Полисахариды. Крахмал. Амилоза. Амилопектин.
Добавил пользователь Евгений Кузнецов Обновлено: 21.12.2024
Это белый порошок, нерастворимый в холодной воде и образующий коллоидный раствор (крахмальный клейстер) в горячей воде. Существует в двух формах: амилоза – линейный полимер, растворимый в горячей воде, амилопектин – разветвлённый полимер, не растворимый в воде, лишь набухает.
2. Нахождение в природе
Крахмал – основной источник резервной энергии в растительных клетках – образуется в растениях в процессе фотосинтеза и накапливается в клубнях, корнях, семенах:
глюкоза крахмал
Содержится в клубнях картофеля, зёрнах пшеницы, риса, кукурузы.
Гликоген (животный крахмал), образуется в печени и мышцах животных.
3. Строение
Состоит из остатков α — глюкозы.
В состав крахмала входят:
· амилоза (внутренняя часть крахмального зерна) – 10-20%
· амилопектин (оболочка крахмального зерна) – 80-90%
Цепь амилозы включает 200 – 1000 остатков α-глюкозы и имеет неразветвленное строение.
Амилопектин состоит из разветвленных макромолекул, молекулярная масса которых достигает 1 — 6 млн.
Амилоза и амилопектин гидролизуются под действием кислот или ферментов до глюкозы, которая служит непосредственным источником энергии для клеточных реакций, входит в состав крови и тканей, участвует в обменных процессах. Поэтому крахмал – необходимый резервный углевод питания.
Подобно амилопектину построен гликоген (животный крахмал), макромолекулы которого отличаются большей разветвлённостью:
4. Применение
Крахмал широко применяется в различных отраслях промышленности (пищевой, бродильной, фармацевтической, текстильной, бумажной и т.п.).
· Ценный питательный продукт.
· Для накрахмаливания белья.
· В качестве декстринового клея.
5. Химические свойства полисахаридов
Гидролиз :
Гидролиз протекает ступенчато:
крахмал декстрины мальтоза глюкоза
Качественная реакция:
Охлаждённый крахмальный клейстер + I 2 (раствор) = синее окрашивание, которое исчезает при нагревании.
Макромолекула амилозы представляет собой спираль, каждый виток которой состоит из 6 звеньев α-глюкозы.
При взаимодействии амилозы с йодом в водном растворе молекулы йода входят во внутренний канал спирали, образуя так называемое соединение включения. Это соединение имеет характерный синий цвет. Данная реакция используется в аналитических целях для обнаружения, как крахмала, так и йода (йодкрахмальная проба)
Целлюлоза
Целлюлоза (клетчатка) – растительный полисахарид, являющийся самым распространенным органическим веществом на Земле.
1. Физические свойства
Это вещество белого цвета, без вкуса и запаха, нерастворимое в воде, имеющее волокнистое строение. Растворяется в аммиачном растворе гидроксида меди ( II ) – реактиве Швейцера.
2. Нахождение в природе
Этот биополимер обладает большой механической прочностью и выполняет роль опорного материала растений, образуя стенку растительных клеток. В большом количестве целлюлоза содержится в тканях древесины (40-55%), в волокнах льна (60-85%) и хлопка (95-98%). Основная составная часть оболочки растительных клеток. Образуется в растениях в процессе фотосинтеза.
Древесина состоит на 50% из целлюлозы, а хлопок и лён, конопля практически чистая целлюлоза.
Хитин (аналог целлюлозы) – основной компонент наружного скелета членистоногих и других беспозвоночных, а также в составе клеточных стенок грибов и бактерий.
3. Строение
Состоит из остатков β — глюкозы
4. Получение
Получают из древесины
5. Применение
Целлюлоза используется в производстве бумаги, искусственных волокон, пленок, пластмасс, лакокрасочных материалов, бездымного пороха, взрывчатки, твердого ракетного топлива, для получения гидролизного спирта и др.
· Получение ацетатного шёлка – искусственное волокно, оргстекла, негорючей плёнки из ацетилцеллюлозы.
· Получение бездымного пороха из триацетилцеллюлозы (пироксилин).
· Получение коллодия (плотная плёнка для медицины) и целлулоида (изготовление киноленты, игрушек) из диацетилцеллюлозы.
· Изготовление нитей, канатов, бумаги.
· Получение глюкозы, этилового спирта (для получения каучука)
К важнейшим производным целлюлозы относятся:
— метилцеллюлоза (простые метиловые эфиры целлюлозы) общей формулы
— ацетилцеллюлоза (триацетат целлюлозы) – сложный эфир целлюлозы и уксусной кислоты
— нитроцеллюлоза (нитраты целлюлозы) – сложные азотнокислые эфиры целлюлозы:
6. Химические свойства
Гидролиз
Гидролиз протекает ступенчато :
крахмал декстрины мальтоза глюкоза
Реакции этерификации
Целлюлоза – многоатомный спирт, на элементную ячейку полимера приходятся три гидроксильных группы. В связи с этим, для целлюлозы характерны реакции этерификации (образование сложных эфиров). Наибольшее практическое значение имеют реакции с азотной кислотой и уксусным ангидридом. Целлюлоза не дает реакции «серебряного зеркала».
