Полисахариды, используемые как запасные вещества

Размещено на http://allbest.ru

Химико-технологический и металлургический университет

Кафедра органической химии

Реферат

Полисахариды, используемые как запасные вещества

Выполнил: Владислав Кириченко

факультет биотехнологий

фак. номер БТ9035

София, 2014

План

Введение

1. Полисахариды, классификация полисахаридов

2. Полисахариды, используемые как запасные вещества

3. Получение крахмала

3.1 Принципиальная технологическая схема получения сырого картофельного крахмала

3.2 Принципиальная технологическая схема получения сырого кукурузного крахмала

3.3 Получение сухого крахмала

Выводы

Список использованной литературы

Введение

Углеводы представляют собой большой класс органических соединений, вещества, которые содержат карбонильную и несколько гидроксильный групп. Широко распространены в природе, входят в состав всех живых организмов.

Полисахариды - одна из основных групп углеводов, самая простая форма сахаридов. Является мономером для полисахаридов. Обычно, являют собой белые кристаллы хорошо растворимые в воде, обладающие сладким вкусом. Все сахариды являются оптически активными веществами, имеющие несколько хиральных центров.

Полисахариды делятся на альдозы и кетозы в зависимости от наличия альдегидной и кетонной группы соответственно. В зависимости от количества атомов углерода бывают триозы, тетрозы, пентозы, гексозы, гептулоза (3, 4, 5, 6, 7 атомов карбона в цепи). Моносахариды с большим, чем 6-7 атомов углерода, обычно, не стабильны, и спонтанно распадаются на углеводы с меньшим количеством атомов.

Основными представителями моносахаридов являются глюкоза и фруктоза. В основном, они есть основой для олиго- и полисахаридов.

полисахарид крахмал органический углевод

1. Полисахариды

Полисахариды - являют собой большой класс органических соединений. Мономерами полисахаридов являются моносахариды. Количество моносахаридов может измеряться десятками, сотнями или тысячами в молекулах полисахаридов. Полисахариды необходимы для жизнедеятельности животных и растительных организмов, обмена веществ организма. Они распространены повсеместно, используются как источник энергии в растительных и животных организмах и так же как строительный материал (например, хитин у грибов и насекомых).

Классификация полисахаридов

Существует несколько видов классификации полисахаридов:

- по типу моносахаридов, входящих в состав полисахарида;

- по источникам выделения полисахаридов;

- по функциональному назначению.

По типу моносахаридов различают гомополисахариды и гетерополисахариды. Гомополисахариды состоят из остатков одного типа моносахаридов (например: амилоза, амилопектин, гликоген, целлюлоза, пектин).

Гетерополисахариды содержат остатки двух или большего числа моносахаридов, для которых важна последовательность чередования в молекуле полимера.

По источникам выделения полисахариды делятся на три группы:

- фитосахариды (инулин, пектин, целлюлоза, амилоза и т.д.);

- полисахариды микроорганизмов;

- зоополисахариды (гликоген, хитин, гепарин и т.д.).

С точки зрения функционального назначения полисахариды делятся на структурные, резервные и полисахариды с иными функциями. Важнейшими структурными полисахаридами являются целлюлоза (растения), хитин (насекомые), гиалуроновая кислота и хондроитинсульфаты (животные). Главными резервными полисахаридами являются крахмал и гликоген.

2. Полисахариды, используемые как запасные вещества

Основными полисахаридами, которые используются, как резервные вещества являются крахмал, гликоген, пектин и инулин.

В зависимости от живого организма используются разные полисахариды. Растительные организмы запасают в своих клетках, как запасное вещество крахмал, пектин и инулин; животные организмы - гликоген.

Крахмал - полисахарид, мономером которого является альфа-глюкоза. Общая формула крахмала (C₆H₁₀O₅)_n.

Структурная формула крахмала представлена ниже.

Крахмал - безвкусный аморфный порошок белого цвета, нерастворимый в холодной воде. Под микроскопом видно, что это зернистый порошок; при сжатии порошка крахмала в руке он издаёт характерный скрип, вызванный трением частиц.

