Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для блюда кухни урхобо, известного как крахмал, см. Usi (еда) . Для видеоигры см. Starch (видеоигра) .
Крахмал
Кукурузный крахмал, смешанный с водой
Идентификаторы
ChemSpider
  • никто
ECHA InfoCard100.029.696 Отредактируйте это в Викиданных
Номер ЕС
  • 232-679-6
Номер RTECS
  • GM5090000
Характеристики
( C
6ЧАС
10О
5)
п+ (H
2O)
Молярная массаПеременная
Внешностьбелый порошок
ПлотностьПеременная [1]
Температура плавленияразлагается
нерастворим (см. клейстеризация крахмала )
Термохимия
4,1788 килокалорий на грамм (17,484 кДж / г) [2] ( высшая теплотворная способность )
Опасности
Паспорт безопасностиICSC 1553
410 ° С (770 ° F, 683 К)
NIOSH (пределы воздействия на здоровье в США):
PEL (Допустимо)
TWA 15 мг / м 3 (всего) TWA 5 мг / м 3 (соответственно) [3]
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
проверитьY проверить  ( что есть   ?)проверитьY☒N
Ссылки на инфобоксы
Структура молекулы амилозы
Структура молекулы амилопектина

Крахмал или амил - это полимерный углевод, состоящий из множества единиц глюкозы, соединенных гликозидными связями, называемыми полимерами. Этот полисахарид вырабатывается большинством зеленых растений в качестве накопителя энергии. Это наиболее распространенный углевод в рационе человека и в больших количествах содержится в основных продуктах питания, таких как картофель , кукуруза (кукуруза), рис , пшеница и маниока (маниок).

Чистый крахмал - это белый порошок без вкуса и запаха, не растворимый в холодной воде или спирте. Он состоит из двух типов молекул: линейной и спиральной амилозы и разветвленного амилопектина . В зависимости от растения крахмал обычно содержит от 20 до 25% амилозы и от 75 до 80% амилопектина по весу. [4] Гликоген , запас глюкозы у животных, представляет собой более разветвленную версию амилопектина.

В промышленности крахмал превращается в сахар, например, путем соложения , и ферментируется для производства этанола при производстве пива , виски и биотоплива . Он обрабатывается для производства многих сахаров, используемых в обработанных пищевых продуктах. При смешивании большинства крахмалов в теплой воде образуется паста, такая как пшеничная паста , которую можно использовать в качестве загустителя, загустителя или склеивающего агента. Наибольшее промышленное использование крахмала в непищевых целях - это клей в процессе производства бумаги . Перед глажкой можно нанести крахмал на части некоторых предметов одежды, чтобы придать им жесткость .

Этимология [ править ]

Слово «крахмал» происходит от германского корня, означающего «сильный, жесткий, укрепляющий, жесткий». [5] Современная немецкая Stärke (сила) связана и со ссылкой на протяжении многих веков основного применения, использование в текстильном: проклейках пряжи для ткацкого и подкрахмаливания белья . Греческий термин для крахмала, «amylon» (ἄμυλον), что означает «не перемалывает», также связан. Он обеспечивает корневой амил , который используется в качестве префикса для нескольких 5-углеродных соединений, родственных крахмалу или полученных из него (например, амилового спирта ).

История [ править ]

Крахмал зерна из корневищ в рогоз (рогоз, bullrushes) , как мука были идентифицированы из шлифовальных камней в Европе датируемые до 30000 лет назад. [6] Зерна крахмала из сорго были найдены на точильных камнях в пещерах в Нгалуэ , Мозамбик, около 100 000 лет назад. [7]

Паста из чистого экстракта пшеничного крахмала использовалась в Древнем Египте, возможно, для склеивания папируса . [8] Извлечение крахмала сначала описано в естественной истории из Плиний Старший вокруг 77-79 AD. [9] Римляне использовали его также в косметических кремах, для пудры для волос и для сгущения соусов. Персы и индейцы использовали его для приготовления блюд, похожих на готумайскую пшеничную халву . Рисовый крахмал в качестве поверхностной обработки бумаги был использован в производстве бумаги в Китае с 700 CE . [10]

Крахмальная промышленность [ править ]

Крахмальный завод в Баллидугане ( Северная Ирландия ), построенный в 1792 году.
West Philadelphia Starch работает в Филадельфии (Пенсильвания) , 1850 г.
Faultless Starch Company в Канзас-Сити

Помимо прямого потребления крахмалистых растений, к 2008 году во всем мире производилось 66 миллионов тонн крахмала в год. В 2011 году добыча была увеличена до 73 млн тонн. [11]

В ЕС крахмала промышленности было произведено около 8,5 млн тонн в 2008 году около 40% используется для промышленного применения и 60% для пищевых целей, [12] большинство из последних , как глюкоза сиропы . [13] В 2017 году производство в ЕС составило 11 миллионов тонн, из которых 9,4 миллиона тонн было потреблено в ЕС, из которых 54% составляли крахмальные подсластители. [14]

В 2017 году в США было произведено около 27,5 млн тонн крахмала, из которых около 8,2 млн тонн приходилось на сироп с высоким содержанием фруктозы , 6,2 млн тонн - на сиропы из глюкозы и 2,5 млн тонн - на крахмальные продукты. Остальной крахмал был использован для производства этанола (1,6 миллиарда галлонов). [15] [16]

Энергетический запас растений [ править ]

гранулы картофельного крахмала в клетках картофеля
крахмал в эндосперме в эмбриональной фазе семян кукурузы