пироксилин
Полностью этерифицированная клетчатка известна под названием пироксилин, который после соответствующей обработки превращается в бездымный порох. В зависимости от условий нитрования можно получить динитрат целлюлозы, который в технике называется коллоксилином. Он так же используется при изготовлении пороха и твердых ракетных топлив. Кроме того, на основе коллоксилина изготавливают целлулоид.
2. Взаимодействие с уксусной кислотой:
При взаимодействии целлюлозы с уксусным ангидридом в присутствии уксусной и серной кислот образуется триацетилцеллюлоза.
Триацетилцеллюлоза (или ацетилцеллюлоза) является ценным продуктом для изготовления негорючей кинопленки и ацетатного шелка. Для этого ацетилцеллюлозу растворяют в смеси дихлорметана и этанола и этот раствор продавливают через фильеры в поток теплого воздуха.
Растворитель испаряется и струйки раствора превращаются в тончайшие нити ацетатного шелка.
Говоря о применении целлюлозы, нельзя не сказать о том, что большое количество целлюлозы расходуется для изготовления различной бумаги. Бумага – это тонкий слой волокон клетчатки, проклеенный и спрессованный на специальной бумагоделательной машине.
Полисахариды. Крахмал. Амилоза. Амилопектин.
Среди полисахаридов наиболее важными являются два полимера глюкозы растительного происхождения: цeллюлoзa, в которой остатки глюкозы связаны в положении β(1→4), и крахмал, в котором основной тип связи α(1→4).
Цeллюлoзa, линейный гомогликан построенный из остатков глюкозы, связанных в положении β(1→4), является самым распространенным органическим соединением . В клеточных стенках растений целлюлоза составляет 40-50%, а в таком важнейшем сыpьe, как хлопковое вoлoкнo, — 98%. Молекулы целлюлозы содержат не менее 10 4 остатков глюкозы [мол. масса (1-2)· 10 6 Да] и могут достигать в длину 6-8 мкм.
Природная целлюлоза обладает высокой механической прочностью, устойчива к химическому и ферментативному гидролизу. Эти свойства связаны с конформацией молекул и особенностями надмолекулярной организации. Неразветвленные связи типа β(1→4) приводят к oбpaзoвaнию линейных целей, которые стабилизированы внутри- и межцепочечными водородными мостиками ( 1 ). Уже в процессе биосинтеза ассоциаты из 10-100 молекул объединяются в элементарные фибриллы диаметром около 4 нм. Примерно 20 таких элементарных фибрилл формируют микрофибриллу ( 2 ), которая видна под электронным микроскопом.
Целлюлозные микрофибриллы образуют основной каркас первичной оболочки растущих растительных клеток ( 3 ). Здесь они образуют сложную сетку в комплексе с другими полисахаридами. Связанные сахариды включают гемицеллюлозу — смесь преимущественно нейтральных гетерогликанов (кcилaнa, кcилoгликaнa, галактана и др.). Гемицеллюлоза ассоциирует с целлюлозными фибриллами за счет нековалентных связей, Эти комплексы связываются с нейтральными и кислыми пектинами , построенными в основном из галактуроновой кислоты. Наконец, в образовании первичной оболочки принимает участие коллагеноподобный белок экстенсин .
Высшие животные не могут усваивать целлюлозу, однако целлюлоза представляет интерес как инертный наполнитель (см. рис. 261). У многих травоядных (например, у жвачных животных) в желудочно-кишечном тракте содержатся cимбиoтичecкиe бактерии, способные расщеплять целлюлозу и тем самым переводить ее в форму, полезную для организма хозяина.
Крахмал, широко распространенный резервный полисахарид растений, является наиболее важным углеводным компонентом пищевого рациона . В растениях крахмал содержится в хлоропластах листьев, плодах, семенах и клубнях. Ocoбeннo высоко содержание крахмала в зерновых культурах (до 75% от сухой массы), клубнях картофеля (примерно 65%) и других запасающих частях растений.
Крахмал откладывается в форме микроскопических гранул в специальных органеллах, амилопластах. Kрахмальные гранулы практически не растворяются в холодной воде, однако они сильно набухают в воде при нагревании. При продолжительном кипячении примерно 15-25% крахмала переходит в раствор в виде коллоида. Этот «растворимый крахмал» носит название амилоза. Ocтальная часть, амилопектин, нe растворяется даже при очень длительном кипячении.
Амилоза cocтоит из неразветвленных цепей , включающих 200-300 остатков глюкозы, связанных в положении α(1→4). Благодаря α-конфигурации при С-1, цепи образуют спираль, в которой на один виток приходится 6-8 остатков глюкозы ( 1 ). Синяя окраска растворимого крахмала при добавлении иода (иод-крахмальная реакция) связана с присутствием такой спирали. Атомы иода образуют цепочку вдоль оси спирали и в этом преимущественно неводном окружении приобретают темно-синюю окраску. Сильно разветвленные полисахариды, такие, как амилопектин или гликоген, окрашиваются в присутствии иода в коричневый или красно-коричневый цвет.
