КРАХМАЛ, главный резервный полисахарид растений; накапливается в виде зерен в клетках семян, луковиц, клубней, а также в листьях и стеблях. Бесцв. аморфное вещество, не растворим в холодной воде, диэтиловом эфире, этаноле, в горячей воде образует клейстер; [a]_D от +180 до +210°. В зернах КРАХМАЛ содержатся 98-99,5% полисахаридов и 0,5-2% неуглеводных компонентов (в т.ч. липиды, белки, зольные элементы). КРАХМАЛ представляет собой смесь линейного (амилозы) и разветвленного (амилопектина) полисахаридов. Амилоза построена главным образом из остатков a -D-глюкопиранозы с 1 : 4 - связями. В зависимости от вида растения молекулярная масса амилозы колеблется от 150 тысяч (рисовый, кукурузный КРАХМАЛ) до 500 тысяч (картофельный КРАХМАЛ). Молекулы амилопектина сильно разветвлены и состоят из фрагментов амилозы (около 20 моносахаридных остатков), связанных между собой а-1 : 6-связями. Молекулярная масса 10⁶-10⁹. В структуре амилопектина различают центральное цепь с количеством звеньев более 60, несущую остаток глюкозы со свободный восстанавливающей группой, короткие цепи из 15-20 остатков (S-цепи), расположенные на периферии молекулы и внутри нее, и длинные (около 45 звеньев) L-цепи (см. рис.). По строению амилопектин близок к гликогену. В воде амилопектин, также как амилоза, образует мицеллярные растворы.

Соотношение амилозы и амилопектина в КРАХМАЛ зависит от вида растения и стадии его развития. В среднем КРАХМАЛ содержит 15-25% амилозы и 75-86% амилопектина; в результате селекции выделены сорта растений, КРАХМАЛ которых обогащен одним из полисахаридов. Фракционирование КРАХМАЛ на амилозу и амилопектин проводят избират. извлечением амилозы, горячей водой из крахмальных зерен или ее осаждением в виде комплексов с бутанолом или тимолом после диспергирования КРАХМАЛ в кипящей воде или ДМСО. В хроматографич. методах разделения используют способность амилозы к адсорбции на целлюлозе в присутствии этанола и мочевины, а также преимуществ. связывание амилопектина с лектинами типа кон-канавалина А. Некоторые виды КРАХМАЛ содержат также низкомолекулярный ("аномальную") амилозу со значительной количеством ветвлений или низкомолекулярный амилопектин с 13-15 звеньями (фитогликоген). В теплой воде зерна КРАХМАЛ набухают и небольшая часть полисахаридов переходит в раствор. При определенных температурах, различных для КРАХМАЛ разных растений, происходит клейстеризация КРАХМАЛ, проявляющаяся в сильном разбухании крахмальных зерен, их разрыве и образовании более или менее однородного раствора - крахмального клейстера. Процесс клейстеризации заключается, по-видимому, в разрыве водородных связей, соединяющих элементы структуры крахмальных зерен, сочетающемся с набуханием. Температура клейстеризации картофельного КРАХМАЛ 55-65, пшеничного 60-80, кукурузного 65-70, рисового 70-80 °С. Из клейстера и растворов амилозы при длительного хранении выпадает амилоза; этот процесс называют ретроградацией.

Рис. Модель структуры амилопектина: 1 S-цепь; 2 L-цепь; 3 восстанавливающий остаток; а - компактная область с упорядоченной кристаллич. структурой; б - область, не обладающая кристалличностью. По химический свойствам КРАХМАЛ-типичный представитель полисахаридов. В обычных условиях КРАХМАЛ образует по гидроксильным группам простые или сложные эфиры и окисляется солями йодной кислоты. Действие некоторых реагентов, например формальдегида, фосфорной кислоты и эпихлоргидрина, приводит к производным КРАХМАЛ, содержащим поперечные сшивки. С иодом и полярными органическое веществами КРАХМАЛ образует соединение включения (клатраты). Такие соединение с иодом окрашены в характерные цвета-синий ( l _макс 620-680 нм) для амилозы и красный ( l _мaкс 520-555 нм) для амилопектина. Молекулы амилозы в этих комплексах образуют вокруг молекулы иода спираль, каждый виток которой содержит 6 остатков глюкозы. При термодинамически обработке сухого КРАХМАЛ (температура около 300 °С), g -облучении, кислотном или ферментативном гидролизе получают продукты его частичного расщепления - различные декстрины. Известны многочисленные ферменты (главным образом амилазы), катализирующие гидролиз КРАХМАЛ Избират. гидролиз а-1 : 6-связей в КРАХМАЛ может быть осуществлен под действием изоамилазы и пуллуланазы. При действии трансглюкозилаз некоторых бактерий КРАХМАЛ превращаются в циклический олигосахариды -циклоамилозы (циклодекстрины). Количественно КРАХМАЛ и его компоненты определяют гравиметрически (осаждение иодом), амлерометрич. и потенциометрич. титрованием, спектрофотометрически (комплексы с иодом), а также с помощью кислотного и ферментативного гидролиза. В последних случаях образующуюся глюкозу определяют химический или ферментативными методами. Биосинтез КРАХМАЛ в растениях осуществляется глюкозилтрансферазами, переносящими остатки глюкозы от молекул нуклеозиддифосфаттлюкозы на растущие цепи с образованием a -1 : 4-связей, и ветвящим ферментом, перестраивающим линейные цели в разветвленные. КРАХМАЛ, накапливающийся в листьях, быстро превращаются в сахарозу, которая переходит из листьев в семена, клубни и луковицы, где сахароза снова превращаются в КРАХМАЛ, откладывающийся на длительного хранение. Расщепление КРАХМАЛ в растениях осуществляется под действием фосфорилаз (фосфоролиз КРАХМАЛ) и гидролитич. ферментов. Потребности человека в углеводах покрываются главным образом КРАХМАЛ, содержащимся в растит. пище - хлебе, картофеле, крупах и т.п. В пром. масштабе КРАХМАЛ получают главным образом из картофеля и кукурузы, в меньшей степени - из риса, пшеницы, батата, саговой пальмы, сорго и др. растений. Из измельченного сырья после вымывания КРАХМАЛ водой, отделения отходов и осаждения КРАХМАЛ из промывной жидкости (крахмального молока) на центрифуге получают сырой КРАХМАЛ с влажностью до 36%; после очистки от белков, липидов и др. веществ его обезвоживают и сушат до влажности 20% (чистый КРАХМАЛ). КРАХМАЛ применяют в пищевая промышлености в качестве загустителей и желирующих ср-в; в биотехнологии - для производства патоки, различные декстринов (мальтина, цихлоамилозы) и глюкозы; в бродильной промышлености - в качестве сырья для производства этилового и бутилового спиртов, ацетона, глюконовой, лимонной и молочной кислот, глицерина и др. (см. Брожение). КРАХМАЛ применяют также в качестве клеев, в микробиологическое средах при производстве ферментов, антибиотиков, витаминов и др. биопрепаратов, используют для шлихтования тканей и бумаги, изготовления амилозных полимерных пленок, легко поддающихся биодеградации. Применяют также модифицир. КРАХМАЛ, который получают соответствующей технол. или химический обработкой чистого КРАХМАЛ Так, частично гидролизованный, окисленный гипохлоритом (окисленный), сшитый фосфорной кислотой (фосфатный) и быстронабухающий КРАХМАЛ используют в пищевая и фармацевтич. промышлености, ацетилированный - при производстве пленок и волокон, гидроксиэтилированный - в текстильной и бумажной промышлености, алкилпроизводные КРАХМАЛ-в качестве клеев и пластификаторов. Объем мирового производства КРАХМАЛ около 20 млн. т/год.

Химическая энциклопедия. Том 2 >> К списку статей