Что такое крахмал? Свойства и применение. Строение и физико-химические свойства крахмала. Модифицированный крахмал: виды, свойства и использование

Физические свойства и нахождение в природе.

Крахмал представляет собой белый порошок, не растворимый в воде.

В горячей воде он набухает и образует коллоидный раствор – клейстер.

Являясь продуктом усвоения оксида углерода (IV) зелеными (содержащими хлорофилл) клетками растений, крахмал распространен в растительном мире.

Клубни картофеля содержат около 20 % крахмала, зерна пшеницы и кукурузы – около 70 %, риса – около 80 %.

Крахмал – одно из важнейших питательных веществ для человека.

Строение крахмала.

1. Крахмал (С6H10O5)n – природный полимер.

2. Образуется он в результате фотосинтетической деятельности растений при поглощении энергии солнечного излучения.

3. Сначала из углекислого газа и воды в результате ряда процессов синтезируется глюкоза, что в общем виде может быть выражено уравнением: 6СO2 + 6Н2О = С6Н12O6 + 6O2.

5. Макромолекулы крахмала неодинаковы по размерам: а) в них входит разное число звеньев С6H10O5 – от нескольких сотен до нескольких тысяч, при этом неодинакова и их молекулярная масса; б) различаются они и по строению: наряду с линейными молекулами с молекулярной массой в несколько сотен тысяч имеются молекулы разветвленного строения, молекулярная масса которых достигает нескольких миллионов.

Химические свойства крахмала.

1. Одно из свойств крахмала – это способность давать синюю окраску при взаимодействии с йодом. Эту окраску легко наблюдать, если поместить каплю раствора йода на срез картофеля или ломтик белого хлеба и нагреть крахмальный клейстер с гидроксидом меди (II), будет видно образование оксида меди (I).

2. Если прокипятить крахмальный клейстер с небольшим количеством серной кислоты, нейтрализовать раствор и провести реакцию с гидроксидом меди (II), образуется характерный осадок оксида меди (I). То есть при нагревании с водой в присутствии кислоты крахмал подвергается гидролизу, при этом образуется вещество, восстанавливающее гидроксид меди (II) в оксид меди (I).

3. Процесс расщепления макромолекул крахмала водой идет постепенно. Сначала образуются промежуточные продукты с меньшей молекулярной массой, чем у крахмала, – декстрины, затем изомер сахарозы – мальтоза, конечным продуктом гидролиза является глюкоза.

4. Макромолекулы крахмала состоят из остатков молекул циклической L-глюкозы.

Модифицированные крахмалы – это пищевые крахмалы, у которых одна или более начальных характеристик, изменены путём обработки в соответствии с практикой производства пищевых продуктов в одном из физических, химических, биохимических или комбинированных процессов.

Модифицированный крахмал не имеет никакого отношения к генномодифицированным организмам, так как не изменён на генном уровне. Но, хотя модифицированный крахмал и не относится к генетически изменённым продуктам, как указано выше, производителям ничего не стоит получить исходный материал (природный крахмал) из генетически модифицированного картофеля или кукурузы К генно–модифицированным продуктам модифицированный крахмал не относится. Крахмал модифицируют без помощи генетики.

Существуют различные физические и химические способы обработки природного крахмала, благодаря которым можно получать его разновидности с заранее заданными свойствами. Некоторые из модифицированных крахмалов практически почти не отличаются по составу и свойствам от своих натуральных «родителей». Это крахмалы лишённые запаха, рассыпчатые, с изменённым цветом и другие. Первые добавляются к порошкообразным пищевым продуктам для предупреждения их комкования. Например к таким как: пекарные порошки (химические разрыхлители), сахарная пудра или детская присыпка, а крахмалы с изменённым цветом больше используют для технических целей.

Известны и многие другие модифицированные крахмалы с сильно изменёнными природными свойствами: набухающие, термически расщеплённые, жидко кипящие и некоторые другие. Набухающие широко применяют в пищевой промышленности для приготовления соусов, кетчупов, майонезов, йогуртов, пудингов и кремов; входят в состав полуфабрикатов для тортов и пирожных, десертов, молочных напитков, сухих концентратов супов. Их употреблют и для улучшения качеств хлебобулочных изделий. Термически расщеплённые крахмалы (декстрины) известны уже много столетий, их начали получать, когда о генной инженерии ещё никто и не задумывался.

Продукты питания без загустителей и стабилизаторов сегодня почти не доступны жителям городов. Гуаровая камедь и другие виды камеди, модифицированный крахмал, агар, желатин, пектин – наиболее часто встречающиеся представители группы «Е» добавок. В списке пищевых добавок стабилизаторы и загустители представлены в группе E400–E499.

Они также входят в группу «Е» добавок E999–E1521.

В современном производстве загустители и стабилизаторы необходимы для получения продуктов заданной консистенции. Разнообразные виды крахмалов – необходимый ингредиент продуктов питания, обладающий свойствами стабилизаторов, загустителей и наполнителей.

В РФ разрешено применение более чем 20 видов модифицированных крахмалов.

Модифицированный крахмал применяется:

Для производства мясных продуктов низкого ценового сегмента из второсортного сырья, для связывания свободной влаги, которая выделяется при нагреве;

Для производства соусов, кетчупов, майонезов в качестве загустителя;

Для производства йогуртов и других молочных напитков в качестве загустителя;

Для улучшения качества хлебобулочных и кондитерских изделий

Использование крахмалов в мясной промышленности обусловлено тем, что часто предприятиям отрасли приходится перерабатывать мясо с неудовлетворительной функциональной характеристикой – подвергавшееся длительному хранению в замороженном виде и имеющее низкую водосвязывающую способность (ВСС), а также, содержащее большое количество соединительной ткани. Кроме этого, на рынке мясопродуктов очень велика доля продукции эконом–класса, для производства которой крахмал оказывается одним из самых незаменимых ингредиентов, так как стоимость его в 3 – 3,5 раза ниже, чем говядины 2–го сорта и в 2 раза ниже соевого изолята. Использование крахмала наиболее эффективно в технологии низкосортных колбас, для связывания свободной влаги, выделяющейся после нагрева, но оно ограничено 10% к массе сырья.

Более высокое содержание приводит:

К появлению резиноподобной консистенции;

К изменению вкусовых свойств;

К нарушению кислотно–щелочного баланса в пищеварительном тракте из–за усиления бактериального брожения и снижения рН.

Крахмалы, по своим технологическим функциям, играют роль стабилизатора, загустителя и наполнителя. Они не обладают эмульгирующей способностью, но имеют выраженную ВСС, проявляющуюся в результате термообработки при развитии процесса клейстеризации.

Молекула крахмала построена из большого числа остатков простых сахаров и представляет собой смесь двух типов полимеров: амилозы и амилопектина. Их соотношение определяет способность крахмала растворяться при нагревании с образованием вязких коллоидных систем, называемых клейстерами.

При обычной температуре крахмальные зёрна не растворяются в воде.

Нагрев крахмала в присутствии воды вызывает его клейстеризацию: разрушается внутренняя структура крахмальных зёрен, растворяется и частично выходит во внешнюю среду полисахарид амилоза и сильно набухает другой полисахарид – амилопектин.

К большому сожалению, производители не всегда указывают наличие модифицированного крахмала на упаковке. При целиакии безопасны только готовые мясные изделия со специальной маркировкой – «без глютена» (например, Sin Gluten). Ещё одной из причин отсутствия упоминания модифицированного крахмала в составе изделия, может быть использование комбинированного стабилизатора, состав которого не расшифровывается.

Чаще всего для производства мясопродуктов применяют следующие модификации:

E 1404 – окисленные крахмалы;

E 1412 – дикрахмалфосфат, этерифицированный тринатрийфосфатом или хлорокисью фосфора;

E 1414 – ацетилированный дикрахмалфосфат;

E 1420 – ацетатный, этерифицированный уксусным ангидридом;

E 1422 – ацетилированный дикрахмаладипат.

