Крахмальные полисахариды и их свойства

Полисахариды – это высокомолекулярные соединения, содержащие сотни и тысячи остатков моносахаридов. Общим для строения полисахаридов является то, что остатки моносахаридов связываются за счет полуацетального гидроксила одной молекулы и спиртового гидроксила другой и т.д. Каждый остаток моносахарида связан с соседними остатками гликозидными связями. Полигликозиды могут содержать разветвленные и неразветвленные цепи. Остатки моносахаридов, входящие в состав молекулы, могут быть одинаковыми или разными. Наибольшее значение из высших полисахаридов имеют крахмал, гликоген (животный крахмал), клетчатка (или целлюлоза). Все эти три полисахарида состоят из молекул глюкозы, по-разному соединенных друг с другом. Состав всех трех соединений можно выразить общей формулой: (С6Н10О5)n

Крахмал относится к полисахаридам. Молекулярная масса этого вещества точно не установлена, но известно, что очень велика (порядка 100000) и для разных образцов может быть различна. Поэтому формулу крахмала, как и других полисахаридов, изображают в виде (С6Н10О5)n. Для каждого полисахарида n имеет различные значения.

Крахмал представляет собой полимеры α-D-глюкозы, находящейся в двух молекулярых формах: линейной (амилоза)

И разветвленной (амилопектин)

Соотношение этих полисахаридов различное в разных крахмалах (амилозы 18-30%, амилопектина 70-82%).

Амилоза имеет молекулярную массу от 10⁵ до 10⁶. Длина цепи находится в пределах от 500 до 6000 глюкозных остатков. Полимерная цепь амилозы закручивается в спираль. Амилоза способна образовывать комплексные соединения с йодом, которые окрашиваются в синий цвет. Благодаря длинным линейным цепям молекулы амилозы могут объединяться друг с другом и осаждаться из раствора. Этот процесс называется ретроградацией.

Цепочка амилопектина состоит лишь из 20-25 глюкозных остатков. Молекулярная масса превышает 10⁸. Из-за множества ответвлений амилопектин имеет молекулярную массу в 1000 раз большую, чем амилоза. Амилопектиновые цепи собираются в кластерную структуру. Амилопектин не растворяется в воде и образует вязкие стабильные растворы. С йодом амилопектин дает фиолетовое с красноватым оттенком окрашивание.

Физические свойства

Крахмал представляет собой безвкусный порошок, нерастворимый в холодной воде. В горячей воде набухает, образуя клейстер. Крахмал широко распространен в природе. Он является для различных растений запасным питательным материалом и содержится в них в виде крахмальных зерен. Наиболее богато крахмалом зерно злаков: риса (до 86%), пшеницы (до 75%), кукурузы (до 72% ), а также клубни картофеля (до 24% ). В клубнях картофеля крахмальные зерна плавают в клеточном соке, а в злаках они плотно склеены белковым веществом клейковиной. Крахмал является одним из продуктов фотосинтеза.

Химические свойства

При действии ферментов или при нагревании с кислотами (ионы водорода служат катализатором) крахмал, как и все сложные углеводы, подвергается гидролизу. При этом сначала образуется растворимый крахмал, затем менее сложные вещества — декстрины. Конечным продуктом гидролиза является глюкоза. Можно выразить суммарное уравнение реакции следующим образом:

Происходит постепенное расщепление макромолекул. Гидролиз крахмала — его важное химическое свойство.

Крахмал не дает реакции "серебряного зеркала", но ее дают продукты его гидролиза. Макромолекулы крахмала состоят из многих молекул циклической α-глюкозы. Процесс образования крахмала можно выразить так (реакция поликонденсации):

Характерной реакцией является взаимодействие крахмала с растворами йода. Если к охлажденному крахмальному клейстеру добавить раствор йода, то появляется синее окрашивание. При нагревании клейстера оно исчезает, а при охлаждении появляется вновь. Этим свойством пользуются при определении крахмала в пищевых продуктах. Так, например, если каплю йода нанести на срез картофеля или ломтик белого хлеба, то появляется синее окрашивание.

Применение

Крахмал является основным углеводом пищи человека, он в больших количествах содержится в хлебе, крупах, картофеле, овощах. В значительных количествах крахмал перерабатывается на декстрины, патоку, глюкозу, которые используются в кондитерской промышленности. Крахмал используется как клеящее средство, применяется для отделки тканей, накрахмаливания белья. В медицине на основе крахмала готовят мази, присыпки и т.д.