Что такое крахмал в химии

Крахмал, свойства, получение и применение

Крахмал, свойства, получение и применение.

Крахмал – растительный полисахарид со сложным строением, смесь полисахаридов амилозы и амилопектина, мономером которых является α-глюкоза.

Крахмал, формула, молекула, строение, состав, вещество:

Крахмал – растительный полисахарид со сложным строением, смесь полисахаридов амилозы и амилопектина, мономером которых является α-глюкоза.

Крахмал – смесь макромолекул амилозы и амилопектина, имеющая формулу (C₆H₁₀O₅)_n.

Крахмал – природный углевод, накапливаемый в клетках растений в виде крахмальных зерен и выделяемый из крахмалсодержащего сырья при его переработке.

Таким образом, в состав крахмала входят амилоза и амилопектин. Соотношение амилозы и амилопектина различно в различных крахмалах: амилозы 13-30 %; амилопектина 70-85%. Звенья амилозы и амилопектина соединены между собой в цепочки посредством α-(1→4) гликозидных связей.

Амилопектин – полисахарид, образованный разветвлёнными цепочками остатков α-глюкозы, соединённых α-(1→4) и в точках разветвления цепи α-(1→6) гликозидными связями. Цепочка амилопектина состоит из 6000-40000 структурных единиц (остатков α-глюкозы). Цепочка амилопектина имеет разветвленное строение через каждые 20-25 остатков α-глюкозы, в точках разветвления цепи остатки α-глюкозы связаны между собой α-(1→6) гликозидными связями. Структура амилопектина трехмерна, его ветви расположены по всем направлениям и придают молекуле сферическую форму. Молекулярная масса амилопектина достигает 1 000 000. Амилопектин не растворим в холодной воде, в горячей воде образует студенистую часть клейстера.

Помимо полисахаридов (амилозы и амилопектина) в состав крахмала входят неорганические вещества (остатки фосфорной кислоты), липиды, жирные кислоты.

Аналогичную химическую формулу имеет и гликоген (называемый животным крахмалом). Гликоген – это полисахарид состава (C₆H₁₀O₅)_n, образованный остатками глюкозы, соединёнными α-(1→4) и в местах разветвления – α-(1→6) гликозидными связями. В клетках животных гликоген служит основным запасным углеводом и основной формой хранения глюкозы. Откладывается в виде гранул в цитоплазме клеток (главным образом в клетках печени и мышц). Гликоген отличается от крахмала более разветвлённой и компактной структурой, а также физическими и химическими свойствами.

Строение молекулы крахмала, структурная формула крахмала:

По внешнему виду крахмал представляет собой белое аморфное вещество без вкуса и запаха.

Крахмал не растворяется в холодной воде. В горячей воде сначала полностью растворяется амилоза, а амилопектин не растворяется, а разбухает, образуя вязкий коллоидный раствор – крахмальный клейстер. Не растворим в этаноле.

При сжатии порошка крахмала он издаёт характерный скрип, вызванный трением частиц.

Биологическая роль для организма человека крахмала заключается в том, что наряду с сахарозой он служит основным источников углеводов – одного из важнейших компонентов пищи. Крахмал самый распространенный углевод в рационе человека.

Крахмал не имеет температуру плавления. При температуре 410 °C самовозгорается.

Крахмал в природе:

Крахмал является весьма распространённым в природе веществом. Крахмал синтезируется в хлоропластах растений под действием света при фотосинтезе в результате полимеризации глюкозы.

Процесс получения крахмала в клетках растений можно описать следующими химическими уравнениями:

В общем виде это уравнение можно записать как:

Крахмал не синтезируется в организмах животных. Аналогичным энергетическим веществом животных клеток является гликоген.

Источник

Крахмал

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 правильно продуманном питании 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 – (С₆Н₁₀О₅)_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.

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 оно 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.