Крахмал, модифицированный кислотой, широко применяют в пищевой промышленности, но, к сожалению, без указания из какого растения его произвели. Кукурузный и пшеничный применяется для приготовления конфет, рахат–лукума и других кондитерских изделий; картофельный – для пудинговых сантиметровесей.

Молочная промышленность так же широко применяет крахмалы, модифицированные кислотой. Производство сметанных продуктов, йогуртов, сладких сырков, мороженого и т.д. Широко применяются в изготовлении молочных продуктов гидроксипропилдикрахмалфосфат E 1442 или Е 1422 – ацетилированный дикрахмаладипат

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.

Существуют три вида углеводов: клетчатка, глюкоза и крахмал. В то время как многие диеты для потери веса предлагают ограничить потребление крахмалов и других углеводов, исследователи все чаще говорят, что это не что иное, как миф. А при даже крахмалистое мучное не осядет жиром на боках. Свое слово об этом веществе сказали и медики. Причем оно также неоднозначно. Так что такое крахмал, чем является наиболее популярный – картофельный крахмал, польза и вред которого служат темами научных дискуссий?

Биохимические свойства

Крахмал (формула – (С 6 Н 10 О 5) n) – это белое гранулированное органическое вещество, которое вырабатывается всеми зелеными растениями.

Являет собой безвкусный порошок, нерастворимый в холодной воде, спирте и большинстве других растворителей. Эта субстанция принадлежит к группе полисахаридов. Наипростейшая форма крахмала – линейный полимер амилозы. Разветвленная форма представлена амилопектином. В реакции с водой образовывает клейстер. Гидролиз крахмала происходит при наличии кислот и повышения температуры, в результате образовывается глюкоза. Используя йод, легко проверить завершение реакции гидролиза (больше не будет появляться синий цвет).

В зеленых растениях крахмал производится от избытка глюкозы, полученной в результате фотосинтеза. Для растений это вещество служит источником энергии. Крахмал в форме гранул хранится в хлоропластах. В некоторых растениях наивысшая концентрация вещества содержится в корнях и клубнях, в других – в стеблях, семенах. Если возникает такая необходимость, это вещество может распадаться (под воздействием ферментов и воды), создавая глюкозу, которую растения используют в качестве подпитки. В человеческом организме, а также в телах животных молекула крахмала также распадается на сахара, а они также служат источником энергии.

Как работает в человеческом организме

Углеводы являются главным источником «топлива» для нашего организма. После того как пищеварительная система преобразовала еду в глюкозу, тело использует ее для активации всех клеток и органов. Остатки хранятся в печени и мышцах. В качестве универсального источника «топлива» называют мучные продукты, содержащие крахмалы и клетчатку – углеводы, способствующие здоровому перевариванию пищи и контролирующие сахар в крови. Такие источники углеводов расщепляются медленнее, чем простые, надолго обеспечивают поставки энергии и чувство сытости между приемами пищи.

Функции в организме

Единственная роль крахмала в рационе человека – превращение в глюкозу для получения дополнительной энергии.

Существуют разные сорта риса, и все они полезны для человека, так как содержат витамины, клетчатку и . 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.

Акриламид в крахмалистой пище

Акриламид – это химическое вещество, которое можно найти в некоторых видах мучных продуктов, после жарки, запекания на гриле или разогревания при очень высоких температурах.

Некоторые исследования показали, что это вещество может быть опасным для человека. Поэтому диетологи выступают против поджаривания (и особенно подгорания) крахмалистых продуктов, таких как картофель, гренки, корнеплоды.

Акриламид практически не вырабатывается в процессе варки, пропаривания или запекания в микроволновке. И кстати, хранение картофеля при очень низких температурах, увеличивает в его составе концентрацию сахара, что также способствует выделению большой порции акриламида во время готовки.

