§ 30. Полісахариди

Полісахаридами називають природні вуглеводи, молекули яких складаються з багатьох моносахаридних залишків.

Найважливіші полісахариди – крохмаль, глікоген і целюлоза. Вони мають однакову загальну формулу [С₆Н₁₀О₅]_n але значення п для кожної сполуки перебувають у певному числовому інтервалі.

Крохмаль. Ця речовина, як і цукор, дуже важлива в повсякденному житті, бо є складовою багатьох продуктів харчування. Крохмаль – своєрідний акумулятор енергії в рослинах, необхідний насамперед для розвитку їхніх зародків. Він утворюється в листі внаслідок процесу фотосинтезу і накопичується в насінні, бульбах, плодах, корінні. Його масова іастка в картоплі сягає 25 %, у пшеничному борошні – 75 %, а в рисі – 80 %.

Крохмаль – біла зерниста речовина, яка не має запаху і смаку, не розчиняється в холодній воді, а в теплій утворює колоїдний розчин (крохмальний клейстер). Зовні крохмаль схожий на борошно. Його можна відрізнити за такою ознакою: при розтиранні крохмалю пальцями відчувається поскрипування внаслідок взаємного тертя його зерен.

Крохмаль є сумішшю двох полісахаридів – лінійної (амілоза) і розгалуженої (амілопектин) будови.

Амілози в крохмалі у кілька разів менше, ніж амілопектину. Вона міститься всередині зерна, а його оболонка складається з амілопектину. При обробленні крохмалю теплою водою зерна руйнуються, амілоза переходить у розчин, а амілопектин лише набрякає.

Хімічні властивості. Під дією ферментів або при нагріванні з розбавленими мінеральними кислотами крохмаль зазнає гідролізу, який відбувається у кілька стадій:

(С₆Н₁₀О₅)_n → (С₆Н₁₀О₅)_m → C₁₂H₂₂O₁₁ → C₆H₁₂O₆

крохмаль декстрини мальтоза α-глюкоза

Декстрини мають меншу молекулярну масу, ніж крохмаль, добре розчинні у воді. Вони утворюються при термообробці продуктів, що містять крохмаль, – смаженні картоплі, борошна, круп, випіканні хліба. Суміш продуктів гідролізу крохмалю – декстринів, мальтози і глюкози називається патокою. Її використовують при виробленні солодощів у кулінарії.

СН₂ОН

с

о

он н /Т'

?–v

н он

Ч'

Кольорова реакція з йодом. Розчин йоду дає з крохмалем характерне синє забарвлення, яке при нагріванні до 100 °С зникає, а при охолодженні з'являється знову. Декстрини змінюють забарвлення йоду до фіалкового або червоно-бурого.

Добування. Крохмаль добувають у промисловості переважно з картоплі й кукурудзи. Сировину подрібнюють, обробляють холодною водою, яка вилучає зерна крохмалю. їх відділяють відстоюванням або центрифугуванням.

Застосування. Крохмаль – важливий харчовий продукт, сировина для добування глюкози, декстринів, патоки. Його також використовують при виготовленні паперу, текстилю, деяких пластмас, у поліграфії, домашньому господарстві.

Глікоген, або тваринний крохмаль, міститься в клітинах тварин і людини, насамперед у печінці, м'язах. Він виконує в організмі таку саму функцію, що й крохмаль у рослинах. Глікоген виявлений у деяких бактеріях, вищих грибах.

Молекула глікогену, як і амілопектину, є розгалуженою і побудована із залишків молекул ос-глюкози, але містить їх значно більше.

Молекулярна маса глікогену може сягати 10 млн., тоді як амілопектину – 1 млн.

За властивостями глікоген подібний до крохмалю. З йодом дає червоне забарвлення різних відтінків, яке зникає при нагріванні й знову з'явдядться при охолодженні.

Целюлоза або клітковина, – «будівельний» матеріал рослин. Із цієї речовини утворені оболонки клітин. Найбільше целюлози – у бавовні (вміст у її насінні становить 95– 98%), у льоні, різноманітних рослинних волокнах. Деревина в середньому на 50 % складається із целюлози. Вона є і в харчових продуктах – борошні й виробах з нього, крупах, а також в овочах.

Будова. Молекули целюлози, як і крохмалю, є ланцюговими, але побудовані із залишків молекул β-глюкози.

Властивості. Чиста целюлоза – тверда волокниста речовина, нерозчинна у воді й органічних розчинниках, але розчиняється в концентрованій сульфатній кислоті. Целюлоза здатна розчинятися в аміачному розчині купрум (ІІ) гідроксиду, з якого при підкисленні осаджується. Не змінює забарвлення йоду в його спиртовому розчині.

|Гідроліз целюлози відбувається ступінчасто і завершується утворенням глюкози: [С₆Н₁₀О₅]_n + nH₂O → nC₆H₁₂O₆

Реакції естерифікації є характерними для целюлози. При взаємодії з нітруючою сумішшю утворюються три естери – мононітроцелюлоза [C₆H₇O₂(OH)₂ONO₂]_n, динітроцелюлоза [C₆H₇O₂(OH)(ONO₂)₂]_n тринітроцелюлоза [С₆Н₇О₂(О2(NО2)₃]_n. Остання сполука є вибуховою речовиною (тривіальна назва – піроксилін), її використовують для виробництва бездимного пороху.

Не менш важливі з практичного погляду естери целюлози й оцтової кислоти СН₃СООН. Діацетат [C₆H₇O₂(OH)(OCOCH₃)₂]_n і триацетат [С₆Н₇О₂(ОСОСН₃)з]_n є вихідними речовинами у виробництві ацетатного шовку.

Застосування. Папір, картон, тканини, лаки, емалі, целофан, волокна – усе це виробляють із целюлози та її похідних. Головним джерелом целюлози є деревина.

Папір – один із найважливіших матеріалів на основі целюлози. Без нього важко уявити наше життя. Папір був винайдений в Китаї у II ст. н. є. Нині промисловість випускає багато видів паперу – газетний, для друку і письма, пакувальний тощо. Фільтрувальний папір – це майже чиста целюлоза.

222. Що спільного і що відмінного в будові молекул крохмалю і це люлози?

223. Як за допомогою якісних реакцій розрізнити глюкозу, крохмаль і целюлозу?

224. Чому крохмаль і целюлоза не виявляють відновних властивостей?

225. Як здійснити такі перетворення: целюлоза → глюкоза → етанол → → оцтовоетиловий естер? Напишіть відповідні хімічні рівняння і вкажіть умови, за яких реакції відбуваються.

226. У результаті гідролізу 100 кг деревини, яка містила 64 % целюлози за масою, добули 35 кг глюкози. Обчисліть вихід глюкози у відсотках відносно теоретичного.

227. Яку масу картоплі, що містить 20 % крохмалю за масою, потрібно взяти для добування 100 кг етанолу, якщо виробничі втрати становлять 15 %?

228. Обчисліть масу крохмалю, що утворився в результаті фотосинтезу, якщо рослини виділили 15 т кисню.