Биологические особенности

Богатый крахмалом зерно злаковых растений: риса (до 86%), пшеницы (до 75%), кукурузы (до 72%), а также клубни картофеля (до 24%) и зерно ячменя.

Для организма человека крахмал рядом с сахарозой служит основным поставщиком углеводов — одного из важнейших компонентов пищи. Под действием ферментов крахмал гидролизуется до глюкозы, которая окисляется в клетках до углекислого газа и воды с выделением энергии, необходимой для функционирования живого организма.

Известно, что крахмал активизирует обмен желчных кислот и способствует выведению холестерина из организма.

Физические свойства

Белый, хрустящий, аморфный и очень гигроскопичен порошок без вкуса и запаха. Обычно содержит 10-20% связанной воды, которую можно удалить высушиванием при 100-110 ° C. Под микроскопом — зернистый (гранулы) порошок. Нерастворимый в холодной воде, эфире, спирте; в горячей воде набухает, и образует коллоидный раствор, при охлаждении которого образуется устойчивый гель — крахмальный клейстер; с раствором йода дает синее окрашивание (амилоза дает синюю окраску, а амилопектин — от красного до фиолетового). Реакция с йодом дает возможность выявить даже миллионную часть крахмала в растворе. Молекулы крахмала неодинаковые по размерам.

Гранулы крахмала

Размеры зерен (в мм) для различных видов крахмала

Крахмал содержится в растениях в виде гранул. В зерновых культурах и других высших растениях гранулы крахмала образуют пластиды. Пластиды, из которых состоит крахмал называют амилопласты. В зерновых культурах (пшеница, кукуруза, рожь, ячмень, сорго и просо) крахмал представлен простыми гранулами — каждый амилопласты состоит из одной гранулы. В черта и овса гранулы составлены — каждый амилопласты содержит много гранул.

В ржи, пшеницы и ячменя различают два типа гранул крахмала: крупные — двояковипукли (линзовидные) гранулы, и небольшие — сферической формы. В ячменя двояковипукли гранулы формируются в перид первых 15 дней после опыления, а с 18-го по 30-й день — после опыления появляются маленькие гранулы, которые составляют 88% от общего количества гранул. В пшеницы и ячменя каждый пластид сначала формирует большую двояковипуклу гранулу крахмала. После этого пластиды образуют выпуклости, в которых происходит формирование маленьких гранул крахмала. Эти значительно более меньшие амилопласты отделяются от материнского пластида перетяжкой-стриктурой. Крахмал синтезируется в пластидах.

Кристалличность

О том, что крахмал является полукристаллического материалом известно еще с 1930-х годов. По форме рентгенограмм цельных гранул крахмала, они подразделяются на три типа, которые обозначают буквами А, В и С. Крахмал большинства зерновых культур относится к типу А, крахмал картофеля и других корнеплодов, а также ретроградуйований крахмал — к типу В, а крахмал гороха и бобов — до типа С, который представляет собой промежуточную форму между типами А и В. Под действием тепла картофельный крахмал типа В превращается в тип А. Более короткие декстрины (12-15 глюкозных единиц) могут принадлежать к любому из этих трех типов в зависимости от характера их кристаллизации. Одним из инструментальных способов исследования крахмала эффективно используется метод дифракции рентгеновских лучей.

Двойное преломление света

При рассмотрении крахмала в поляризованном свете наблюдается двойное преломление лучей, которое имеет характерную форму «мальтийского креста». Причиной такого преломления является высокоорганизованная структура гранул крахмала, которую не надо путать с кристалличность. Даже очень хорошо организованы молекулярные структуры могут не быть кристаллическими, но они обладают свойством двойного преломления лучей — целлюлоза в листе бумаги является полукристаллического, а кристаллы сами по себе являются двоякопереломляючимы (упорядоченными), но в силу того, что кристаллы ориентированы неупорядоченным образом, бумага свойством двойного променезаломлювання не обладает.

Свойства

Крахмал представляет собой белый кристаллический безвкусный порошок. В холодной воде порошок не растворим. При взаимодействии с горячей водой растворяется амилоза, а амилопектин разбухает, образуя клейстер. Если растереть кристаллики между пальцами, можно услышать скрип.

