Почему крахмал относят к биополимерам и какое свойство

Голосование за лучший ответ

Павел Кругленко

Искусственный Интеллект

(210442)

8 лет назад

Самым дешевым источником сырья для выпуска биополимеров является крахмал, который в промышленных масштабах можно получать из картофеля, пшеницы, кукурузы, риса, маиса и других растений.
Еще одним видом сырья для производства биополимеров являются масленичные культуры – подсолнечник, соя, рапс.
Сельскохозяйственные культуры выгодны тем, что это периодически восполняемое сырье, так называемый возобновляемый растительный ресурс. Посадил, вырастил и снова есть в наличии сырье для биополимеров.
1.ПОЛИЛАКТИД (ПЛА) – биополимер, который можно получить как синтетическим способом, так и путем брожения сусла кукурузы, картофеля, зерновых культур, сахарного тростника и другого сырья природного происхождения.
Изделия из ПЛА характеризуются высокой жесткостью, прозрачностью и блеском, а также лучшей способностью сохранять форму после сжатия или кручения по сравнению с полипропиленом. Из ПЛА изготавливают пленку, в т. ч. ориентированную и усадочную, бутылки для розлива жидкостей, контейнеры под пищевые продукты, одноразовую посуду.
Вместе с тем ПЛА уступает обычным полимерам по теплостойкости, поэтому упаковку из него нельзя заполнять содержимым с температурой выше 50 °С — она начнет плавиться. Кроме того, барьерные характеристики ПЛА по
отношению к кислороду хуже, чем у традиционных полимеров. Как следствие, тара из ПЛА чаще всего используется для упаковки сухих и замороженных продуктов, а также жидкостей с небольшим сроком хранения. Высокий коэффициент диффузии углекислоты не позволяет применять бутылки из ПЛА для розлива газированных напитков, ограничивая области их использования розливом молока, фруктовых соков, воды, растительного масла. Выпуском полилактида и изделий из него занимаются во многих странах.
Японская фирма Dai Nuppon изготавливает на основе полилактида разные виды упаковочных пленок. Жесткая пленка сравнима по свойствам с полистиролом, а эластичная — с полиэтиленом.
Британская компания Amcor PET Packaging, крупнейший европейский производитель полиэтилентерефталата, намерена начать выпуск пластиковых бутылок на основе ПЛА. При их производстве будет использоваться такое же оборудование, что и для обычной полимерной тары.
2.ECO-PLA – биополимер, созданный в США компанией Cargill Dow, на основе сельскохозяйственных культур, содержащих натуральный сахар. Его ударопрочность не уступает полистиролу и он способен подвергаться сварке. При температуре выше 60оС он полностью разлагается в течение 45 суток.
3.Novon – биополимер, созданный в США компанией Metabolix, также на основе процессов ферментации сахаров, но с применением технологии генной инженерии.
4. Solanyl – этот биополимер на основе крахмала из отходов кукурузы и картофеля производит голландская компания Rodenburg Polymers. Похож по своим физико-механическм свойствам на полипропилен и полистирол. Разлагается в компосте менее чем за 12 недель.
5. Plantic – биопластик на основе кукурузного крахмала производит австралийская компания Plantic Technologies. Применяет для упаковки бисквитов и шоколадных конфет.
6. Съедобные пленки, получаемые экструдированием смеси кукурузного крахмала, микрокристаллической целлюлозы и метилцеллюлозы с добавками пластификаторов. Такие пленки способны замедлить испарение влаги из пищевого продукта и защитить его от преждевременного высыхания. Пленки обладают определенными барьерными свойствами, например, регулируют проникновение извне кислорода или других веществ, что способствует продлению срока хранения пищевого продукта. Способность пленки удерживать различные соединения позволяет обогащать продукты питания витаминами, минеральными добавками, которые в дальнейшем попадают в человеческий организм, адсорбируя и выводя из него радионуклиды, ионы металла, другие вредные соединения.
7.Полигидроксиалканоаты (ПГА) — биополимеры на основе полиэфирных соединений, производимых особыми «пластиковыми» бактериями. Подходящим сырьем для получения ПГА являются масленичные культуры – подсолнечник, соя, рапс.

Источник

Тест по теме «Химический состав клетки».

