Лабораторная работа №1. Выделение крахмала и пектина. Определение характеристической вязкости методом вискозиметрии.
Характеристика выделяемых соединений.
Крахма́л (C6H10O5)n - полисахариды амилозы и амилопектина, мономером которых является альфа-глюкоза. Безвкусный, аморфный порошок белого цвета. Под микроскопом видно, что этот порошок зернистый; при сжатии порошка крахмала в руке он издаёт характерный «скрип», вызванный трением частиц.
Крахмал состоит из двух смешанных полисахаридов: амилозы (15-25%, неразветвленный полисахарид глюкозы с числом мономеров 300-1000) и амилопектина (75-85%, разветвленный полисахарид глюкозы с числом мономеров до 6000). Соотношение амилозы и амилопектина задает размер и форму зерен и прочие свойства крахмала того или иного вида (кукурузного, пшеничного, картофельного и т.д.). Размеры зерен крахмала в зависимости от вида крахмалоноса колеблется в широком интервале - от 1 до 150 мкм. Степень кристалличности зерен крахмала находится в пределах 14-42% и зависит от соотношения содержания амилозы и амилопектина.
Крахмал является продуктом фотосинтеза: он образуется путем поглощения растениями световой энергии и усвоения диоксида углерода и воды.
Крахмал в качестве резервного питания накапливается в клубнях, плодах, семенах растений. Так, в наиболее часто используемых для производства крахмала растениях, клубнях картофеля содержится до 24 % крахмала, в зёрнах пшеницы — до 64 %, риса — 75 %, кукурузы — 70 %.
В нативных крахмалах, получаемых промышленным способом, соотношение амилозы и амилопектина составляет в среднем 1:3, т.е. содержание амилозы находится на уровне 24-28%. Если же оно превышает 30%, то крахмал считается высокоамилозным, так как на его реологические характеристики существенное влияние начинают оказывать свойства амилозы.
При повышении температуры водных крахмальных суспензий более 30 С происходит частичный разрыв водородных связей молекул в зерне крахмала, ведущий к изменению его микроструктуры. При этом резко возрастает гидратация амилозы и амилопектина и соответственно увеличиваются размеры зерен - происходит их так называемое "набухание". При повышении температуры амилоза частично диффундирует из аморфной части зерен и переходит в раствор, а амилопектин остается в основном в нерастворенном состоянии. При разрушении зерен происходит деструкция кристаллической части зерен, полисахариды переходят в раствор, и начинается процесс клейстеризации.
Качественные реакции:
Крахмал, в отличие от глюкозы, не даёт реакции серебряного зеркала;
Подобно сахарозе, не восстанавливает гидроксид меди (II);
Взаимодействует с йодом (окрашивание в синий цвет).
Биологическое значение данного вещества для человека достаточно велико. Крахмал является основным источником углеводов, а именно, глюкозы для нашего организма, внося наибольший вклад в энергетическую ценность рациона.
В пищевой промышленности крахмал используется для получения глюкозы, патоки, этанола, в текстильной — для обработки тканей, в бумажной — в качестве наполнителя.
Пектин – высокомолекулярное вещество (мол. в. до 200 000). Его структурная основа - частично этерифицированная метиловым спиртом полигалактуроновая кислота.
Присутствуют во всех высших растениях, особенно много во фруктах и в некоторых водорослях.
Используются в пищевой промышленности — в качестве структурообразователей, загустителей, а также в медицинской и фармацевтической промышленности — в качестве физиологически активных веществ с полезными для организма человека свойствами. В промышленных масштабах получают пектиновые вещества в основном из яблочных или цитрусовых выжимок, сахарной свёклы, корзинок подсолнечника.
Пектины для промышленного применения, полученные из различных растительных источников, представляют собою порошки без запаха от светлокремового до коричневого цвета. Во влажной атмосфере пектины могут сорбировать до 20 % воды. В избытке воды они растворяются. В отличие от сахарного песка, который сразу же после попадания в воду начинает растворяться, частица пектинового порошка, попав в воду, всасывает ее, словно губка, увеличиваясь в размерах в несколько раз, и только после достижения определенного размера начинает растворяться. Если частицы пектинового порошка при соприкосновении с водой находятся близко друг к другу, то, всасывая воду и разбухая, они слипаются, образуя один большой липкий ком, чрезвычайно медленно растворяющийся в воде.
Многократным переосаждением сырого пектина спиртом можно удалить из него почти все примеси. Очищенный продукт образует при гидролизе галактуроновую кислоту и метиловый спирт.
Высокоэтерифицированные пектины желируют при высоком содержании сухих веществ в среде и высокой кислотности, низкоэтерифицированные пектины способны образовывать гели при низких содержаниях сухих веществ и невысокой кислотности. Желирование высокоэтерифицированных пектинов — это процесс, при котором полимерные молекулы в условиях высокой кислотности и высокого содержания сухих веществ, взаимодействуют друг с другом через образование химических связей — водородных мостиков, образуют плотную пространственную структуру, называемую гелем или желе. Молекулы пектина образуют равномерно распределенную трехмерную сеть, связывая при этом большое количество воды. Желирование низкоэтерифицированных пектинов происходит как по механизму желирования высокоэтерифицированных пектинов, так и в результате взаимодействия с ионами поливалентных металлов, например, с ионами кальция. При этом ионы кальция являются связующими звеньями между полимерными молекулами пектина, образующими пространственную структуру геля.
Комплексообразующая способность основана на взаимодействии молекулы пектина с ионами тяжелых и радиоактивных металлов. Благодаря наличию в молекулах большого количества свободных карбоксильных групп именно низкоэтерифицированные пектины проявляют наибольшую эффективность.
Рисунок 2. Строение пектина.
2.) Определение характеристической вязкости методом вискозиметрии.
Сырье и реактивы:
- Картофель, 500 г
- Корочки плодов мандарина, 50 г
- Соляная кислота (0,03 н. раствор), 200 мл
- Ацетон, 500 м.
Ход работы:
1) Выделение крахмала из картофеля.
Картофель очистили от кожуры и измельчили на терке. Мезгу завернули в марлю, опустили в большой стакан с водой, интенсивно прополоскали, отжали и снова размочили. В результате крахмал собрался на дне стакана, а клеточные стенки остались в марле. Для более полной очистки крахмал промыли несколькими порциями холодной воды. Крахмал перенесли на фильтр и высушили на воздухе. Выход составим около 10%.
2) Выделение пектина из плодов цитрусовых.
Корочки мандарина измельчили, поместили в мешочек из марли и залили в стакане ацетоном для удаления эфирного масла, пигментов и других примесей. Стакан накрыли часовым стеклом и поставили на 1 ч на водяную баню, нагретую до 60-70°. После этого материал отжали на воронке Бюхнера и снова залили ацетоном. Операцию повторяли до тех пор, пока экстракт не приобрел слабую желтую окраску.
Отмытую массу поместили в колбу на 500 мл, залили 200 мл 0,03н НСl и нагревали 1 ч на кипящей водяной бане. Горячую вытяжку отфильтровали через вату, остаток промыли на фильтре небольшими порциями горячей воды. По охлаждении фильтрат частично нейтрализовали аммиаком до слабокислой реакции (индикатор лакмус) и упарили на водяной бане до 60-80 мл. К оставшемуся сиропу добавили два объема ацетона. Выпавший сырой пектин отделили центрифугированием. Его подсушили в термостате (не выше 45°).