Резистентный крахмал

Большинство углеводов, потребляемых с пищей – это крахмалы. Они представляют собой цепи глюкозы, содержащиеся в злаках, картофеле и множестве другой пищи. Но далеко не все крахмалы, которые мы кушаем, организм способен переварить. Иногда небольшая часть крахмалистой еды проходит через пищеварительный тракт без изменений. Другими словами, это вещество устойчиво к перевариванию. Биологи называют этот тип крахмала резистентным. А в организме он функционирует как растворимая клетчатка. Как показывают многие исследования, именно этот вид весьма положительно сказывается на здоровье. В частности он улучшает чувствительность к инсулину, снижает уровень сахара в крови, уменьшает аппетит и это еще далеко не все преимущества устойчивых крахмалов для человека. Также резистентный крахмал помогает очищать организм от «плохого» холестерина и снижает уровень триглицеридов.

Виды резистентных крахмалов

Но не все резистентные крахмалы одинаковые. Существуют 4 типа этого вещества:

Однако важно заметить, что крахмалы разных типов могут встречаться в одной и той же пище. Например, по мере дозревания бананов резистентные крахмалы превращаются в обычные. Также на количество устойчивого вещества в пище влияет и способ ее приготовления.

Польза и вред для организма

В человеческом организме резистентный крахмал работает по принципу растворимого волокна. Он проходит через желудок и тонкую кишку в непереваренном виде, а в кишечнике служит пищей для полезных бактерий (кишечной флоры). Существует сотни видов бактерий, которые оказывают влияние на здоровье, без некоторых из них невозможно бы было функционирование организма. И резистентный крахмал питает эти микроорганизмы. В результате такого взаимодействия образуются разные типы полезных соединений – от газов до жирных кислот, одна из которых – бутират. Крахмал, таким образом, питает полезные бактерии и косвенно клетки толстой кишки за счет увеличения количества бутирата.

Кроме того, резистентное вещество обладает несколькими полезными свойствами для кишечника. Во-первых, снижает уровень рН, уменьшает воспаления, а также снижает риск развития рака толстой кишки. Из-за лечебного воздействия на толстую кишку крахмал может быть полезным при расстройствах пищеварения, в том числе воспалениях кишечника, болезни Крона, запорах, дивертикулезе и диарее. Также исследования показали, что устойчивый крахмал улучшает поглощение минералов. Защищает организм от токсичных веществ, предотвращая их всасывание кишечником.

Но так ли полезен резистентный крахмал, как говорят некоторые исследователи? Пока однозначного ответа на этот вопрос нет, так как научные опыты продолжаются. И не исключено, что вся гипотетическая чудодейственность резистентного крахмала может и не подтвердиться. Но то, что крахмал обязательно должен быть частью вашего рациона – это однозначно.

Влияние на сахар и метаболизм

Резистентный крахмал важен для здорового метаболизма. Как показали некоторые исследования, это вещество повышает чувствительность организма к инсулину, эффективно для снижения сахара после приемов пищи. Кроме того, обладает еще одной уникальной способностью. Если завтрак состоял из крахмалистой пищи, то это вещество предотвратит всплеск уровня сахара и после обеденной трапезы.

Влияние крахмалов на глюкозу и метаболизм инсулина не перестает удивлять исследователей. Опыт показал, что достаточно на протяжении 4 недель принимать по 15-30 г вещества, чтобы повысить чувствительность к инсулину на 33-50 процентов. Невосприимчивость к этому гормону возникает при сахарном диабете 2 типа, ожирении, кардиологических заболеваниях и болезни Альцгеймера. За счет повышения чувствительности к инсулину и снижения уровня сахара в крови можно избежать многих хронических болезней.

Меж тем, исследователи соглашаются, положительное влияние резистентных крахмалов на организм зависит от индивидуальных особенностей.

Крахмал для похудения

По сравнению с обычным крахмалом, резистентный содержит наполовину меньше килокалорий – 2 против 4 на грамм продукта. Так что пища, содержащая резистентный крахмал, может по праву считаться диетической, при этом поддерживать чувство сытости надолго.

Как получить резистентный крахмал

Некоторые продукты из традиционного для многих рациона являются источниками резистентного крахмала. Среди наиболее насыщенных – сырой, вареный, а затем охлажденный картофель, зеленые бананы.

