Крахмал
Крахмал — природный полисахарид, образованный остатками α-глюкозы. В теме важно уметь распознавать его по реакции с йодом, записывать уравнение гидролиза и отличать строение крахмала от строения целлюлозы.
Определение и строение
Крахмал — высокомолекулярный углевод, запасное питательное вещество растений. Он накапливается главным образом в семенах, клубнях и корнях, например в зёрнах злаков и клубнях картофеля. Подробное сравнение цепей и связей приведено на странице строения крахмала.
Крахмал — природный полисахарид, состоящий из большого числа остатков α-глюкозы, соединённых гликозидными связями.
Общая формула крахмала записывается как \((\mathrm{C_6H_{10}O_5})_n\). Она показывает, что при образовании каждой связи между остатками глюкозы отщепляется молекула воды. Крахмал не является одной строго определённой молекулой: значение \(n\) очень велико и может изменяться.
Крахмал состоит из двух полисахаридных компонентов: амилозы и амилопектина. Амилоза имеет преимущественно неразветвлённые цепи, а амилопектин — разветвлённое строение. В цепях остатки глюкозы связаны главным образом связями α-1,4, в местах ветвления амилопектина возникают связи α-1,6.
| Компонент | Строение | Доля в крахмале |
|---|---|---|
| Амилоза | Почти линейные цепи остатков α-глюкозы | Обычно около 20–30 % |
| Амилопектин | Разветвлённые цепи с участками α-1,4 и α-1,6 | Обычно около 70–80 % |
Крахмал образуется из α-глюкозы, а целлюлоза — из β-глюкозы. Различие в пространственном строении мономеров приводит к различию свойств и биологической роли этих полисахаридов.
Физические и химические свойства
Чистый крахмал — белый порошок без запаха и вкуса. В холодной воде он практически не растворяется. При нагревании с водой зёрна крахмала набухают и образуют клейстер — вязкую коллоидную массу. Это не обычный раствор, поэтому крахмал нельзя считать полностью растворимым веществом.
- Крахмал не имеет сладкого вкуса, в отличие от многих моносахаридов и дисахаридов.
- При нагревании с водой образуется клейстер.
- Крахмал не даёт реакции «серебряного зеркала», поскольку в его молекуле нет свободной альдегидной группы.
- В кислой среде и под действием ферментов крахмал гидролизуется.
Нельзя утверждать, что крахмал вступает в реакцию «серебряного зеркала» как глюкоза. При гидролизе крахмала образуется глюкоза, и уже продукты гидролиза могут проявлять свойства восстанавливающего сахара.
Качественная реакция с йодом
Для обнаружения крахмала используют раствор йода или раствор Люголя. При добавлении йода к крахмалу появляется интенсивное синее или сине-фиолетовое окрашивание. Оно связано не с обычным образованием отдельного простого вещества, а с включением частиц йода в спиральные участки молекул крахмала.
Синее окрашивание при добавлении раствора йода — качественный признак крахмала. При нагревании окраска исчезает, а при охлаждении обычно появляется снова.
Реакция используется для обнаружения крахмала в пищевых продуктах. Например, если на срез картофеля или на исследуемый продукт нанести раствор йода и появится синее окрашивание, это указывает на присутствие крахмала. Однако окраска зависит от условий опыта и не является способом определения точного количества вещества.
Какой результат даст добавление раствора йода к крахмальному клейстеру?
Гидролиз крахмала
Гидролиз — расщепление сложного вещества водой. Для крахмала процесс ускоряется при нагревании в присутствии кислоты или под действием ферментов. Подробная последовательность превращений разобрана на странице гидролизе крахмала. В организме гидролиз начинается во рту под действием фермента амилазы, а затем продолжается в пищеварительном тракте.
Полный гидролиз крахмала приводит к образованию глюкозы. В реальном процессе сначала могут возникать более короткие цепи — декстрины, затем мальтоза и в конечном итоге глюкоза. В школьных уравнениях чаще всего записывают суммарную реакцию.
Крахмал — полисахарид; продукт его полного гидролиза — глюкоза. Для одной условной структурной единицы крахмала в суммарном уравнении требуется одна молекула воды.
Разобранный пример: расчёт по уравнению гидролиза
Определите массу глюкозы, которая образуется при полном гидролизе 162 г крахмала. Считать, что крахмал состоит из структурных звеньев \((\mathrm{C_6H_{10}O_5})\).
Ответ: при полном гидролизе 162 г структурных звеньев крахмала образуется 180 г глюкозы. Масса увеличивается, потому что к каждому структурному звену присоединяется вода.
В реакции гидролиза нельзя приравнивать массу крахмала и массу глюкозы: вода присоединяется к полисахариду. Также важно различать молярную массу звена крахмала \(162\ \mathrm{г/моль}\) и молярную массу глюкозы \(180\ \mathrm{г/моль}\).
Как решать задания по теме
- Если дан синий цвет с раствором йода, распознать крахмал.
- Если требуется уравнение гидролиза, записать воду слева, глюкозу справа и коэффициент \(n\).
- Для расчётов определить молярную массу звена \((\mathrm{C_6H_{10}O_5})\) и использовать соотношение 1:1 между звеном и глюкозой.
- Не путать гидролиз крахмала с гидролизом сахарозы: при гидролизе сахарозы образуются глюкоза и фруктоза.
При сравнении углеводов полезно повторить полисахариды, сахарозу и целлюлозу. Качественные реакции других углеводов собраны на странице качественных реакций углеводов.
Быстрая проверка
Главное
- Крахмал — природный полисахарид из остатков α-глюкозы; его формула \((\mathrm{C_6H_{10}O_5})_n\).
- Основные компоненты крахмала — амилоза и амилопектин.
- Раствор йода окрашивает крахмал в синий или сине-фиолетовый цвет.
- Полный гидролиз крахмала приводит к образованию глюкозы: \((\mathrm{C_6H_{10}O_5})_n+n\mathrm{H_2O}\rightarrow n\mathrm{C_6H_{12}O_6}\).
- Для расчётов нужно помнить молярные массы: 162 г/моль для структурного звена и 180 г/моль для глюкозы.