8 отличие от амилозы практически нерастворимый в воде амилопектин имеет разветвленную структуру . В среднем один из 20-25 остатков глюкозы содержит боковую цепь, присоединенную в положении α(1→6). При этом формируется древовидная структура, в которой, как и в амилозе, имеется лишь одна cвoбoднaя аномерная ОН-группа. Молекула амилопектина может включать сотни тысяч остатков глюкозы, и иметь молекулярную массу порядка 10 8 Да.
Урок 11. Полисахариды. Крахмал. Целлюлоза
Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: урок посвящён полисахаридам, их строению, свойствам, знакомству с самыми распространёнными полисахаридами: крахмалом и целлюлозой, их структурой, свойствами, нахождением в природе и ролью в жизни человека.
Полисахариды – это высокомолекулярные углеводы, состоящие из большого числа молекул моносахаридов.
Реакция поликонденсации – процесс образования макромолекул, в котором выделяется низкомолекулярный побочный продукт.
Крахмал – продукт поликонденсации молекул альфа-глюкозы.
Целлюлоза – продукт поликонденсации молекул бета-глюкозы.
Реакция этерификации – процесс взаимодействия органического соединения, содержащего спиртовые функциональные группы, с кислотой, в результате которого образуется сложный эфир и вода.
Амилоза – линейные макромолекулы, состоящие из остатков альфа-глюкозы, входят в состав крахмала.
Амилопектин – разветвлённые макромолекулы, состоящие из остатков альфа-глюкозы, входят в состав крахмала.
Ацетатное волокно – искусственное волокно, получаемое на основе триацетата целлюлозы.
Основная литература: Рудзитис, Г. Е., Фельдман, Ф. Г. Химия. 10 класс. Базовый уровень; учебник/ Г. Е. Рудзитис, Ф. Г, Фельдман – М.: Просвещение, 2018. – 224 с.
Дополнительная литература:
1. Рябов, М.А. Сборник задач, упражнений и тестов по химии. К учебникам Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман «Химия. 10 класс» и «Химия. 11 класс»: учебное пособие / М.А. Рябов. – М.: Экзамен. – 2013. – 256 с.
2. Рудзитис, Г.Е. Химия. 10 класс : учебное пособие для общеобразовательных организаций. Углублённый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М. : Просвещение. – 2018. – 352 с.
Открытые электронные ресурсы:
ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ
Полисахариды – это высокомолекулярные углеводы, состоящие из большого числа молекул моносахаридов.
Картофельный и кукурузный крахмал, гликоген, целлюлоза, входящая в состав древесины и хлопка, хитин, из которого построены панцири насекомых – это всё полисахариды.
Образование молекул полисахаридов
Крахмал состоит из макромолекул, которые образованы большим количеством молекул альфа-глюкозы.
При соединении двух молекул альфа-глюкозы образуется побочный продукт – молекула воды.
Реакция образования макромолекул, в которой выделяется низкомолекулярный побочный продукт, называется реакцией поликонденсации.
В результате реакции поликонденсации из молекул альфа-глюкозы: могут образовываться линейные макромолекулы.
Линейная макромолекула, образованная из молекул альфа-глюкозы, называется амилоза.
В результате поликонденсации молекул альфа-глюкозы могут образовываться и разветвленные макромолекулы, которые называются амилопектин.
Смесь амилозы и амилопектина называется крахмалом.
Макромолекулы целлюлозы образуются из молекул бета-глюкозы.
Образование целлюлозы также происходит в результате реакции поликонденсации. При этом образуется побочный низкомолекулярный продукт – вода.
Цепь молекулы целлюлозы образуется в результате последовательного присоединения всё новых и новых молекул бета-глюкозы.
Макромолекулы целлюлозы, в отличие от крахмала, имеют линейное строение.
Физические и химические свойства крахмала и целлюлозы
Крахмал – белый аморфный порошок без вкуса и запаха. Крахмал не растворяется в холодной воде, а в горячей воде набухает и образует клейстер.
Целлюлоза – белое твёрдое нерастворимое в воде вещество без вкуса и запаха.
При добавлении в качестве катализатора небольшого количества кислоты в раствор крахмала происходит его гидролиз. Макромолекулы распадаются на молекулы меньших размеров (декстрин, мальтоза), конечным продуктом реакции гидролиза является альфа-глюкоза.
Механизм реакции следующий: положительно заряженный ион водорода притягивается к кислородному мостику между двумя остатками альфа-глюкозы, соединяется с атомом кислорода. В результате связь разрывается. На атоме углерода второго фрагмента молекулы крахмала образуется положительный заряд, который притягивает к себе молекулу воды. Кислород в молекуле воды присоединяется к атому углерода, а один из ионов водорода отрывается от молекулы воды. В результате образуются молекулы декстрина, которые по такому же механизму гидролизуются с образованием молекул мальтозы. Конечным продуктом гидролиза крахмала являются молекулы альфа-глюкозы.