В горячей воде растворяется, образуя коллоидный раствор - клейстер. В воде, при добавлении кислот (разбавленная H₂SO₄ и др.) как катализатора, постепенно гидролизирует с уменьшением молекулярной массы. В результате образуется т. н. «растворимый крахмал», декстрин и, в конечном итоге глюкоза.

Молекулы крахмала неоднородны по размерам. Крахмал представляет собой смесь линейных и разветвлённых макромолекул.

При действии ферментов или нагревании с кислотами подвергается гидролизу по уравнению: (C₆H₁₀O₅)_n + nH₂O--H₂SO₄> nC₆H₁₂O₆.

Крахмал можно определить с помощью качественных реакций:

- реакция с йодом, характерный синий цвет

- в отличие от глюкозы, крахмал не дает реакции серебряного зеркала

- подобно сахарозе, не восстанавливает купрум (II) оксид.

Гликоген (животный крахмал) (C₆H₁₀O₅) - это полисахарид разветвлённой структуры, смесь молекул различной степени полимеризации, состоит из остатков глюкозы в форме б-D-глюкопиранозы. Подавляющее большинство глюкозных остатков в гликогене соединены при помощи б-1, 4-глюкозидных связей, 7-9% (в точках разветвления полиглюкозидных цепей) - за счёт б-1, 6-глюкозидных связей и около 0, 5-1% - за счёт иных связей.

Наружные ветви молекул гликогена длиннее внутренних. Наиболее полные данные о строении получены для гликогена моллюсков, кроликов и лягушек. Наиболее изученные гликогены отличаются средней длиной наружных и внутренних ветвей. Строение гликогена подтверждено энзиматическим синтезом.

Структурная формула гликогена показана на рисунке ниже.

Гликоген - белый аморфный порошок, легко растворимый в воде с образованием (в зависимости от концентрации) опалесцирующих или молочно-белого цвета коллоидных растворов. Из водных растворов гликоген осаждается спиртом, танином и сульфатом аммония. Гликоген способен образовывать комплексы с белками. При обычных условиях гликоген не проявляет восстанавливающих свойств, однако, пользуясь особо чувствительными реактивами (например, динитросалициловой кислотой), можно определять ничтожную малую восстанавливающую способность гликогена, что лежит в основе химических методов определения молярного веса гликогена. Кислотами гликогены гидролизуются, причём вначале образуются декстрины, а затем мальтоза и глюкоза; к действию концентрированных щелочей гликоген весьма устойчив.

Растворы гликогена окрашиваются йодом в вино-красный, красно-бурый и красно-фиолетовый цвета; окраска исчезает при кипячении и вновь появляется при охлаждении. Оттенок и интенсивность окрашивания гликогена зависят от его строения (степени разветвлённости молекулы, длины наружных ветвей и т.д.); может иметь значение и присутствие примесей. Этой реакцией пользуются для качественного обнаружения гликогена. Количественно гликоген обычно определяют после выделения его из ткани с последующим кислотным гидролизом и определением образовавшейся глюкозы.

Гликоген широко распространён в организмах животных и представляет собой резервное вещество, важное для энергетики организма и легко расщепляющееся с образованием глюкозы, а также при гликолизе с образованием молочной кислоты.

Наиболее богаты гликогеном печень (до 20% сырого веса) и мышцы (до 4%), очень богаты некоторые моллюски (в устрицах до 14% сухого веса), дрожжи и высшие грибы. К гликогену близки крахмалы некоторых видов кукурузы.

Гликоген получают путём обработки ткани 5-10% трихлоруксусной кислотой на холоду с последующим осаждением спиртом, либо обработкой ткани 60%KOH при 100°С; белки при этом гидролизуют, а гликоген осаждается затем из гидролизата спиртом.

