43. Полісахариди. Крохмаль та целюлоза – полісахариди , склад та будова молекули, фізичні та хімічні властивості. Поширення в природі, застосування.

Полісахариди

Полісахариди – вуглеводи, молекули яких складаються від одинадцяти до сотні і навіть тисяч залишків моносахаридів.

Полісахариди можуть складатись з однакових або різних залишків моносахаридів. Їх молекула може бути лінійна або розгалужена.

До групи полісахаридів, молекула яких складається із залишків одного моносахариди відносять найважливіші вуглеводи рослинного і тваринного походження – целюлоза, крохмаль і глікоген (тваринний крохмаль). Крохмаль – основне джерело енергії в клітинах рослин. Целюлоза – основний будівельний матеріал рослин. Крохмаль і целюлоза утворюються в процесі фотосинтезу.

Крохмаль і целюлоза побудовані із залишків глюкози, різниця між ним полягає лише у тому, що крохмаль складається із залишків a-глюкози, а целюлоза – із b-глюкози.

Крохмаль - речовина природного походження яка має величезну біологічну і

економічну цінність . Він виробляється рослинами , використовується в їжу і має

величезну цінність для всього живого .

Крохмаль – це природний полісахарид, утворений залишками α-глюкози. Крохмаль

утворюється в рослинах при фотосинтезі. Склад молекули виражається формулою

( С6Н10О5 )п . Крохмаль – це природний полімер , який синтезується в рослинах із глюкози

по реакції :

пС6 Н12О6→ (С6Н10О5)п + Н2,О

Більш за все багаті на крохмаль зерна злаків ( рис , пшениця , кукурудза ) та бульби

картоплі . Він накопичується рослинами і використовується ними як джерело енергії ,

необхідне , наприклад , для проростання насінин .

Крохмаль – це позбавлений смаку білий порошок , нерозчинний у холодній воді . У

гарячий воді він набухає і поступово розчиняється .

Целюлоза ( клітковина ) – найбільш розповсюджений у рослинному світі полісахарид .

Целюлоза утворюється в рослинах під час реакції фотосинтезу . Склад молекули

виражається формулою С6Н10О5 . Вона є основною складовою частиною оболонок

рослинних клітин ; звідси і походити її назва целюлоза

(cellula – клітина ) . Волокна бавовни – це майже чиста целюлоза ( до 98 % ) , волокна

льону та коноплі також складаються головним чином із целюлози . В деревині її

міститься майже 50 % .

Якщо крохмаль – джерело енергії , то целюлоза – будівельний матеріал .

Зовнішня різниця між крохмалем та целюлозою очевидна . Молекули крохмалю

мають лінійну і розгалужену будову , а молекули целюлози – ниткоподібні , тому можуть

утворювати волокна

Хімічні властивості крохмалю .

Накопичений рослинами крохмаль розщеплюється під впливом ферментів з

утворенням глюкози , у результаті окислення якої вивільняється енергія .

Якщо рослини накопичують енергію у вигляді крохмалю , то тварини – у вигляді

глікогену ( вуглеводу , близького по структурі до крохмалю ) . Процес засвоєння

крохмалю починається у ротовій порожнині з його гідролізу до глюкози під впливом

ферментів . Надлишок глюкози відкладається у печінці у вигляді запасного глікогену . У

разі необхідності , наприклад при фізичному навантаженні , глікоген перетворюється , як

і крохмаль у рослинах , у глюкозу , яка постачає поживні речовини у весь організм .

Таким чином , у людському організмі енергія запасається у вигляді жирів та

вуглеводів і вивільняється у разі їх окиснення .

На думку спеціалістів , енергетичні потреби людини повинні задовольнятися на 65%

за рахунок рослинної їжі ( овочем та фруктів )

У промисловості крохмаль шляхом гідролізу перетворюють на патоку та глюкозу .Луганська загальноосвітня школа І-ІІІ ступенів Мар’їнський район Донецької області

Якщо гідроліз крохмалю не доводити до кінця , то утворюється суміш декстринів з

глюкозою – патока , яку використовують у кондитерській промисловості .

Якщо гідроліз проводити до кінця , то добувають глюкозу , яка при спиртовому

бродінні перетворюється на етиловий спирт .

С6Н12О6 → 2 СН3 – СН2ОН + 2 СО2 ↑

Характерною хімічною властивістю є і реакція крохмалю з йодом , під час якої

спостерігається поява синьої окраски

Хімічні властивості целюлози .

Основну масу целюлози виділяють з деревини , в якій вона міститься разом з іншими

речовинами . Найбільш поширеним методом добування целюлози в нашій країні є так

званий сульфітний . За цим методом подрібнену деревину в присутності розчину

гідросульфіду кальцію Са(НSО3) 2 або гідросульфіду натрію NaHSO2 нагрівають в

автоклавах при тиску 0,5 – 0,6 МПа та температурі 150 °С . При цьому інші речовини

руйнуються , а целюлоза виділяється у порівняно чистому вигляді . ЇЇ промивають водою

, сушать та направляють на подальшу переробку . в основному на виробництво паперу .