Если к раствору крахмала добавить каплю раствора йода, появляется синяя окраска. Это качественная реакция на крахмал.
При действии на целлюлозу уксусной кислоты образуются ацетатные эфиры целлюлозы.
Нахождение крахмала и целлюлозы в природе
Крахмал и целлюлоза широко распространены в природе.
Крахмал входит в состав многих растений. В пшенице содержание крахмала составляет 64 %, в рисе – 75 %, в кукурузе – 70 % и в картофеле – 24 %.
Целлюлоза – основной материал клеток растений, она придает прочность стеблям и веткам. Больше всего – 98 % целлюлозы в хлопковом волокне, до 85 % её содержится в льняном волокне. Древесина содержит до 50 % целлюлозы, а в соломе её 30 %.
Роль крахмала и целлюлозы в жизни человека
Полисахариды играют важную роль в жизни человека. Во-первых, полисахариды – это источник углеводов. Из полисахаридов делают бумагу, синтетические волокна и ткани (вискозный, ацетатный, медно-аммиачный шёлк, искусственный мех), фото- и киноплёнку, и даже взрывчатые вещества (бездымный порох).
ПРИМЕРЫ И РАЗБОР РЕШЕНИЙ ЗАДАЧ ТРЕНИРОВОЧНОГО МОДУЛЯ
1. Решение задачи на расчёт количества готового продукта, изготовленного из полисахаридов.
Условие задачи: Сколько бумаги (тонн) можно изготовить из 400 м 3 древесины, если содержание целлюлозы в них составляет 52%, а для производства 1 кг печатной бумаги требуется 1,5 кг целлюлозы? Плотность древесины составляет 500 кг/м 3 . Ответ запишите в виде десятичной дроби с точностью до десятых.
Шаг первый: вычислить массу данного в условии объёма древесины:
400·500 = 200000 кг.
Шаг второй: вычислить массу целлюлозы, содержащуюся в 200000 кг древесины:
200000·0,52 = 104000 кг.
Шаг третий: из пропорции найти массу бумаги, которую можно получить из 104000 кг древесины.
кг = 69,3 т.
2. Решение задач на нахождение выхода продукта реакции.
Условие задачи: Вычислите выход глюкозы, если из хлопка массой 150 кг получили 110 кг этого моносахарида. Массовая доля целлюлозы в хлопке составляет 95%. Ответ выразите в процентах, запишите в виде целого числа.
Шаг первый: вычислить содержание целлюлозы в 150 кг хлопка.
150·0,95 = 142,5 кг.
Шаг второй: записать уравнение реакции гидролиза целлюлозы с образованием глюкозы:
(С6Н10О5)п + пН2О пС6Н12О6.
Шаг третий: вычислить молярные массы целлюлозы и глюкозы:
Шаг четвёртый: с помощью пропорции найти теоретически возможное количество глюкозы, которое может быть получено по этой реакции:
кг.
Шаг пятый: найти выход глюкозы как отношение практически полученного количества глюкозы к теоретически возможному, выраженное в процентах:
Полисахариды
Наиболее распространенными полисахаридами в растениях являются крахмал, клетчатка, пектиновые вещества.
Крахмал — это полимер, состоящий из остатков а-глюкозы и представляющий собой, как правило, смесь двух полисахаридов: амилозы (10-20%) и амилопектина (80-90%).
Крахмал образуется в листьях растений. Его называют видимым продуктом фотосинтеза. Злаковые культуры и картофель содержат 60-80% крахмала, который является основным запасным питательным веществом растений. Крахмал в значительном количестве входит, например, в состав хлеба.
Крахмал не растворяется в воде, в горячей воде клейстеризуется, в реакции с йодом дает синее окрашивание.
Амилоза — это линейный полимер, молекула которого содержит до нескольких тысяч остатков oc-D-глюкозы, соединенных между собой а-1,4-гликозидными связями.
Цепочка амилозы закручена в спираль. Амилоза растворима в горячей воде, дает с йодом синее окрашивание.
Амилопектин имеет разветвленную структуру, остатки молекул a-D-глюкозы в нем соединены между собой а-1,4- и а-1,6-гликозидными связями.
Строение амилопектина сложнее, чем амилозы. В состав его молекулы входят десятки тысяч остатков a-D-глюкозы. В обычных условиях амилопектин не растворяется в воде; образует с йодом красно-фиолетовое окрашивание. По своей молекулярной массе амилопектин превосходит амилозу.
Соотношение амилозы и амилопектина в крахмале может различаться. Так, крахмал яблок состоит только из амилозы, а крахмал некоторых сортов кукурузы, ячменя и риса — только из амилопектина.
Если обозначить остаток молекул a-глюкозы кружочком, то схематично можно изобразить строение амилозы и амилопектина следующим образом:
Амилопектин схож по своему строению с животным крахмалом (гликогеном), который, однако, отличается большей разветвленностью молекулы.
