Крахмал и крахмалопродукты. Строение и физико-химические свойства крахмала. Модифицированный крахмал: виды, свойства и использование

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.

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 , 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.

В 1841 году в США было запатентовано производство крахмала. С тех пор в наших домах живет скромный, но очень ценный помощник.

Крахмал – что мы знаем про него? Навскидку вспомним про накрахмаленные воротнички и в лучшем случае клейстер? А между тем он является незаменимым помощником на кухне. И все из-за его особенности набухать и становиться очень вязким в горячей воде.

Какой бывает?

Крахмал делают из разных культур: картофеля, кукурузы, риса, пшеницы, корня маниоки, сои. Самый популярный и доступный – картофельный крахмал, но продвинутые хозяйки используют также кукурузный и крахмал тапиоки (из корня маниоки).

Картофельный широко используют в кулинарии, а также для приготовления клейстеров. Кукурузный крахмал нежнее, чем картофельный, его советуют использовать для приготовления молочных блюд. Крахмал тапиоки очень похож на картофельный, но он дает более вязкий клейстер и за счет того, что имеет меньшую влажность весит меньше, чем картофельный, то есть получается более экономичным. Этот вид крахмала обычно используют только в кулинарии.

Как выглядит

Крахмал – это белый порошок, похожий на муку, но если сжать его пальцами – захрустит. На самом деле частички крахмала гораздо мельче, чем мука.

Свойства крахмала

Не растворяется в холодной воде, в горячей воде имеет свойство набухать. Так из него делают клейстер.

При контакте с йодом становится синим.

Кулинарное применение

Загустить соус. Главное назначение крахмала – загущение. Крахмал безвкусный, поэтому не повлияет на качество даже самого капризного соуса.

Кисели. Густые ягодные напитки варят в большинстве случаев с добавлением крахмала. Есть старинные рецепты, где в качестве загустителя используются овсяные хлопья.

Добавить в подливу. Если мясо булькает в очень жидком соусе, нужно добавить только ложку крахмала.

Выпечка. В тесто часто добавляют крахмал. Он убирает лишнюю влагу, в результате булочки и пироги становятся более легкими и пышными.

Без глютена. Люди, которые отказываются от продуктов, содержащих глютен (прежде всего это пшеничная и ржаная мука), могут использовать крахмал для выпечки. Из крахмала тапиоки, например, получаются отличные булочки с сыром.

Панировка. Крахмал часто используют для обваливания и последующей жарки котлет, мяса, сырников, овощей. Он дает тонкую корочку и сохраняет сочность продукта.

Промышленность

Пищевая. Его добавляют в колбасно-сосисочные изделия, йогурты. Практически в любом кетчупе и майонезе вы найдете крахмал.

Текстильная. Крахмал применяют для обработки тканей.

Бумажно-целлюлозная. Тут расходуют больше всего крахмала. Он выступает наполнителем для бумаги.

Косметология

Умывание. Люди с чувствительной кожей могут добавить крахмал в воду для умывания. Такой способ поможет сделать кожу более гладкой и белой, крахмал борется с морщинами, расширенными порами и пигментными пятнами. Кроме того, крахмал делает кожу матовой, так как регулирует работу сальных желез.

Сухой шампунь. Можно воспользоваться крахмалом для сухого мытья волос. Нужно просто распределить ложку крахмала по волосам, и они станут гораздо чище, хотя и не будут блестящими.

Быт

Белье. Простыни и пододеяльники теперь крахмалят редко. Но раньше прополоскать их, добавив в воду ложку крахмала, было обязательным. После такой процедуры высохшее белье начинает хрустеть и становится несколько жестким. И оно кажется ну необычайно чистым.

Животные. Если посыпать шерсть крахмалом, то пушистый зверь перенесет процедуру легче, шерсть будет меньше путаться. Также расчесывание с крахмалом может заменить мытье: он соберет жир и грязь с шерсти животного.

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.

Основные виды крахмала:

Картофельный крахмал - получают из клубней картофеля, образует вязкий прозрачный клейстер.

Основная задача производства картофельного крахмала - мак­симальное извлечение крахмала путем разрыва наибольшего чис­ла клеток клубня и дальнейшая очистка крахмальных зерен от нерастворимых и растворимых примесей.

