Характеристика крахмала из различных видов сырья. Особенности, полезные свойства и химический состав крахмала

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.

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.

(лат. Amylum), (С 6 Н 10 О 5) n — растительный высокомолекулярный полисахарид амилозы и амилопектина, мономером которых является глюкоза. Резервный Гомополисахариды растений. Накапливается в результате фотосинтеза в плодах, зерне, корнях и клубнях некоторых растений как запасная форма углеводов.

Виды крахмала: картофельный, кукурузный, амилопектинового, пшеничный, рисовый, гороховый, тапиоковый, модифицированный и др.

Этимология

Происходит от нем. Kraftmehl «крахмал». К русского, украинского и белорусского языков это слово пришло из польского (krochmal).

Биологические особенности

Богатый крахмалом зерно злаковых растений: риса (до 86%), пшеницы (до 75%), кукурузы (до 72%), а также клубни картофеля (до 24%) и зерно ячменя.

Для организма человека крахмал рядом с сахарозой служит основным поставщиком углеводов — одного из важнейших компонентов пищи. Под действием ферментов крахмал гидролизуется до глюкозы, которая окисляется в клетках до углекислого газа и воды с выделением энергии, необходимой для функционирования живого организма.

Известно, что крахмал активизирует обмен желчных кислот и способствует выведению холестерина из организма.

Физические свойства

Белый, хрустящий, аморфный и очень гигроскопичен порошок без вкуса и запаха. Обычно содержит 10-20% связанной воды, которую можно удалить высушиванием при 100-110 ° C. Под микроскопом — зернистый (гранулы) порошок. Нерастворимый в холодной воде, эфире, спирте; в горячей воде набухает, и образует коллоидный раствор, при охлаждении которого образуется устойчивый гель — крахмальный клейстер; с раствором йода дает синее окрашивание (амилоза дает синюю окраску, а амилопектин — от красного до фиолетового). Реакция с йодом дает возможность выявить даже миллионную часть крахмала в растворе. Молекулы крахмала неодинаковые по размерам.

Гранулы крахмала

Крахмал содержится в растениях в виде гранул. В зерновых культурах и других высших растениях гранулы крахмала образуют пластиды. Пластиды, из которых состоит крахмал называют амилопласты. В зерновых культурах (пшеница, кукуруза, рожь, ячмень, сорго и просо) крахмал представлен простыми гранулами — каждый амилопласты состоит из одной гранулы. В черта и овса гранулы составлены — каждый амилопласты содержит много гранул.

В ржи, пшеницы и ячменя различают два типа гранул крахмала: крупные — двояковипукли (линзовидные) гранулы, и небольшие — сферической формы. В ячменя двояковипукли гранулы формируются в перид первых 15 дней после опыления, а с 18-го по 30-й день — после опыления появляются маленькие гранулы, которые составляют 88% от общего количества гранул. В пшеницы и ячменя каждый пластид сначала формирует большую двояковипуклу гранулу крахмала. После этого пластиды образуют выпуклости, в которых происходит формирование маленьких гранул крахмала. Эти значительно более меньшие амилопласты отделяются от материнского пластида перетяжкой-стриктурой. Крахмал синтезируется в пластидах.

Кристалличность

О том, что крахмал является полукристаллического материалом известно еще с 1930-х годов. По форме рентгенограмм цельных гранул крахмала, они подразделяются на три типа, которые обозначают буквами А, В и С. Крахмал большинства зерновых культур относится к типу А, крахмал картофеля и других корнеплодов, а также ретроградуйований крахмал — к типу В, а крахмал гороха и бобов — до типа С, который представляет собой промежуточную форму между типами А и В. Под действием тепла картофельный крахмал типа В превращается в тип А. Более короткие декстрины (12-15 глюкозных единиц) могут принадлежать к любому из этих трех типов в зависимости от характера их кристаллизации. Одним из инструментальных способов исследования крахмала эффективно используется метод дифракции рентгеновских лучей.

Двойное преломление света

При рассмотрении крахмала в поляризованном свете наблюдается двойное преломление лучей, которое имеет характерную форму «мальтийского креста». Причиной такого преломления является высокоорганизованная структура гранул крахмала, которую не надо путать с кристалличность. Даже очень хорошо организованы молекулярные структуры могут не быть кристаллическими, но они обладают свойством двойного преломления лучей — целлюлоза в листе бумаги является полукристаллического, а кристаллы сами по себе являются двоякопереломляючимы (упорядоченными), но в силу того, что кристаллы ориентированы неупорядоченным образом, бумага свойством двойного променезаломлювання не обладает.

Химический состав крахмала

Крахмал содержит полисахарида 97-99%, белковых веществ 0,3-1,5%, клетчатки 0,2-0,7%, зольных веществ (фосфаты, силикатные кислоты) 0,3-0,6%.

В составе товарного крахмала могут присутствовать второстепенные компоненты, но они присутствуют в столь малых количествах, что не совсем ясно, являются ли они составляющими крахмала, представленными в нем очень малых количествах, или примесями, недостаточно тщательно удаленными в процессе выделения. Тем не менее, такие второстепенные компоненты, несмотря на их очень малое количество, могут существенно влиять на качестве крахмала.