Вариант 1

Часть А

А1 Мономером молекулы белка служит

азотистое основание
моносахарид
аминокислота
липид

А2 Большинство ферментов являются

углеводами
липидами
аминокислотами
белками

А3 Строительная функция углеводов состоит в том, что они

образуют целлюлозную клеточную стенку у растений
являются биополимерами
способны растворяться в воде
служат запасным веществом животной клетки

А4 Важную роль в жизни клетки играют липиды, так как они

являются ферментами
растворяются в воде
служат источником энергии
поддерживают постоянную среду в клетке.

А5 Белки в отличии от углеводов обладают способностью к

растворимости
денатурации
проведению нервного импульса
накоплению большого количества энергии

А6 Какие пары нуклеотидов образуют водородные связи в молекуле ДНК?

аденин и тимин
аденин и цитозин
гуанин и тимин
урацил и тимин

Часть В

В1 В состав молекулы РНК входит

А)рибоза

Б)гуанин

В) катион магния

Г) дезоксирибоза

Д) аминокислота

Е) фосфорная кислота

Запишите ответ в виде последовательности букв в алфавитном порядке (без пробелов и других символов).

Ответ: ______________________

В2 Установите соответствие между функцией соединения и биополимером, для которого она характерна. В нижеприведенной таблице под каждым номером, определяющим позиции первого столбца, запишите букву, соответствующей позиции второго столбца.

ФУНКЦИЯ БИОПОЛИМЕР

хранение наследственной информации А) белок
образование новых молекул путем самоудвоения Б) ДНК
ускорение химических реакции
является обязательным компонентом мембраны клетки
обезвреживание антигенов

Запишите в таблицу получившуюся последовательность букв и перенесите в бланк ответов (без пробелов и других символов).

Часть С

С1 Почему глюкоза не выполняет в клетке запасающую роль?

Напишите на обратной стороне бланка или на отдельном листе краткий ответ, включающий не менее двух элементов.

Тест по теме «Химический состав клетки».

Вариант 2

Часть А

А1 Связь между мономерами в молекуле белка называют

водородной
ионной
пептидной
энергоемкой

А2 Защитная функция белков проявляется в том, что они

подвергаются денатурации
служат антителами
участвуют в построении клетки
транспортируют газы

А3 Какое запасное питательное вещество, служит энергетическим резервом клетки?

крахмал
аминокислота
нуклеиновая кислота
полисахарид — хитин

А4 Жиры в клетке обеспечивают

транспорт гидрофильных веществ
растворение гидрофобных веществ
ускорение химических реакций

двигательную функцию

А5 Основной функцией углеводов в сравнении с белками является

строительная
защитная
каталитическая
энергетическая

А6 Какой углевод входит в состав нуклеотидов РНК?

рибоза
глюкоза
сахароза
дезоксирибоза

Часть В

В1 В состав молекулы ДНК входит

А) фосфорная кислота

Б) аденин

В)рибоза

Г) дезоксирибоза

Д)урацил

Е) катион железа

Запишите ответ в виде последовательности букв в алфавитном порядке (без пробелов и других символов).

Ответ:

ФУНКЦИЯ БИОПОЛИМЕР

образование клеточных стенок А) полисахарид
транспортировка аминокислот Б) нуклеиновая кислота
хранение наследственной информации
служит запасным питательным веществом
обеспечивает клетку энергией

Часть С

С1 Почему крахмал относят к биополимерам и какое свойство крахмала обуславливает его запасающую функцию в клетке?

Ответы и критерии оценивания

Вариант 1

Часть А

Номер задания	А1	А2	A3	А4	А5	А6
Ответ	3	4	1	3	2	1

Часть В

Номер задания	В1	В2
Ответ	АБЕ	ББААА

Часть С

Почему глюкоза не выполняет в клетке запасающую роль?

Элементы содержания верного ответа (допускаются иные формулировки ответа, не искажающие его смысл)
1) Глюкоза — гидрофильное соединение 2) В водной среде клетки сразу вступает в реакции обмена веществ и не может накапливаться.
Указания к оцениванию	Баллы
Ответ включает все названные выше элементы и не содержит биологических ошибок	2
Ответ включает один из названных выше элементов и не содержит биологических ошибок	1
Ответ неправильный
Максимальный балл	2

Вариант 2

Часть А

Номер задания	А1	А2	A3	А4	А5	А6
Ответ	3	2	1	2	4	1

Часть В

Номер задания	В1	В2
Ответ	АБГ	АББАА

Часть С

С1 Почему крахмал относят к биополимерам и свойство крахмала обуславливает его запас; функцию?

Элементы содержания верного ответа (допускаются иные формулировки ответа, не искажающие его смысл)
1) Крахмал-это полисахарид, его мономер — глюкоза. 2) Крахмал обладает свойством гидрофобности, поэтому в водной среде клетки может накапливаться.
Указания к оцениванию	Баллы
Ответ включает все названные выше элементы и не содержит биологических ошибок	2
Ответ включает один из названных выше элементов и не содержит биологических ошибок	1
Ответ неправильный
Максимальный балл	2

Источник

Крахмалы.

Строение крахмала и его разновидности.

Как и камеди, крахмалы- это полисахариды.Их образует множество сахаров, связанных связями. В случае крахмала сахаром является глюкоза. Не все молекулы крахмала похожи между собой. Глюкозные единицы могут соединяться двумя способами: в виде длинной прямой цепочки короткой, но очень разветвленной Длинные цепочки глюкозы называются амилозой, а разветвленные- амилопектином. Хотя амилоза является линейной, но она закручивается в спираль, тогда как амилопектин с его многочисленными ветвями выглядит как коралловый риф. Крахмальные зерна могут содержать не только амилозу или амилопектин, а также их смесь. Крахмальные зерна маленькие, похожие на песок, чистички, которые находятся в эндосперме злаковых, таких как пшеница и зерна кукурузы. Крахмальные зерна различаются по размеру и форме, в зависимости от крахмала. Например, картофельные крахмальные зерна относительно большие и овальные по форме, тогда как зерна крахмала кукурузы намного меньше и более граненые.

Крахмальные гранулы также объединяются в кольца крахмальных молекул. Крахмальные гранулы имееют хорошо организованную форму и структуру. В центральной части гранул( зерен) имеется ядро (зародыш, тока роста), вокруг которого находятся ряды концентрических слоев «колец роста» толщиной около 0,1 мкм.

Молекулы полисахаридов в зерне расположены складчато-радиально, т.е. сами цепи полисахаридов находятся в складчатой форме. при этом амилоза концентрируется ближе к центральной части зерна.В наружном слое крахмального зерна полисахариды образуют подобие прочной оболочки, не обладающей свойствами полупроницаемости, но способны расширяться и растягиваться. Все крахмальное зерно пронизано микропорами . На этом основано использование крахмала в качестве адсобента. Таким образом, крахмалы различаются:

по соотношению содержания линейных и разветвленных полисахаридов- амилозы и амилопектина;
по размеру гранул крахмала;
по форме гранул крахмала;
по однородности распределения гранул по размерам.

Разные виды крахмала- кукурузный, картофельный, амарантовый или тапиока- имеют свои уникальные свойства, которые их и отличают друг от друга.

Сравнение крахмалов, содержащих большое количество амилозы и амилопектина

Большое содержание амилозы	Большое содержание амилопектина
-при остывании мутный	-довольно прозрачный раствор
-образует прочный, густой гель при остывании	-застывает, но не образует гель
-гель становится гуще и выделяет влагу со временем	-меньше выделяет влаги со временем
-не стабилен при размораживании, становится плотнее и покрывается конденсатом	-меньше выделяет влагу при размораживании
-более плотный в холодном виде, чем в горячем состоянии	-одинаковый по густоте в холодном и горячем виде
-придает вкус	-не образует вкуса

Кукурузный крахмал является примером крахмала с высоким содержанием амилозы, а крахмал восковой кукурузы- крахмала с высоким содержанием амилопектина(восковидный крахмал). Крахмалы из корней, которые считаются крахмалами, содержащими среднее количество амилопектина, обладают свойствами между двумя этими крахмалами.

Полисахаридам в крахмальных зернах сопутствуют фосфорная, кремниевая и жирные кислоты. Фосфорная кислота связана с обоими полисахаридами, при этом в картофельном крахмале ее больше в амилопектине, в пшеничном- в амилозе.

Соотношение между самими полисахаридами в различных продуктах таково:

Виды крахмала	Содержание амилозы
кукурузный	около 20%
пшеничный	около 20%
рисовый	около 20%
картофельный	30%
амиломаисный крахмал	80%

Восковидный крахмал почти полность состоит из амилопектина.

Существует 4 группы крахмалов. На самом деле, все крахмалы получают сначала либо из зерна, либо из клубней, а потом уже путем изменения (модификации) получают другие виды.

Зерновые крахмалы.

Зерновые крахмалы получают из эндосперма зерна. К ним относятся: кукурузный, рисовый, пшеничный и восковидный крахмал. Для получения кукурузного крахмала сырье замачивают в слегка теплой воде с добавлением сернистого ангидрида, который разрушает белки, а также действует в качестве отбеливателя. После этого измельчают во влажном состоянии, промывают и отделяют на центрифуге, потом сушат. Современные технологии позволяют минимизировать содержание остаточного белка. Пшеничный крахмал выделяют путем перемешивания сырья в проточной воде- крахмал вымывается в виде кашице, а затем осаждается. Существует способ разрушения клейковины путем ферментирования мучной суспензии.

Клубневые крахмалы.

Получают из корней или клубневых растений. Клубневые крахмалы отличаются от зерновых, главным образом тем, что содержат больше амилопектина.Они образуют более мягкий гель и не обладают зерновым вкусом. примероми являются картофельный крахмал и тапиока. Тапиока выделяется из корней юки, которая также называется маниока или кассава. Тапиока продается в виде порошка, а также в виде гранул. При выделении крахмала из клубней их необходимо хорошо очистить и превратить в жидкое пюре, которое затем процеживают для удаления клетчатки. Находящийся во взвешенном состоянии крахмал, пройдя через сито, многократно промывают и отделяют на центрифуге.

Модифицированные крахмалы.

Крахмалы, которые претерпевают химические изменения для получения определенных свойств. Вещество под названием «модифицированный крахмал» не имеет никакого отношения к генетически модифицированным продуктам. Это обычный крахмал с добавками, необходимыми для определленных целей. Например, крахмал с желатином образует желе. А от генетически модифицированного крахмала не может быть в принципе. И вот почему. Предположим, что крахмал который входит в состав купленного нами десерта, получили из кукурузы. Представим также, что эта кукуруза генетически модифицированная. тогда полученные от нее зерно, мука, крупа и силос тоже будут генетически модифицированными, поскольку содержат ДНК данной кукурузы. Крахмал же не содержит ДНК, в нем нет клеток или частей все той же кукурузы, нет генов.

Виды модифицированного крахмала.

Кипящие крахмалы	Кукурузный крахмал, размягченный путем обработки разбавленный раствором кислоты. В 0,5% растворе серной или соляной кислоты при 52 ºС разводят взвесь жидкой крахмальной кашицы и выдерживают в течении 12ч. Такие кипящие крахмалы классифицируют по текучести- чем ниже рН и чем больше времени обработки, тем крахмал получается более жидким. Обработанные кислотой крахмалы нейтрализуют, отделяют фильтрованием и высушивают. При смешивании с водой и нагревании, кипящие крахмалы не набухают и не загустевают.
Окисленные крахмалы	Технология производства этого вида крахмалов сходна с процессом приготовления кипящего крахмала, но при этом вместо кислоты используют гиплохлорит натрия, что оказывает определенное влияние на молекулярную структуру крахмала, обеспечивая большую сопротивляемость клейстаризации.
Сшитые крахмалы	Реакция сшивания необходима для обеспечения устойчивости крахмала при кипячении в составе с низким рН или в случаях, когда продукт предстоит нагревать под давлением.Реакция сшивания вызывается с помощью обработки крахмальной суспензии такими реагентами, как хлорокись фосфора или уксусный ангидрит, в результате чего между отдельными молекулами крахмала образуются связи. Таким образом усиливаются водородные связи и гранулы становятся более устойчивыми к расщеплению. Благодаря сшиванию крахмальный гель меньше повреждается механическими воздействиями. Натуральный крахмал, разбухший при нагревании, во время перемешивания легко разбивается на мелкие частицы, в результате чего утрачивается вязкость.Сшивание крахмала не оказывает на амилозу в его составе влияния, предотвращающего последующее желирование. В этих случаях реакция сшивания проводится с крахмалами, не содержащими амилозы.

Процесс клейстаризации крахмала.

Так как молекулы крахмала плотно упакованы определенным образом в крахмальных гранулах, то, когда гранулы помещаются в холодную воду, молекулы крахмала внутри гранулы притягивают воду и набухают. Если воду нагреть, то крахмальные гранулы подвергаются необратимому процессу клейстаризации.

Клейстаризация- разрушение кристаллической структуры крахмальных гранул и набухание этих гранул, вызываемое притоком воды внутрь гранулы. Большие гранулы обычно клейстеризуются первыми, маленькие гранулы для полной абсорбции воды и набухания требуют времени. Различают 4 стадии клейстаризации:

Набухание	Первая стадия происходит при температуре 35-40ºС. Набухание характеризуется образованием мельчайших углублений и трещин. Вода, поступающая внутрь зерен, растворяет некоторое количество полисахаридов. Часть из них (амилоза) переходят из зерен.Температура, при которой это наблюдается называбт температурой клейстаризации.
Разбухание крахмальных зерен	Происходит при температуре 45-65ºС и характеризуется превращением крахмальных зерен в студенистые пузырьки. Суспензия превращается в клейстер- дисперсию, состоящую из набухших крахмальных зерен и растворенных в воде полисахаридов(амилоза).Значительно вырастает вязкость системы.
Разбухание крахмальных пузырьков	Происходит при 60-80ºС и характеризуется распадом больших пузырьков на мелкие. Слоистое строение исчезает. Объем резко увеличивается до 1000%, что является следствием разрыва связей между макромолекулами полисахаридов и их гидратации. часть полисахаридов растворяется и остается в подсети крахмального зерна, а часть(главным образом, амилоза)- диффундирует в окружающую среду. Вязкость клейстера значительно возрастает.
Распад крахмальных пузырьков	Начинается при 80-100ºС, характеризуется диспергированием(разрушением) крахмального вещества до коллоидного состояния. Процесс идет тем интенсивнее, чем выше температура и длительнее нагрев. Считается, что вязкость клейстеров при нагревании объясняется не набуханием зерен крахмала, а свойствами излекаемой из них водорастворимой фракции, образующей в растворе трехмерную сетку и удерживающую больше влаги, чем набухшие крахмальные зерна.

Свойства нативных крахмалов:

Крахмал	Диаметр(микрон)	Температура клейстаризации(ºС)	Содержание амилозы(%)
Кукурузный	5-26	62-72	22-28
Восковидный	5-26	63-72	<1
Тапиоковый	5-25	72-73	17-22
Картофельный	15-100	59-68	23
Сорго	6-30	68-78	23-28
Пшеничный	2-35	58-64	17-27
Рисовый	3-8	68-78	16-17
Высокоамилозная кукуруза	3-24	63-92	50-90

Ретроградация — это типичная форма перехода растворенных крахмальных полисахаридов в нерастворимую форму в результате их агрегации при охлождении и хранения продукции. Объяснить ретрограцию можно неустойчивостью крахмальных полисахаридов в растворе, особенно амилозы. Если ретроградация идет без видимого образования осадка, то считается, что амилоза посредством водородных связей соединяется с амилопектином. Такой процесс обратим. если же процесс идет как самоагрегация амилозы, то образуются нерастворимые комплексы.

Ретроградация амилозы протекает в несколько стадий: вначале произвольно скрученные спирали амилозных цепей вытягиваются, после этого они теряют гидратную оболочку и располагаются одна подле другой. Между гидроксильными группами, расположенными на близком расстоянии, возникают водородные связи. Связывание таким образом большого числа молекул приводит к образованию видимых хлопьев.

В крахмальном клейстере ретроградации подвергается в основном амилоза. Глубина процесса зависит от температуры,концентрации, наличия добавок, природы крахмала , времени. Амилопектин ретроградирует медленнее и в меньшей степени , чем амилоза. Повышение температуры сдерживает процесс ретроградации. Концентрация способствует ретроградации.Чем выше вязкость, тем сильнее ретрограция. Ретроградация крахмала пшеницы идет быстрее, чем крахмала других крупяных культур. Время способствует ретроградации.В процессе снижается количество растворимых веществ и снижается водоудерживающая способность системы, как видимо, за счет связанной и свободной воды, т.е. структура грубее.

Источник