Для получения высококачественной готовой продукции хоро­шее качество сырья (сырого картофеля) имеет очень большое, а иногда и решающее значение. Белый цвет крахмала важен при применении его как вспомогательного материала в текстильной, бумажной, полиграфической, пищевой и других отраслях промыш­ленности. Большое значение для многих производств имеет вяз­кость крахмального клейстера, получаемого при нагревании смеси крахмала с водой. Особенностью картофельного крахмала, отли­чающей его от многих других крахмалов (например, получаемых из зерна кукурузы, пшеницы и др.), является высокая начальная вязкость крахмального клейстера. Однако при неправильном ве­дении технологического процесса вязкость такого клейстера может сильно уменьшиться. Главное влияние на это оказывают длитель­ное пребывание крахмальных зерен в воде, содержащей значитель­ную концентрацию клеточного сока, наличие растворенных солей кальция и магния (жесткость воды) и некоторые другие факторы. 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.

Выход крахмала больше всего зависит от крахмалистости картофеля и качества его измельчения.

Кукурузный крахмал - молочно-белый непрозрачный клейстер, имеет невысокую вязкость, с запахом и привкусом, характерными для зерен кукурузы.

Производство кукурузного крахмала включает следующие ос­новные технологические операции:

Замачивание зерна в теплом растворе разбавленной сернистой кислоты с целью размягчения зерна и удаления из него основной части растворимых веществ;
- дробление замоченного зерна с целью выделения зародыша;
- выделение и промывание зародыша;
- тонкое мокрое измельчение зерновой кашки для освобожде­ния связанных зерен крахмала, заключенных в клетках эндо­сперма;
- выделение из крахмальной суспензии частиц оболочек зерна и стеиок клеток эндосперма, отделение от них свободного крахма­ла промыванием и мокрым ситованием;
- разделение крахмало-белковой суспензии с целью выделения взвешенных белковых веществ;
- промывание крахмала для очистки его от остатка растворен­ных в основном азотистых веществ.

Пшеничный крахмал - обладает невысокой вязкостью, клейстер более прозрачный по сравнению с кукурузным.

В настоящее время наиболее широкое распространение получили два способа получения пшеничного крахмала: способ Мартэна («сладкий» способ) и в США способ «взбитого теста».

Способ Мартэна представлен схематически:

Также существую следующие виды крахмала:

1. Амилопектиновый крахмал.
Получают из восковидной кукурузы. Клейстер из такого крахмала обладает хорошей вязкостью и влаго-удерживающей способностью. С раствором йода амилопектиновый крахмал дает характерное красно-коричневое окрашивание. Используют для стабилизации салатных приправ, соусов, кремов. За рубежом амилопектиновый крахмал применяют для производства различных клеящих веществ.

2 . Тапиоковый (маниоковый) крахмал.
Португальское слово tapioca (на языке индейцев - тупи-гуарани) - маниоковое саго, получаемое из клубней тропического растения - маниока.
Маниок (Manihok utilissima) - растение из семейства молочайных, произрастает в Южной Америке и представляет собой кустарник высотой
2 - 3 метра. Из корней, богатых крахмалом, получают продукт кассава , который используют в диетическом питании, а также для производства крахмала.
Самый чистый, без примесей - тапиоковый крахмал, который получают из клубней маниоки. Его клейстер более вязкий, чем кукурузный. Этот крахмал используют весьма активно - правда, только в пищевой промышленности: в качестве загустителя в готовых супах, соусах и подливках, а также как связующее вещество при производстве мяса.

3. Рисовый крахмал.
Образует непрозрачные клейстеры низкой вязкости обладающие высокой стабильностью при хранении. Рисовый крахмал используют в качестве стабилизатора белых соусов, придающего им стойкость к замораживанию и оттаиванию, а также для приготовления пудингов. Равномерная зернистость, незначительный размер зерен делают рисовый крахмал удобным для приготовления продукции парфюмерной промышленности. Его применяют также в текстильной и бумажной промышленности.

4. Сорговый крахмал
По физико-химическим свойствам близок к кукурузному. Его используют в тех же отраслях промышленности и для тех же целей, что и кукурузный крахмал.

Кроме традиционных видов сырья (картофеля, кукурузы, пшеницы) для производства крахмала в некоторых регионах используют и такие виды крахмалосодержащего сырья, как ячмень , рожь , горох.

В списке пищевых добавок стабилизаторы и загустители (крахмалы) представлены в группе E999–E1521. В РФ разрешено применение более чем 20 видов модифицированных крахмалов. Вот некоторые из них:
E1403 - отбеленный крахмал (консервированные овощи и грибы, консервированные сардины и аналогичные продукты, ароматизированные йогурты и другие кисломолочные продукты)
Е 1404 – окисленный крахмал (консервированное детское питание, супы и бульоны)

E1405 - крахмал, обработанный ферментными препаратами

E1410 – монокрахмалфосфат

E1411 - дикрахмалглицерин

Е 1412 – дикрахмалфосфат