амилозы в этих комплексах образуют вокруг молекулы иода спираль, каждый виток к-рой содержит 6 остатков глюкозы. При термич. обработке сухого крахмала (т-ра ок. 300 °С), g-облучении, кислотном или ферментативном гидролизе получают продукты его частичного расщепления - разл. декстрины. Известны многочисл. ферменты (гл. обр. амилазы), катализирующие гидролиз крахмала. Избират. гидролиз а-1:6-связей в крахмале может быть осуществлен под действием изоамилазы и пуллуланазы. При действии трансглюкозилаз нек-рых бактерий крахмал превращ. в циклич. олигосахариды -циклоамилозы (циклодекстрины). Количественно крахмал и его компоненты определяют гравиметрически (осаждение иодом), амлерометрич. и потенциометрич. титрованием, спектрофотометрически (комплексы с иодом), а также с помощью кислотного и ферментативного гидролиза. В последних случаях образующуюся глюкозу определяют хим. или ферментативными методами. Биосинтез крахмала в растениях осуществляется глюкозилтрансферазами, переносящими остатки глюкозы от молекул нуклеозиддифосфаттлюкозы на растущие цепи с образованием a-1:4-связей, и ветвящим ферментом, перестраивающим линейные цели в разветвленные. Крахмал, накапливающийся в листьях, быстро превращ. в сахарозу, к-рая переходит из листьев в семена, клубни и луковицы, где сахароза снова превращ. в крахмал, откладывающийся на длит. хранение. Расщепление крахмала в растениях осуществляется под действием фосфорилаз (фосфоролиз крахмала) и гидролитич. ферментов. Потребности человека в углеводах покрываются гл. обр. крахмалом, содержащимся в растит. пище - хлебе, картофеле, крупах и т.п. В пром. масштабе крахмал получают гл. обр. из картофеля и кукурузы, в меньшей степени - из риса, пшеницы, батата, саговой пальмы, сорго и др. растений. Из измельченного сырья после вымывания крахмала водой, отделения отходов и осаждения крахмала из промывной жидкости (крахмального молока) на центрифуге получают сырой крахмал с влажностью до 36%; после очистки от белков, липидов и др. в-в его обезвоживают и сушат до влажности 20% (чистый крахмал). Крахмал применяют в пищ. пром-сти в качестве загустителей и желирующих ср-в; в биотехнологии - для произ-ва патоки, разл. декстринов (мальтина, цихлоамилозы) и глюкозы; в бродильной пром-сти - в качестве сырья для произ-ва этилового и бутилового спиртов, ацетона, глюконовой, лимонной и молочной к-т, глицерина и др. (см. Брожение). Крахмал применяют также в качестве клеев, в микробиол. средах при произ-ве ферментов, антибиотиков, витаминов и др. биопрепаратов, используют для шлихтования тканей и бумаги, изготовления амилозных полимерных пленок, легко поддающихся биодеградации. Применяют также модифицир. крахмал, к-рый получают соответствующей технол. или хим. обработкой чистого крахмала. Так, частично гидролизованный, окисленный гипохлоритом (окисленный), сшитый фосфорной к-той (фосфатный) и быстронабухающий крахмал используют в пищ. и фармацевтич. пром-сти, ацетилированный - при произ-ве пленок и волокон, гидроксиэтилированный - в текстильной и бумажной пром-сти, алкилпроизводные крахмала-в качестве клеев и пластификаторов. Объем мирового произ-ва крахмала ок. 20 млн. т/год.
===
Исп. литература для статьи «КРАХМАЛ»: Ряхтер М.. Аугустат 3., Ширбаум Ф.. Избранные методы исследования крахмала, пер. с нем., М.. 1975; Химия и технология крахмала. Промышленные вопросы, пер. с англ., М., I97S; Степаненко Б. Н., Химия и биохимия углеводов (полисахариды), М., 1978; Крахмал и крахмалопродукты, М., 1985 (Современная технология); Панов В. П., Жбанков Р. Г., Внутри- и межмолекулярные взаимодействия углеводов, Минск, 1988; Seidemann J, Starke-Atlai, В.- Hamb, 1966; The polysaccharide", v. 2-3, N.Y.-[a.o.], 1983-85; Duff us С. М., Duff us J. Н. Carbohydrate methabolism in plants, L-N.Y, 1984; Starch: properties and potential, ed. by T.Galliard, Chichester, 1987.
Л. И. Линевич.

Страница «КРАХМАЛ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.

Еще по теме:

Яндекс.Метрика


© ХиМиК.ру



Обратная связь / Дизайн сайта