При нагревании крахмал подвергается гидролизу под действием катализаторов. Гидролиз протекает ступенчато. Из крахмала образуется декстрин, который гидролизуется до мальтозы. В результате гидролиза мальтозы образуется глюкоза. Общее уравнение:

(C6H10O5)n + nH2O (H2SO4) → nC6H12O6.

Качественной реакцией является окрашивание в синий цвет под действием йода.

Реакции серебряного зеркала и восстановления гидроксида меди не идут.

Крахмал употребляют в пищу вместе с растительными продуктами – картофелем, мукой, кукурузой. Также используют для изготовления клея.

Химический состав крахмала

Крахмал содержит полисахарида 97-99%, белковых веществ 0,3-1,5%, клетчатки 0,2-0,7%, зольных веществ (фосфаты, силикатные кислоты) 0,3-0,6%.

В составе товарного крахмала могут присутствовать второстепенные компоненты, но они присутствуют в столь малых количествах, что не совсем ясно, являются ли они составляющими крахмала, представленными в нем очень малых количествах, или примесями, недостаточно тщательно удаленными в процессе выделения. Тем не менее, такие второстепенные компоненты, несмотря на их очень малое количество, могут существенно влиять на качестве крахмала.

В крахмале найдено 0,6% жирных кислот (пальмитиновой, стеариновой и др.). В крахмала, которые выпускаются промышленным способом из зерновых культур, содержится малое количество липидов, которые, как правило, являются полярными. Для их выделения необходимы полярные растворители, водный раствор метилового спирта. Обычно, содержание липидов в крахмале из зерновых культур составляет 0,5-1%, а изготовленных из незерновой сырья — почти не содержит.

Кроме того, в состав крахмала входят в незначительных количествах фосфор и азот. В зерновых культурах основная масса фосфора представлена ​​в виде фосфолипидов. Известно, что картофельный крахмал етерификуеться к глюкозных остатков, тогда как с крахмалами зерновых культур этого не происходит. Во всех видах крахмалов содержится очень небольшое количество азота (менее 0,05%), часть которого входит в состав липидов, часть — в состав белков и, возможно, в состав остатков ферментов, участвующих в синтезе крахмала.

Крахмал в основном представляет собой полимеры α-D-глюкозы, которые с химической точки зрения можно разделить как минимум на два типа: амилозы (в целом линейный полимер) и амилопектин (сильно разветвленный полимер). То есть, молекула крахмала состоит из двух химически независимых частей (полисахариды): амилозы (20-30%) и амилопектина (70-80%), соотношение которых зависит от природы растений:

— В кукурузном крахмале амилоза составляет 25% всей массы вещества, а амилопектин — 75%. В восковидная кукурузе — более 95% амилопектина. Выращивают кукурузу и с 75% амилозы. — В картофельном крахмале амилозы — 20%, а амилопектина — 80%, что придает ему специфических свойств. — Крахмал яблок — с 100% амилозы.

Амилоза и амилопектин различаются между собой химическому строению. Однако, оба полисахариды состоят из глюкозных остатков, соединенных между собой образуя линейные или разветвленные цепи. В зернах крахмала молекулы амилозы и амилопектина образуют слои с кристаллической и аморфной строением. Энергия взаимодействия отдельных групп атомов в зерне крахмала зависит от расположения амилозы и амилопектина и их соотношение.

В горячей воде крахмал набухает. При этом амилоза переходит в раствор, а амилопектин образует коллоидный раствор (клейстер). Амилоза растворяется в горячей воде, не образует клейстера; с йодом дает синий цвет. Амилопектин не растворяется в воде, а набухает и образует клейстер. При окрашивание амилопектина йодом он принимает от красного до фиолетового цвет. Молекулы этих двух полисахаридов состоят из остатков глюкозы, соединенных в длинные цепочки. Чем длиннее цепочки амилозы, тем хуже она растворяется. В молекуле амилозы таких остатков в среднем более 1000, в молекуле амилопектина — намного больше.

Под действием ферментов или нагрева с кислотами — подвергается гидролизу.

В качестве растворителей крахмала используют холодную соляную, надхлорного, трихлоруксусной, сульфосалициловую кислоты, растворы CaCl 2, ZnCl 2, MgCl 2, щелочи, глицерин, формамид и др ..