Другой путь получения этого вещества – обычная картофельная мука, столовая ложка которой содержит примерно 8 г резистентного вещества и при этом почти не имеет углеводов, а значит, ее калорийность не страшна даже соблюдающим диету. Картофельный крахмал можно добавлять в готовую пищу, смешивать с напитками. Но не стоит превышать 50-граммовую порцию в сутки, так как возможен метеоризм и дискомфорт в желудке. Программа «крахмализации» может длиться около 2-4 недель.

Источниками резистентного крахмала могут послужить бананы, кукуруза, картофель, батат, перловка, овсянка, чечевица, коричневый рис.

Процесс перехода обычного крахмала в резистентный напрямую зависит от температурного воздействия. И что интересно, в горячих крахмальных блюдах содержится больше обычного вещества, в охлажденных – резистентного. Это значит, что если переживаете за свою фигуру, то можете не кушать картофельное пюре, но без угрызений совести налегать на картофельный салат.

И по этому поводу несколько интересных цифр. Охлажденный картофель содержит немного больше чем 3 % резистентного крахмала, а это уже в 4 раза меньше, нежели обычного. Чечевица на 75 % – это крахмал, а вот количество резистентного уже не превышает 25 %.

Плохие крахмалы

Это может показаться странным, но не все крахмалистые продукты могут служить источниками крахмалов для человека. В первую очередь это касается белой муки и риса быстрого приготовления. В результате механической обработки эти продукты теряют значительное количество питательных веществ, в том числе и крахмала. Диетологи советуют избегать продуктов такого типа, поскольку они не то, что не принесут пользы, а еще могут и стать причиной проблем со здоровьем. Также не стоит заглядываться на пирожные, печенья, кренделя и кукурузные хлопья – полезных крахмалов в этих продуктах вы точно не найдете.

Сколько надо?

Для того чтобы удовлетворить суточные потребности организма в крахмальном продукте, достаточно потреблять по 100 г цельного зерна. Это показатель для женщин. Мужчинам желательно увеличить порцию до 120-130 г. В целом углеводы должны составлять примерно 45-65 процентов от суточного рациона.

Для того чтобы получить достаточное количество вещества, примерно треть рациона должны быть продукты, содержащие это вещество. Меж тем, эти показатели могут изменяться, например во время болезней.

Медики говорят, что взрослые люди ежедневно нуждаются в 300-450 г крахмала. Но его употребление оправдано только накануне тяжелой физической нагрузки или перед тем, как частые приемы пищи будут невозможны. Меньшие порции также полезны – защищают стенки желудка от пищеварительной кислоты. А вот чрезмерное потребление этого вещества может послужить причиной запоров и образования каловых камней.

Крахмалистые продукты и клетчатка

Мучные изделия, для производства которых было использовано цельное зерно, а также картофель (особенно с кожурой) являются ценными источниками клетчатки. Также комбинация крахмала и пищевого волокна есть в некоторых фруктах, бобовых и зерновых культурах, в кожуре некоторых овощей. Все они благотворно влияют на пищеварение, а также помогают снизить концентрацию холестерина в крови.

Пищевые источники

Крахмалистые продукты являются основным источником углеводов и важны для поддержания здоровой диеты. Такие продукты как картофель, хлеб, рис, макаронные изделия, крупы, согласно советам диетологов, должны составлять немного больше чем треть от всей пищи. Большинство из них содержат в себе клетчатку, кальций, железо и многие витамины.

Продукты с высоким содержанием крахмала – это в первую очередь бобовые культуры (фасоль, чечевица), овощи (картофель, кабачки), орехи, злаки и мука из них.

Цельные продукты богатые крахмалом ко всему еще являются источниками клетчатки, витаминов и многих минералов.

Существует несколько источников, богатых крахмалом, которые можно ввести в свой ежедневный рацион. Крахмалистые овощи, такие как картофель, кукуруза, горох, кабачок, содержат довольно высокие запасы вещества. Также важными источниками являются хлеб из цельного зерна, темный рис, макаронные изделия. Порция мучной пищи способна обеспечить организм 15 граммами крахмала.

Характеристика популярных крахмалистых продуктов

Особенно полезный – из муки грубого помола и ржаной. В обоих 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, ржи. 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 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.

Таблица содержания крахмалов в продуктах

Продукт	Крахмал (в процентах)
Рис	78
Спагетти	75
Кукурузные хлопья	74
Мука (пшеничная, ячменная)	72
Просо	69
Хлеб свежий	66
Кукуруза	65
Лапша	65
Гречка	64
Пшеница	60
Рожь	54
Чипсы картофельные	53
Горох	45
Ржаной хлеб	45
Слоеное тесто	37
Картофель фри	35
Сырая картошка	15,4
Вареный картофель	14

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 распадется, 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.

Больше свежей и актуальной информации о здоровье на нашем канале в Telegram. Подписывайтесь: https://t.me/foodandhealthru

Источник

Крахмал

Всего получено оценок: 272.

Всего получено оценок: 272.

Крахмал – растительный полисахарид, синтезируемый в хлоропластах в процессе фотосинтеза и выполняющий энергетическую функцию. Формула крахмала аналогична формуле целлюлозы – (C₆H₁₀O₅)_n.

Строение

Крахмал имеет сложное химическое строение, являясь смесью двух основных полисахаридов:

Каждый полисахарид состоит из мономера – α-глюкозы. Звенья амилозы и амилопектина соединены в цепочки посредством α(1→4)-гликозидными связями.

Молекула амилозы имеет линейную структуру, состоящую из 200-1000 структурных единиц. Цепь закручивается в спираль. На каждый виток приходится по шесть остатков глюкозы.

Амилопектин представляет собой разветвлённую цепь, включающую от шести до 40 тысяч звеньев. Разветвление цепочки обусловлено α(1→6)-гликозидными связями через 20-25 остатков глюкозы.

Рис. 2. Структурная формула амилопектина.

Помимо полисахаридов в крахмал входят неорганические вещества (остатки фосфорной кислоты), липиды, жирные кислоты.

Нахождение в природе и получение

Крахмал образуется в процессе фотосинтеза в результате полимеризации глюкозы:

Крахмал – главная составляющая семян растений. Он используется в качестве резерва энергии. Больше всего крахмала содержится в эндосперме злаков (до 85 %) и в клубнях картофеля (20 %).

Крахмал находится в клетках в виде зёрен, форма которых зависит от вида растений. Крахмальные зёрна представляют собой слоистые крупицы. Они растут за счёт наложения новых слоёв крахмала на старые слои. Зёрна откладываются в специальных клетках растений (разновидностях лейкопластах) – амилопластах.

В пищевой и промышленной химии крахмал чаще всего выделяют из картофеля. Для этого клубни измельчают, промывают и отстаивают. Всплывший на поверхность крахмал собирают, промывают и сушат до образования кристаллов.

Крахмал не синтезируется в организме животных. Аналогичным энергетическим веществом животных клеток является гликоген.

Свойства

Крахмал представляет собой белый кристаллический безвкусный порошок. В холодной воде порошок не растворим. При взаимодействии с горячей водой растворяется амилоза, а амилопектин разбухает, образуя клейстер. Если растереть кристаллики между пальцами, можно услышать скрип.

При нагревании крахмал подвергается гидролизу под действием катализаторов. Гидролиз протекает ступенчато. Из крахмала образуется декстрин, который гидролизуется до мальтозы. В результате гидролиза мальтозы образуется глюкоза. Общее уравнение:

Качественной реакцией является окрашивание в синий цвет под действием йода.

Реакции серебряного зеркала и восстановления гидроксида меди не идут.

Крахмал употребляют в пищу вместе с растительными продуктами – картофелем, мукой, кукурузой. Также используют для изготовления клея.

Что мы узнали?

Крахмал – сложное вещество, растительного происхождения. Состоит из органических и неорганических веществ, включает два полисахарида – амилозу и амилопектин. Каждый полисахарид состоит из одинаковых остатков глюкозы. Образуется в растениях в результате фотосинтеза и накапливается в форме зёрен. При взаимодействии с водой разбухает, образуя клейстер. Гидролизуется при нагревании в присутствии катализатора до глюкозы.

Источник