крахмал

КРАХМАЛ

главный резервный полисахарид растений; накапливается в виде зерен в клетках семян, луковиц, клубней, а также в листьях и стеблях. Бесцв. аморфное вещество, не раств. в холодной воде, диэтиловом эфире, этаноле, в горячей воде образует клейстер; [a]_D от +180 до +210°. В зернах К. содержатся 98–99,5% полисахаридов и 0,5–2% неуглеводных компонентов (в т. ч. липиды, белки, зольные элементы). К. представляет собой смесь линейного (амилозы) и разветвленного (амилопектина) полисахаридов. Амилоза построена гл. обр. из остатков α-D-глюкопиранозы с 1:4 — связями. В зависимости от вида растения мол. м. амилозы колеблется от 150 тыс. (рисовый, кукурузный К.) до 500 тыс. (картофельный К.). Молекулы амилопектина сильно разветвлены и состоят из фрагментов амилозы (ок. 20 моносахаридных остатков), связанных между собой а-1:6-связями. Мол. м. 10⁶–10⁹. В структуре амилопектина различают центр. цепь с количеством звеньев более 60, несущую остаток глюкозы со своб. восстанавливающей группой, короткие цепи из 15–20 остатков (S-цепи), расположенные на периферии молекулы и внутри нее, и длинные (ок. 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 К. зависит от вида растения и стадии его развития. В среднем К. содержит 15–25% амилозы и 75–86% амилопектина; в результате селекции выделены сорта растений, К. которых обогащен одним из полисахаридов. Фракционирование К. 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 К. 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 К. содержат также низкомол. ("аномальную") амилозу со значит. количеством ветвлений или низкомол. амилопектин с 13–15 звеньями (фитогликоген). В теплой воде зерна К. набухают и небольшая часть полисахаридов переходит в раствор. При определенных температурах, различных для К. разных растений, происходит клейстеризация К., 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 К. 55–65, пшеничного 60–80, кукурузного 65–70, рисового 70–80 °C. Из клейстера и растворов амилозы при длит. хранении выпадает амилоза; этот процесс наз. 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 химическим свойствам К. — типичный представитель полисахаридов. В обычных условиях К. образует по гидроксильным группам простые или сложные эфиры и окисляется солями йодной кислоты. Действие некоторых реагентов, напр. формальдегида, фосфорной кислоты и эпихлоргидрина, приводит к производным К., содержащим поперечные сшивки. С иодом и полярными орг. веществами К. образует соед. включения (клатраты). Такие соед. с иодом окрашены в характерные цвета-синий (λ_макс 620–680 нм) для амилозы и красный (λ_макс 520–555 нм) для амилопектина. Молекулы амилозы в этих комплексах образуют вокруг молекулы иода спираль, каждый виток которой содержит 6 остатков глюкозы. При термич. обработке сухого К. (температура ок. 300 °C), γ-облучении, кислотном или ферментативном гидролизе получают продукты его частичного расщепления — разл. декстрины. Известны многочисл. ферменты (гл. обр. амилазы), катализирующие гидролиз К. Избират. гидролиз а-1:6-связей в К. может быть осуществлен под действием изоамилазы и пуллуланазы. При действии трансглюкозилаз некоторых бактерий К. превращ. в циклич. олигосахариды — циклоамилозы (циклодекстрины). Количественно К. 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 хим. или ферментативными методами. Биосинтез К. в растениях осуществляется глюкозилтрансферазами, переносящими остатки глюкозы от молекул нуклеозиддифосфаттлюкозы на растущие цепи с образованием α-1:4-связей, и ветвящим ферментом, перестраивающим линейные цели в разветвленные. К., накапливающийся в листьях, быстро превращ. в сахарозу, которая переходит из листьев в семена, клубни и луковицы, где сахароза снова превращ. в К., откладывающийся на длит. хранение. Расщепление К. в растениях осуществляется под действием фосфорилаз (фосфоролиз К.) и гидролитич. ферментов. Потребности человека в углеводах покрываются гл. обр. К., содержащимся в растит. пище — хлебе, картофеле, крупах и т. п. В пром. масштабе К. получают гл. обр. из картофеля и кукурузы, в меньшей степени — из риса, пшеницы, батата, саговой пальмы, сорго и др. растений. Из измельченного сырья после вымывания К. водой, отделения отходов и осаждения К. из промывной жидкости (крахмального молока) на центрифуге получают сырой К. с влажностью до 36%; после очистки от белков, липидов и др. веществ его обезвоживают и сушат до влажности 20% (чистый К.). К. применяют в пищ. промышленности в качестве загустителей и желирующих средств; в биотехнологии — для производства патоки, разл. декстринов (мальтина, цихлоамилозы) и глюкозы; в бродильной промышленности — в качестве сырья для производства этилового и бутилового спиртов, ацетона, глюконовой, лимонной и молочной кислот, глицерина и др. (см. брожение). К. применяют также в качестве клеев, в микробиол. 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. К., который получают соответствующей технол. или хим. обработкой чистого К. Так, частично гидролизованный, окисленный гипохлоритом (окисленный), сшитый фосфорной кислотой (фосфатный) и быстронабухающий К. используют в пищ. и фармацевтич. промышленности, ацетилированный — при производстве пленок и волокон, гидроксиэтилированный — в текстильной и бумажной промышленности, алкилпроизводные К. — в качестве клеев и пластификаторов. Объем мирового производства К. ок. 20 млн. т/год.

^{Лит.: Ряхтер М.. Аугустат 3., Ширбаум Ф.. Избранные методы исследования крахмала, пер. с нем., М.. 1975; Химия и технология крахмала. Промышленные вопросы, пер. с англ., М., 197S; Степаненко Б. Н., Химия и биохимия углеводов (полисахариды), М., 1978; Крахмал и крахмалопродукты, М., 1985 (Современная технология); Панов В. П., Жбанков Р. Г., Внутри- и межмолекулярные взаимодействия углеводов, Минск, 1988; Seidemann J, Starke-Atlai, В. — Hamb, 1966; The polysaccharide", v. 2–3, N.Y.-[a.o.], 1983–85; Duff us С. М., Duff us J. Н. Carbohydrate methabolism in plants, L-N.Y, 1984; Starch: properties and potential, ed. by T.Galliard, Chichester, 1987.}

_{Л. И. Линевич}