При полном гидролизе в промышленности получают глюкозу, а промежуточными продуктами могут быть олигосахариды, мальтоза (К.Кирхгофф, 1814 гг.):

Под действием амилаз в пищеварительном канале человека и животных крахмал подвергается гидролизу и расщепляется с образованием глюкозы и мальтозы, что расщепляется Мальтаза к глюкозе, которая усваивается организмом.

Химические и физические свойства крахмала

Рассмотрим детальнее химические и физические свойства крахмала. Он представляет собой порошок белого цвета. Иногда допустим желтоватый оттенок. Крахмал не может растворяться в холодной воде. В горячей воде образовывает коллоидный раствор или же клейстер из крахмала. Не имеет вкуса. Имеет щелочной pH, благодаря этому способен окислять организм. При сжатии можно услышать крахмальный скрип из-за трения микрозерен крахмального порошка.

Крахмал довольно сыпучий и по консистенции напоминает муку. Состоит из крахмальных зёрен. Крахмал, изготовленный из разного сырья, будет иметь некоторые отличия. К примеру, рисовый порошок может иметь аромат рисовой крупы, а его структура будет более пористой.

Вещество имеет две формы. Первая из них — линейный полимер, амилоза. Он активно растворяется в горячей воде. Вторая — это амилопектин, также является полимером, но он может лишь набухнуть в воде.

Крахмал является главным источником энергии в растениях. Благодаря фотосинтезу вещество образуется в клетках, а затем накапливается в корнях, семенах или же в клубнях. Живой крахмал (гликоген) формируется в печени и мышечных тканях животных.

Попадая в кислую теплую среду, крахмал гидролизуется. Впоследствии распадается на глюкозу. Так вещество ведёт себя и в желудке человека. Контактируя с йодом, крахмал окрашивается в ярко-синий цвет. Имеет свойства геля или клейстера. Обладает свойствами клейстера или геля.

Содержание крахмала в растениях

Получение крахмала

Крахмал получают из картофеля и риса, реже — из других зерновых. Саго — крахмалистые продукты из древесины саговой пальмы, а также некоторых саговников.

В тропиках выращивают много крохмалоносних растений: батат, ямс, таро, маниок и другие.

Чтобы добыть крахмал, нужно разрушить клеточные стенки и добыть сок. Для этого сырье измельчают на терках, получая кашицу. Чтобы выделить свободный крахмал, кашицу многократно промывают на ситах в ситовых аппаратах. Ситовые аппараты в пять степеней проводят разделение продукта на мезгу и крахмальную суспензию (крахмальное молоко) различной концентрации. Крахмальное молоко рафинируют (очищают). После этого выделенный крахмал многократно промывают чистой водой на специальных центрифугах-пурификаторах или гидроциклонах.

В производстве картофельного крахмала применяют процессы очистки картофеля от легких и тяжелых примесей, мойки, измельчения, выделения клеточного сока, ситування и промывки, центрифугирования и сушки.

Из картофельного крахмала можно получить отдельно амилозы (суперлозу) и амилопектин (ромалин). Для этого на крахмал действуют растворами солей MgSO 4, (NH 4) 2 SO 4, Na 2 SO 4, содержащие н-бутиловый спирт, при 120 ° С. После этого амилозы осаждают при 70 ° С, а амилопектин — 20 ° С.

В производстве кукурузного крахмала существует два способа: сирчистокислотний и щелочной. По первому способу кукурузное зерно замачивают в 0,1-0,2% водном растворе сернистой кислоты при 48-50 ° С в течение двух суток, зерно промывают, грубо измельчают, выделяют зародыш, тонко измельчают, промывают крахмал на ситовых аппаратах, отделяют от мелкой и крупной мезги, глютена (на сепараторах), промывают на вакуум-фильтрах, центрифугируют, высушивают или перерабатывают на крахмало-продукты. По второму способу кукурузу замачивают в водном растворе щелочи, промывают, измельчают, крахмал выделяют и проходят мимо на ситовых аппаратах, центрифугируют, высушивают или направляют без высушивания на переработку.

