mozok.click » Хімія » Вуглеводи: крохмаль та целюлоза
Інформація про новину
  • Переглядів: 13750
  • Автор: admin
  • Дата: 16-09-2017, 09:06
16-09-2017, 09:06

Вуглеводи: крохмаль та целюлоза

Категорія: Хімія

Пригадайте:

• які розчини називають колоїдними (за § 3);

• які речовини називають полімерами (за § 28).

Крохмаль

Найважливішими природними полісахаридами є крохмаль і целюлоза. Обидві речовини є полімерами з однаковою хімічною формулою: [CgH10O5]n. Відрізняються вони тільки будовою молекул.

Крохмаль — аморфний порошок з характерним хрускотом, густина 1,5 г/см3, за звичайних умов у воді не розчиняється. У разі потрапляння в гарячу воду крупинки крохмалю поглинають воду й сильно набухають, їхні оболонки руйнуються, зерна розриваються й утворюється колоїдний розчин. Його називають клейстером та іноді використовують як клей. Температури плавлення й кипіння крохмаль не має, оскільки під час нагрівання розкладається.



Крохмаль складається з молекул двох типів. Через це іноді говорять, що він складається з двох речовин: амілози й амілопектину. Амілоза (її вміст близько 20 %) має лінійні молекули (мал. 37.1, а) і краще розчиняється у воді. Одна молекула амілози містить близько тисячі залишків молекул глюкози. Молекули амілопектину розгалужені й містять близько десятка тисяч залишків молекул глюкози (мал. 37.1, б). Амілопектин у воді не розчиняється, а тільки набухає.

Під час тривалого нагрівання в кислому середовищі або за наявності ферментів крохмаль гідролізується, і зв'язки між залишками молекул глюкози розриваються. Продуктом повного гідролізу крохмалю є глюкоза:

Цю реакцію використовують у промисловості для виготовлення патоки та добування харчового етилового спирту.

Наявність крохмалю визначають за допомогою розчину йоду: йод утворює з крохмалем сполуку темно-синього кольору (мал. 37.2). Використовуючи цю якісну реакцію, можна виявити крохмаль у багатьох харчових продуктах: картоплі, хлібі, кукурудзі тощо:

Крохмаль утворюється в рослинах із глюкози й накопичується в коренях, бульбах і насінні:

Крохмаль є основним вуглеводом нашої їжі. Багато крохмалю міститься в пшениці та інших зернових культурах і борошні, що з них виготовляють. Безпосередньо організмом він не засвоюється. Під дією ферментів відбувається гідроліз крохмалю, який починається вже під час пережовування їжі в роті, триває в шлунку й закінчується в кишківнику. Глюкоза, що утворюється в результаті гідролізу, усмоктується в кров і надходить у печінку, а звідти — в усі тканини організму. Надлишок глюкози відкладається в печінці у вигляді полісахариду глікогену, що знову гідролізується до глюкози в міру витрати її в клітинах організму.

Великі обсяги крохмалю витрачають на виробництво етилового спирту. У цьому процесі крохмаль спочатку піддають гідролізу під дією ферментів солоду, а продукт гідролізу після бродіння за наявності дріжджів перетворюється на спирт.


Целюлоза

Целюлоза (клітковина) — біла волокниста речовина, нерозчинна у воді й інших розчинниках (на відміну від крохмалю). Густина целюлози залежно від сировини коливається в межах від 1,27 до 1,61 г/см3.

Хімічна формула целюлози така сама, як і в крохмалю — [CgH10O5]n. Але на відміну від крохмалю, молекули целюлози не бувають розгалуженими й містять десятки тисяч залишків молекули глюкози (молекулярна маса целюлози сягає декількох мільйонів). Через це окремі макромолекули целюлози розташовуються впорядковано й щільно одна до одної, утворюючи міцні волокна, що не характерно для крохмалю (мал. 37.3).

Целюлоза взаємодіє з водою, піддаючись гідролізу за значно жорсткіших умов порівняно з крохмалем — за тривалого кип’ятіння з кислотою. Звичайно, продуктом гідролізу також є глюкоза.

Целюлозу, а точніше деревину, що її містить, використовують як паливо. Як і більшість органічних речовин, целюлоза згоряє до вуглекислого газу й води:

Целюлоза — основна речовина рослинних клітин: деревина складається з неї на 50 %, а бавовна і льон — це майже чиста целюлоза (мал. 37.4). Організм людини й багатьох інших тварин (окрім жуйних тварин, коней та кролів) не здатний перетравлювати целюлозу.