Расщепление гликогена в организме животных происходит либо при помощи фермента б-амилазы гидролитическим путём, называемым амилолизом:

(C₆H₁₀O₅)_n + _nH₂O = _n(C₆H₁₂O₆),

либо при помощи фермента фосфорилазы и солей фосфорной кислоты:

(C₆H₁₀O₅)_n + Na₂HPO₄ = (C₆H₁₀O₅)_n-1 + (C₆H₁₁O₅)OPO₃Na₂

Пектины - полисахариды, образованные остатками главным образом галактуроновой кислоты. Присутствуют во всех высших растениях, особенно во фруктах, и в некоторых водорослях. Пектины, являясь структурным элементом растительных тканей, способствуют поддержанию в них тургора, повышают засухоустойчивость растений, устойчивость овощей и фруктов при хранении.

Общая структура пектина дана на рисунке ниже.

Инулин (C₆H₁₀O₅)_n - органическое вещество из группы полисахаридов, мономером которого является D-фруктозы.

Он может быть получен в виде аморфного порошка и в виде кристаллов, легко растворимый в горячей воде и трудно в холодной. Молекулярная масса 5000-6000. Имеет сладкий вкус. При гидролизе под действием кислоты фермента инулазы образует D-фруктозу и небольшое количество глюкозы. Инулин, как и промежуточные продукты его ферментативного расщепления - инулиды, не обладает восстанавливающими свойствами. Молекула инулина - цепочка из 30-35 остатков фруктозы в фуранозной форме.

Общая структура инулина дана на рисунке ниже.

Подобно крахмалу, инулин служит запасным углеводом, встречается во многих растениях, главным образом семейства сложноцветных, а также колокольчиковых, лилейных, лобелиевых и фиалковых. В клубнях и корнях георгина, нарцисса, гиацинта, туберозы, одуванчика, цикория и овсяного корня содержание инулина достигает 10-12 % (до 60 % от содержания сухих веществ). В растениях вместе с инулином почти всегда встречаются родственные углеводы псевдоинулин, инуленин, левулин, гелиантенин и др., дающие, как и инулин, при гидролизе D-фруктозу.

Инулин не переваривается пищеварительными ферментами организма человека и относится к группе пищевых волокон. В связи с этим применяется в медицине как заменитель крахмала и сахара при сахарном диабете. Служит исходным материалом для промышленного получения фруктозы.

3. Получение крахмала

В зависимости от происхождения крахмала (картофельный, кукурузный, пшеничный), крахмал получают разными способами.

3.1 Принципиальная технологическая схема получения сырого картофельного крахмала

Схема состоит из следующих этапов: хранение картофеля; доставка картофеля на завод; мойка картофеля; взвешивание картофеля; тонкое измельчение картофеля - получение кашки; выделение картофельного сока из кашки; выделение свободного крахмала из кашки; отделение и промывание мезги; рафинирование крахмального молока; промывание крахмала, осаждение.

Картофель представляет собой ценный крахмалистый продукт, содержание крахмала в клубнях картофеля колеблется от 8 до 29%, сахаров (в основном сахарозы) 0,46-1,72%, клетчатки 0,52-1,77%, азотистых веществ 0,7-4,6% (на 60% представлены белками, которые полноценны по аминокислотному составу, 40% азотистых веществ картофеля - небелковые азотистые соединения). В картофеле также содержаться органические кислоты (яблочная, молочная, но в основном лимонная, рН картофельного сока 5,8-6,6) и витамины (С, В).

Предприятия, перерабатывающие картофель, работают сезонно. До подачи на производство картофель хранят в буртах при температуре 2-8°С. Хранить картофель свыше 5-7 месяцев нецелесообразно, так как это приводит к значительным потерям крахмала. После мойки и взвешивания картофель измельчают на терочных машинах (производительность 0,7-6 т/час). Полученная после истирания картофельная кашка представляет собой смесь, состоящую из разорванных клеточных стенок картофеля (мезги), крахмальных зерен и картофельного сока, который необходимо быстро выделить из кашки при минимальном его разбавлении. Эту операцию осуществляют на осадительной шнековой центрифуге типа ОГШ, которая состоит из двух барабанов -- наружного и внутреннего. Оба барабана вращаются в одну сторону, причем внутренний барабан вращается с опережением на 15-25 с^-1. Картофельная кашка поступает в пространство между барабанами, где под действием центробежной силы происходит ее разделение на две фракции: легкая фракция - картофельный сок выводится из центрифуги через сливные окна, а тяжелая фракция - крахмал за счет разницы во вращении барабанов выводится шнеком, расположенным на внешней поверхности внутреннего барабана, разбавляется водой и удаляется в виде крахмального молока определенной плотности.