Фракционирования крахмала

Для разделения крахмала на его компоненты, амилозы и амилопектин, используют два основных способа. Амилозы можно выборочно выщелачиваться из гранул, нагретых чуть выше температуры клейстеризации. При более высоких температурах выщелачиваются не только амилоза, но и амилопектин, из-за чего требуется дополнительное очищение. Фракции, получаемые выщелачивания, трудно поддаются количественной оценке, но если перед процессом водного выщелачивания обработать крахмал горячим водным раствором бутанола, то способность амилопектнна до растворения снизится, в результате чего будет выделено большее количество амилозы.

Другим методом является полное диспергирование гранул с последующим разделением компонентов. Крахмалы злаков очень трудно диспергировать полностью — для этого необходимо, чтобы смесь в течение нескольких часов находилась в автоклаве при температуре около 130 ° С. В этих условиях необходимо предотвратить расщеплению крахмала, то есть обезжирить его, буферизацию и защитить от воздействия кислорода. Существует несколько видов предварительной обработки крахмала, что позволяет его диспергировать полностью. Для этого можно использовать, например, жидкий аммиак, диметилсульфоксид или щелочной раствор. После полного диспергирования крахмала чаще всего для выделения амилозм ее осаждают в виде комплексов с n-бутанолом или тимолом. Для получения чистой амилозы необходимо несколько раз выполнить повторное осаждение. Амилопектин можно получить лиофилизацией или осадить спиртом.

Рейтинг крахмалистых углеводов

Резюмируем: белок надо получать из животных источников, клетчатку – из овощей и фруктов, ГИ пренебрегаем, главное предназначение крахмалистых углеводов – поставлять энергию для усердных тренировок.

Вот мой хит-парад лучших источников энергии. Оговорюсь, что это личное мнение (хоть и основанное на практическом опыте и научных данных), не воспринимайте как догму. Если вы питаетесь булочками и все идет хорошо, то ничего не меняйте. Не надо чинить то, что не сломано.

Но если вы недовольны своим прогрессом, сомневаетесь и хотите что-то поменять, то надеюсь, данная информация поможет.

Лучшие из лучших – самые энергичные углеводы:

• Белый рис и картофель (любые сорта). Практически чистый крахмал с вариациями по уровню амилозы и амилопектина (виды крахмала).
• Ямс и батат (любые сорта). Больше витаминов, чем в обычном картофеле, а также фруктозы /сахарозы.
• Рисовые хлебцы (без добавок). Обычно при обработке удаляются отруби (большинство анти-нутриентов зерна, вызывающих проблемы), то есть остается сам рис, обработанный паром.
• Глюкоза в спортивных добавках. Если вам необходимо заправиться в процессе длительной тренировки, то лучше всего чистый моносахарид.

Середнячки – допустимый вариант, но уже с недостатками:

• Коричневый рис. В зависимости от степени обработки может содержать отруби и зародышевую часть, которые вызывают проблемы при переваривании.
• Бобы, фасоль, чечевица, кукуруза, киноа. Могут содержать лектины (препятствующие усвоению белка); хотя замачивание и отваривание снижает их долю, но зачем «рисковать», когда есть безопасная альтернатива?
• Пророщенные зерна. В пророщенных зернах тоже меньше анти-нутриентов, но все-таки – зачем?
• Овсянка. Содержит белок, похожий на глютен (может вызывать аллергию). А так – отличный источник.

Днище – не стоят потраченных денег, лучше исключить:

• Зерновые с глютеном: пшеница, рожь, ячмень. Забудьте о них.
• Переработанная мука. Широко распространенный продукт, но ничего полезного ни спортсмену, ни обывателю.
• Газировка. Единственная выгода – прибыль производителям и гонорары звездам в рекламе.

Хранение

Хранят крахмал в чистых, сухих, хорошо проветриваемых складах, без постороннего запаха, не зараженных вредителями. Оптимальной для хранения считают 70% -ную относительную влажность воздуха, хотя допускается до 75%, и температуру около 10 ° C. В этих условиях стандарты предусматривают хранение картофельного и кукурузного крахмала 2 года, а пшеничной — 1 год. Длительное хранение существенно снижает клейстеризуючу способность крахмала. В помещениях с повышенной относительной влажностью воздуха он увлажняется, а вследствие микробиологических процессов и порчи приобретает сначала кисловатый, затхлого, а затем и гнилостного запаха.

