8.2. Полісахариди. Крохмаль та клітковина
8.2.1. Крохмаль.
Крохмаль – головна речовина, що міститься у зерні злаків. Він представляє собою полімер, який складається із залишків α-глюкози. У зерні крохмаль знаходиться у вигляді крохмальних зерен різного розміру та форми. Крохмаль дає дуже характерну реакцію з розчином йоду – забарвлюється у синій колір. Ця реакція застосовується для виявлення та кількісного визначення крохмалю.
Крохмальні зерна при нагріванні у воді утворюють крохмальний клейстер. Клейстеризація крохмалю різного походження наступає при різній температурі. Пшеничний крохмаль клейстеризується при 62,5°С, житяний — при дещо меншій температурі – 61,8°С.
Різноманітні методи визначення вмісту крохмалю засновані на його розщепленні та урахуванні проміжних або кінцевих продуктів гідролізу, що утворилися. Одним з найбільш швидких, хоча й менш точних методів визначення вмісту крохмалю, є метод Еверса.
Визначення вмісту крохмалю за методом Еверса засновано на здатності фракцій крохмалю, отриманих у процесі гідролізу, обертати площину поляризованого променя. Величина куту оберту для однієї й тієї ж речовини пропорційна його концентрації у розчині.
Визначення вмісту крохмалю.
Матеріал: борошно, розмолоте зерно, водяна баня, колби на 100 мл, піпетки на 10 мл, мірний циліндр, фільтрувальний папір, поляриметр.
Реактиви: розчин соляної кислоти ω (НС1) = 1,124%; розчин гексацианоферату калію ω (К4[Fе(СМ)6]) = 15%.
Хід роботи
У мірну колбу на 100 мл вносять 5 г тонкоподрібненого зерна, приливають 25 мл розчину соляної кислоти, ретельно збовтують, щоб не залишалися грудочки, знов приливають 25 мл тієї ж кислоти, змиваючи частинки борошна, що пристали до горла колби, усе збовтують та нагрівають колбу 15 хв. у киплячій водяній бані. Після гідролізу крохмалю у колбу приливають 30 мл холодної води, вміст колби охолоджують до 20°С та для осадження білка приливають 10 мл розчину жовтої кров’яної солі з масовою долею ω (К4[Fе(СМ)6])= 15%. Вміст колби доводять дистильованою водою до мітки та фільтрують через сухий складчастий фільтр у суху колбу. Повністю прозорий фільтрат наливають у поляризаційну трубку так, щоби у ній не залишилося пухирців повітря, потім трубку переносять у поляриметр та визначають кут обертання. Вміст крохмалю визначають за формулою:
де X – вміст крохмалю, %; α – кут обертання у градусах; Р – наважка борошна; l – довжина поляризаційної трубки, дм; W – вологість досліджуваної речовини, %; а 20D – питоме обертання декстринів, + 182,8°; 0,3469 – величина переводного коефіцієнту з круглої шкали поляриметру на нормальну шкалу цукрометру (одне ділення нормальної шкали дорівнює 0,3469 градуси).
Для кожної оптично активної речовини характерною константою є її питоме обертання. Питомим обертанням називається кут обертання, який має розчин, що містить у 100 мл 100 г речовини при довжині трубки 1 дм. Його виражають через а 20D , де 20 означає температуру розчину, а D – лінію спектру (натрієве полум’я).
Питоме обертання фракцій, отриманих з крохмалю різних культур, у градусах:
картоплі - 194,5
рису - 183,9
жита - 184,0
пшениці - 182,0
ячменя - 181,5
вівсу - 181,3
Фізичні властивості крохмалю.
Обладнання: штатив з пробірками, піпетки, нагрівний прилад, скляна лопатка, паперова серветка.
Реактиви: крохмаль, спиртовий розчин йоду.
Хід роботи
У пробірку з водою об’ємом 1 мл помістіть скляну лопаточку крохмалю. Вміст пробірки збовтайте. Підігрійте в іншій пробірці воду об’ємом 5 мл і, перемішуючи, вилийте в гарячу воду вміст першої пробірки. Спостерігайте утворення крохмального клейстеру.
Для розчинення в гарячій воді не слід нагрівати отриману в попередньому досліді суміш крохмалю з водою, оскільки щільний шар крохмального осаду на дні пробірки спричиняє перегрівання скла.
У пробірку з крохмальним клейстером додайте краплю спиртового розчину йоду. За допомогою якісної реакції можна виявити крохмаль у багатьох харчових продуктах.
• Гідроліз крохмалю – реакція, перебіг якої в живих організмах має непересічне значення. У насінні, що проростає, та розпуклих бруньках відбуваються процеси мобілізації запасних речовин. Наприклад, крохмаль під дією ферментів амілази і мальтази перетворюється на глюкозу:
Картопля, наприклад, за температури -1…2°С набуває солодкого смаку. Причиною є те, що за низької температури в бульбах пришвидшується гідроліз крохмалю й пригнічується процес дихання. Тому в картоплинах накопичується глюкоза й інші моносахариди – про це свідчить поява незвичного солодкого смаку.
У тваринних організмах крохмаль, який надходить з їжею, також зазнає гідролізу. Однак перетравлювання крохмалю сирих продуктів ускладнене тим, що його зерна перебувають усередині рослинних клітин із міцними стінками. У гарячій воді крохмаль набрякає, клітинні стінки розриваються. Далі відбувається процес гідролізу під впливом травних ферментів.
Гідроліз крохмалю використовують у виробництві багатьох харчових продуктів – меляси, глюкози, хлібобулочних виробів, етилового спирту тощо.
Часткового гідролізу з утворенням менш складних полісахаридів декстринів – крохмаль зазнає під час прасування накрохмаленої білизни й у процесі випікання борошняних виробів.
Причина блиску та хрусту накрохмаленої й випрасуваної білизни та рум’яних булочок одна й та сама. Декстрини – клейкі речовини – за високої температури утворюють тонку щільну плівку.
Декстрини, добуті частковим гідролізом крохмалю, використовують у складі клеїв для паперу, шпалер тощо.
Останнім часом широкого застосування набули так звані модифіковані крохмалі. Їх одержують шляхом хімічної обробки природного крохмалю, біосинтезом тощо. Унаслідок зміни складу й структури полімерні молекули набувають нових властивостей, які й зумовлюють застосування модифікованих крохмалів у харчовій, паперовій промисловості, під час бурильних робіт та очищення побутових і промислових стоків.
На основі модифікованого крохмалю вготовляють харчові продукти для дітей, хворих на фенілкетонурію (спадкова хвороба, яка зумовлена дефектом гена ферменту фенілаланінгідроксилази, діти, народжені з фенілкетонурією, не здатні метаболізувати фенілаланін (частина протеїну), який через це накопичується в крові. Така ненормальна висока кількість фенілаланіну перешкоджає нормальному розвитку мозку). З пресованого крохмалю навіть виготовляють одноразовий посуд. Введення модифікованих крохмалів у склад пластмас створює умови для їхнього біоруйнування у довкіллі.
Існують природні полісахариді які, на відміну від крохмалю, не перетравлюються в організмі людини й багатьох тварин, а отже, не засвоюються.