Сочетание с другими веществами и усвоение

Крахмалы в плане сочетания с другими питательными веществами весьма требовательны. Обычно, они плохо взаимодействуют с другими продуктами, и хорошо сочетаются только между собой. Для максимальной пользы крахмалистую пищу лучше комбинировать с сырыми овощами в виде салатов. И кстати, организм легче переварит сырой крахмал, нежели после термической обработки. А также это вещество быстрее метаболизуется, если в организме достаточно витаминов В.

Использование в промышленности

В промышленности встречается крахмал рисовый, кукурузный, пшеничный, тапиоковый, но картофельный, пожалуй, наиболее популярный.

Его получают путем измельчения клубней и перемешивания мякоти с водой. Затем мякоть отделяют от жидкости и высушивают. Помимо этого, крахмал применяют в пивоварении, в кондитерских изделиях как загуститель. Также он способен увеличить прочность бумаги, используется для изготовления гофрированного картона, бумажных пакетов, коробок, прорезиненной бумаги. В текстильной промышленности – как проклейка, придающая прочность нитям.

Также в пищевой промышленности активно применяют амилопектиновый крахмал, полученный из восковидной кукурузы. Используется как загуститель в соусах, заправках, фруктово-молочных десертах. В отличие от картофельного аналога, это вещество прозрачное, не имеет привкуса, а его уникальные химические свойства допускают многократное замораживание и нагревание крахмалистого продукта.

Наличие в списке ингредиентов продукта Е1400, Е1412, Е1420 или Е1422 говорит, что при производстве этой пищи использовали модифицированный кукурузный крахмал. От других видов его отличает способность к набуханию и образованию клейстеризованных растворов. В пищевой промышленности применяется как средство против комкования, для создания необходимой текстуры соусов, кетчупов, йогуртов и молочных десертов. Также применяют в хлебобулочных изделиях.

Тапиоковый крахмал также являет собой ингредиент пищевой промышленности. Но в качестве сырья для него используют не привычные нам картофель или кукурузу, а плоды маниока. По своим способностям этот продукт напоминает картофельный. Применяется в качестве загустителя и средства против образования комков.

Крахмал принадлежит к числу продуктов, о пользе и вреде которых пока нет однозначного мнения. Меж тем, существует отличный совет, которым руководствовались люди в разные времена: всего должно быть в меру и тогда пища не будет во вред. Это касается и крахмалов.

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

Свойства крахмала.

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

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

Таблица 1 Зависимость температуры клейстерезации от вида крахмала.

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

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

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

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

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

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

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

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

Формула крахмала - (С6Н10О5)n. Это полисахарид, состоящий из амилозы и амилопектина. Мономером ее является альфа-глюкоза. Крахмал в природе производится растениями в процессе фотосинтеза, но в разных культурах он отличается по структуре, полимеризации и строению цепей. А иногда и по своим свойствам.

Физические свойства

Крахмал (формула (С6Н10О5)n) представляет собой белый аморфный порошок, который не растворяется в холодной воде, но при нагревании равномерно распределяется в жидкости, образуя мутную клейкую субстанцию.

Если положить небольшое количество порошка под микроскоп, то можно увидеть, что он состоит из небольших отдельных кристалликов или зерен, которые при сжатии издают характерный скрип. Вкуса и запаха не имеет, температура воспламенения равняется четырёхстам десяти градусам по Цельсию.

Химические свойства

Структурная формула крахмала представляет собой соединение глюкозных остатков, которые образуют две комбинации - амилозу и амилопектин. Молекулы его могут быть расположены не только линейно, но и разветвленно, что объясняет его зернистую структуру.

В горячей воде крахмал набухает и превращается в клейстер, но после добавления сильных кислот гидролизуется и полностью растворяется, вплоть до образования молекул глюкозы.