Применение

Крахмал сельскохозяйственных культур является ведущим компонентом рациона человека, важным сырьем для пищевой, фармацевтической и технических отраслей промышленности: текстильной, нефтяной, бумажной и др.

Крахмал широко применяется в пищевой отрасли как загуститель (E1404), при производстве патоки различного углеводного состава, для получения декстринов, глюкозы (кристаллической глюкозы, глюкозного концентрата, глюкозно-фруктозного сиропа, этанола и других продуктов брожения. Крахмал со степенью гидролиза (по глюкозе) меньше 5% — мальтодекстрин — используется в качестве стабилизатора в производстве майонеза. В производстве сахарных кондитерских изделий крахмал используют как рецептурный компонент рахат-лукума, а также как формовочный компонент для конфет и драже.

Комплексная переработка крахмала крахмал гидролизуется до глюкозы, которая изомеризуется в фруктозу и гидрированием превращается в сорбит, или идет на получение других продуктов — этанола, молочной кислоты, лимонной кислоты; гидролизат смешивается с волокнами для кормов скоту.

Сырьем для производства кристаллической глюкозы является крахмал, полученный из кукурузы, или пшеницы, хотя может быть использован и картофельный крахмал. Однако картофельный крахмал является незаменимым сырьем в других отраслях промиисловости и для производства глюкозы не используется. Основное сырье для производства кристаллической глюкозы — кукурузный крахмал.

Крахмал используют как клей, как микробиологическая среда при получении различных энзимов, антибиотиков, витаминов, а также как основа искусственных биоразлагаемых биополимеров.

Во врачебной практике крахмал очень часто используют как наполнитель и субстрат для изготовления таблеток (в качестве наполнителя в твердых лекарственных формах) и облаток и в пастах, в присыпках и мазях применяют при болезнях кожи, в виде отвара (клейстера) — при заболеваниях желудочно-кишечного тракта как обволакивающим средство. Крахмал и декстрины (продукты неполного гидролиза линейных полисахаридов) положительно влияют на холестериновый обмен, улучшают пищеварение. Он входит как важный компонент практически до всех диет. Также растворы крахмала является частью инфузионных растворов, которые используют для лечения неотложных состояний.

Основной объем крахмалопродуктов готовят из кукурузы, на долю которой приходится 45 млн т, остальные сырьевой базы составляет тапиока (5 млн т), пшеница (4 млн т) и картофель (2500000 т).

Амилопектин пригоден для производства пленок и упаковочного материала, которые можно после использования полностью компостировать.

Ошибки при выборе углеводов

“Я ем углеводную пищу “x”, потому что в ней много белка”. Я тоже качок и тоже обожаю протеин, но мы получаем его не из углеводных продуктов. Белок из зерновых уступает в качестве и обладает худшей биодоступностью по сравнению с животными источниками.

Зачастую именно растительные белки вызывают проблемы со здоровьем, например, у обладающих аллергией на глютен. Организм может усвоить крахмал пшеницы, но на глютен реагирует желудочно-кишечным расстройством, задержкой воды, набором лишнего веса и прочими прелестями.

“Я ем углеводную пищу “y”, потому что в ней много клетчатки”. Поймите меня правильно – я не против клетчатки. Эти волокна очень полезны для здоровья, и их недостаток приводит ко множеству болезней: от гипертонии до камней в почках и рака толстой кишки.

При всем при этом основной объем клетчатки лучше получать из менее крахмалистых источников – овощей и фруктов, в них волокон может содержаться в 8 раз больше. Плюс куча витаминов, минералов, антиоксидантов и фитонутриентов, укрепляющих здоровье.

“Я предпочитаю углеводную пищу “z”, потому что у нее низкий гликемический индекс”. Значение гликемического индекса, мягко говоря, переоценено.

У чистой фруктозы низкий гликемический индекс (ГИ), но она – основной компонент сахара, употребление которого приводит к инсулинорезистентности, диабету II типа и накоплению абдоминального жира. А вот у морковки высокий ГИ – именно поэтому Багз Банни такой толстый