Описание молекулы крахмала

Биохимические свойства

Крахмал (формула – (С6Н10О5)n) – это белое гранулированное органическое вещество, которое вырабатывается всеми зелеными растениями.

Являет собой безвкусный порошок, нерастворимый в холодной воде, спирте и большинстве других растворителей. Эта субстанция принадлежит к группе полисахаридов. Наипростейшая форма крахмала – линейный полимер амилозы. Разветвленная форма представлена амилопектином. В реакции с водой образовывает клейстер.

В зеленых растениях крахмал производится от избытка глюкозы, полученной в результате фотосинтеза. Для растений это вещество служит источником энергии. Крахмал в форме гранул хранится в хлоропластах. В некоторых растениях наивысшая концентрация вещества содержится в корнях и клубнях, в других – в стеблях, семенах.

Если возникает такая необходимость, это вещество может распадаться (под воздействием ферментов и воды), создавая глюкозу, которую растения используют в качестве подпитки. В человеческом организме, а также в телах животных молекула крахмала также распадается на сахара, а они также служат источником энергии.

Химические свойства

К таковым можно отнести следующие:

  • крахмал — это гранулированный порошок белого цвета, не имеющий вкуса и запаха;
  • при растирании и сжатии скрипит, как снег на морозе;
  • не плавится, не возгоняется, а при нагревании до 410 °C загорается;
  • нерастворим в холодной воде, спирте и большинстве других растворителей;
  • горячая вода вызывает набухание и частичное растворение гранул крахмала, что приводит к образованию коллоидного раствора (крахмального клейстера).

(C6H10O5) n n H2O→ n C6H12O6

(C6H10O5) n → (C6Н10O5) m (декстрины (m{amp}lt;n)) → xC12H22O11 (мальтоза) → nC6H12O6 (глюкоза)

В живых организмах в этом процессе роль катализаторов играют ферменты.

Безвкусный, аморфный порошок белого цвета, нерастворимый в холодной воде. Под микроскопом видно, что это зернистый порошок; при сжатии порошка крахмала в руке он издаёт характерный «скрип», вызванный трением частиц.

В горячей воде набухает (растворяется), образуя коллоидный раствор — клейстер; с раствором йода образует соединение-включение, которое имеет синюю окраску. В воде, при добавлении кислот (разбавленная H2SO4 и др.) как катализатора, постепенно гидролизуется с уменьшением молекулярной массы, с образованием т. н. «растворимого крахмала», декстринов, вплоть до глюкозы.

Молекулы крахмала неоднородны по размерам. Крахмал представляет собой смесь линейных и разветвлённых макромолекул.

При действии ферментов или нагревании с кислотами подвергается гидролизу. Уравнение:(C6H10O5)n nH2O—H2SO4→ nC6H12O6.

Качественные реакции:

  • Крахмал, в отличие от глюкозы, не даёт реакции серебряного зеркала;
  • Подобно сахарозе, не восстанавливает гидроксид меди (II);
  • Взаимодействует с йодом (окрашивание в синий цвет).

Как работает в человеческом организме

Углеводы являются главным источником «топлива» для нашего организма. После того, как пищеварительная система преобразовала еду в глюкозу, тело использует ее для активации всех клеток и органов. Остатки хранятся в печени и мышцах. В качестве универсального источника «топлива» называют мучные продукты, содержащие крахмалы и клетчатку – углеводы, способствующие здоровому перевариванию пищи и контролирующие сахар в крови. Такие источники углеводов расщепляются медленнее, чем простые, надолго обеспечивают поставки энергии и чувство сытости между приемами пищи.

Биосинтез

6CO2 6H2O → C6H12O6 6O2

nC6H12O6(глюкоза) → (C6H10O5)n nH2O

В общем виде это можно записать как 6nCO2 5nH2O → (C6H10O5)n 6nO2.

Крахмал в качестве резервного питания накапливается в клубнях, плодах, семенах растений. Так, в наиболее часто используемых для производства крахмала растениях, клубнях картофеля содержится до 24 % крахмала, в зёрнах пшеницы — до 64 %, риса — 75 %, кукурузы — 70 %.

