Крахмал — природный полисахарид¶

Крахмал — это природный полисахарид, сложный углевод растительного происхождения, служащий основным запасным питательным веществом у растений. Состоит из двух компонентов — амилозы и амилопектина. Крахмал широко распространён в природе, накапливается в клубнях, семенах, плодах и корнях растений, и является одним из важнейших источников углеводов в питании человека и кормовом рационе животных.

¶Химический состав и строение

Крахмал относится к классу полисахаридов и представляет собой смесь двух гомополисахаридов:

Общая эмпирическая формула крахмала — (C₆H₁₀O₅)ₙ. Молекулярная масса амилозы достигает нескольких миллионов дальтон, амилопектина — до нескольких сотен миллионов. Степень полимеризации звеньев глюкозы варьируется от нескольких сотен до нескольких тысяч.

¶Физические свойства

Крахмал представляет собой белый порошок без запаха и вкуса, не растворимый в холодной воде. При нагревании в воде зёрна крахмала набухают, и при достижении определённой температуры (в зависимости от вида, обычно 55–80 °C) происходит клейстеризация — образование вязкого коллоидного раствора. При охлаждении клейстер загустевает, а при длительном хранении наблюдается ретроградация — частичное выпадение амилозы в осадок.

Крахмал даёт характерное синее окрашивание с раствором иода, что широко используется как качественная реакция на его присутствие. При гидролизе крахмал последовательно расщепляется до декстринов, мальтозы и, в конечном счёте, до глюкозы.

¶Крахмалосодержащие источники

Крахмал накапливается в различных органах растений. Основные природные источники:

• Клубни картофеля — до 12–20 % сырой массы;
• Зёрна злаков (пшеница, рис, кукуруза, ячмень) — 60–75 % массы зерна;
• Корни маниоки (тапиоки) — до 25–30 %;
• Плоды банана — до 20–25 %;
• Семена бобовых — 30–50 %.

¶Классификация

По химическому строению и свойствам различают несколько видов крахмала:

• Амилозный — содержит высокую долю амилозы, образует прочные плёнки;
• Восковой (вакси) — почти полностью состоит из амилопектина, характерен для риса и кукурузы;
• Модифицированный — химически или физически обработанный крахмал с изменёнными свойствами (устойчивость к нагреванию, кислотам, старению).

¶Получение

Промышленное производство крахмала основано на механическом измельчении сырья с последующим отделением крахмальных зёрен от белковых и волокнистых компонентов. При производстве картофельного крахмала клубни натирают, а крахмальное молоко отстаивают и сушат. Для злаковых зёрен применяют мокрое измельчение с последующим промыванием и центрифугированием.

¶Применение

¶Пищевая промышленность

Крахмал используется как загуститель, стабилизатор и связующее в производстве соусов, кондитерских изделий, колбас, макарон, хлебобулочных изделий. Мальтоза и глюкоза, получаемые гидролизом крахмала, применяются в производстве сладостей, напитков и спирта.

¶Промышленное применение

• Текстильная промышленность — накрахмаливание тканей;
• Бумажная промышленность — связующее при производстве картона и бумаги;
• Фармацевтика — наполнитель таблеток и капсул;
• Строительство — компонент клеевых составов;
• Производство биопластика.

¶Кормовое применение

Крахмал и продукты его переработки используются как энергетическая добавка в комбикормах для сельскохозяйственных животных.

¶Биологическая роль

В организме человека крахмал подвергается ферментативному расщеплению. Пищеварение начинается в ротовой полости под действием амилазы слюны, продолжается в тонком кишечнике под действием панкреатической амилазы, и завершается расщеплением до глюкозы, которая всасывается в кровь. Устойчивый (резистентный) крахмал, не поддающийся ферментативному расщеплению в тонком кишечнике, выполняет функции пищевых волокон и является субстратом для кишечной микрофлоры.

¶Интересные факты

Крахмал был впервые описан в научной литературе в XVIII веке, а промышленное производство картофельного крахмала началось в Германии в конце XVIII века. В России крупнейшими производителями картофельного крахмала исторически являлись центральные и северо-западные регионы. Крахмал входит в число самых дешёвых и доступных полимеров, что определяет его широкое применение в промышленности.

Источники:

• «Биохимия» под ред. А. М. Угрюмова
• «Химия органических соединений» В. М. Потапов
• «Пищевые волокна и крахмал» — сборник научных статей
• ГОСТ 10444.15-75 «Крахмал. Методы определения»