§ 43. Крухмал

Крухмал

Крухмал уяўляе сабой белы парашок. У адрозненне ад глюкозы, фруктозы і цукрозы, ён не мае салодкага смаку і не раствараецца ў халоднай вадзе. Пры змешванні з гарачай вадой крухмал утварае глеісты, клейкі калоідны раствор — клейстар. Пры дапамозе гэтага раствору можна прыклеіць паперу да розных паверхняў.

Крухмал шырока распаўсюджаны ў прыродзе, ён утвараецца ў выніку фотасінтэзу і назапашваецца ў насенні, клубнях і пладах раслін (мал. 43.1). Найбольш багата крухмалам зерне кукурузы, пшаніцы і рысу (колькасць крухмалу дасягае 70–80 %), а таксама клубні бульбы (больш за 20 %).

Састаў і будова крухмалу

Разгледзім састаў і будову крухмалу. Малекулярная формула крухмалу (C₆H₁₀O₅)_n, гэта значыць крухмал з’яўляецца палімерам. Устаноўлена, што макрамалекулы крухмалу складаюцца з астаткаў α-глюкозы. Тады працэс утварэння крухмалу з глюкозы можна прадставіць наступнай схемай:

або

Такім чынам, крухмал з’яўляецца прадуктам полікандэнсацыі глюкозы. Макрамалекула крухмалу складаецца з вялікай колькасці астаткаў монацукрыду глюкозы. Таму крухмал з’яўляецца поліцукрыдам.

Макрамалекулы крухмалу могуць быць лінейнымі або разгалінаванымі, гэта значыць крухмал уяўляе сабой сумесь двух палімераў, якія называюцца амілоза і амілапекцін.

Амілоза — неразгалінаваны палімер (мал. 43.2). Макрамалекулы амілозы маюць форму спіралі. Усярэдзіне спіралі могуць размясціцца некаторыя малекулы, напрыклад малекула ёду. Пры гэтым утвараецца так званае злучэнне ўключэння, у якім малекула ёду «ўключана» ўсярэдзіну спіралепадобнай макрамалекулы амілозы. Гэта злучэнне мае ярка-сіні колер. Утварэнне ярка-сіняга злучэння ўключэння пры ўзаемадзеянні з ёдам з’яўляецца якаснай рэакцыяй на крухмал, і наадварот, з дапамогай крухмальнага раствору можна выявіць нават невялікую колькасць ёду.

Крухмал змяшчае таксама разгалінаваныя макрамалекулы. Разгалінаваны палімер называецца амілапекцін (мал. 43.2).

Падобна раслінам, у жывёльных арганізмах таксама змяшчаецца поліцукрыд, які складаецца з астаткаў α-глюкозы. Ён называецца глікаген. Глікаген падобны па будове на амілапекцін, але з’яўляецца яшчэ больш разгалінаваным (мал. 43.2).

Хімічныя ўласцівасці крухмалу

У макрамалекуле крухмалу цыклічныя формы глюкозы зафіксаваны, таму крухмал не выяўляе ўласцівасці, характэрныя для альдэгідаў. Крухмал не дае рэакцыю «сярэбранага люстра» і не ўтварае чырвоны асадак аксіду медзі(I) пры награванні з гідраксідам медзі(II).

У той жа час крухмал праяўляе некаторыя хімічныя ўласцівасці, характэрныя для цукрозы. Мы ўжо ведаем, што, у адрозненне ад монацукрыдаў, дыцукрыд цукроза падвяргаецца гідролізу. Пры гэтым адбываецца расшчапленне малекулы цукрозы і ўтвараюцца дзве малекулы монацукрыдаў: глюкозы і фруктозы (§ 42). Будучы поліцукрыдам, крухмал таксама падвяргаецца гідролізу. Калі нагрэць крухмальны клейстар з некалькімі кроплямі сернай кіслаты, то адбываецца паступовае расшчапленне макрамалекул крухмалу. Пры гэтым спачатку ўтвараюцца прадукты частковага расшчаплення макрамалекул, якія маюць малекулярную масу меншую, чым у крухмалу, — дэкстрыны. Пры далейшым расшчапленні малекул можа ўтварацца дыцукрыд мальтоза. Канчатковым прадуктам гідролізу з’яўляецца глюкоза:

Пазнаёміцца з тым, як на практыцы праводзяць гідроліз крухмалу вы можаце, перайшоўшы па спасылцы ў QR-кодзе.

Прымяненне і атрыманне крухмалу

Крухмал з’яўляецца адным з найбольш распаўсюджаных вугляводаў у рацыёне харчавання чалавека. Пад дзеяннем стрававальных ферментаў макрамалекулы крухмалу гідралізуюцца да глюкозы. У клетках адбываецца акісленне глюкозы да вуглякіслага газу і вады. Гэты працэс суправаджаецца вылучэннем вялікай колькасці энергіі, неабходнай для функцыянавання арганізма. Лішкі глюкозы назапашваюцца «пра запас» у клетках у выглядзе глікагену.

Крухмал выкарыстоўваецца для прыгатавання разнастайных прадуктаў харчавання: кісялёў, мусаў, жэле, кандытарскіх і кулінарных вырабаў. Яго прымяняюць для апрацоўкі тканін і атрымання клеявых саставаў. У хімічных лабараторыях крухмал выкарыстоўваюць як адчувальны індыкатар на наяўнасць ёду.

Частковым гідролізам крухмалу атрымліваюць патаку — густую салодкую масу, якая прадстаўляе сабой сумесь дэкстрынаў, мальтозы і глюкозы. Патака выкарыстоўваецца ў харчовай прамысловасці пры вытворчасці кандытарскіх вырабаў і інш.

Поўным гідролізам крухмалу атрымліваюць глюкозу. Рэакцыі браджэння глюкозы выкарыстоўваюць для вытворчасці этылавага спірту, малочнай кіслаты і іншых рэчываў.

Атрымліваюць крухмал вылучэннем з прыродных крыніц (зерне злакаў, клубні бульбы).

Пытанні і заданні

1. Прывядзіце малекулярную формулу крухмалу і ўраўненне рэакцыі яго поўнага гідролізу.

2. Напішыце схему атрымання крухмалу з глюкозы. Чаму рэакцыя атрымання крухмалу з глюкозы называецца полікандэнсацыяй, а не полімерызацыяй?

3. У хатніх умовах лёгка выканаць наступны эксперымент. Калі на кавалачак белага хлеба або свежы зрэз клубня бульбы нанесці кроплю ёднай настойкі, з’явіцца сіняе афарбоўванне. Растлумачце эфект, які назіраецца.

4. Да крухмальнага клейстару дабавілі некалькі кропель сернай кіслаты і сумесь нагрэлі. Потым раствор нейтралізавалі шчолаччу. Ці будзе атрыманая сумесь даваць рэакцыю «сярэбранага люстра»? Прывядзіце ўраўненні рэакцый.

5. Пры гідролізе крухмалу можа быць атрыманы дыцукрыд мальтоза. Прывядзіце структурную формулу мальтозы. Састаўце ўраўненне рэакцыі гідролізу мальтозы, выкарыстоўваючы структурныя формулы рэчываў.

6. Сярэдняя адносная малекулярная маса крухмалу роўна 405 000. Укажыце сярэдні лік астаткаў глюкозы ў малекуле крухмалу.

7. Разлічыце масы: а) пшаніцы, б) бульбы, якія тэарэтычна спатрэбяцца для атрымання 100 л этанолу шчыльнасцю 0,79 г/мл. Колькасць крухмалу ў пшаніцы і клубнях бульбы прыняць роўнымі 75 і 24 % па масе адпаведна.

8. Масавая доля крухмалу ў кукурузе складае 65 %. Сумарны выхад атрымання этанолу з кукурузы роўны 70 % ад тэарэтычна магчымага. Укажыце масу этанолу, якая будзе атрымана з 324 г кукурузы.