Функции в организме

Единственная роль крахмала в рационе человека – превращение в глюкозу для получения дополнительной энергии.

Этот процесс начинается уже в тот момент, когда крахмалистая пища попадает в ротовую полость. На этом этапе слюна окружает молекулы крахмала, воздействуя на них, так возникает продукт расщепления – мальтоза, более простой углевод. Затем новое вещество попадает в тонкую кишку, где оно проходит очередные трансформации и превращается в глюкозу.

Меж тем организм не способен использовать за один «присест» сразу всю порцию глюкозы, полученной из крахмалов. Лишнее хранится в виде гликогена в тканях печени и мышц. И когда организм переживает упадок сил, гликоген приходит ему на помощь.

Модификация крахмала

В промышленности превращение крахмала в глюкозу (процесс осахаривания) происходит путём кипячения его на протяжении нескольких часов с разбавленной серной кислотой (каталитическое влияние серной кислоты на осахаривание крахмала было обнаружено в 1811 г. К. С. Кирхгофом). Чтобы из полученного раствора удалить серную кислоту в него добавляют мел, получая из серной кислоты нерастворимый сульфат кальция.

Патока используется для приготовления кондитерских изделий и для разнообразных технических целей.

Если нужно получить чистую глюкозу, то кипячение крахмала ведут дольше, чем достигается более полное превращение его в глюкозу. Полученный после нейтрализации и фильтрования раствор сгущают, пока из него не начнут выпадать кристаллы глюкозы. Также в настоящее время гидролиз крахмала производят ферментативно, с использованием альфа-амилазы для получения декстринов различной длины, и глюкоамилазы − для дальнейшего их гидролиза с получением глюкозы.

При нагревании сухого крахмала до 200—250 °C происходит частичное его разложение и получается смесь менее сложных чем крахмал полисахаридов (декстрин и другие).

Физическое изменение позволяет получать крахмал с высокой способностью удерживать влагу, что в свою очередь придает конечному продукту желаемую консистенцию. Модифицированный крахмал не имеет никакого отношения к генетически модифицированным организмам, так как является веществом, а не организмом, и никаких генов не имеет.

Виды резистентных крахмалов

Но не все резистентные крахмалы одинаковые. Существуют 4 типа этого вещества:

  • тип 1 – содержится в зерновых, семенах, бобовых;
  • тип 2 – есть в некоторых видах мучного, в сыром картофеле и зеленых бананах;
  • тип 3 – образовывается, когда крахмалистые продукты, в том числе рис и картофель, варят, а затем охлаждают;
  • тип 4 – результат химических реакций.

Однако важно заметить, что крахмалы разных типов могут встречаться в одной и той же пище. Например, по мере дозревания бананов резистентные крахмалы превращаются в обычные. Также на количество устойчивого вещества в пище влияет и способ ее приготовления.

Пищевые источники

Крахмалистые продукты являются основным источником углеводов и важны для поддержания здоровой диеты. Такие продукты как картофель, хлеб, рис, макаронные изделия, крупы, согласно советам диетологов, должны составлять немного больше чем треть от всей пищи. Большинство из них содержат в себе клетчатку, кальций, железо и многие витамины.

Цельные продукты богатые крахмалом ко всему еще являются источниками клетчатки, витаминов и многих минералов.

Существует несколько источников, богатых крахмалом, которые можно ввести в свой ежедневный рацион. Крахмалистые овощи, такие как картофель, кукуруза, горох, кабачок, содержат довольно высокие запасы вещества. Также важными источниками являются хлеб из цельного зерна, темный рис, макаронные изделия. Порция мучной пищи способна обеспечить организм 15 граммами крахмала.

Вещество Крахмал

В желудочном тракте человека и животного крахмал поддаётся гидролизу и превращается в глюкозу, которая усваивается организмом. Промежуточными продуктами гидролиза крахмала являются декстрины.

Крахмал, как пищевая добавка, используется для загущения многих пищевых продуктов, приготовления киселей, заправок и соусов.