В крахмале найдено 0,6% жирных кислот (пальмитиновой, стеариновой и др.). В крахмала, которые выпускаются промышленным способом из зерновых культур, содержится малое количество липидов, которые, как правило, являются полярными. Для их выделения необходимы полярные растворители, водный раствор метилового спирта. Обычно, содержание липидов в крахмале из зерновых культур составляет 0,5-1%, а изготовленных из незерновой сырья — почти не содержит.

Кроме того, в состав крахмала входят в незначительных количествах фосфор и азот. В зерновых культурах основная масса фосфора представлена ​​в виде фосфолипидов. Известно, что картофельный крахмал етерификуеться к глюкозных остатков, тогда как с крахмалами зерновых культур этого не происходит. Во всех видах крахмалов содержится очень небольшое количество азота (менее 0,05%), часть которого входит в состав липидов, часть — в состав белков и, возможно, в состав остатков ферментов, участвующих в синтезе крахмала.

Крахмал в основном представляет собой полимеры α-D-глюкозы, которые с химической точки зрения можно разделить как минимум на два типа: амилозы (в целом линейный полимер) и амилопектин (сильно разветвленный полимер). То есть, молекула крахмала состоит из двух химически независимых частей (полисахариды): амилозы (20-30%) и амилопектина (70-80%), соотношение которых зависит от природы растений:

— В кукурузном крахмале амилоза составляет 25% всей массы вещества, а амилопектин — 75%. В восковидная кукурузе — более 95% амилопектина. Выращивают кукурузу и с 75% амилозы. — В картофельном крахмале амилозы — 20%, а амилопектина — 80%, что придает ему специфических свойств. — Крахмал яблок — с 100% амилозы.

Амилоза и амилопектин различаются между собой химическому строению. Однако, оба полисахариды состоят из глюкозных остатков, соединенных между собой образуя линейные или разветвленные цепи. В зернах крахмала молекулы амилозы и амилопектина образуют слои с кристаллической и аморфной строением. Энергия взаимодействия отдельных групп атомов в зерне крахмала зависит от расположения амилозы и амилопектина и их соотношение.

В горячей воде крахмал набухает. При этом амилоза переходит в раствор, а амилопектин образует коллоидный раствор (клейстер). Амилоза растворяется в горячей воде, не образует клейстера; с йодом дает синий цвет. Амилопектин не растворяется в воде, а набухает и образует клейстер. При окрашивание амилопектина йодом он принимает от красного до фиолетового цвет. Молекулы этих двух полисахаридов состоят из остатков глюкозы, соединенных в длинные цепочки. Чем длиннее цепочки амилозы, тем хуже она растворяется. В молекуле амилозы таких остатков в среднем более 1000, в молекуле амилопектина — намного больше.

Под действием ферментов или нагрева с кислотами — подвергается гидролизу.

В качестве растворителей крахмала используют холодную соляную, надхлорного, трихлоруксусной, сульфосалициловую кислоты, растворы CaCl 2, ZnCl 2, MgCl 2, щелочи, глицерин, формамид и др..

При полном гидролизе в промышленности получают глюкозу, а промежуточными продуктами могут быть олигосахариды, мальтоза (К.Кирхгофф, 1814 гг.):

Под действием амилаз в пищеварительном канале человека и животных крахмал подвергается гидролизу и расщепляется с образованием глюкозы и мальтозы, что расщепляется Мальтаза к глюкозе, которая усваивается организмом.

Название растения	Часть растения	Содержание крахмала (до)	Содержание сахара	Примечания
Рогоз широколистный (Typha latifolia)	сухие корневища	58% (25-58%)	10%	—
Цетрария исландский (Cetraria islandica)	наземная часть	44%	%	(крахмал: лихенин)
Глицерия (Glyceria)	зерновки	75%	?	—
Кукуруза (Zea mays L.)	семян	71%	?	—
Хлебное дерево (Artocarpus altilis)	сушеная мякоть плодов	80% (60-80%)	14%	—
Кувшинка белая (Nymphaea alba)	корневище	49%	20%
Овес (Avena)	зерно	60%	?	Овес посевной (Avena sativa L.)
Сусак (Butómus umbellátus)	корневище	60%	?
Водяной орех (Trapa natans)	орех	55%	?
Батат (Ipomoea batatas L.)	клубни	72%	?
Сорго (Sorghum)	?	74%	?
Маниок (Manihot)	?	77%	?
Горох (Pisum)	зерно	40%	?
Ячмень (Hordeum L.)	зерно	75%	?
Картофель (Solanum tuberosum)	клубни (в сухом веществе)	82%	?
Саговые пальмы (род. Латов. Cycas)	сердцевина пальмы	?	?
Рис (Oryza)	зерно	89%	?
Рожь (Secale)	зерно	72%	?
Пшеница (Triticum L)	зерно	74%	?
Алтея лекарственная (Althaea officinalis L.)	корни	37%	10%	(10% сахарозы)
Стрелолист обыкновенная (Sagittaria sagittifolia L.)	клубни	35%

Получение крахмала

Крахмал получают из картофеля и риса, реже — из других зерновых. Саго — крахмалистые продукты из древесины саговой пальмы, а также некоторых саговников.

В тропиках выращивают много крохмалоносних растений: батат, ямс, таро, маниок и другие.