Химическая формула крахмала - С6Н10О5, то есть он относится к органическим веществам. Чтобы выявить его наличие в растворе, необходимо добавить в колбу несколько капель йода. Если жидкость поменяет цвет на синий, значит, реакция положительная. Есть и другие качественные реакции. Так, например, крахмал не восстанавливает серебро из его аммиачного раствора и не проделывает то же самое с трехвалентным оксидом меди.

Биосинтез

Крахмал (формула С6Н10О5), как уже говорилось выше, синтезируется в растительных клетках в процессе фотосинтеза. Глюкоза соединяется с молекулами воды, в результате этой реакции получается молекула крахмала и кислород.

Это вещество является хорошим энергетическим материалом для растений, поэтому они накапливают его на случай возникновения сложных условий жизни. Обычно они хранят его в клубнях (картофель), плодах и семенах (злаковые). Наибольшее количество крахмала находится в зернах риса, на втором месте кукуруза, затем пшеница и только потом - картофель.

Пищевое значение

Крахмал (формула С6Н10О5), попадая в желудок человека или животного, подвергается воздействию соляной кислоты и распадается на молекулы глюкозы, которые способны усваиваться организмом.

В пищевой промышленности он используется для загустения киселей, соусов, различных заправок и так далее. Наиболее распространенными и простыми блюдами, содержащими крахмал, являются хлеб, блины, лапша, каши и многие другие изделия из семян злаковых растений или их производных.

Крахмал в неизмененном виде плохо переваривается в желудке и тонком кишечнике. Для его расщепления необходимы бактерии, которые колонизируют толстую кишку. Но даже в таком виде этот продукт может снижать уровень глюкозы в крови, а также образует органические кислоты, необходимые для построения эпителия толстого кишечника. Поэтому для лучшей усваиваемости необходимо термически обрабатывать продукты, содержащие крахмал.

Применение в промышленных масштабах

Крахмал (химическая формула - С6Р10О5) широко применяется в производстве бумаги, обоев, картона и другой подобной продукции. Ежегодно выпускаются десятки миллионов метрических тонн целлюлозно-бумажной продукции.

Пищевая промышленность использует крахмал как загуститель, а также в качестве сырья для получения глюкозы, патоки и этилового спирта. Известно, что это вещество входит в состав колбасных изделий, майонеза, кетчупа и других соусов. На текстильном производстве крахмалом обрабатывают ткани, делая их более жесткими и прочными.

Модифицированный вариант крахмала широко применяется для производства обойного клея. В фармацевтической отрасли его используют в качестве наполнителя для таблетированных форм лекарственных средств. А также для изготовления оболочек капсул и таких растворов, как гемодез, реополиглюкин и других.

Модификация крахмала

Для того чтобы крахмал превратился обратно в глюкозу, его несколько часов кипятят в растворе серной кислоты. Когда гидролиз произошел, из полученной массы необходимо убрать катализатор. Для этого в жидкость добавляют мел. Серная кислота осаждается, превращаясь в нерастворимый сульфат кальция, а глюкоза остается в виде раствора.

После этого жидкость несколько раз переливают и отфильтровывают, затем выпаривают. В конце процесса получается густая и очень сладкая жидкость - патока. Она используется в дальнейшем для кондитерских и технических нужд.

Если необходимо получить абсолютно чистую глюкозу, без других продуктов гидролиза крахмала, то кипятить его нужно гораздо дольше. Серную кислоту вновь осаждают, раствор фильтруют и сгущают до того момента, пока на стенках посуды не начнут появляться кристаллы глюкозы. На современном этапе чистую глюкозу также можно получить ферментированием. Для этого в раствор крахмала добавляют альфа-амилазу. Она расщепляет молекулы вещества на более простые цепи, получая декстрины и глюкоамилазы.

Если нагреть сухой крахмал до температуры более двухсот градусов Цельсия, то он частично распадется на полисахариды, такие как декстрин. Некоторые физические изменения позволяют получить крахмал, который хорошо впитывает и удерживает влагу. Это позволяет загустить продукт до желаемой консистенции.