Ферментативный гидролиз крахмала. Крахмал гидролизуют ферменты амилазы — a-амилаза, р-амилаза, глюкоамилаза.
A-Амилаза синтезируется клетками растений, животных, микроорганизмов. Активная a-амилаза находится в проросшем зерне, р-Амилаза встречается реже, обнаружена в основном у высших растений. Она встречается как в проросшем зерне, так и в не проросшем. Глгокоамилаза вырабатывается плесневыми грибами.
Как а-, так и р-амилаза гидролизуют в крахмале а-1,4-гликозидные связи. Глюкоамилаза способна гидролизовать как а-1,4-, так и а-1,6-гликозидные связи. а-Амилаза гидролизует крахмал хаотично, неупорядоченно. Фермент расщепляет его на значительное количество декстринов, которые состоят из небольшого числа остатков глюкозы. Различают амилодекстрины, эритродекстрины, ахроодектрины, мальтодекстрины. Они отличаются молекулярной массой, окраской с йодом и другими свойствами.
Амилаза оказывает на крахмал осахаривающее действие, последовательно отщепляя остатки мальтозы от не восстанавливающих концов амилопектина, останавливаясь перед точкой
Ветвления со связью а-1,6. Фермент полностью расщепляет амилозу до мальтозы. В результате крахмал гидролизуется на значительное количество мальтозы и незначительное количество декстринов.
Воздействие а — и р-амилазы на крахмал может быть представлено в виде следующей схемы:
А-амилаза крахмал декстрины + немного мальтозы р-амилаза крахмал мальтоза + немного декстринов. Ни а-, ни р-амилаза по отдельности не могут полностью гидролизовать крахмал до глюкозы. При их совместном действии крахмал гидролизуется на 95%.
Ферменты а — и р-амилаза различаются по термостабильности и по отношению к рН среды. а-Амилаза более термоустойчива, чем р-амилаза, ибо выдерживает прогревание до 70°С;
Р-амилаза при этом полностью инактивируется.
А-Амилаза чувствительна к кислой среде, однако р-амилаза имеет оптимум действия в более кислой среде. Это свойство используют в пищевой промышленности.
В процессе брожения в тесте из муки, полученной из проросшего зерна, накапливается значительное количество декстринов, придающих мякишу хлеба плохую эластичность, заминаемость, недостаточную пористость и неприятный вкус. Поскольку а-амилаза весьма чувствительна к повышению кислотности и резко понижает при этом свою активность, тесто из муки, полученной из проросшего зерна, замешивают обычно на так называемых жидких дрожжах или молочнокислых заквасках. Таким образом, обеспечивают накопление в тесте повышенного количества молочной кислоты, угнетающей а-амилазу и тормозящей не-желательное образование декстринов.
В результате действия глюкоамилазы крахмал полностью гидролизуется до глюкозы. С помощью этого фермента можно получать глюкозу для пищевых и медицинских целей, не прибегая к кислотному гидролизу крахмала.
Клетчатка является наиболее распространенным в природе органическим соединением. Древесина примерно на 50% состоит из клетчатки. Клетчатка — это полимер остатков p-D-глюкозы, соединенных между собой Р-1,4-гликозидными связями.
Клетчатка — линейный полимер. Остатки р-ипокозы образуют цепочки, плотно прилегающие друг к другу. Цепочки, соединяясь между собой водородными связями, формируют пучки, которые придают ей высокую прочность. Таким образом, обладая значительной жесткостью, клетчатка играет роль скелета у растений.
Связь р-1.4 очень прочная, поэтому клетчатка химически инертна. Она не растворима в воде. При кипячении в концентрированных кислотах клетчатка гидролизуется с образованием глюкозы.
Клетчатка не усваивается человеком, но ее способны усваивать, например, жвачные животные. Однако она оказывает на человеческий организм благотворное влияние, так как раздражает нервные окончания, находящиеся в стенках кишечника, нормализуя работу желудочно-кишечного тракта.
Клетчатка входит в состав оболочек зерна. Следовательно, хлеб, полученный из муки грубого помола, богат этим полисахаридом.
Пектиновые вещества содержатся во фруктах, ягодах, овощах, а также в стеблях и листьях растений. Пектиновые вещества обнаружены как в стенках клеток, так и в межклеточном пространстве. Они выполняют роль склеивающего материала.
В незрелых плодах пектиновые вещества содержатся в виде нерастворимого в воде протопектина. С этим связана жесткость незрелых плодов. При созревании плодов протопектин под действием гипотетического фермента протопектиназы переходит в растворимый пектин.
Растворимый пектин представляет собой сложный эфир метилового спирта и полигалактуроновой кислоты с разной степенью этерификации.
Особенность растворимого пектина состоит в том, что он образует студни. Желирующая способность пектина обусловлена наличием метоксильной группы (-0-СН3); чем больше в растворимом пектине метоксильных групп, тем выше его желирующая способность. Это свойство пектина используется в кондитерской промышленности при производстве пастилы, зефира, мармелада и других подобных изделий.