Чтобы добыть крахмал, нужно разрушить клеточные стенки и добыть сок. Для этого сырье измельчают на терках, получая кашицу. Чтобы выделить свободный крахмал, кашицу многократно промывают на ситах в ситовых аппаратах. Ситовые аппараты в пять степеней проводят разделение продукта на мезгу и крахмальную суспензию (крахмальное молоко) различной концентрации. Крахмальное молоко рафинируют (очищают). После этого выделенный крахмал многократно промывают чистой водой на специальных центрифугах-пурификаторах или гидроциклонах.

В производстве картофельного крахмала применяют процессы очистки картофеля от легких и тяжелых примесей, мойки, измельчения, выделения клеточного сока, ситування и промывки, центрифугирования и сушки.

Из картофельного крахмала можно получить отдельно амилозы (суперлозу) и амилопектин (ромалин). Для этого на крахмал действуют растворами солей MgSO 4, (NH 4) 2 SO 4, Na 2 SO 4, содержащие н-бутиловый спирт, при 120 ° С. После этого амилозы осаждают при 70 ° С, а амилопектин — 20 ° С.

В производстве кукурузного крахмала существует два способа: сирчистокислотний и щелочной. По первому способу кукурузное зерно замачивают в 0,1-0,2% водном растворе сернистой кислоты при 48-50 ° С в течение двух суток, зерно промывают, грубо измельчают, выделяют зародыш, тонко измельчают, промывают крахмал на ситовых аппаратах, отделяют от мелкой и крупной мезги, глютена (на сепараторах), промывают на вакуум-фильтрах, центрифугируют, высушивают или перерабатывают на крахмало-продукты. По второму способу кукурузу замачивают в водном растворе щелочи, промывают, измельчают, крахмал выделяют и проходят мимо на ситовых аппаратах, центрифугируют, высушивают или направляют без высушивания на переработку.

Фракционирования крахмала

Для разделения крахмала на его компоненты, амилозы и амилопектин, используют два основных способа. Амилозы можно выборочно выщелачиваться из гранул, нагретых чуть выше температуры клейстеризации. При более высоких температурах выщелачиваются не только амилоза, но и амилопектин, из-за чего требуется дополнительное очищение. Фракции, получаемые выщелачивания, трудно поддаются количественной оценке, но если перед процессом водного выщелачивания обработать крахмал горячим водным раствором бутанола, то способность амилопектнна до растворения снизится, в результате чего будет выделено большее количество амилозы.

Другим методом является полное диспергирование гранул с последующим разделением компонентов. Крахмалы злаков очень трудно диспергировать полностью — для этого необходимо, чтобы смесь в течение нескольких часов находилась в автоклаве при температуре около 130 ° С. В этих условиях необходимо предотвратить расщеплению крахмала, то есть обезжирить его, буферизацию и защитить от воздействия кислорода. Существует несколько видов предварительной обработки крахмала, что позволяет его диспергировать полностью. Для этого можно использовать, например, жидкий аммиак, диметилсульфоксид или щелочной раствор. После полного диспергирования крахмала чаще всего для выделения амилозм ее осаждают в виде комплексов с n-бутанолом или тимолом. Для получения чистой амилозы необходимо несколько раз выполнить повторное осаждение. Амилопектин можно получить лиофилизацией или осадить спиртом.

Хранение

Хранят крахмал в чистых, сухих, хорошо проветриваемых складах, без постороннего запаха, не зараженных вредителями. Оптимальной для хранения считают 70% -ную относительную влажность воздуха, хотя допускается до 75%, и температуру около 10 ° C. В этих условиях стандарты предусматривают хранение картофельного и кукурузного крахмала 2 года, а пшеничной — 1 год. Длительное хранение существенно снижает клейстеризуючу способность крахмала. В помещениях с повышенной относительной влажностью воздуха он увлажняется, а вследствие микробиологических процессов и порчи приобретает сначала кисловатый, затхлого, а затем и гнилостного запаха.

Применение

Крахмал сельскохозяйственных культур является ведущим компонентом рациона человека, важным сырьем для пищевой, фармацевтической и технических отраслей промышленности: текстильной, нефтяной, бумажной и др.

Крахмал широко применяется в пищевой отрасли как загуститель (E1404), при производстве патоки различного углеводного состава, для получения декстринов, глюкозы (кристаллической глюкозы, глюкозного концентрата, глюкозно-фруктозного сиропа, этанола и других продуктов брожения. Крахмал со степенью гидролиза (по глюкозе) меньше 5% — мальтодекстрин — используется в качестве стабилизатора в производстве майонеза. В производстве сахарных кондитерских изделий крахмал используют как рецептурный компонент рахат-лукума, а также как формовочный компонент для конфет и драже.

Комплексная переработка крахмала крахмал гидролизуется до глюкозы, которая изомеризуется в фруктозу и гидрированием превращается в сорбит, или идет на получение других продуктов — этанола, молочной кислоты, лимонной кислоты; гидролизат смешивается с волокнами для кормов скоту.

Сырьем для производства кристаллической глюкозы является крахмал, полученный из кукурузы, или пшеницы, хотя может быть использован и картофельный крахмал. Однако картофельный крахмал является незаменимым сырьем в других отраслях промиисловости и для производства глюкозы не используется. Основное сырье для производства кристаллической глюкозы — кукурузный крахмал.

Крахмал используют как клей, как микробиологическая среда при получении различных энзимов, антибиотиков, витаминов, а также как основа искусственных биоразлагаемых биополимеров.