рожь, ячмень, гречиха, овёс, пшено, желуди, бананы, каштаны, сорго, батат, плоды хлебного дерева, ямс, таро, чилим, маранта, арракача, канна, колоказия, кандык японский, пуэрария дольчатая, маланга, кислица клубненосная, такка перистонадрезанная, саго, и многие виды бобовых, таких как чечевица, бобы садовые, маш, горох лущильный, нут.

Широкоизвестными блюдами, содержащими крахмал, можно назвать: хлеб, блины, лапшу, макароны, каши, кисели и различные лепешки, в том числе тортильи.

Для пищеварительных ферментов расщепление кристаллического крахмала (класс РК3) представляет некоторую сложность. Сырой крахмал плохо переваривается в двенадцатиперстной и тонкой кишках, а бактериальное разложение будет проходить в основном в толстой кишке. Продукты с большим количеством амилозы, хуже перевариваются, чем с амилопектином.

При этом даже резистентный (неперевариваемый) крахмал (классов РК2, РК3, РК4) играет свою физиологическую роль: снижает уровень сахара после пищевой гипергликемии (увеличения концентрации глюкозы в крови, особенно важно для больных сахарным диабетом), образует органические кислоты — энергию эпителия толстого кишечника, поддерживает иммунитет кишечного тракта, противовоспалительную защиту организма и другое.

Описание молекулы крахмала

Клейстеризация и желатинизация крахмала, например, во время выпечки торта, может быть снижена за счёт сахара, конкурирующего за воду, что улучшает текстуру крахмала, предотвращая “зарезинивание”.

В пищевой промышленности крахмал используется для получения глюкозы, патоки, этанола, в текстильной — для обработки тканей, в бумажной — в качестве наполнителя.

Польза и вред для организма

В человеческом организме резистентный крахмал работает по принципу растворимого волокна. Он проходит через желудок и тонкую кишку в непереваренном виде, а в кишечнике служит пищей для полезных бактерий (кишечной флоры). Существует сотни видов бактерий, которые оказывают влияние на здоровье, без некоторых из них невозможно бы было функционирование организма.

И резистентный крахмал питает эти микроорганизмы. В результате такого взаимодействия образуются разные типы полезных соединений – от газов до жирных кислот, одна из которых – бутират. Крахмал, таким образом, питает полезные бактерии и косвенно клетки толстой кишки за счет увеличения количества бутирата.

Кроме того, резистентное вещество обладает несколькими полезными свойствами для кишечника. Во-первых, снижает уровень рН, уменьшает воспаления, а также снижает риск развития рака толстой кишки. Из-за лечебного воздействия на толстую кишку крахмал может быть полезным при расстройствах пищеварения, в том числе воспалениях кишечника, болезни Крона, запорах, дивертикулезе и диарее.

Но так ли полезен резистентный крахмал, как говорят некоторые исследователи? Пока однозначного ответа на этот вопрос нет, так как научные опыты продолжаются. И не исключено, что вся гипотетическая чудодейственность резистентного крахмала может и не подтвердиться. Но то, что крахмал обязательно должен быть частью вашего рациона – это однозначно.

Резистентный крахмал важен для здорового метаболизма. Как показали некоторые исследования, это вещество повышает чувствительность организма к инсулину, эффективно для снижения сахара после приемов пищи. Кроме того, обладает еще одной уникальной способностью. Если завтрак состоял из крахмалистой пищи, то это вещество предотвратит всплеск уровня сахара и после обеденной трапезы.

Влияние крахмалов на глюкозу и метаболизм инсулина не перестает удивлять исследователей. Опыт показал, что достаточно на протяжении 4 недель принимать по 15-30 г вещества, чтобы повысить чувствительность к инсулину на 33-50 процентов. Невосприимчивость к этому гормону возникает при сахарном диабете 2 типа, ожирении, кардиологических заболеваниях и болезни Альцгеймера. За счет повышения чувствительности к инсулину и снижения уровня сахара в крови можно избежать многих хронических болезней.

Меж тем, исследователи соглашаются, положительное влияние резистентных крахмалов на организм зависит от индивидуальных особенностей.