Пектиновые вещества играют отрицательную роль в виноделии й при производстве соков, так как они ведут к образованию осадков, появлению мути, мешающей фильтрации. Для осветления вина и соков удаляют метоксильные группы, используя фермент пектинэстеразу, который разрушает сложноэфирные связи, образуя при этом полигалактуроновую кислоту. Полигалактуроновая кислота дает соли — пектаты, которые нерастворимы в воде и поэтому легко могут быть удалены.
Пектиновые вещества не усваиваются организмом человека, однако играют важную роль в обмене веществ, так как связывают и выводят тяжелые металлы.
Колледж фитнеса приглашает на открытые онлайн уроки всех желающих .Уроки проводятся педагогами колледжа. На них мы рассматриваем различные темы фитнеса, развенчиваем фитнес мифы, отвечаем на вопросы. Во время прямого эфира преподавателям можно задавать вопросы. Все прошедшие уроки доступны в записи для просмотра.
Федеральная льготная программа обучения
Вы можете получить преимущества при поступлении на обучение воспользовавшись кейсом по федеральной льготной программе.
Прием документов на новый учебный год
В колледже фитнеса открыт прием на очное, заочное и онлайн обучение на новый учебный год. Выбрать программу обучения на тренера по фитнесу или инструктора, а также курсы повышения квалификации для тренеров и инструкторов можно в приемной комиссии или на сайте.
ТАКОЙ РАЗНЫЙ КРАХМАЛ: АМИЛОЗА И АМИЛОПЕКТИН
Научно-практическая статья спикера II Международной фитнес-конвенции «Т..Р.И.У.М.Ф.» Софьи Кирюхиной
С каждый днем сторонников правильного питания и здорового образа жизни становится все больше. Люди стали больше обращать внимание на собственное здоровье, внешний вид. Часто в сети Интернет можно встретить информацию от докторов, тренеров и фитнес моделей о том, что крахмал является причиной многочисленных болезней, связанных с нарушением обмена веществ. Люди бездумно этому верят и интересуются, в каких продуктах содержится крахмал, и стараются оградить себя от его употребления. Действительно ли крахмал так вреден?
Крахмалы с древних времен являлись наиболее часто употребляемым типом углеводов и важным источником энергии для многих людей, наши предки получали из продуктов, содержащих крахмал, множество питательных веществ и микронутриентов. Основными источниками крахмала являются бобовые, пшеница, кукуруза, рис, картофель. В настоящее время крахмал повсеместно применяют в различных отраслях пищевой промышленности (кондитерском, хлебопекарном, колбасном и др.), чем и подтверждается актуальность данной темы. Ведь многие продукты, которые мы сегодня употребляем в пищу в том или ином виде содержат крахмал, поэтому нам необходимо разобраться, какой крахмал полезен и в каких продуктах, а когда его необходимо избегать.
Цель данной работы: проанализировать содержание крахмала в различных продуктах питания.
Крахмал состоит из молекул глюкозы и является сложным углеводом, в котором присутствуют два типа полимеров: амилоза и амилопектин, разница лишь в том, что амилопектин состоит из разветвленных молекул глюкозы имеет разветвленное строение, легко расщепляется на более мелкие части в процессе пищеварения и интенсивнее повышает уровень сахара в крови и, как следствие, уровень инсулина (преобладает в гликемических крахмалах), а амилоза состоит из линейных или слаборазветвлённых цепочек, долго переваривается (содержится в основном в устойчивых крахмалах). В зависимости от того, какой из полимеров преобладает крахмалы разделяют на гликемические, которые легко перевариваются, и резистентные.
Гликемические крахмалы расщепляются в желудочно-кишечном тракте под действием амилазы, выделяемого поджелудочной железой и, в зависимости от скорости переваривания, рассматриваются как быстро- и медленно перевариваемые. Например, быстро и полностью перевариваемым в тонком кишечнике считается картофельное пюре, так как в нем крахмал находится в желатинизированном состоянии. Медленно, но полностью перевариваемые крахмалы содержатся, например, в макаронных изделиях, особенно в приготовленных по классическому итальянскому рецепту, то есть аль-денте, это позволяют крахмалу долго растворяться в организме, постепенно переходя в глюкозу.
Самым полезным для человеческого организма является устойчивый (резистентный) крахмал. По данным исследования: потребление резистентных крахмалов улучшает ряд физиологических показателей человека: гликемический и инсулиновый индекс, липидный состав крови, увеличивает чувство насыщения. Все дело в том, что такой крахмал недоступен для ферментации в тонком кишечнике. Однако, попадая в толстый кишечник и прямую кишку, он становится доступным для ферментации, таким образом, физиологическая функциональность таких крахмалов подобна пищевым волокнам (клетчатки).