Сразу после осадительных центрифуг кашку направляют на ситовую станцию завода. Главная задача ситовой станции - максимальное выделение свободного крахмала из мезги путем многостадийного промывания водой , рафинирование крахмального молока и получение крахмального молока достаточно большой концентрации. После выделения мезги на ситовых аппаратах или гидроциклонах крахмальная суспензия сильно разбавленного картофельного сока подвергается рафинированию на центробежных ситах или гидроциклонах. Сгущенная суспензия крахмала поступает в гидроциклоны для промывания и осаждения крах мала. Эту операцию проводят в три ступени, далее крахмал обезвоживают на вакуум-фильтрах и высушивают.

Принцип действия гидроциклона прост - тяжелые частицы (крахмал) под воздействием центробежных сил отбрасываются на внутреннюю поверхность конуса и сползают вниз, к дюзу сгущенного схода, легкая фракция продукта (жидкий сход) поднимается к дюзу жидкого схода и выводится из него. Гидроциклоны объединяют в мультициклоны - батареи гидроциклонов, производительностью 100-200 т/сут картофеля.

Из-за высокого содержания влаги сырой картофельный крах мал не может долго храниться, поэтому его перерабатывают в сухой крахмал, декстрин, модифицированные крахмалы, патоку, глюкозу и др. Наиболее надежный способ хранения - замораживание.

3.2 Принципиальная технологическая схема получения сырого кукурузного крахмала

Схема включает следующие основные операции: замачивание и дробление зерна кукурузы, выделение зародыша, тонкое измельчение кукурузной кашки, отделение и промывание мезги и зародыша, выделение крах мала из крахмалобелковой суспензии, осаждение и промывание крахмала. Сырьем для производства кукурузного крахмала служит зерно кукурузы, в котором содержится около 70% крахмала (к массе сухих веществ). Кроме крахмала в зерне кукурузы присутствуют белки (10-13%) и жиры (6,5%), для выделения которых применяются специальные методы и оборудование, что, с одной стороны, усложняет кукурузокрахмальное производство, а с другой позволяет выпускать кукурузное масло, кукурузный экстракт и сухие белковые корма.

Замачивание кукурузного зерна - важнейшая технологическая операция, от которой зависит выход конечного продукта. В эндосперме зерна крахмал прочно удерживается кукурузным белком глютеном. Цель замачивания - разрыв или ослабление связей между ними. Для замачивания зерна используют слабый раствор сернистой кислоты (концентрация SO2 в воде 0,15-0,20%), чтобы исключить прорастание зерна и развитие микроорганизмов. Длительность замачивания 48-50 ч, температура 48-50°С. Зерно набухает, оболочки становятся проницаемыми, что ускоряет переход водорастворимых веществ (сахаров, декстринов, аминокислот, пектинов) в замочную воду. Замачивание зерна осуществляют в противотоке.

Кукурузное зерно дробят так, чтобы отделить зародыш, не повредив его. Зерно дробят на дисковых дробилках ударного действия двукратно. Кашка, полученная после первого и второго дробления, содержит зародыш, оболочки зерна, крахмал, глютен и водорастворимые вещества. При помощи гидроциклонов максимально извлекают зародыш из кашки вместе с суспензией крахмала, затем отделяют его от суспензии ситованием и далее промывают на ситах для полного удаления свободного крахмала.

Для полного высвобождения крахмала кашку промывают водой, отделяют сход на ситах, подвергают его тонкому измельчению, промывке водой, ситованию, сход с сит снова отправляется на измельчение. Полученное крахмальное молоко направляют на двукратное рафинирование при помощи дуговых сита с капроновой ситовой тканью.