Биологические свойства

Крахмал, являясь одним из продуктов фотосинтеза, широко распространен в природе. Для растений он является запасом питательных веществ и содержится в основном в плодах, семенах и клубнях. Наиболее богато крахмалом зерно злаковых растений: риса (до 86 %), пшеницы (до 75 %), кукурузы (до 72 %), а также клубни картофеля (до 24 %).

Для организма человека крахмал наряду 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.

Раствор крахмала в воде является неньютоновской жидкостью.

Как получить резистентный крахмал

Некоторые продукты из традиционного для многих рациона являются источниками резистентного крахмала. Среди наиболее насыщенных – сырой, вареный, а затем охлажденный картофель, зеленые бананы.

Другой путь получения этого вещества – обычная картофельная мука, столовая ложка которой содержит примерно 8 г резистентного вещества и при этом почти не имеет углеводов, а значит, ее калорийность не страшна даже соблюдающим диету. Картофельный крахмал можно добавлять в готовую пищу, смешивать с напитками.

Источниками резистентного крахмала могут послужить бананы, кукуруза, картофель, батат, перловка, овсянка, чечевица, коричневый рис.

Процесс перехода обычного крахмала в резистентный напрямую зависит от температурного воздействия. И что интересно, в горячих крахмальных блюдах содержится больше обычного вещества, в охлажденных – резистентного. Это значит, что если переживаете за свою фигуру, то можете не кушать картофельное пюре, но без угрызений совести налегать на картофельный салат.

И по этому поводу несколько интересных цифр. Охлажденный картофель содержит немного больше чем 3 % резистентного крахмала, а это уже в 4 раза меньше, нежели обычного. Чечевица на 75 % – это крахмал, а вот количество резистентного уже не превышает 25 %.

Плохие крахмалы

Описание молекулы крахмала

Это может показаться странным, но не все крахмалистые продукты могут служить источниками крахмалов для человека. В первую очередь это касается белой муки и риса быстрого приготовления. В результате механической обработки эти продукты теряют значительное количество питательных веществ, в том числе и крахмала.

Ссылки

Крахмалистые продукты и клетчатка

Мучные изделия, для производства которых было использовано цельное зерно, а также картофель (особенно с кожурой) являются ценными источниками клетчатки. Также комбинация крахмала и пищевого волокна есть в некоторых фруктах, бобовых и зерновых культурах, в кожуре некоторых овощей. Все они благотворно влияют на пищеварение, а также помогают снизить концентрацию холестерина в крови.

Особенно полезный – из муки грубого помола и ржаной. В обоих вариантах есть витамины группы В, Е, клетчатка, а также широкий спектр полезных минералов. В белом хлебе также есть много питательных веществ, необходимых организму, но количество клетчатки в этом продукте значительно ниже.

Некоторые люди отказываются от хлебобулочных изделий, боясь набрать лишние килограммы. Меж тем, нельзя полностью вычеркивать из своего меню этот продукт, так как вместе с ним человек лишает себя многих полезных элементов.

Цельнозерновые крупы – кладезь железа, клетчатки, протеинов, витаминов группы В. Среди наиболее полезных – крупы из овса, ячменя, ржи. Продукты из зерновых – превосходный вариант для приготовления питательного и полезного завтрака. Помимо этого, не стоит забывать о ячмене, кукурузе и других зерновых, которые также считаются важными для организма.

Рис и пища из него – отличный выбор среди крахмалистых вариантов. Этот злак обеспечит энергией и при этом практически не содержит жира.

Существуют разные сорта риса, и все они полезны для человека, так как содержат витамины, клетчатку и белок. Этот продукт можно употреблять как в виде горячих блюд, так и холодных закусок. Но дабы он был по-настоящему полезным, лучше повторно не подогревать приготовленное блюдо, а если понадобится, то между разогревами хранить в холодильнике, что убережет от размножения вредных бактерий.

Макаронные изделия

Лучше отдавать предпочтение тесту, приготовленному из твердых сортов пшеницы и воды. Оно содержит железо и витамины В-группы. Еще более полезными являются макароны из цельнозерновой основы.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
MinProduct.ru