Подтверждение этому следующее, из 1 г устойчивых крахмалов тело способно извлечь только 2 ккал — при том, что в 1 г углеводов (а крахмалы — это углеводы) всегда около 4 ккал, все потому что углеводы расщепляются до глюкозы, а устойчивый крахмал бактерии не способны расщепить до глюкозы, он расщепляется до масляной и иных короткоцепочечных жирных кислот —он превращается не в сахар, а в очень полезный жир. Тип углеводов и крахмалов, которые мы употребляем, определяет, сколько калорий мы получаем, стоит только сравнить картофельные чипсы и вареную картошку, батончик шоколада со злаками и овсянку.
Существует четыре вида резистентного крахмала:
RS1-Крахмалы, содержащиеся в продуктах, имеющих твердую волокнистую оболочку, которые не поддаются расщеплению с помощью энзимов в ЖКТ. Содержится в бобовых, цельнозерновых, семенах. Однако в консервированной фасоли и горохе почти нет резистентного крахмала.
Содержание устойчивого крахмала в продуктах
Содержание устойчивого крахмала (г) на 100 г продукта
Овсяные хлопья, сырые
Хлопья зародышей пшеницы
Фасоль белая вареная
Консервированная фасоль или горох
RS2 - Крахмалы, которые ферменты пищеварительной системы человека не могут расщепить на белки, жиры и углеводы. Сюда можно отнести сырой картофель и недозрелые бананы, кукурузу, с высоким содержанием амилозы. Например, в неспелых плодах банана 4г. резистентного крахмала на 100г., который при созревании превращается в обычный.
Стоит быть аккуратнее с кукурузой, так как количество резистентного крахмала еще зависит от качества произведенный продукции и сорта. Например, в некоторых разновидностях кукурузы амилоза присутствует менее, чем на 1% (например, восковидная кукуруза).Другие виды кукурузы, напротив, содержат от 55 до 80% амилозы, но их очень редко выращивают, так как чем выше содержание амилозы, тем ниже урожайность культуры, в среднем кукуруза содержит 15-20% резистентного крахмала.
RS3- «Ретроградные» крахмалы, их особенность в том, что они при остывании меняют свою структуру и снова становятся более устойчивыми к пищеварению. Образуется в хлебе, зерновых (кукурузных хлопьях, в приготовленном и охлаждённом картофеле, холодном рисе, охлаждённых макаронах, сухариках и др.), доля резистентного крахмала в таких продуктах в незначительном количестве – не более 5%.
Содержание устойчивого крахмала в продуктах
Содержание устойчивого крахмала (г) на 100 г продукта
Итальянский хлеб, тост
Хлеб на закваске
Макаронные изделия из пшеницы
Круассаны, булочки, батончик мюсли, сахарное печенье.
В различных сортах риса содержится от 0,5 до 4,5% резистентного крахмала, примерно 1 - 3,5г резистентного крахмала на 100г, неочищенном(буром) рисе 1,7 г. Консистенция сваренного риса и его глянец определяются в основном отношением «амилоза – амилопектин» в крахмале. Если рис после варки рассыпчатый то он содержит в себе высокое или среднее количество амилазы, устойчивого крахмала, а низкоамилозный рис – клейкий или полурассыпчатый. Чаще всего в круглозернистом рисе меньше амилозы, поэтому он слипается. Но в рисе можно повысить содержание резистентного крахмала, что доказал Судхаир Джеймс, студент шри-ланкийского Колледжа Химических Наук, для этого нужно — сварить рис с добавлением небольшого количества жира, например, кокосового масла, дать ему остыть и убрать на 12 часов в холодильник, эта процедура повышает содержание резистентного крахмала в рисе в 10 раз.
Рассмотрим картофель – один из главных источников резистентного крахмала, но только при правильном приготовлении, так, например, только что приготовленный картофель содержит в себе 1,6 грамма резистентного крахмала на 100г, а батат 1,8 г. Однако, приготовление и последующее охлаждение картофеля или батата приводит к почти двукратному увеличению резистентного крахмала, что составляет 5 грамм на 100 грамм продукта, почти не теряется крахмал в картофеле в процессе жарки, а вот, как отмечалось ранее, в картофельном пюре резистентного крахмала почти нет, он превращается в гликимический.
Содержание устойчивого крахмала в картофеле и батате
Содержание устойчивого крахмала (г) на 100 г продукта
Вареный и охлажденный картофель или батат
Чтобы получить максимальный эффект от устойчивых крахмалов — надо потреблять их по возможности в наименее обработанном виде, нагревание разрушает сложные крахмалы, поэтому ряд народных советов приобретают значение: замачивание или проращивание круп значительно укорачивает время их приготовления и сохраниет в целосности сложные углеводы. Только правильное приготовление и употребление продуктов, содержащих резистентный крахмал, убивает в кишечнике предраковые клетки», — говорит Джанин Хиггинс, кандидат наук, исследователь Онкологического центра при Университете Колорадо. (Правильное употребление – это при комнатной температуре или ниже).
Существует еще один вид резистентного крахмала RS4, который не встречается в природе, а производится промышленным способом.