Во врачебной практике крахмал очень часто используют как наполнитель и субстрат для изготовления таблеток (в качестве наполнителя в твердых лекарственных формах) и облаток и в пастах, в присыпках и мазях применяют при болезнях кожи, в виде отвара (клейстера) — при заболеваниях желудочно-кишечного тракта как обволакивающим средство. Крахмал и декстрины (продукты неполного гидролиза линейных полисахаридов) положительно влияют на холестериновый обмен, улучшают пищеварение. Он входит как важный компонент практически до всех диет. Также растворы крахмала является частью инфузионных растворов, которые используют для лечения неотложных состояний.

Основной объем крахмалопродуктов готовят из кукурузы, на долю которой приходится 45 млн т, остальные сырьевой базы составляет тапиока (5 млн т), пшеница (4 млн т) и картофель (2500000 т).

Амилопектин пригоден для производства пленок и упаковочного материала, которые можно после использования полностью компостировать.

Изменения крахмала

Клейстеризация

Нагрев крахмала при наличии воды вызывает клейстеризации, то есть разрушения нативной структуры крахмальных зерен. Этот процесс проходит тремя стадиями:

1. Во нагрева суспензии до температуры 50-55 ° С крохмальнi эерна набухают, поглощая до 50% воды от массы крахмала, но сохраняют форму и шаровую строение. Нарушение внутренней структуры незначительно.
2. При дaльшому нагревании (до температуры 60-80 ° С) происходит сильное повреждение нативной структуры крахмальных зерен. Исчезает слойная строение, зерна увеличиваются в объеме вдекилька десятков раз и превращаются в пузырьки, наполненные раствором амилозы и амилопектина, а вязкость суспензии резко увеличивается и она превращается в клейстер. Поэтому этот процесс называется клейстеризации. Часть раствора переходит в окружающую среду. В результате все большее набухание крахмальных пузырьков количество воды извне сильно уменьшается, а клейстер становится более вязким. Для каждого вида крахмала характерна своя температура клейстеризации, при которой большинство зерен в суспензии поглощает максимальное количество воды.
3. Нагрев клейстера выше 80 о С избытком воды приводит к распаду крахмальных зерен — пузырьки лопаются и вязкость клейстера снижается.

Наличие в воде солей, сахаров, спиртов и других веществ влияет на температуру клейстеризации. Поваренная соль даже в малых концентрациях повышает температуру клейстеризации и уменьшает набухание зерен.

В зависимости от соотношения крахмала и воды получают клейстер в виде геля или золя.

В кулинарии

Клейстер в виде геля образуется когда крахмальные пузырьки тесно скреплены между собой в результате почти полного поглощения ими воды. В приготовлении пищи плотные гели могут быть в киселях при наличии в них 6-8% крахмала, а еще плотные гели образуются в процессе варки круп, бобовых, макаронных изделий, картофеля, когда крахмал поглощает максимальное количество воды.

Крахмальные золе различной вязкости служат основой киселей жидкой и средней консистенции (содержание крахмала от 2 до 5%), сладких супов, соусов (содержание крахмала до 2%).

В тесте, при выпечке кондитерских изделий, воды мало, поэтому крахмал достигает лишь первой стадии клейстеризации.

Крахмал с картофеля дает прозрачный клейстер, а из зерновых (кукурузы) — непрозрачный.

Во время тепловой обработки картофеля клейстеризация крахмала происходит за счет влаги, которую выделяют белки клейковины, что зсилися. Во время варки каш, макаронных изделий крахмал клейстеризуется за счет влаги окружающей среды. Этим объясняется увеличение массы крупы и макаронных изделий во время варки.

При охлаждении и хранении в охлажденном состоянии крахмалосодержащие изделий содержание в них растворенного амилозы уменьшается и изделия черствеют (хлеб, каши, мучные изделия), то есть происходит старение оклейстеризованого крахмала.

Декстринизация

Декстринизация происходит во время сухого нагрева крахмала при температуре выше 120 ° С.

В кулинарии декстринизация осуществляется на поверхности изделий с образованием желтовато-коричневой корочки при жарке картофеля, мучных изделий, пассировки муки.

Гидролиз

Гидролиз — распад крахмальных полисахаридов с приенанням воды. Он может происходить при нагревании с водой в присутствии кислот (кислотный гидролиз) или под действием ферментов амилозы (ферментативный). Конечными продуктами гидролиза крахмала является глюкоза и фруктоза.

Ферментативный гидролиз происходит во время варки картофеля, замешивания и выпечки теста. При этом сахара переходят в отвар. Кислотный гидролиз крахмала происходит при варке соусов, киселей из ягод.

При гидролизе крахмала последовательно образуются дисахариды и декстрины, что в дальнишому превращаются в моносахариды, из которых преобладает глюкоза.

Крахмал при быстром нагревании расщепляется до декстринов формулы (С 6 Н 10 О 5) х, где х — число глюкозных остатков в декстрины гораздо меньше, чем в формуле крахмала. При добавлении кислот процесс ускоряется. В зависимости от глубины гидролиза (температуры, концентрации и вида кислоты, ферментов), крахмал расщепляется до декстринов, мальтозы, глюкозы. Во время гидролиза крахмала постепенно образуется растворимый крахмал, декстрины, ди- и моносахара.