Хоча крохмаль і целюлоза мають однаковий хімічний склад, завдяки різній будові молекул вони виконують різні функції в організмі: крохмаль — поживна речовина, а целюлоза — міцний будівельний матеріал.

Основна галузь, де використовують целюлозу,— паперова. Папір, на якому надрукований цей текст, складається переважно із целюлози, яку виділяють з деревини. Целюлозу використовують також

у виробництві штучних волокон і вибухових речовин. З майже чистої целюлози виготовляють дуже міцну плівку — целофан. Обробкою целюлози оцтовою кислотою добувають ацетилцелюлозу, з якої виготовляють ацетатне волокно (штучний шовк), кіно- і фотоплівку та інші цінні матеріали.

Німецьке Kraftmehl («крохмаль») пішло від німецьких слів Kraft — «сила» і Mehl — «борошно», тобто крохмаль — сила борошна. Крохмаль із картоплі вперше було отримано 1781 року, а до того часу його добували із пшениці.


ЛАБОРАТОРНІ ДОСЛІДИ № 13, 14

Обладнання: штатив із пробірками, шпатель, пробіркотримач, пальник.

Реактиви: вода, крохмаль, розчин йоду (спиртовий або розчин Лю-голя).

Правила безпеки:

• для виконання дослідів використовуйте невеликі кількості реактивів;

• під час нагрівання не торкайтеся руками гарячих предметів;

• остерігайтеся потрапляння реактивів на шкіру, в очі, на одяг.

Відношення крохмалю до води

У дві пробірки налийте по 2-3 мл води. Одну з них нагрійте майже до кипіння води. В обидві пробірки насипте невелику кількість (на кінчику шпателя) крохмалю й обережно перемішайте струшуванням. Зробіть висновок щодо розчинності крохмалю в холодній і гарячій воді.

Як називають розчин крохмалю у воді? До якого типу дисперсних систем він належить?

Взаємодія крохмалю з йодом

До розчину крохмалю, одержаного в попередньому досліді, додайте одну краплю розведеного розчину йоду (світло-солом’яного кольору). Що спостерігаєте? Зробіть висновки щодо ознак якісної реакції на крохмаль.

ДОМАШНІЙ ЕКСПЕРИМЕНТ № 3

Виявлення крохмалю в харчових продуктах

Вам знадобляться: піпетка, склянка, йодна настоянка, саліциловий спирт (або борний чи мурашиний) — їх можна купити в аптеці або взяти в домашній аптечці; будь-які харчові продукти з умістом крохмалю: картопляний крохмаль, борошно, хліб, тістечка, чипси, томатний сік, макарони, відвар рису або іншої крупи, варена ковбаса (або сосиски), сметана тощо.

Правила безпеки:

• для дослідів використовуйте невеликі кількості речовин;

• остерігайтеся потрапляння речовин на шкіру, одяг, в очі; у разі потрапляння речовину слід змити великою кількістю води.

1. Підготуйте розчин йоду. Зазвичай аптечна йодна настоянка містить 5 % йоду. Для виявлення крохмалю такий розчин використовувати незручно: він дуже темний і появу синього забарвлення за наявності крохмалю можна не помітити. Тому розчин йоду необхідно розбавити. У воді йод не розчиняється, тому для розчинення йоду необхідно використати етанол (у вигляді фармацевтичних препаратів на його основі). У непотрібну склянку чи флакон налийте приблизно дві столові ложки саліцилового спирту. До цього спирту піпеткою додайте одну чи більше крапель йодної настоянки, щоб отримати розчин світло-солом’яного кольору. Цим розчином тепер можна користуватися для виявлення крохмалю.

2. Випробуйте наявні у вас харчові продукти на вміст крохмалю. Для цього на невеликі шматочки піпеткою додайте по кілька крапель розчину йоду. За зміною забарвлення зробіть висновок щодо наявності крохмалю у випробуваних продуктах. Результати дослідів оформте у вигляді таблиці:

Ключова ідея

Полісахариди — це природні полімери, мономерами яких є залишки молекул моносахаридів. Найпоширеніші з них — крохмаль і целюлоза — полімери, утворені глюкозою.

Контрольні запитання

455. Наведіть хімічну формулу крохмалю та целюлози. Чому ці вуглеводи називають полімерами?

456. Чим відрізняється будова молекул крохмалю та целюлози?

