Top.Mail.Ru

Химическая формула крахмала: структурный анализ и свойства

Крахмал (формула С6Н10О5) — это своеобразный аккумулятор солнечной энергии, который постоянно создается растениями. Синтезированное вещество накапливается в виде гранул в разных частях растений. Самое большое его количество откладывается в семенах. Так, в зернах риса доля крахмальных гранул составляет до 80% от общей массы, пшеницы — до 60%, кукурузы — 65%. Немало его и в корнеплодах. В клубнях картофеля это 17% от общей массы, в редьке — 15%, в свекле — 14%.

Вещество Крахмал

Физические свойства

К таковым можно отнести следующие:

  • крахмал — это гранулированный порошок белого цвета, не имеющий вкуса и запаха;
  • при растирании и сжатии скрипит, как снег на морозе;
  • не плавится, не возгоняется, а при нагревании до 410 °C загорается;
  • нерастворим в холодной воде, спирте и большинстве других растворителей;
  • горячая вода вызывает набухание и частичное растворение гранул крахмала, что приводит к образованию коллоидного раствора (крахмального клейстера).

Формула крахмала

Молекула крахмала

Молекулярная формула (С6Н10О5)n, где n — непостоянное число. Оно зависит от вида организма, в котором был синтезирован этот полисахарид. Рисовый несколько отличается от кукурузного, а картофельный — от пшеничного. Несколько иная молекулярная структура у гликогена, который образуется в клетках животных организмов.

Синтез происходит в хлоропластах зеленых растений из диоксида углерода (углекислого газа) и воды под воздействием света:

6СО2 +6Н2О → С6Н12О6 + 6О2

Образовавшиеся молекулы глюкозы полимеризуются с выделением воды:

n C6O12H 6 → (C6H12O6) n + H 2 O

Строение гранул

Химическая формула крахмала, как и всех полисахаридов, проста — C6H10O5. Почему же он так не похож на сахарозу или целлюлозу? Секрет здесь в пространственной структуре молекул.

Структурный анализ показывает, что зерно крахмала состоит из ядра и оболочки. Ядро образовано амилозой, на ее долю приходится 10-20% объема всей гранулы.

Вещество, из которого построена оболочка, называется амилопектин. Его доля составляет 80-90% объема.

Как амилоза, так и амилопектин построены из остатков α-глюкозы (мономеров):

Структура гранул амилозы

Молекула амилозы построена из 200-1000 таких мономеров, которые соединяются α-(1→4) гликозидными связями. Молекула линейна, но закручена в спираль. Одно звено спирали — это 6 мономеров. В холодной воде амилоза сохраняет свою структуру, при нагревании спираль разрушается, амилоза растворяется.

Спираль амилозы

Такое строение молекулы позволяет использовать йодкрахмальную пробу для нахождения крахмала в составе какого-либо вещества. Делают это следующим образом.

На исследуемую субстанцию наносят раствор йода. Если в пробе есть крахмал, то молекулы йода проникают внутрь канала спирали амилозы, где образуют соединения включения, вызывающие синее окрашивание пробы. Однако это происходит только в холодных растворах. При нагревании спираль амилозы распадается, включения растворяются, раствор обесцвечивается.

Амилопектин — это огромная трехмерная макромолекула, состоящая из 6000-40000 мономеров, которые соединяются также α-(1→4) гликозидными связями. Разветвляясь в разные стороны, молекула образует в итоге сферу. “Веточки” из 20-24 мономеров в местах разветвления присоединяются с помощью α-(1→6) гликозидных связей.

Холодная вода не растворяет амилопектин. Под воздействием же горячей воды он набухает и образует студенистый коллоидный раствор.

Гликоген очень похож на амилопектин, только разветвленность его макромолекулы гораздо больше.

Гликоген очень похож на амилопектин

Химические свойства

Самой важной реакцией для амилозы и амилопектина в химии является гидролиз. Чтобы реакция шла в лабораторных условиях, необходимо нагревание и добавление серной кислоты как катализатора:

(C6H10O5) n + n H2O→ n C6H12O6

Гидролиз проходит ступенчато:

(C6H10O5) n → (C6Н10O5) m (декстрины (m<n)) → xC12H22O11 (мальтоза) → nC6H12O6 (глюкоза)

В живых организмах в этом процессе роль катализаторов играют ферменты.

Реакция “серебряного зеркала” с крахмалом не идет. Это невосстанавливающий полисахарид.

Использование человеком

Значение крахмала в природе огромно. Человек и животные получают запасенную в нем солнечную энергию, используя продукты растениеводства в пищу. В процессе пищеварения этот полисахарид распадается до глюкозы и воды. Далее, попадая в клетки организма с током крови, глюкоза окисляется, образуя оксид углерода и воду. При этом выделяется энергия, которая нужна для клеточных реакций.

Используют люди крахмал и в промышленных целях в качестве:

Крахмал для производства патоки

  • сырья для производства патоки, глюкозы, этилового спирта и лимонной кислоты в пищевой промышленности;
  • усилителя прочности бумажных изделий и тканей, что необходимо для бумажной и текстильной промышленности;
  • идеальной основы для производства присыпок, таблеток и мазей в фармакологии;
  • экологичного клейстера, который используют в быту (детское творчество, крахмаление одежды, приклеивание обоев).
Нет комментариев

Добавить комментарий

Спасибо! Ваш комментарий появится после проверки.
Это интересно
Adblock
detector