Рафинированное крахмальное молоко содержит 11-14% СВ, из них крахмала 88-92%; глютена 6-10%; жира 0,5-1,0%. Плотность глютена значительно ниже плотности крахмальных зерен, на этом свойстве и основано их разделение на специальных центробежных сепараторах.

Крахмальное молоко после отделения глютена еще содержит некоторое количество примесей.

Поэтому крахмал дополнительно промывают на вакуум-фильтрах в две или три стадии. Промытый крахмал направляют на производство сухого крахмала, крахмальной патоки, кристаллической глюкозы, модифицированных крахмалов и декстрина.

В зависимости от качества сырья, технической оснащенности завода и схемы производства выход крахмала составляет 60-70% к массе безводной кукурузы. Коэффициент извлечения крахмала составляет 86-94%.

Зародыш, выход которого составляет 6-7% к массе безводной кукурузы, используют для получения кукурузного масла. Его сушат до влажности 2,0-2,5%, измельчают на вальцовых станках, а затем подвергают прессованию на шнековых прессах. Выделенное масло поступает на рафинирование.

3.3 Получение сухого крахмала

Схема производства сухого крахмала состоит из следующих операций: подготовки суспензии крахмала к механическому удалению избыточной влаги; механического обезвоживания крахмала; сушки и отделки сухого крахмала (дробление, просеивание и упаковывание).

Сырой крахмал разводят водой и получают крахмальное молоко, которое подвергают очистке. Очищенный крахмал в виде крахмальной суспензии концентрацией 12-14% направляют в цех для получения сухого крахмала. Механическое обезвоживание крахмала проводят на горизонтальных непрерывно действующих центрифугах (ФГН) или вакуум-фильтрах. После центрифугирования содержание влаги составляет 34-38%. Сушат крахмал в сушилках различных систем, используя в качестве теплоносителя подогретый воздух.

Наибольшее распространение получили пневматические сушильные установки, в которых обеспечивается хороший контакт крахмала с теплоносителем. Процесс сушки протекает очень быстро, поэтому сушилки получили название сушилок мгновенного действия. Из сушилки крахмал выходит температурой 55-60єС и подается в специальный бурат-охладитель. Охлажденный крахмал поступает в бункер-смеситель, а затем в центробежный бурат для разрушения основной массы комочков крахмала, образовавшихся в процессе сушки. Далее крахмал просеивается в призматическом бурате и поступает на фасование. Сходы с буратов (неразрушенные комочки крахмала) направляют в мельницу для измельчения и последующего просеивания. Этот крахмал оценивается уже как крахмал II сорта. Полученный сухой картофельный и кукурузный крахмал должен отвечать требованиям соответствующих ГОСТов.

Выводы

Полисахариды являются одними из очень классов веществ наряду с белками и жирами. Они могут являться, как и строительным материалом для клеток, так и питательным веществом. Пользу от промышленного производства моносахаридов, олигосахаридов и полисахаридов нельзя переоценить. В настоящем времени полисахариды используются в медицинской, пищевой отраслях.

Список использованной литературы

1. Нейланд О.Я. Органическая химия: Учебник для вузов. - М.: Высшая школа , 1999

2. Шабаров Ю.С. Органическая химия: В 2-х кн; Учебник для вузов.- 2-е изд.- М.: Химия, 1996

3. Химическая энциклопедия: в 5 т. - М.: Большая Российская энциклопедия, 1988-1998.

4. Реутов О.И., Курц А.Л., Бутин К.П. Органическая химия: в 2 т. - М.: Изд. МГУ, 1999.

5. Березин Б.Д., Березин Д.Б. Курс современной органической химии. Учебное пособие для вузов. - М.: Высш.шк.,2001

6. Иванов В.Г., Горленко В.А., Гева О.Н. Органическая химия - М.:Мастерство,2003

7. Левитина Т.П. Справочник по органической химии: Учебное пособие. - СПб: «Паритет», 2002. - 448с.

Размещено на Allbest.ru