Крахмал

Характеристики и физические свойства крахмала

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Крахмал — (С₆Н₁₀О₅)_n – белый порошок, нерастворимый в холодной воде и образующий коллоидный раствор в горячей воде. Это природный полимер.

Его молекулы состоят из линейный и разветвленных цепей, содержащих остатки α-глюкозы. Фрагмент структуры крахмала выглядит следующим образом:

Крахмал является природным высокомолекулярным соединением и представляет собой смесь двух полисахаридов: амилозы и амилопектина. Число повторяющихся звеньев в различных молекулах амилозы и амилопектина варьируется от нескольких сотен до нескольких тысяч. Поэтому говорят только о средней молекулярной массе крахмала.

В горячей воде крахмальные зерна набухают и образуют коллоидный раствор, называемый крахмальным клейстером. Крахмал не обладает сладким вкусом.

Получение крахмала

В промышленности крахмал получают из картофеля (содержание крахмала – до 24%) или зерен кукурузы (57 – 72%).

Химические свойства крахмала

Крахмал способен гидролизоваться при нагревании в кислой среде, причем конечным продуктом гидролиза является глюкоза:

(С₆Н₁₀О₅)_n + nН₂О → nC₆H₁₂O₆.

Крахмал дает интенсивное синее окрашивание с йодом — это качественная реакция на йод.

Крахмал может образовывать эфиры за счет гидроксильных групп, однако они не имеют практического значения.

Применение крахмала

Крахмал – важнейшее пищевое вещество для человека и животных. В составе картофеля и зерновых культур (на крахмал приходится до 75% массы пшеничной муки) он потребляется в огромных количествах.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

Массовая доля крахмала в картофеле равна 20%. Рассчитайте массу глюкозы, которую можно получить из 891 кг картофеля. Выход продукта реакции примите равным 50%.

Решение

Запишем уравнение гидролиза крахмала:

(C₆H₁₀O₅)_x + H₂O (H⁺) → xC₆H₁₂O₆.

Массовая доля крахмала в составе состава НХ рассчитывается по следующей формуле:

ω [(C₆H₁₀O₅)_n] = m [(C₆H₁₀O₅)_n] / m (potato) × 100%.

Тогда масса крахмала в нем будет равна:

m [(C₆H₁₀O₅)_n] = ω [(C₆H₁₀O₅)_n] / 100% × m (potato);

m [(C₆H₁₀O₅)_n] = 20 / 100% × 891 = 0,2 × 891 = 178,2 кг.

Рассчитаем количество вещества крахмала:

n[(C₆H₁₀O₅)_n] = m [(C₆H₁₀O₅)_n] / M [(C₆H₁₀O₅)_n];

n[(C₆H₁₀O₅)_n] = 178,2 / 162x = 1,1x кмоль.

Согласно уравнению реакции, количество вещества глюкозы будет равно:

n[C₆H₁₂O₆] = x × n[(C₆H₁₀O₅)_n] = x × 1,1x = 1,1x²кмоль.

Теоретическая масса глюкозы рассчитывается как:

m_theor(C₆H₁₂O₆) = n[C₆H₁₂O₆] × M(C₆H₁₂O₆) = 1,1x² × 180 = 198x²кг.

Выход продукта реакции – это отношение его масс:

η = m_prac / m_theor × 100%.

Найдем массу глюкозы, которую можно получить из 891 кг картофеля:

m_prac = η/100% × m_theor = 50/100 × 198x² = 0,5 × 198x² = 99x²кг.

Ответ

Масса глюкозы равна 99x² кг

ПРИМЕР 2

Задание

Из крахмала массой 8,1 г получена глюкоза, выход которой составил 70%. К глюкозе добавлен избыток аммиачного раствора оксида серебра. Рассчитайте массу серебра, образовавшегося при этом.

Решение

Запишем уравнение гидролиза крахмала:

(C₆H₁₀O₅)_x + H₂O (H⁺) → xC₆H₁₂O₆.

Рассчитаем количество вещества крахмала:

n[(C₆H₁₀O₅)_n] = m [(C₆H₁₀O₅)_n] / M [(C₆H₁₀O₅)_n];

n[(C₆H₁₀O₅)_n] = 8,1 / 162x = 0,05x моль.

Согласно уравнению реакции, количество вещества глюкозы будет равно:

n[C₆H₁₂O₆] = x × n[(C₆H₁₀O₅)_n] = x × 0,05x = 0,05x² моль.

Теоретическая масса глюкозы рассчитывается как:

m_theor(C₆H₁₂O₆) = n[C₆H₁₂O₆] × M(C₆H₁₂O₆) = 0,05x² × 180 = 9x²г.

Выход продукта реакции – это отношение его масс:

η = m_prac / m_theor × 100%.

Найдем массу глюкозы, которую можно получить из 8,1 г крахмала:

m_prac = η/100% × m_theor = 70/100 × 9x² = 0,7 × 9x² = 6,3x²г.

Количество вещества глюкозы равно:

n_prac[C₆H₁₂O₆] = m_prac / M(C₆H₁₂O₆) = 6,3x² / 180 = 0,035x² моль.

Запишем уравнение взаимодействия глюкозы с аммиачным раствором оксида серебра:

CH₂OH-(CHOH)₄-COH + Ag₂O → CH₂OH-(CHOH)₄-COOH + 2Ag↓.

Согласно уравнению реакции n(C₆H₁₂O₆) :n(Ag) = 1:1, т.е.

n(Ag) = n(C₆H₁₂O₆) =0,035x²моль.

Рассчитаем массу выделившегося серебра:

m(Ag) = n(Ag) × M(Ag) = 0,035x² × 108 = 3,78x² г.