В гидролизата различают следующие декстрины: амилодекстрины — растворяются 25% -ным, а осаждаются 40% -ным этиловым спиртом, с йодом дают фиолетово-синюю окраску; эритродекстрины — растворяются 55% -ным раствором, а осаждаются в 65% этиловом спирте; ахродекстрины — растворяются в 70% -ном этиловом спирте, йодом НЕ окрашиваются; мальтодекстрин — спирт не осаждаются, йодом НЕ окрашиваются.

Незначительно дикстринизований крахмал, который дает с йодом синее окрашивание, лучше растворяется в воде, по сравнению с обычным крахмалом, называют растворимым крахмалом.

В промышленности применяется гидролиз, который имеет ступенчатый характер.

Частичный гидролиз крахмала до декстринов, для которых уже характерные свойства восстановителя, происходит при быстром нагревании крахмала с небольшим количеством воды (10-20%).

Декстрины образуются при выпечке хлеба (появление корочки), или при воздействии горячего утюга на накрахмаленное ткань, в результате чего она сверкает. При этом, основная задача процесса хлебопечения заключается в преобразовании нерастворимого крахмала в растворимые декстрины, которые лучше усваиваются человеком в процессе пищеварения.

При неполном гидролизе крахмала получают крахмальную патоку (содержание глюкозы составляет 60%) или крахмальный сахар (содержание глюкозы 70%) для пищевых потребностей.

Модификация крахмала

Модифицированный крахмал — это продукт с заданными свойствами. В технике превращения крахмала в глюкозу (процесс осахаривания) происходит путем кипячения его в течение нескольких часов с раствором серной кислоты (каталитический влияние серной кислоты на осахаривания крахмала был изобретен в 1811 К. С. Кирхгофом). Чтобы с образованного раствора удалить серную кислоту в него добавляют мел, образуя с серной кислоты нерастворимый сульфат кальция. Последний отфильтровывают и вещество упаривают. Образуется густая сладкая масса — крахмальная патока, кроме глюкозы имеет значительное количество других продуктов гидролиза крахмала.

Патока используется для приготовления кондитерских изделий и для различных технических целей.

Если нужно получить чистую глюкозу, то кипячение крахмала ведут дольше, чем достигается более полное превращение его в глюкозу. Полученный после нейтрализации и фильтрования раствор сгущают, пока из него не начнут выпадать кристаллы глюкозы.

Также в наше время проводят энзиматический гидролиз крахмала, с использованием альфа-амилазы для получения декстринов различной длины, и глюкоамилазы — для дальнейшего их гидролиза с получением глюкозы.

При нагревании сухого крахмала до 200-250 ° C происходит частичное его разложение и получается смесь менее сложных чем крахмал полисахаридов (декстрин и другие).

Физическое изменение позволяет получать крахмал с высокой способностью удерживать влагу, что в свою очередь придает конечному продукту желаемую консистенцию.

Крахмал осаждается этиловым спиртом, образует комплексы с йодом, очень легко меняет ряд своих свойств при воздействии температуры, кислот, щелочей, солей и других химических реагентов. Основываясь на этом, разработано много видов модифицированных крахмалов (фосфатные, оксиетилкрохмаль, диальдегидний поперечно связан, желирующий, предварительно клейстеризований, гипохлоритний др.)

Селекция растений

Так как амилоза и амилопектин имеют различные потребительские свойства, селекцией пытаются создать сорта, содержащие или амилозы, или амилопектин. Использование таких сортов, которые содержат только одну форму крахмала является очень выгодным, ведь отпадают затратные химические и физические способы воздействия на их разделение.

В Украине селекционерами Селекционно-генетического института национального центра насиннезнавства и сортоизучения создана перспективная пшеница Вакс, которая в строении молекул крахмала имеет амилозы 0% и 100% амилопектина. Крахмал пшеницы Вакс имеет 10 ° C ниже обычный крахмал температуру клейстеризации, выдерживает процесс замораживания-размораживания и лучше усваивается организмом человека.

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.

Добавить свою цену в базу

Комментарий

Крахмал (C 6 H 10 O 5) n –полисахариды амилозы и амилопектина, мономером которых является альфа-глюкоза. Крахмал, синтезируемый разными растениями в хлоропластах, под действием света при фотосинтезе, несколько различается по структуре зёрен, степени полимеризации молекул, строению полимерных цепей и физико-химическим свойствам. Представляет собой безвкусный аморфный порошок белого цвета, нерастворимый в холодной воде. Под микроскопом видно, что это зернистый порошок; при сжатии порошка крахмала он издаёт характерный скрип, вызванный трением частиц.

Состав крахмала

С чисто научной точки зрения крахмал – это большое количество простых сахаров, собранные в длинные и иногда разветвленные цепи. Основной единицей одной такой цепи является глюкоза, та самая, которая в организме человека играет роль источника энергии.

Каждая длинная цепочка может многократно изгибаться, извиваться и складываться, в результате чего образуются микроскопические гранулы, напоминающие зерна муки. На самом деле, мука – это тоже смесь крахмала и некоторых сопутствующих веществ. Если крахмал потереть между пальцами или сжать комок его в ладони, можно услышать характерный скрип. Этот звук создаётся при трении крупиц друг о друга: они достаточно тверды и не разрушаются при таком воздействии. В природе, в организмах растений, он образуется при последовательном соединении большого числа молекул глюкозы. А глюкоза перед этим синтезируется из воды и углекислого газа.

Для большинства растений крахмал – главный аккумулятор энергетических ресурсов. Именно поэтому его активное запасание происходит в семенах, клубнях и корнях. Состав пшеничного или кукурузного зерна более чем наполовину — крахмал.

Физически он представляет собой белый безвкусный порошок без запаха, нерастворимый в воде. Однако при попадании в воду он образует многочисленные коллоидные частицы, при большой концентрации создающие густую вязкую массу. Её называют клейстером. Благодаря тому, что крахмал в больших количествах запасается растениями, его достаточно просто получить уже в готовом виде, нежели синтезировать заново. С этим связаны промышленные методы получения крахмала.

Способы получения

Для производства крахмала в промышленных масштабах используется множество растений. В их перечень, безусловно, входят: пшеница, кукуруза, картофель, рис, ячмень, горох. А также такие экзотические растения, как батат и маниока. Кукуруза содержит 56,9 % крахмала. Для получения крахмала кукуруза замачивается в горячей воде, содержащей серу. Затем посредством грубого и мягкого помола разделяются зародыш, клетчатка и крахмал.

Для удаления всех следов протеина кукурузный крахмал промывается в гидроциклонах. Кукурузный крахмал применяется в кондитерской промышленности, в консервном производстве, а также в производстве бумаги. Клубень картофеля содержит 20% крахмала. Картофель очищается, измельчается на скоростных картофелетерках, затем полученная кашица высушивается и расфасовывается. Производится также и сырой картофельный крахмал, в который для сохранности добавляют диоксид серы. Картофельный крахмал используют в приготовлении киселей, супов, соусов, сосисок и других колбасных изделий, кондитерских кремов.

Также он применяется в текстильной, бумажной, полиграфической промышленности. Также производится рисовый крахмал (применяется в приготовлении белых соусов и различных пудингов); пшеничный крахмал (применяется в хлебопекарной и кондитерской промышленности, для производства рахат-лукума и многого другого); тапиоковый крахмал (вырабатывается из клубней маниоки); сорговый крахмал и амилопектиновый крахмал.

Функции в организме

Единственная роль крахмала в рационе человека – превращение в глюкозу для получения дополнительной энергии. Этот процесс начинается уже в тот момент, когда крахмалистая пища попадает в ротовую полость. На этом этапе слюна окружает молекулы крахмала, воздействуя на них, так возникает продукт расщепления – мальтоза, более простой углевод. Затем новое вещество попадает в тонкую кишку, где проходит очередные трансформации и превращается в глюкозу. И только после этого организм поглощает глюкозу (стенками кишечника), вещество попадает в кровь и уже по сосудам передвигается по всему организму, снабжая каждую клетку энергией.

Меж тем организм не способен использовать за один «присест» сразу всю порцию глюкозы, полученной из крахмалов. Лишнее хранится в виде гликогена в тканях печени и мышц. И когда организм переживает упадок сил, гликоген приходит ему на помощь.

Суточная потребность в крахмале

Как уже было сказано выше, крахмал под воздействием кислоты гидролизуется и превращается в глюкозу, которая является основным источником энергии для нашего организма. Поэтому, чтобы чувствовать себя хорошо, человек обязательно должен съедать некоторое количество крахмала. Вам достаточно просто употреблять каши, хлебобулочные и макаронные изделия, бобовые (горох, фасоль, чечевицу), картофель и кукурузу. Также, хорошо добавлять в пищу хотя бы незначительное количество отрубей! По медицинским показаниям, суточная потребность организма в крахмале составляет 330-450 грамм.

Потребность в крахмале возрастает: поскольку крахмал является сложным углеводом, его употребление оправдано в том случае, если человеку предстоит длительная работа, во время которой отсутствует возможность частого питания. Крахмал, постепенно трансформируясь под воздействием желудочного сока, выделяет необходимую для полноценной жизнедеятельности глюкозу.

Потребность в крахмале снижается:

• При различных заболеваниях печени, связанных с нарушением расщепления и усвоения углеводов.
• При малых физических нагрузках. В этом случае крахмал способен преобразовываться в жир, который откладывается «прозапас».
• В случае с работой, требующей немедленного поступления энергии. Крахмал же преобразуется в глюкозу только спустя какое-то время.

Усваиваемость крахмала

В связи с тем, что крахмал является сложным полисахаридом, который под воздействием кислот способен полностью преобразовываться в глюкозу, то и усваиваемость крахмала приравнивается к усваиваемости глюкозы.

Признаки нехватки крахмала в организме:

• Слабость
  Быстрая утомляемость
  Частые депрессии
  Снижение иммунитета
  Снижение полового влечения.

Признаки избытка крахмала в организме:

• Частые головные боли
  Избыточная масса тела
  Снижение иммунитета
  Раздражительность
  Проблемы с тонким кишечником
  Запоры

Применение

А вот используется крахмал в пищевой промышленности не менее широко, чем в природе. Он является необходимым ингредиентом при приготовлении различных киселей, соусов, кремов, колбас и выпечки. В подавляющем большинстве сосисок и колбасных изделий содержится крахмал для придания им более плотной консистенции.

Наиболее часто в кулинарных целях этот компонент используется для загущения продукта и связывания части жидкости в нём. Например, при приготовлении желе или майонеза. Для этого чаще используют модифицированный крахмал.