З хімічних властивостей целюлози найважливішою є здатність до утворення

складних естерів .

Гідроліз целюлози з утворенням глюкози :

( С6Н10О5)п + Н2О → пС6Н12О6

У термітів та деяких тварин в органах травлення є речовини , під впливом яких

відбувається гідроліз клітковини та її засвоєння . В організмі людини целюлоза , що

потрапила з рослинною їжею , не гідролізується , а значити і не засвоюється .

Целюлоза піддається частковому гідролізу під час силосування соломи , тому такі

продукти є цінним кормом для сільськогосподарських тварин .

У результаті нагрівання деревини без доступу повітря відбувається розклад

целюлози з утворенням деревинного вугілля , метанолу та ряду інших цінних

кисневмісних сполук .

Целюлоза окислюється ( горить ) з утворенням вуглекислого газу та води і

виділенням енергії :

( С6Н10О5 )п + 6пО2 → 6пСО2 + 5пН2О

Саме ця реакція відбувається при спалюванні деревини .

Хімічним шляхом із целюлози добувають ацетатний шовк , негорючі плівки, оргскло ,

скипидар , оцтову кислоту , метанол , смоли , глюкозу , кормові дріжджі , папір ,

бездимний порох , колодій .

Ацетатні волокна , що добувають з целюлози , еластичні , приємні на дотик , стійкі до

мікроорганізмів , нестійкі до стирання , руйнуються в концентрованих кислотах та лугах ,

термостабільні до 170 °С , мають гарні електроізоляційні властивості . Тканини , піддані

поверхневому омиленню , характеризуються поліпшеними гігієнічними властивостями та

комфортністю .

Застосування крохмалю.

Крохмаль – основний вуглевод їжі людини ; безпосередньо він , подібно до жирів ,

організмом не засвоюється . Гідроліз крохмалю під дією ферментів починається при

пережовування їжі в роті , продовжується в результаті гідролізу , всмоктується в кров і

надходити до печінки , а звідти – до всіх тканин організму .

Надлишок глюкози відкладається в печінці у вигляді високомолекулярного вуглеводу

глікогену , що знову гідролізується до глюкози в міру витрачання її в клітинах організму.

У харчовій промисловості реакцій гідролізу крохмалю використовується для

одержання глюкози й патоки ( також ця реакція застосується й у лікеро - горілчаній

промисловості ) .

Для одержання глюкози крохмалю нагрівають з розведеною сульфатною кислотою

протягом декількох годин . Коли процес гідролізу закінчиться , кислоту нейтралізують

крейдою , осад кальцій сульфату, який утворюється , відфільтровують і розчин упарюють

. При охолодженні з розчину кристалізується глюкоза.

Якщо процес гідролізу не доводить до кінця , то в результаті виходить густа солодка

маса – суміш декстринів і глюкози - патока , яка використовується в кондитерській

справі.

Декстрини , які одержують з крохмалю , використовують як клей .

Крохмаль застосовується для накрохмалювання білизни : під дією нагрівання

гарячого праскою він перетворюється на декстрини , що склеюють волокна тканини й

утворюють щільну плівку , яка охороняє тканину від швидкого забруднення . Крім того ,

це полегшує наступне прання , оскільки часточки бруду , зв’язані з декстринами , значно

легше змиваються водою .

Крохмаль іде на виробництво етилового спирту . У цьому випадку спочатку його

піддають гідролізу під дією ферменту , що міститься в солоді , а продукт гідролізу потім

зброджують у присутності дріжджів у спирт .

Етиловий спирт , що йде на промислові потребі ( синтез каучуку) , одержують

синтетичним шляхом з етилену й гідролізом целюлози .

Застосування целюлози .

Целюлоза в складі деревини завдяки своїй механічній міцності використовується в

будівництві , з неї виробляють різного роду столярні вироби .

У вигляді волокнистих матеріалів ( бавовни , льону, конопель ) вона

використовується для виготовлення ниток , тканин , канатів . Виділена з деревини (

звільнена від супровідних речовин ) целюлоза йде на виготовлення паперу .

З естерів целюлозі виготовляють нітролаки , кіноплівку , медичний колодій , штучне

волокно й вибухові речовини .

Сучасні науки розглядають її перспективну сировину для отримання вуглеводів та

інших цінних органічних речовин . Це досягається методами біотехнології , яка розглядає

використання ферментів ( біохімічних каталізаторів ) .

Отримані таким чином продукти , поки що , мають порівняно невисоку вартість , але

у майбутньому до нафти , природного газу та кам’яного вугілля додасться ще й біомаса .