Крахмал. Крахмал является основным питательным веществом растений и одним из важнейших пищевых веществ для человека и животных

Крахмал является основным питательным веществом растений и одним из важнейших пищевых веществ для человека и животных. Большое количество крахмала содержится в зёрнах риса (60-80%), пшеницы (60-70%), кукурузы (65-75%) и в клубнях картофеля (12-22%).

Крахмал – белый порошок, нерастворимый в воде, без вкуса и запаха. Если взвесь крахмальных зерен в воде постепенно нагревать, томожет быть достигнута температура, при которой крахмал образует очень вязкий коллойдный раствор, называемый крахмальным клейстером. Температура клейстеризации различна для крахмала разных растений. Крахмал картофеля клейстеризуется при температуре 55-65°С, кукуруза – при 64-71°С, пшеница – при 60-80°C, риса – при 70-80°С.

Крахмал находится в растительных клетках в виде микроскопических гранул. По химическому составу гранулы крахмала состоят из двух полисахаридов – амилозы и амилопектина, отличающихся по своему строению и свойствам. Краткая характеристика основных фракций крахмала приведена в таблице 5.

Таблица 5. Краткая характеристика основных фракций крахмала

Характеристика	Амилоза	Амилопектин
Строение, тип гликозидной связи	Линейное (1,4 – α)	Разветвлённое (1,4 – α) в линейной части; (1,6 – α) в точках ветвления
Молекулярная масса	До 500.000	До 6 млн.
Растворимость	Растворима в горячей воде	Набухает в горячей воде с образованием клейстера
Среднее содержание в крахмале, %	15 – 20	80 – 85

Как правило, крахмал содержит 10-30% амилозы и 70-90% амилопектина. Однако содержание амилозы и амилопектина в крахмале колеблется в зависимости от вида растений и условий их произрастания, а также от органа, из которого получен крахмал. Известны восковидные сорта кукурузы, ячменя, сорго, в которых амилозы почти нет. В некоторых сортах гороха амилозы в крахмале более 70%. Крахмал из клубней картофеля содержит 22% амилозы, а из молодых побегов – 46%. Крахмал яблок состоит только из амилозы.

Молекулы амилозы представляют собой длинную неразветвлённую цепь остатков D – глюкопиранозы, соединённых между собой 1,4–α–гликозидными связями, то есть кислородные мостики возникают благодаря гликозидному гидроксилу первого атома углерода одной молекулы глюкозы и спиртового гидроксила при четвёртом углеродном атоме другой молекулы:

Молекулярная масса амилозы составляет 10.000 – 500.000. Ваннообразная конформация α – D –глюкопиранозных остатков в молекуле амилозы способствует спирализации полиглюкозидной цепи. На один виток спирали приходится 6 – 7 остатков глюкозы, а учитывая то, что длина каждого её остатка около 5А, образуется спираль диаметром 10А.

Амилоза хорошо растворяется в тёплой воде, на этом основан метод её многократной экстракции из крахмала. Она образует раствор невысокой вязкости, окрашивается йодом в синий цвет.

Молекулы амилопектина существенно отличаются по структуре от молекул амилозы, так как амилопектин имеет разветвлённое строение.

Остатки D – глюкозы в линейных участках амилопектина связаны как и в амилозе, 1,4–α–глюкозидными связями, а в точках ветвления 1,6–α– глюкозидными связями. Одно разветвление образуется в среднем через 25 глюкозных остатков.

Молекулярная масса амилопектина 100.000 – 6 млн. Так как амилопектин имеет ветвистое строение, вся молекула представлена в виде клубка полисахаридных цепей.

Амилопектин растворяется в воде при нагревании под давлением, образуя вязкие растворы. Амилопектин даёт с йодом сине – фиолетовую окраску.

Крахмалсодержащие продукты используют для получения этилового спирта, который является основным сырьём для производства водок, ликероводочных изделий. Этиловый спирт является конечным продуктом процесса брожения крахмалсодержащего сырья: всех видов зерновых культур, картофеля, а также сахаросодержащего сырья: свекловичной, тростниковой, сырцовой мелассы, сахара – сырца, в редких случаях – сахарной свеклы, плодов, ягод и продуктов их переработки. Тростниковая, свекловичная меласса является отходом сахарного производства с высоким содержанием сухих веществ (74 – 84%), до 60% которых составляет сахароза, впрямую сбраживаемая дрожжами.

Для перевода крахмала в сбраживаемые углеводы проводят ферментативный гидролиз с помощью ферментных препаратов или амилолитическими ферментами зернового солода.

Ферментные препараты, в качестве которых обычно используют культуры плесневых грибов родов Aspergillus, Rhisopus, Endomicopsis или бактерий рода Bacillus, получают либо в ферментных цехах спиртзаводов, либо на специализированных заводах ферментных препаратов.

Амилолитические ферменты содержатся во многих высших растениях, но наиболее богато ими проращенное в определённых условиях зерно растений семейства мятликовых (злаков), называемое солодом. Солод готовят на спиртовых заводах из различных злаков, чаще из ячменя и проса.

Амилаза, содержащаяся в солоде, является естественной смесью α- и β-амилаз, в ней β-амилаза количественно преобладает над декстринирующей α-амилазой.

При одновременном действии обеих амилаз гидролиз крахмала зернопродуктов происходит намного глубже, чем при действии одного из названных ферментов. В гидролизате содержание мальтозы составляет 75 – 80%.

В солоде найден ещё один фермент, действующий на крахмал, - олиго – 1,6 – глюкозидаза (предельная декстриназа). Предельные декстрины, которые образуются при действии α- и β-амилаз на амилопектин и ими не расщепляются, гидролизуются этим ферментом. Он расщепляет α – 1,6 – глюкозидные связи и превращает предельные декстрины в мальтозу, мальтотриозу, в результате чего повышается конечная степень сбраживания сусла.

α- и β - Амилазы различаются механизмом своего действия на крахмал. По механизму действия α - амилаза относится к эндоферментам, то есть оказывает декстринирующее действие на крахмал, гидролизуя 1,4 – α – глюкозидные связи внутри молекул как амилозы, так и амилопектина. При этом происходит разжижение и декстринизация крахмала, сопровождающаяся быстрым уменьшением вязкости среды. Если наблюдать ход этой ферментативной реакции по изменению окраски крахмала и продуктов его гидролиза с йодом, то получится следующая схема:

Цвет с йодом

Дата добавления: 2015-07-13