Применение крахмала в кулинарии — не единственная форма его использования. Из него изготовляют этанол, патоку и различные клея. В огромных объёмах крахмал используется целлюлозной промышленностью. Порошок служит для наполнения и обработки бумаги. Также его используют для обработки тканей и другой текстильной продукции. В сумме текстильная и целлюлозная промышленность потребляют больше крахмала, чем пищевая.

Использование в кулинарии

Картофельный крахмал используют при приготовлении разнообразной выпечки и киселей. К тому же он является загустителем для соусов и кремов. Еще крахмал можно добавлять в фарш, чтобы он лучше держал форму.

Характеристика популярных крахмалистых продуктов

Хлеб

Особенно полезный – из муки грубого помола и ржаной. В обеих вариантах есть витамины группы В, Е, клетчатка, а также широкий спектр полезных минералов. В белом хлебе также есть много питательных веществ, необходимых организму, но количество клетчатки в этом продукте значительно ниже.

Некоторые люди отказываются от хлебобулочных изделий, боясь набрать лишние килограммы. Меж тем, нельзя полностью вычеркивать из своего меню этот продукт, так как вместе с ним человек лишает себя многих полезных элементов. Кстати, полезным является только свежий хлеб, который хранится при комнатной температуре.

Злаки

Цельнозерновые крупы – кладезь железа, клетчатки, протеинов, витаминов группы В. Среди наиболее полезных – крупы из овса, ячменя, рожи. Продукты из зерновых – превосходный вариант для приготовления питательного и полезного завтрака. Помимо этого, не стоит забывать о ячмене, кукурузе и других зерновых, которые также считаются важными для организма.

Рис

Рис и пища из него – отличный выбор среди крахмалистых вариантов. Этот злак обеспечит энергией и при этом практически не содержит жира.

Существуют разные сорта риса, и все они полезны для человека, так как содержат витамины, клетчатку и белок. Этот продукт можно употреблять как в виде горячих блюд, так и холодных закусок. Но дабы он был по-настоящему полезным, лучше повторно не подогревать приготовленное блюдо, а если понадобится, то между разогревами хранить в холодильнике, что убережет от размножения вредных бактерий. Но при любых обстоятельствах готовое рисовое блюдо нельзя хранить дольше 24 часов. А во время повторного разогревания на протяжении 2 минут держать в температуре около 70 градусов по Цельсию (можно над паром).

Макаронные изделия

Лучше отдавать предпочтение тесту, приготовленному из твердых сортов пшеницы и воды. Оно содержит железо и витамины В-группы. Еще более полезными являются макароны из цельнозерновой основы.

Сочетание с другими веществами и усвоение

Существует 10 основных пищевых сочетаний, из которых 4 являются хорошими и 6 плохими.

Хорошими сочетаниями являются:

• белок-жир
• крахмал-жир
• сахар-свободные кислоты
• жир-свободные кислоты.

Плохие сочетания:

• белок-крахмал
• белок-сахар
• белок-свободные кислоты
• крахмал-сахар
• крахмал-свободные кислоты
• жир-сахар.

Переваривание продуктов питания, содержащих как белки, так и жиры, например, сыр, молоко и орехи, требует больше времени, чем переваривание богатой белком пищи с незначительным содержанием жира. Изобилие свежих неприготовленных листовых овощей нейтрализует этот эффект. Молоко всегда следует пить медленно и не смешивать с другими продуктами питания.

Крахмалистая пища хорошо сочетается с маслами и жирами, например, картофель или зерновые со сливочным или растительным маслом.

Добавление кислоты, такой как лимонная кислота (лимонный сок), делает жир более легко усваиваемым. Кислые масляные соусы хорошо сочетаются с овощами, но не с пищей, богатой крахмалом или белком. Нельзя сочетать пищу, богатую крахмалом с пищей, богатой белком. Крахмалистые продукты питания, например картофель, зерновые, спагетти, макароны, хлеб и рис не сочетаются с продуктами богатыми белком. Например, молочные продукты, соевые продукты, яйца, мясо, рыба, орехи и бобовые. Рис и бобовые образуют приемлемое сочетание.

Не смешивайте картофель и зерновые с уксусом, кислыми корнишонами, фруктами, помидорами, кислой капустой и т.д. Спагетти или макароны сочетаются с помидорами, но не с сыром или мясом. Дрожжевой хлеб представляет собой сочетание крахмал-кислота и поэтому труден для переваривания. Промышленные соусы очень кислые, никогда не употребляйте их.

Овощи хорошо сочетаются с крахмалосодержащей или богатой белком пищей. Для большинства людей все бобовые трудны для переваривания и плохо сочетаются. Только люди с крепкой здоровой пищеварительной системой могут хорошо переваривать бобовые и сочетать арахис, бобы, фасоль и горох как крахмал. Ешьте их в сочетании с листовыми овощами. Сочетайте проросшие зерновые, бобовые и семена как крахмалосодержащую пищу или крахмалосодержащие овощи. Сочетайте побеги как овощи.

Как выбрать и хранить крохмал?

При покупке картофельного крахмала в первую очередь смотрите на дату изготовления. Обязательно проверьте, чтобы упаковка была цельной, так как в противном случае качество продукта значительно пострадает. Посмотрите на консистенцию картофельного крахмала, в нем не должно быть комков и затвердений. Если есть возможность, разотрите порошок между пальцами, должен быть слышен скрип. В герметичной упаковке в сухом помещении картофельный крахмал будет сохранять свои потребительские качества в течение 5-ти лет.

Применение в промышленности

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

В пищевой промышленности крахмал используется для получения глюкозы, патоки, этанола, в текстильной – для обработки тканей, в бумажной – в качестве наполнителя. Кроме того, крахмал входит в состав большинства колбас, майонеза, кетчупа и других продуктов.

Модифицированный крахмал является основным компонентом клея для обоев.

Применяется в фармацевтической промышленности в качестве наполнителя таблетированных форм лекарственных препаратов, некоторых лекарственных капсул, декстраны (декстрины) используются для приготовления ряда инфузионных растворов для внутривенных вливаний (гемодез, полиглюкин, реополиглюкин и т. д.).

Использование в косметологии

Полезные свойства крахмала используются и в домашней косметике. К примеру, людям, у которых чувствительная кожа, рекомендуется умываться водой с крахмалом. Есть рецепты с крахмалом, которые подходят для сухой и жирной кожи, а также для борьбы с морщинами и расширенными порами. Картофельный крахмал действует, как отбеливающее средство, которое позволяет уменьшить проявление веснушек и пигментных пятен. Продукт помогает справиться с шелушением, дряблостью и стянутостью кожи. Крахмал удаляет блеск на лице, так как он снижает деятельность сальных желез.

Применение в быту

Процесс крахмаления заключается в том, что одежду, кружево, постельное белье или какие-то другие вещи полощут в воде, в которой разведен крахмал. Когда вещи высыхают, на их поверхности образуется тонкая пленка, проникающая в структуру ткани. Она делает ткань более плотной и немного хрустящей. В итоге одежда держит форму, не мнется, становится более жесткой. К тому же грязь, которая остаются на ткани в процессе носки, легче смыть, потому что крахмал не дает загрязнениям сильно впитаться в волокна.

Один недостаток у этого метода все-таки есть. Если накрахмалить одежду, то она меньше пропускает воздух. По этой причине крахмалили только некоторые части гардероба: воротники, манжеты, чепчики, поварские и пекарские колпаки, передники и т.п. Довольно часто крахмалили занавески и скатерти.

Основные принципы

Для того чтобы уметь накрахмаливать ткань, необходимо вначале разобраться, из чего готовят раствор. А готовят его всего из двух ингредиентов: вода и непосредственно крахмал.

В магазинах продается чаще всего крахмал из картофеля, из риса, пшеницы и кукурузы. Между ними есть небольшая разница, о которой знают кулинары, но она не слишком существенна для нашей процедуры. В России для накрахмаливания применяли и применяют преимущественно картофельный продукт. Он имеет ярко-белый, иногда даже отдающий голубизной цвет и очень хорошо густеет. Кукурузный крахмал, для примера, густеет хуже.

Прежде чем накрахмалить любую ткань, ее следует постирать и хорошо прополоскать, а затем уже опускать в раствор. Можно накрахмалить слегка влажное белье, а можно сухое, главное, чтобы крахмальный раствор пропитал материю.

1. Мягкое крахмаление. Самый слабый раствор приготавливается для белья, белоснежных блузок и легких платьев. Нам не нужно накрахмаливать их до очень жесткого состояния, поскольку вещами будет некомфортно пользоваться.

Заваривают раствор следующим образом:

• берут крахмал из расчета 1 чайная ложка на литр;
• насыпают его в стакан и разводят холодной водой. Надо размешивать до тех, пока не исчезнут комки;
• кипятят необходимое количество воды, и влить в нее, постоянно помешивая, растворенный крахмал.

Получилась смесь, в которой мы будем накрахмаливать ткань. Ее надо охладить и проверить концентрацию. Должна получиться жидкость без комочков, чуть плотнее, чем вода, немного скользкая. Прополощите в этой жидкости постельное белье или другие вещи, которые вы хотите слегка накрахмалить. Можно замочить ткань на несколько минут, что она как следует пропиталась, а затем отжать.

Сильно выкручивать одежду не надо. Отожмите ее и встряхните, чтобы расправить складки. Нельзя пересушивать накрахмаленные вещи, потому что потом будет сложно их гладить.

2. Среднее крахмаление

Средний способ используется, если вы хотите накрахмалить:

• столовое белье (скатерть, столовую салфетку);
• кружево;
• мужскую рубашку;
• чехлы для мебели.

Раствор приготавливают точно так же, как и в мягком методе, только крахмала берут больше: столовую ложку без горки или две чайные ложки на литр воды. Готовая жидкость получится полупрозрачной и однородной. Ее всегда можно развести теплой водой, если вы случайно насыплете много крахмала, и субстанция будет чересчур густой.

3. Жесткое крахмаление. К жесткому способу прибегают, если надо накрахмалить подъюбник, который должен удерживать несколько юбок сверху, или сделать особо жесткими и стойкими воротник с манжетами, какой-то элемент декора.

Рецепт раствора:

• чайную ложку буры и развести в стакане горячей воде и остудить до комнатной температуры;
• 50 грамм крахмала (приблизительно 2 столовые ложки без горки) развести в стакане холодной воды;
• вскипятить литр воды и вылить в нее разведенный крахмал;
• в заваренный раствор крахмала влить буру, все перемешать и оставить на 2 часа.

Если надо приготовить 2, 3 или больше литров раствора, то вы пропорционально увеличиваете количество буры и крахмала.