§ 37. Вуглеводи: крохмаль та целюлоза

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: [C₆H₁₀O₅]_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.

Мал. 37.1. Крохмаль складається з двох типів молекул: а — нерозгалужених (амілоза) і б — розгалужених (амілопектин)

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 + I₂ —> сполука темно-синього кольору

Мал. 37.2. Визначити наявність крохмалю в продуктах можна за допомогою розчину йоду

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 — [C₆H₁₀O₅]_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).

Мал. 37.3. Молекули крохмалю мають переважно розгалужену будову (а), а молекули целюлози — лінійну будову (б)

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.

Мал. 37.4. Бавовна — майже чиста целюлоза

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.

Мал. 37.5. Використання целюлози

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.

ГДЗ до підручника можна знайти тут.

Зміст