457. Схарактеризуйте фізичні властивості крохмалю та целюлози.

458. У який спосіб можна виявити крохмаль у розчині або інших сумішах?

459. Опишіть застосування крохмалю та целюлози. На яких їхніх властивостях воно ґрунтується?

Завдання для засвоєння матеріалу

460. Опишіть, які процеси відбуваються під час таких перетворень: целюлоза ^ вуглекислий газ ^ глюкоза ^ крохмаль.

461. Скільки структурних ланок C6H10O5 міститься в молекулі целюлози, якщо її відносна молекулярна маса дорівнює 2,1 млн?

462. Обчисліть об'єм целюлози кількістю речовини 1 моль, якщо одна молекула целюлози містить у середньому 10 000 залишків молекул глюкози, а її густина — 1,52 г/см3.

463. Для приготування киселю на 1 л рідини зазвичай додають 2 столові ложки крохмалю. Обчисліть масову частку крохмалю в такому киселі, якщо в одній столовій ложці міститься близько 30 г картопляного крохмалю.

464. Обчисліть об'єм вуглекислого газу, що виділиться під час повного згоряння вати масою 1 кг, якщо вважати, що вона повністю складається з целюлози. Який об'єм кисню для цього знадобиться (н. у.)?

465*. Уявіть, що ви хімік у текстильній компанії і маєте виконати дослідницький проект, спрямований на застосування синтетичних замінників бавовни. Яку інформацію ви маєте зібрати і які питання вирішити для розв'язання цієї проблеми? Складіть план експерименту для початку свого дослідження.

466*. Як можна видалити пляму від йодної настоянки на тканині, використовуючи для цього зріз сирої бульби картоплі?

467*. Як ви вважаєте, з якої картоплі можна добути більше крохмалю: із щойно викопаної чи такої, яка всю зиму перебувала в овочесховищі?

ПРАКТИЧНА РОБОТА № 5

Виявлення органічних сполук у харчових продуктах

Обладнання: штатив із пробірками, шпатель.

Реактиви: зразки харчових продуктів (орієнтовно): виноград, яблука, свіже молоко, кефір, м’який сир (домашній сир),

виноградний, апельсиновий і томатний соки; розчини йоду, купрум(ІІ) сульфату, лугу, універсального індикатора (або індикаторний папір).

Правила безпеки:

• для виконання дослідів використовуйте невеликі кількості речовин;

• остерігайтеся потрапляння речовин на шкіру, одяг, в очі; у разі потрапляння речовину слід змити великою кількістю води.

Дослід 1. Дослідіть на вміст крохмалю кефір, домашній сир і томатний сік. Для виявлення крохмалю до досліджуваного зразку слід додати 1-2 краплі розчину йоду. Яка ознака має свідчити про наявність крохмалю? Опишіть ваші спостереження. Чи має міститися крохмаль у досліджених продуктах?

Дослід 2. Використовуючи універсальний індикатор, визначте значення pH у наявних зразках продуктів (для дослідження винограду з нього слід вичавити сік, а невеликий шматок яблука слід подрібнити). Яке середовище (кисле, лужне чи нейтральне) у наявних зразках? Яке середовище має бути в цих зразках? Якщо середовище кисле, припустіть, які органічні кислоти містять ці продукти.

Дослід 3. Дослідіть на вміст глюкози виноград, яблука, виноградний та апельсиновий соки (для дослідження винограду з нього слід вичавити сік, а невеликий шматок яблука слід подрібнити). Для визначення вмісту глюкози спочатку необхідно добути свіжеоса-джений осад купрум(ІІ) гідроксиду взаємодією купрум(ІІ) сульфату з лугом (як ви це робили в Лабораторному досліді № 12, с. 209). Потім до осаду додати досліджуваний сік до зникнення осаду. Опишіть свої спостереження. Чи в усіх зразках має міститися глюкоза? В якому зразку ви виявили наявність глюкози?

Результати дослідів оформте у вигляді таблиці:

Зробіть узагальнюючий висновок. Для цього використайте відповіді на запитання:

1. Які реакції називають якісними? На яких ознаках ґрунтується виявлення тих чи інших речовин у розчині?

2. За допомогою яких якісних реакцій можна виявити гліцерол, глюкозу, крохмаль?

3. Що є спільного в будові молекул гліцеролу й глюкози?

4. Які висновки щодо якості харчових продуктів можна зробити, ґрунтуючись на результатах дослідів?






^