В современном мире продукты все чаще перерабатывают, так сейчас из различных крахмалосодержащих продуктов получают крахмал с высоким содержанием амилозы или амилопектина. Например, крахмал зерновых культур может содержать от 15% до 28% амилозы, крахмал кукурузы на 75–80% состоит из амилопектина и лишь 20–25% из амилозы, крахмалы клубневых (картофель, например) содержат 17 - 22% амилозы, тогда как в крахмалах бобовых (чечевица, фасоль, нут…) её гораздо больше - от 33 до 66%.
В процессе приготовления хлебобулочных изделий используют чаще всего пшеничную муку высшего сорта для повышения качества мучных изделий, такая мука состоит почти из одного амилопектина, а значит, является «быстрым углеводом». Исследования, проведенные в Белгородском научно-исследовательском институте сельского хозяйства Россельхозакадемии и Белгородском государственном национальном исследовательском университете, установили, что готовая продукция из муки пшеницы с низким содержанием амилозы устойчива к черствению. Часто даже используют муку пшеницы вакси, особенностью которой является отсутствие в составе ее крахмала амилозы, что увеличивает сроков сохранения свежести продуктов. Особые сорта зерновых и кукурузы (waxy, восковые), а также ячменя (шведская компания Swecarb AB, торговая марка Vitargo) содержащие только амилопектин требуемого размера. Так же очень много подобного крахмала содержат в себе каши быстрого приготовления и манка.
То же касается и киселя, который изготавливается из крахмала, чаще всего картофельного или кукурузного. Крахмал в процессе приготовления киселя желатинируется, если это происходит сильнее, значит содержание амилозы ниже и тем лучше он может быть расщеплен альфа-амилазами-пищеварительными фирментами, т.е. фактически при нагревании крахмала мы получаем чистую глюкозу.
Но настоящую опасность таит в себе рафинированный и модифицированный крахмал. Он не даст организму ничего, из чего тот мог бы извлечь выгоду, именно в таком веществе наблюдается отсутствие пищевых волокон, так необходимых организму, и слишком малое количество полезных веществ, но он дает человеческому организму энергию и не перегружает ЖКТ. Модифицированные крахмалы нашли применение и в различных отраслях пищевой промышленности. Например, при производстве детского питания используют модифицированный крахмал от 3 до 6%: рисовый, кукурузный или картофельный, его изменяют для того, чтобы такой крахмал быстрее расщепился до глюкозы, и не вызывал у ребенка проблемы с пищеварением.
В России в производстве мясных продуктов используются нативные крахмалы: картофельный, пшеничный и импортный тапиоковый, структура таких крахмалов включает преимущественно полисахарид – ветвистый амилопектин, который быстро расщепляется и повышает уровень глюкозы в крови.
В спортивном питании для разных целей используют крахмал. Углвеводные напитки делают именно из амилопектина, дабы не «грузить» ЖКТ и дать возможность быстрейшему поступлению углеводов в кровоток на тренировке, такие углеводы на 70% быстрее восполняют потери гликогена (Скандинавский журнал Гастроэнтерологии (Scand. J. Gastroenterol 2000;35:1143-1149.) и Европейский журнал Прикладной Физиологии (Eur J Appl Physiol 81:346-351.) В диетологии же особенность более долгого переваривания полимеров амилозы используют наоборот для придания углеводам «долготы», т.е. более пролонгированного переваривания. Есть ухищрения эту «долготу» еще и удлинять, воздействую химическим способом. К примеру, разработан такой крахмал со сложно проговариваемым названием Гидроксипропил дистракционый фосфат, сокращенно HDP-крахмал.
В современном мире наблюдается тенденция к уменьшению употребления устойчивых крахмалов. Это объясняется широким распространением продуктов промышленной переработки, которые содержат существенно меньше данного крахмала. Люди едят чипсы вместо картофеля, овсяные батончики вместо овсяных хлопьев, бургеры вместо мяса. Минимальная норма резистентного крахмала составляет от 10грамм в сутки, но она может доходить до 50 г. Добавив в свой рацион устойчивый крахмал, уже через четыре недели можно увидеть, что чувствительность к инсулину увеличивается на 33-50 процентов( Nutrients. 2013).Устойчивые крахмалы смягчают состояние при запорах, синдроме возбудимого кишечника, язвенном колите. Исследование австралийских ученых показало, что неперевариваемый крахмал может помочь компенсировать эффект от частого употребления красного мяса, повышающего риск развития рака кишечника Результаты проведенной работы опубликованы в журнале Cancer Prevention Research). Устойчивые крахмалы помогают чувствовать сытость.
Подводя итог, хочется сказать, что устойчивый крахмал необходим нашему организму, так как он обладает многими полезными свойствами, поэтому каждому, кто заботиться о своем здоровье необходимо добавить в свой рацион: бобовые, зерновые, картофель, неспелые бананы и другие продукты, с высоким содержанием амилозы и ограничить употребление обработанных продуктов, например, злаковых батончиков. Особое внимание следует уделить процессу приготовления крахмалосодержащих продуктов, для того чтобы в процессе обработки не потерять самый ценный для нашего организма резистентный крахмал.
Читайте также: