Ракетная мастерская / Энциклопедия / Крахмал

    - смесь полисахаридов, встречающихся в растениях в виде зерен; с йодом дает характерное синее окрашивание; белый порошок. К. - самый распространенный запасной углевод растений; образуется в листьях в результате фотосинтеза и откладывается в корнях, клубнях и семенах в виде зерен, имеющих величину, форму и внутреннее строение, характерные для каждого вида растения. Крахмальные зерна неоднородны, помимо полисахаридов они содержат воду (10-20%) и в очень небольших количествах фосфаты, кремнезем, жирные к-ты, липиды и др. Полисахариды К. состоят из остатков D-глюкозы в ее -D-глюкопиранозной форме и отличаются степенью полимеризации и характером связей -D-глюкопиранозных единиц. Полисахариды К. можно разделить на 2 главные фракции: амилозу и амилопектин.
   Макромолекулы амилозы представляют собой линейные или очень слабо разветвленные цепи, состоящие из 200-1000 остатков D-глюкозы, к-рые связаны между собой -1,4-глюкозидными связями, в местах ветвления глюкозные остатки в амилозе образуют -1,6-связи.
   В амилозе содержится также небольшое количество -1,2-, -1,3- и -1,4-глюкозидных связей. По типу строения амилоза похожа на клетчатку, отличаясь от последней наличием -связей (в клетчатке глюкопиранозные остатки образуют -связи) и пространственной конфигурацией макромолекул; макромолекулы амилозы образуют спирали. Мол. вес полисахаридов фракции амилозы - от 32 000 до 160 000.
   Макромолекулы амилопектина сильно разветвлены, они содержат от 600 до 6000 остатков D-глюкозы, связанных между собой -1,4-глюкозидными связями, а в местах ветвления -1,6 связями. В амилопектине обнаружено также небольшое количество 1,3-связей. Мол. вес амилопектина 100 000 - 1 000 000 и выше. По типу строения аминопектин похож на животный крахмал - гликоген.
   Амилозу и амилопектин разделяют, используя их различную растворимость в воде и способность амилозы давать нерастворимые комплексы с йодом, бутиловым спиртом и др. веществами. Амилоза и амилопектин неоднородны, они содержат полисахариды, отличающиеся мол. весом. Соотношение амилозы и амилопектина в К. зависит от вида растения. В среднем К. содержит 25% амилозы и 75% амилопектина. Путем селекционирования получают сорта кукурузы, К. к-рых содержат до 75% амилозы. К. восковидной кукурузы содержит свыше 95% амилопектина. Макромолекулы полисахаридов расположены в крахмальных зернах радиально и слоями. Крахмальные зерна имеют микрокристаллич. структуру и дают два основных типа рентгенограмм: тип "А", характерный для К. злаков, и тип "В", характерный для клубней. Промежуточные типы относят к типу "С". Крахмальные зерна онаруживают двойное лучепреломление.
   К., амилоза и амилопектин нерастворимы в холодной воде, спирте и эфире. При нагревании в воде зерна К. разрушаются с образованием клейстера. Клейстеризация К. - сложный процесс, идущий в три основные стадии. Сначала крахмальные зерна обратимо набухают, присоединяя небольшие количества воды. При повышении темп-ры присоединяется большое количество воды, сопровождающееся сильным набуханием зерен с увеличением их объема в сотни раз и повышением вязкости раствора; эта стадия необратима. Набухание К. происходит вследствие разрыва водородных связей и гидратации макромолекул полисахаридов. На последней стадии растворимые полисахариды извлекаются водой, зерна теряют форму, превращаются в мешочки, суспендированные в растворе. Клейстеризация картофельного К. происходит при 55-65C, пшеничного при 60-80C, кукурузного при 64-71C, рисового при 70-80C. Из крахмального клейстера и из растворов амилозы при длительном хранении выпадает осадок амилозы (ретроградация). К. и амилоза, выделенные из растворов при выпаривании, ретроградации или осаждении спиртом, дают рентгенограммы типа "A", "B", "C" или "V"(последний типичен только для клейстеризованного К.) в зависимости от условий выделения осадка. Растворы К. в воде оптически активны, [ ]D=180-210 .
   Восстанавливающие способности К. ввиду того, что в макромолекуле К. содержится лишь одна свободная альдегидная группа, очень малы. К. гидролизуется при действии кислот вначале до декстринов - полисахаридов с небольшой степенью полимеризации, а при полном гидролизе - до D-глюкозы. При действии различных ферментов гидролиз К. идет разными путями и с образованием различных продуктов ( декстринов, мальтозы, глюкозы). Ферменты, гидролизующие К., наз. амилазами.
   К. и его компоненты образуют ряд сложных и простых эфиров. Амилоза легко образует нерастворимые кристаллические комплексы со спиртами (бутиловым, амиловым и др.), жирными кислотами, фенолами, нитропарафинами, пиридином. Амилопектин образует нерастворимый комплекс с гидроокисью алюминия.
   К. окрашивается иодом в синий цвет; амилоза с иодом дает интенсивное синее окрашивание с максимумом поглощения при 620-650 ммк, а амилопектин - красно-фиолетовое с максимумом поглощения при 520-580 ммк. Для качественного обнаружения К. используют иодную реакцию, микроспопич. исследование. Количественное определение К. производят негидролитич. и гидролитич. методами. Первые основаны на определении К., извлеченного растворителями. В качестве растворителей используют холодную соляную к-ту, надхлорную, трихлоруксусную, сульфосалициловую к-ты, растворы CaCl2, ZnCl2, MgCl2, щелочи, глицерин, формамид и др. К. осаждают спиртом и определяют весовым путем, поляриметрически или иодометрически. К. осаждается также в виде производных, напр. в виде комплекса с иодом. Гидролитич. методы основаны на определении восстанавливающих веществ (глюкозы), образующихся при гидролизе К. кислотами или ферментами.
   Получают К. в промышленном масштабе из картофеля и кукурузы. Меньшее значение имеет К. пшеницы, риса, батата, сорго, саго и др. растений. Для получения картофельного К. (картофельной муки) массу перетертого картофеля - кашку - обрабатывают водой, к-рая извлекает крахмальные зерна, образуя т. наз. крахмальное молоко. К. отделяют отстаиванием этой взвеси или центрифугированием. На нек-рых заводах от картофельной массы вначале отделяют клеточный сок, а затем извлекают крахмал. Сырой крахмал вторично промывают, высушивают и измельчают. Для выделения К. из кукурузы зерна замачивают в воде (40-50C), содержащей 0,15-0,3% сернистого газа. Замоченное зерно дробят для удаления ростков, используемых для получения кукурузного масла (ростки всплывают в воде и отделяются). Кукурузную массу повторно измельчают и полученную кашку обрабатывают водой для вымывания К., к-рый затем отделяют отстаиванием или центрифугированием. Картофель используется также для производства амилозы (суперлоза) и амилопектина (рамалин). Амилозу и амилопектин выделяют, действуя на К. р-рами солей [MgSO4, (NH4)2SO4, Na2SO4], содержащих н-бутиловый спирт, при нагревании до 120С с последующим осаждением амилозы при 70C и амилопектина при 20C. Для произ-ва амилозы используются также специальные сорта кукурузы, К. к-рых содержат 55-75% амилозы. Амилопектин (амиока) производят также из восковидной кукурузы.
   К. имеют чрезвычайно широкое применение в различных областях пром-сти. Его перерабатывают в патоку и глюкозу, используют для приготовления кулинарных и кондитерских изделий, колбас. К. пищевых продуктов (хлеба, круп, картофеля) покрывает в основном потребность человека в углеводах. К. является сырьем для производства этилового спирта, н-бутилового спирта, ацетона, молочной, лимонной и глюконовой к-т, глицерина, 2,3-бутиленгликоля и др. продуктов. К. применяется также в составе питательных сред в произ-ве антибиотиков, витаминов и др. К. используется для шлихтования текстильных тканей, загустки красок, для проклеивания бумаги и картона, произ-ва декстринов и клеев. Из амилозы получают прочные пленки типа целлофановых, нерастворимые в воде и органич. растворителях. Амилопектин применяют в качестве клеев и в пищевой пром-сти. Применяют также модифицированные К., к-рым соответствующей обработкой , напр. термической или окислением гипохлоритами, придают специальные промышленные свойства. Ацилированный К. применяют для приготовления покрытий и загустителей, а ацилированная амилоза используется для произ-ва пленок и волокна. Алкилпроизводные К. применяют в качестве пластификаторов и клеев, а растворимые в холодной воде оксиэтилированные производные К. применяют в текстильной и бумажной пром-сти вместо К.
   Лит.:
   Степаненко Б.Н.,. Л.И. Линевич. [и др.], "Усп. Современной биол.", 1951, 32, вып. 2 (5), 193; Френкель С.Я., Усп. Химии, 1950, 19, вып. 4, 488; Химия и технология крахмала, под ред. Р.В. Керра, пер. с англ., 2 изд., М., 1956; Успехи химии целлюлозы и крахмала, под ред. Дж. Хонемена, пер. с англ., М., 1962; Whistler R.L., Smart C.L., Polysaccharide chemistry, N.Y., 1953, p. 229-74; Radley J.A., Starch and its derivatives, [3 ed.], v. 1-2, L., 1953; Industrial gums. Polysaccharides and their derivatives, ed. R.L. Whistler, N.Y. - L., 1959, p. 675-740; Hanbuch der Pflanzenphysiologie, Bd 6, B.-Gottingen-Hdib., 1958, S. 137, 154; French D., в кн.: Biochemie des glucides, P., 1961, p. 349, 151
См. также лит. при статьях Амилозы, Декстрин, Гликоген