Большинство зеленых растений хранят энергию в виде крахмала, который упакован в полукристаллические гранулы. [17] Дополнительная глюкоза превращается в крахмал, который более сложен, чем глюкоза, производимая растениями. Молодые растения живут за счет этой накопленной энергии в своих корнях, семенах и плодах, пока не найдут подходящую почву для роста. [18] Исключением является семейство сложноцветных (астры, маргаритки и подсолнухи), где крахмал заменен фруктаном и инулином . Инулиноподобные фруктаны также присутствуют в злаках, таких как пшеница , в луке и чесноке , бананах и спарже . [19]

При фотосинтезе растения используют световую энергию для производства глюкозы из углекислого газа . Глюкоза используется для выработки химической энергии, необходимой для общего метаболизма , для образования органических соединений, таких как нуклеиновые кислоты , липиды , белки и структурные полисахариды, такие как целлюлоза , или хранится в форме гранул крахмала в амилопластах . Ближе к концу вегетации крахмал накапливается в веточках деревьев возле почек. Плоды , семена , корневища и клубни хранить крахмал для подготовки к следующему вегетационному периоду.

Глюкоза растворима в воде, гидрофильна , связывается с водой, затем занимает много места и является осмотически активной; глюкоза в форме крахмала, с другой стороны, нерастворима, поэтому осмотически неактивна и может храниться гораздо более компактно. Полукристаллические гранулы обычно состоят из концентрических слоев амилозы и амилопектина, которые могут быть сделаны биодоступными в зависимости от потребности клеток растения. [20]

Молекулы глюкозы связаны в крахмале легко гидролизуемыми альфа-связями . Такой же тип связи обнаружен в полисахаридном гликогене животного происхождения . Это контрастирует со многими структурными полисахаридами, такими как хитин , целлюлоза и пептидогликан , которые связаны бета-связями и гораздо более устойчивы к гидролизу. [21]

Биосинтез [ править ]

Растения производят крахмал, сначала превращая глюкозо-1-фосфат в АДФ - глюкозу с помощью фермента глюкозо-1-фосфатаденилилтрансферазы . Этот шаг требует энергии в виде АТФ . Затем фермент синтаза крахмала добавляет АДФ-глюкозу через 1,4-альфа- гликозидную связь к растущей цепи остатков глюкозы, высвобождая АДФ и создавая амилозу. АДФ-глюкоза почти наверняка добавляется к невосстанавливающему концу полимера амилозы, так как UDP-глюкоза добавляется к невосстанавливающему концу гликогена во время синтеза гликогена. [22]

Фермент разветвления крахмала вводит 1,6-альфа гликозидные связи между цепями амилозы, создавая разветвленный амилопектин. Фермент разветвления крахмала изоамилаза удаляет некоторые из этих разветвлений. Существует несколько изоформ этих ферментов, что приводит к очень сложному процессу синтеза. [23]

Гликоген и амилопектин имеют схожую структуру, но первый имеет примерно одну точку ветвления на десять 1,4-альфа-связей, по сравнению с примерно одной точкой ветвления на тридцать 1,4-альфа-связей в амилопектине. [24] Амилопектин синтезируется из АДФ-глюкозы, в то время как млекопитающие и грибы синтезируют гликоген из УДФ-глюкозы ; в большинстве случаев бактерии синтезируют гликоген из АДФ-глюкозы (аналог крахмала). [25]

Помимо синтеза крахмала в растениях, крахмал может быть синтезирован из непищевого крахмала посредством ферментного коктейля. [26] В этой бесклеточной биосистеме целлюлоза с бета-1,4-гликозидной связью частично гидролизуется до целлобиозы . Целлобиозофосфорилаза расщепляется на глюкозо-1-фосфат и глюкозу; другой фермент - альфа-глюканфосфорилаза картофеля может добавлять глюкозную единицу из глюкозо-1-фосфорилазы к невосстанавливающим концам крахмала. В нем фосфат перерабатывается внутри. Другой продукт, глюкоза, может усваиваться дрожжами. Эта бесклеточная биотехнология не требует затратных химических и энергетических затрат, может проводиться в водном растворе и не имеет потерь сахара. [27] [28][29]

Деградация [ править ]

Крахмал синтезируется в листьях растений в течение дня и хранится в гранулах; он служит источником энергии ночью. Нерастворимые, сильно разветвленные цепи крахмала должны быть фосфорилированы , чтобы они были доступны для разлагающих ферментов. Фермент глюкан, водная дикиназа (GWD) фосфорилирует в положении C-6 молекулы глюкозы, рядом с цепями 1,6-альфа разветвленных связей. Второй фермент, фосфоглюкан, водная дикиназа (PWD) фосфорилирует молекулу глюкозы в положении C-3. Потеря этих ферментов, например, потеря GWD, приводит к фенотипу избытка крахмала (пол) [30], а поскольку крахмал не может быть фосфорилирован, он накапливается в пластидах.

После фосфорилирования первый разлагающий фермент бета-амилаза (БАМ) может атаковать цепь глюкозы на ее невосстанавливающем конце. Мальтоза выделяется как основной продукт разложения крахмала. Если цепь глюкозы состоит из трех или менее молекул, БАМ не может высвобождать мальтозу. Второй фермент, диспропорционирующий фермент-1 (DPE1), объединяет две молекулы мальтотриозы. Из этой цепи высвобождается молекула глюкозы. Теперь БАМ может высвободить еще одну молекулу мальтозы из оставшейся цепи. Этот цикл повторяется до полного разложения крахмала. Если БАМ приближается к фосфорилированной точке разветвления цепи глюкозы, он больше не может выделять мальтозу. Для разрушения фосфорилированной цепи требуется фермент изоамилаза (ISA). [31]

Продуктами разложения крахмала являются преимущественно мальтоза [32] и меньшее количество глюкозы. Эти молекулы экспортируются из пластиды в цитозоль, мальтозу через переносчик мальтозы, который в случае мутации (мутант MEX1) приводит к накоплению мальтозы в пластиде. [33] Глюкоза экспортируется через пластидный транслокатор глюкозы (pGlcT). [34] Эти два сахара действуют как предшественники синтеза сахарозы. Затем сахароза может быть использована в окислительном пути пентозофосфата в митохондриях для выработки АТФ в ночное время. [31]

Свойства [ править ]

Структура [ править ]

Кукурузный крахмал, увеличенный в 800 раз, в поляризованном свете, показывает характерный крест угасания
Рисовый крахмал на световом микроскопе. Для рисового крахмала характерно то, что гранулы крахмала имеют угловой контур, некоторые из них прикреплены друг к другу и образуют более крупные гранулы.

Хотя считалось, что амилоза полностью неразветвленная, теперь известно, что некоторые из ее молекул содержат несколько точек ветвления. [35] Амилоза - гораздо меньшая молекула, чем амилопектин. Около четверти массы гранул крахмала в растениях состоит из амилозы, хотя амилозы примерно в 150 раз больше, чем молекул амилопектина.

Молекулы крахмала располагаются в растении в виде полукристаллических гранул. Каждый вид растений имеет уникальный размер гранул крахмала: рисовый крахмал относительно мал (около 2 мкм), в то время как картофельный крахмал имеет более крупные гранулы (до 100 мкм).

При нагревании крахмал растворяется в воде. Гранулы набухают и лопаются, полукристаллическая структура утрачивается, а молекулы амилозы меньшего размера начинают вымываться из гранул, образуя сеть, удерживающую воду, и увеличивая вязкость смеси . Этот процесс называется клейстеризацией крахмала . Во время варки крахмал превращается в пасту и еще больше увеличивает вязкость. Во время охлаждения или длительного хранения пасты полукристаллическая структура частично восстанавливается, и паста из крахмала загустевает, вытесняя воду. Это в основном вызвано ретроградацией амилозы. Этот процесс отвечает за затвердевание хлеба или черствость , а также за водный слой поверх геля крахмала (синерезис ).

Некоторые сорта культурных растений содержат чистый крахмал амилопектина без амилозы, известный как восковидный крахмал . Чаще всего используется восковая кукуруза , другие - клейкий рис и восковой картофельный крахмал . Восковые крахмалы имеют меньшую ретроградацию, что приводит к более стабильной пасте. Крахмал с высоким содержанием амилозы, амиломайз , культивируется для использования его прочности геля и для использования в качестве устойчивого крахмала (крахмала, который сопротивляется перевариванию) в пищевых продуктах.

Синтетическая амилоза, полученная из целлюлозы, имеет хорошо контролируемую степень полимеризации. Следовательно, его можно использовать в качестве потенциального носителя для доставки лекарств. [26]

Некоторые крахмалы при смешивании с водой образуют неньютоновскую жидкость, которую иногда называют «облек».

Гидролиз [ править ]

Эти ферменты , которые разрушают или гидролиз крахмала на составляющие сахаров, известны как амилазы .

Альфа-амилазы содержатся в растениях и животных. Человеческая слюна богата амилазой, и поджелудочная железа также выделяет этот фермент. Люди из популяций с диетой с высоким содержанием крахмала, как правило, имеют больше генов амилазы, чем люди с диетами с низким содержанием крахмала; [36]

Бета-амилаза расщепляет крахмал на мальтозные единицы. Этот процесс важен для переваривания крахмала, а также используется в пивоварении , где амилаза из кожуры зерен отвечает за преобразование крахмала в мальтозу ( соложение , затирание ). [37] [38]

Учитывая теплоту сгорания глюкозы 2805 килоджоулей на моль (670 ккал / моль), тогда как теплота сгорания крахмала составляет 2835 кДж (678 ккал) [2] на моль мономера глюкозы, гидролиз высвобождает около 30 кДж (7,2 ккал) на моль, или 166 Дж (40 кал) на грамм продукта глюкозы.

Декстринизация [ править ]

Если крахмал подвергается воздействию сухого тепла, он распадается с образованием декстринов , также называемых в данном контексте «пиродекстринами». Этот процесс разложения известен как декстринизация. (Пиро) декстрины в основном имеют цвет от желтого до коричневого, и декстринизация частично отвечает за потемнение поджаренного хлеба. [39]

Химические тесты [ править ]

Основная статья: Йодный тест
Гранулы пшеничного крахмала, окрашенные йодом, сфотографированы в световой микроскоп.

Раствор трииодида (I 3 - ), образованный смешиванием йода и йодида (обычно из йодида калия ), используется для проверки на крахмал; темно-синий цвет указывает на присутствие крахмала. Детали этой реакции полностью не известны, но недавняя научная работа с использованием рентгеновской кристаллографии монокристаллов и сравнительной рамановской спектроскопии предполагает, что конечная структура крахмал-йод аналогична бесконечной полииодидной цепи, подобной той, что обнаруживается в комплексе пирролоперилен-йод. [40]Сила полученного синего цвета зависит от количества присутствующей амилозы. Восковые крахмалы с небольшим содержанием амилозы или без нее будут окрашиваться в красный цвет. Тест Бенедикта и тест Фелинга также проводятся для определения наличия крахмала.

Раствор индикатора крахмала, состоящий из воды, крахмала и йодида, часто используется при окислительно-восстановительном титровании: в присутствии окислителя раствор становится синим, в присутствии восстановителя синий цвет исчезает, потому что ионы трийодида (I 3 - ) распадаются на три иодид-иона, разбирая комплекс крахмал-йод. Раствор крахмала использовали в качестве индикатора для визуализации периодического образования и потребления промежуточного трииодида в колебательной реакции Бриггса-Раушера . Однако крахмал изменяет кинетику стадий реакции с участием трииодид-иона. [41] A 0,3% по массераствор - стандартная концентрация индикатора крахмала. Его делают, добавляя 3 грамма растворимого крахмала в 1 литр нагретой воды; раствор перед употреблением охлаждают (комплекс крахмал-йод становится нестабильным при температуре выше 35 ° С).

Каждый вид растений имеет уникальный тип гранул крахмала по размеру, форме и структуре кристаллизации. Под микроскопом зерна крахмала, окрашенные йодом, освещенные сзади поляризованным светом, демонстрируют характерный эффект мальтийского креста (также известный как крест угасания и двойное лучепреломление ).

Еда [ править ]

экстракция крахмала саго из стеблей пальмы

Крахмал является наиболее распространенным углеводом в рационе человека и содержится во многих основных продуктах питания . Основными источниками потребления крахмала во всем мире являются злаки ( рис , пшеница и кукуруза ) и корнеплоды ( картофель и маниока ). [42] Многие другие крахмалистые продукты выращиваются, некоторые только в определенных климатических условиях, в том числе желуди , маранта , арракача , бананы , ячмень , хлебное дерево , гречка , канна., колоказия , катакури , кудзу , маланга , просо , овес , ока , полинезийский аррорут , саго , сорго , сладкий картофель , рожь , таро , каштаны , водяные каштаны и ямс , а также многие виды фасоли , такие как фава , чечевица , маш , горох и нут .

Широко используемые готовые продукты, содержащие крахмал, - это хлеб , блины , крупы , лапша , макаронные изделия , каши и лепешки .

Пищеварительные ферменты плохо переваривают кристаллические структуры. Сырой крахмал плохо переваривается в двенадцатиперстной кишке и тонком кишечнике , тогда как бактериальное разложение происходит в основном в толстой кишке . Когда крахмал готовится, его усвояемость повышается.

Желатинизация крахмала во время выпечки торта может быть нарушена из-за конкуренции сахара за воду , предотвращения желатинизации и улучшения текстуры.

До появления обработанных пищевых продуктов люди потребляли большое количество сырых и необработанных крахмалосодержащих растений, которые содержали большое количество устойчивого крахмала . Микробы в толстом кишечнике ферментируют крахмал, производят короткоцепочечные жирные кислоты , которые используются в качестве энергии и поддерживают поддержание и рост микробов. Продукты с более высокой степенью переработки легче перевариваются и выделяют больше глюкозы в тонком кишечнике - меньше крахмала достигает толстого кишечника и организм усваивает больше энергии. Считается, что этот сдвиг в доставке энергии (в результате употребления большего количества обработанных пищевых продуктов) может быть одним из факторов, способствующих развитию метаболических нарушений в современной жизни, включая ожирение и диабет. [43]

Соотношение амилоза / амилопектин, молекулярная масса и тонкая молекулярная структура влияют на физико-химические свойства, а также на высвобождение энергии различных типов крахмалов. [44] Кроме того, приготовление пищи и переработка пищевых продуктов значительно влияют на усвояемость крахмала и выделение энергии. Крахмал можно разделить на быстроусвояемый, медленно усваиваемый и устойчивый. [45] Гранулы сырого крахмала сопротивляются перевариванию человеческими ферментами и не распадаются на глюкозу в тонком кишечнике - вместо этого они достигают толстого кишечника и действуют как пребиотические пищевые волокна . [46]Когда гранулы крахмала полностью желатинизируются и готовятся, крахмал становится легко усваиваемым и быстро высвобождает глюкозу в тонком кишечнике. Когда крахмалистые продукты готовятся и охлаждаются, некоторые из цепей глюкозы перекристаллизовываются и снова становятся устойчивыми к перевариванию. Медленно усваиваемый крахмал можно найти в сырых злаках, переваривание которых в тонком кишечнике происходит медленно, но относительно полно. [45]

Производство крахмала [ править ]

Сироп глюкозы

В крахмальной промышленности крахмал извлекается и очищается из семян, корней и клубней путем влажного измельчения, промывки, просеивания и сушки. Сегодня основные коммерческие рафинированные крахмалы - это кукурузный крахмал , тапиока , аррорут [47] , а также крахмалы из пшеницы, риса и картофеля . В меньшей степени источниками очищенного крахмала являются сладкий картофель, саго и маш. По сей день крахмал добывают более чем из 50 видов растений.

Необработанный крахмал требует нагревания для загустения или желатинизации. Когда крахмал предварительно приготовлен, его можно использовать для мгновенного загустения в холодной воде. Это называется прежелатинизированным крахмалом .

Крахмальный сахар [ править ]

Реклама кукурузного сиропа Karo 1917 г.
Реклама кукурузного крахмала Niagara 1880-е
Реклама Pacific Laundy и Cooking Starch 1904 г.

Крахмал можно гидролизовать до более простых углеводов с помощью кислот , различных ферментов или их комбинации. Полученные фрагменты известны как декстрины . Степень превращения обычно количественно определяется эквивалентом декстрозы (DE), который примерно представляет собой часть разорванных гликозидных связей в крахмале.

Эти крахмальные сахара являются наиболее распространенным пищевым ингредиентом на основе крахмала и используются в качестве подсластителей во многих напитках и пищевых продуктах. Они включают:

  • Мальтодекстрин , продукт из слегка гидролизованного крахмала (DE 10–20), используемый в качестве наполнителя и загустителя с мягким вкусом.
  • Различные сиропы глюкозы (DE 30–70), также называемые кукурузными сиропами в США, вязкие растворы, используемые в качестве подсластителей и загустителей во многих видах обработанных пищевых продуктов.
  • Декстроза (DE 100), техническая глюкоза, полученная путем полного гидролиза крахмала.
  • Сироп с высоким содержанием фруктозы, полученный путем обработки растворов декстрозы ферментом глюкозоизомеразой до тех пор, пока значительная часть глюкозы не превратится во фруктозу. В США кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы значительно дешевле сахара и является основным подсластителем, используемым в обработанных пищевых продуктах и ​​напитках. [48] Фруктоза также имеет лучшую микробиологическую стабильность. Один из видов кукурузного сиропа с высоким содержанием фруктозы, HFCS-55, слаще сахарозы, потому что он сделан с большим количеством фруктозы, в то время как сладость HFCS-42 не уступает сахарозе. [49] [50]
  • Сахарные спирты , такие как мальтит , эритрит , сорбит , маннит и гидролизат гидрогенизированного крахмала , являются подсластителями, получаемыми из восстанавливающих сахаров.

Модифицированные крахмалы [ править ]

Модифицированный крахмал представляет собой крахмал , который был химически модифицирован , чтобы позволить крахмал функционировать должным образом в условиях , часто встречающихся во время обработки или хранений, такие как высокая температура, высокая скорость сдвига, низкий рН, замораживание / оттаивание и охлаждение.

Модифицированные пищевые крахмалы имеют код E в соответствии с Европейским управлением по безопасности пищевых продуктов и пищевые добавки с кодом INS в соответствии с Codex Alimentarius : [51]

  • 1400 декстрин
  • 1401 Крахмал, обработанный кислотой
  • 1402 Крахмал, обработанный щелочью
  • 1403 Крахмал беленый
  • 1404 Окисленный крахмал
  • 1405 Крахмалы, обработанные ферментами
  • 1410 Монокрахмал фосфат
  • 1412 Дикихмал фосфат
  • 1413 фосфорнокислый фосфат дистрахмала
  • 1414 Ацетилированный фосфат дистрахмала
  • 1420 Ацетат крахмала
  • 1422 Ацетилированный дистархат адипинат
  • 1440 гидроксипропиловый крахмал
  • 1442 Гидроксипропилдихрамм фосфат
  • 1443 Гидроксипропил дистрахмал глицерин
  • 1450 Крахмал натрия октенилсукцинат
  • 1451 Ацетилированный окисленный крахмал

INS 1400, 1401, 1402, 1403 и 1405 входят в состав пищевых ингредиентов ЕС без номера E. [52] Типичные модифицированные крахмалы для технического применения - катионные крахмалы , гидроксиэтилкрахмал и карбоксиметилированные крахмалы.

Использовать в качестве пищевой добавки [ править ]

В качестве добавки для пищевой промышленности пищевой крахмал обычно используется в качестве загустителя и стабилизатора в таких пищевых продуктах, как пудинги, заварные кремы, супы, соусы, подливки, начинки для пирогов и заправки для салатов, а также для приготовления лапши и пасты. Они действуют как загустители, наполнители, стабилизаторы эмульсии и являются исключительными связующими веществами для мясных продуктов.

Жевательные конфеты, такие как желейные бобы и винные жевательные резинки , не производятся с использованием форм в обычном понимании. Поднос заполняется самородным крахмалом и разравнивается. Затем в крахмал вдавливают положительную форму, оставляя впечатление примерно 1000 желейных бобов. Затем смесь желе выливается в слепки и ставится на плиту для застывания. Этот метод значительно сокращает количество форм, которые необходимо изготовить.

Использование в фармацевтической промышленности [ править ]

В фармацевтической промышленности крахмал также используется в качестве наполнителя , разрыхлителя таблеток и связующего.

Устойчивый крахмал [ править ]

Основная статья: Устойчивый крахмал

Резистентный крахмал - это крахмал, который не переваривается в тонком кишечнике здоровых людей. Крахмал с высоким содержанием амилозы из кукурузы имеет более высокую температуру желатинизации, чем другие типы крахмала, и сохраняет свое устойчивое содержание крахмала за счет выпечки , мягкой экструзии и других методов обработки пищевых продуктов. Он используется в качестве нерастворимого пищевого волокна в обработанных пищевых продуктах, таких как хлеб, макаронные изделия, печенье, крекеры, крендели и другие продукты с низким содержанием влаги. Он также используется в качестве пищевой добавки из-за его преимуществ для здоровья. Опубликованные исследования показали, что резистентный крахмал помогает улучшить чувствительность к инсулину [53], увеличивает чувство сытости, [54] снижает провоспалительные биомаркеры интерлейкина 6.и фактор некроза опухоли альфа [55] и улучшает маркеры функции толстой кишки. [56] Было высказано предположение, что устойчивый крахмал вносит свой вклад в пользу здоровья цельного зерна. [57]

Промышленное применение [ править ]

Крахмальный клей
Джентльмен с накрахмаленным рюшом в 1560 году

Изготовление бумаги [ править ]

Производство бумаги - крупнейшее непродовольственное применение крахмала в мире, потребляющее многие миллионы метрических тонн ежегодно. [12] Например, в типичном листе копировальной бумаги содержание крахмала может достигать 8%. В производстве бумаги используются как химически модифицированные, так и немодифицированные крахмалы. Во влажной части процесса производства бумаги, обычно называемой «мокрой частью», используемые крахмалы являются катионными и имеют положительный заряд, связанный с полимером крахмала. Эти производные крахмала связываются с анионными или отрицательно заряженными бумажными волокнами / целлюлозой и неорганическими наполнителями. Катионные крахмалы вместе с другими удерживающими и внутренними проклеивающими агентами помогают придать бумажному полотну, сформированному в процессе изготовления бумаги, необходимые прочностные свойства (прочность во влажном состоянии ) и для придания прочности конечному листу бумаги (прочность в сухом состоянии).

В сухом конце процесса изготовления бумаги бумажное полотно повторно смачивают раствором на основе крахмала. Этот процесс называется калибровкой поверхности . Используемые крахмалы были химически или ферментативно деполимеризованы на бумажной фабрике или в крахмальной промышленности (окисленный крахмал). Растворы клеящего вещества / крахмала наносятся на бумажное полотно с помощью различных механических прессов (клеильных прессов). Вместе с поверхностными проклеивающими агентами поверхностный крахмал придает дополнительную прочность бумажному полотну и дополнительно обеспечивает удерживание воды или «размер» для превосходных печатных свойств. Крахмал также используется в покрытиях для бумаги в качестве одного из связующих для составов покрытий, которые включают смесь пигментов, связующих веществ и загустителей. Бумага с покрытием имеет улучшенную гладкость, твердость, белизну и блеск и, таким образом, улучшает характеристики печати.

Клеи для гофрированного картона [ править ]

Клеи для гофрированного картона являются следующим по величине применением непищевых крахмалов во всем мире. Крахмальные клеи в основном состоят из немодифицированных природных крахмалов, а также некоторых добавок, таких как бура и каустическая сода . Часть крахмала желатинизируется, чтобы нести суспензию сырых крахмалов и предотвратить осаждение. Этот непрозрачный клей называется клеем SteinHall. Клей наносится на кончики канавок. Рифленая бумага прижимается к бумаге, называемой лайнером. Затем его сушат при сильном нагревании, в результате чего остальной сырой крахмал в клее набухает / желатинизируется. Желатинизация делает клей быстрым и прочным клеем для производства гофрированного картона.

Крахмал для одежды [ править ]

Реклама Кингсфорд Освего Крахмал, 1885 г.

Одежда или белье крахмал представляет собой жидкость , полученный путем смешивания растительного крахмала в воде (более ранние препараты также должны были быть вареными), и используется в отмывании в одежде . Крахмал широко используется в Европе в 16 - м и 17 - м веках застывать широкие воротники и ершей из виссона, окружавшие шеек зажиточный. В ходе 19 - го и начале 20 - го века это было модно застывают воротники и рукава мужских рубашек и оборки женских юбок с применением крахмала в них , как чистая одежда были сглажены . Крахмал придавал одежде гладкие, четкие края и имел дополнительное практическое назначение: грязь и пот.от шеи и запястий человека будет прилипать к крахмалу, а не к волокнам одежды. Грязь смоется вместе с крахмалом; после стирки крахмал наносился повторно. Сегодня во многих культурах крахмал продается в аэрозольных баллончиках для домашнего использования, но в других странах он остается доступным в гранулированной форме для смешивания с водой.

Рисовый крахмал для глажки

Другое [ править ]

Еще одно крупное применение непищевого крахмала - строительная промышленность, где крахмал используется в процессе производства гипсокартонных плит . Химически модифицированные или немодифицированные крахмалы добавляются в штукатурку, содержащую в основном гипс . Верхний и нижний толстые листы бумаги наносятся на состав, и процесс нагревается и отверждается с образованием окончательной жесткой стеновой панели. Крахмалы действуют как клей для затвердевшего гипсового камня с бумажным покрытием, а также придают плите жесткость.

Крахмал используется в производстве различных клеев или клеев [58] для переплета книг, клеев для обоев , производства бумажных мешков , намотки труб, гуммированной бумаги , клеев для конвертов, школьных клеев и этикеток для бутылок. Производные крахмала, такие как желтые декстрины, можно модифицировать путем добавления некоторых химикатов с образованием твердого клея для бумажной работы; в некоторых из этих форм используется бура или кальцинированная сода , которые смешиваются с раствором крахмала при 50–70 ° C (122–158 ° F) для получения очень хорошего клея. Силикат натрия может быть добавлен для усиления этой формулы.

  • Текстильные химикаты из крахмала: проклеивающие вещества основы используются для уменьшения разрыва пряжи во время ткачества . Крахмал в основном используется для калибровки пряжи на хлопковой основе. Модифицированный крахмал также используется в качестве загустителя для текстильной печати .
  • При разведке нефти крахмал используется для регулирования вязкости бурового раствора , который используется для смазки буровой головки и суспендирования остатков шлифования при добыче нефти.
  • Крахмал также используется для изготовления упаковки арахиса и плитки для подвесного потолка .
  • В полиграфической промышленности, пищевой крахмал [59] используются в производстве анти-зачете порошка распыления , используемом для разделения листов бумаги , чтобы избежать влажных чернил будучи отправляется .
  • Для пудры для тела порошкообразный кукурузный крахмал используется вместо талька , а также в других продуктах для здоровья и красоты.
  • Крахмал используется для производства различных биопластиков , синтетических полимеров, которые поддаются биологическому разложению. Примером является полимолочная кислота на основе глюкозы из крахмала.
  • Глюкозу из крахмала можно далее сбраживать с получением этанола из кукурузы для биотоплива с использованием так называемого процесса мокрого помола . Сегодня большинство заводов по производству биоэтанола используют процесс сухого помола для ферментации кукурузы или другого сырья непосредственно до этанола. [60]
  • Для производства водорода можно использовать глюкозу из крахмала в качестве сырья с использованием ферментов. [61]

Безопасность и гигиена труда [ править ]

Управление по охране труда и здоровья (OSHA) установило допустимый предел ( допустимый предел воздействия ) для воздействия крахмала на рабочем месте, равный 15 мг / м 3 общего воздействия и 5 мг / м 3 воздействия на органы дыхания в течение 8-часового рабочего дня. Национальный институт профессиональной безопасности и здоровья (NIOSH) установила предел Рекомендуемый экспозиции (REL) от 10 мг / м 3 общей экспозиции и 5 мг / м 3 дыхательного воздействия в течение 8-часового рабочего дня. [62]

См. Также [ править ]

  • Акриламид , содержащийся в жареной и запеченной пище.
  • Destarch
  • Анализ крахмала

Ссылки [ править ]

  1. ^ Рой Л. Уистлер; Джеймс Н. Бемиллер; Юджин Ф. Пашалл, ред. (2012). Крахмал: химия и технология . Академическая пресса. п. 220. Крахмал имеет переменную плотность в зависимости от ботанического происхождения, предшествующей обработки и метода измерения.
  2. ^ a b Справочник CRC по химии и физике , 49-е издание, 1968-1969, стр. D-188.
  3. ^ Карманный справочник NIOSH по химической опасности. «# 0567» . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  4. ^ Браун, WH; Пун, Т. (2005). Введение в органическую химию (3-е изд.). Вайли. ISBN 978-0-471-44451-0.[ требуется страница ]
  5. Перейти ↑ New Shorter Oxford Dictionary, Oxford, 1993
  6. ^ Revedin, A .; Aranguren, B .; Becattini, R .; Longo, L .; Marconi, E .; Липпи, ММ; Скакун, Н .; Синицын, А .; и другие. (2010). «Свидетельства переработки растений, которым более 30 тысяч лет» . Труды Национальной академии наук . 107 (44): 18815–9. Bibcode : 2010PNAS..10718815R . DOI : 10.1073 / pnas.1006993107 . PMC 2973873 . PMID 20956317 .  
  7. ^ «Кашу ели 100 000 лет назад» . Телеграф . 18 декабря 2009 г.
  8. ↑ Плиний Старший , Естественная история (Плиний) , Книга XIII, Глава 26, Паста, используемая при подготовке бумаги
  9. ↑ Плиний Старший , Естественная история (Плиний) , Книга XIII, Глава 17, [1]
  10. ^ Хантер, Дард (1947). Производство бумаги . DoverPublications. п. 194. ISBN 978-0-486-23619-3.
  11. ^ Starch Europe, Позиция AAF по конкурентоспособности, посещение 3 марта 2019 г.
  12. ^ a b Информационный бюллетень NNFCC по возобновляемым химическим веществам: крахмал
  13. ^ Международный институт крахмала Дания, Объем производства крахмала
  14. ↑ Starch Europe, Industry, посещение 3 марта 2019 г.
  15. ^ CRA, Обзор отрасли за 2017 г., посещение 3 марта 2019 г.
  16. ^ Starch Europe, Обновленная позиция по трансатлантической торговле и инвестиционному партнерству между ЕС и США, посещение 3 марта 2019 г.
  17. ^ Зобель, HF (1988). «Молекулы к гранулам: всесторонний обзор крахмала». Крахмал / Старк . 40 (2): 44–50. DOI : 10.1002 / star.19880400203 .
  18. ^ Бейли, EHS; Лонг, WS (14 января 1916 - 13 января 1917). «О наличии крахмала в зеленых плодах». Труды Канзасской академии наук . 28 : 153–155. DOI : 10.2307 / 3624346 . JSTOR 3624346 . 
  19. ^ Vijn, Ирма; Smeekens, Sjef (1999). «Фруктан: больше, чем резервный углевод?» . Физиология растений . 120 (2): 351–360. DOI : 10.1104 / pp.120.2.351 . PMC 1539216 . PMID 10364386 .  
  20. ^ Blennow, Andreas; Энгельсен, Сорен Б. (10 февраля 2010 г.). «Последние новости: борьба с энергетическими отложениями кристаллического крахмала в клетке». Тенденции в растениеводстве . 15 (4): 236–40. DOI : 10.1016 / j.tplants.2010.01.009 . PMID 20149714 . 
  21. ^ Zeeman, Samuel C .; Коссманн, Йенс; Смит, Элисон М. (2 июня 2010 г.). «Крахмал: его метаболизм, эволюция и биотехнологические модификации в растениях». Ежегодный обзор биологии растений . 61 (1): 209–234. DOI : 10,1146 / annurev-arplant-042809-112301 . PMID 20192737 . 
  22. Перейти ↑ Nelson, D. (2013) Lehninger Principles of Biochemistry, 6th ed., WH Freeman and Company (p. 819)
  23. ^ Смит, Элисон М. (2001). «Биосинтез гранул крахмала». Биомакромолекулы . 2 (2): 335–41. DOI : 10.1021 / bm000133c . PMID 11749190 . 
  24. ^ Страйер, Люберт; Берг, Джереми Марк; Тимочко, Джон Л. (2002). «Раздел 11.2.2» . Биохимия (5-е изд.). Сан-Франциско: WH Freeman. ISBN 978-0-7167-3051-4.
  25. ^ Болл, Стивен Дж .; Мэтью К. Морелл (2003). «ОТ БАКТЕРИАЛЬНОГО ГЛИКОГЕНА ДО КРАХМАЛА: Понимание биогенеза гранул растительного крахмала». Ежегодный обзор биологии растений . 54 (1): 207–233. DOI : 10.1146 / annurev.arplant.54.031902.134927 . PMID 14502990 . 
  26. ^ a b Вы, C .; Chen, H .; Myung, S .; Sathitsuksanoh, N .; Ma, H .; Zhang, X.-Z .; Li, J .; Чжан, Ю.- HP (15 апреля 2013 г.). «Ферментативное превращение непищевой биомассы в крахмал» . Труды Национальной академии наук . 110 (18): 7182–7187. Bibcode : 2013PNAS..110.7182Y . DOI : 10.1073 / pnas.1302420110 . PMC 3645547 . PMID 23589840 .  
  27. ^ «Химический процесс создает источник пищи из растительных отходов» . Голос Америки . 16 апреля 2013 . Проверено 27 января 2017 года .
  28. Перейти ↑ Zhang, Y.-H Percival (2013). «Биоперерабатывающие заводы нового поколения решат трилемму продуктов питания, биотоплива и окружающей среды в связке энергия-еда-вода» . Энергетика . 1 : 27–41. DOI : 10.1002 / ese3.2 .
  29. ↑ Чой, Чарльз (15 апреля 2013 г.). "Может ли древесина накормить мир?" . Наука . Проверено 27 января 2016 года .
  30. ^ Ю, ТС; Кофлер, Н; Häusler, RE; и другие. (Август 2001 г.). «Мутант sex1 Arabidopsis дефектен по белку R1, общему регулятору деградации крахмала в растениях, а не по переносчику гексозы хлоропласта» (PDF) . Растительная клетка . 13 (8): 1907–18. DOI : 10.1105 / tpc.13.8.1907 . PMC 139133 . PMID 11487701 . Архивировано из оригинального (PDF) 22 февраля 2014 года . Проверено 13 февраля 2014 .   
  31. ^ а б Смит, Элисон М .; Zeeman, Samuel C .; Смит, Стивен М. (2005). «Распад крахмала» (PDF) . Ежегодный обзор биологии растений . 56 : 73–98. DOI : 10.1146 / annurev.arplant.56.032604.144257 . PMID 15862090 . Архивировано из оригинального (PDF) 12 апреля 2015 года . Проверено 13 февраля 2014 .  
  32. ^ Weise, SE; Вебер, AP; Шарки, Т. Д. (2004). «Мальтоза - основная форма углерода, выводимого из хлоропласта в ночное время». Planta . 218 (3): 474–82. DOI : 10.1007 / s00425-003-1128-у . PMID 14566561 . S2CID 21921851 .  
  33. ^ Purdy, SJ; Bussell, JD; Нанн, CP; Смит, С.М. (2013). «Листья мутанта Arabidopsis, экспортера мальтозы1, демонстрируют метаболический профиль с особенностями акклиматизации к холоду в тепле» . PLOS ONE . 8 (11): e79412. Bibcode : 2013PLoSO ... 879412P . DOI : 10.1371 / journal.pone.0079412 . PMC 3818174 . PMID 24223944 .  
  34. ^ Вебер, А; Servaites, JC; Гейгер, Д.Р .; и другие. (Май 2000 г.). «Идентификация, очистка и молекулярное клонирование предполагаемого пластидного транслокатора глюкозы» . Растительная клетка . 12 (5): 787–802. DOI : 10.1105 / tpc.12.5.787 . PMC 139927 . PMID 10810150 .  
  35. ^ Дэвид Р. Lineback, "Крахмал", в AccessScience @ McGraw-Hill.
  36. ^ Перри, Джордж H; Домини, Натаниэль Дж; Коготь, Катрина Г; Ли, Артур С; Fiegler, Heike; Редон, Ричард; Вернер, Джон; Вилланеа, Фернандо А; и другие. (2007). «Диета и эволюция изменения числа копий гена амилазы человека» . Генетика природы . 39 (10): 1256–60. DOI : 10.1038 / ng2123 . PMC 2377015 . PMID 17828263 .  
  37. ^ «Объем и механизм действия карбогидразы». Журнал биологической химии . 254 .
  38. ^ Марк, А .; Engasser, JM; Moll, M .; Flayeux, R. (1983-02-01). «Кинетическая модель гидролиза крахмала α- и β-амилазой во время затирания». Биотехнология и биоинженерия . 25 (2): 481–496. DOI : 10.1002 / bit.260250214 . ISSN 1097-0290 . PMID 18548665 . S2CID 43629884 .   
  39. ^ Доктор философии, Юдит Е. Пушкаш (2013-11-18). Введение в химию полимеров: подход на основе биологических материалов . DEStech Publications, Inc. стр. 138. ISBN 9781605950303.
  40. ^ Мадху, Шери; Evans, Hayden A .; Доан-Нгуен, Вики В. Т.; Лабрам, Джон Дж .; Ву, Гуан; Chabinyc, Michael L .; Сешадри, Рам; Вудл, Фред (4 июля 2016 г.). "Бесконечные полииодидные цепи в пирролоперилен-йодном комплексе: понимание комплексов крахмал-йод и перилен-йод" . Angewandte Chemie International Edition . 55 (28): 8032–8035. DOI : 10.1002 / anie.201601585 . PMID 27239781 . 
  41. ^ Csepei, LI; Bolla, Cs. (2015). «ЯВЛЯЕТСЯ ТОЛЬКО ВИЗУАЛЬНЫЙ ИНДИКАТОР ЙОДА В КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ РЕАКЦИИ БРИГГСА-РАУШЕРА?» . STUDIA UNIVERSITATIS BABEŞ-BOLYAI Chemia (2): 187–199.
  42. ^ Анн-Шарлотта Элиассон (2004). Крахмал в продуктах питания: структура, функции и применение . Издательство Вудхед. ISBN 978-0-8493-2555-7 . 
  43. ^ Уолтер, Йенс; Лей, Рут (октябрь 2011 г.). «Микробиом кишечника человека: экология и недавние эволюционные изменения» . Ежегодный обзор микробиологии . 65 (1): 422–429. DOI : 10.1146 / annurev-micro-090110-102830 . PMID 21682646 . 
  44. ^ Линдебум, Ниенке; Чанг, Питер Р .; Тайлер, Роберт Т. (1 апреля 2004 г.). «Аналитические, биохимические и физико-химические аспекты размера гранул крахмала, с упором на мелкие гранулы крахмала: обзор». Starch-Stärke . 56 (3–4): 89–99. DOI : 10.1002 / star.200300218 .
  45. ^ a b Englyst, HN; Kingman, SM; Каммингс, Дж. Х. (октябрь 1992 г.). «Классификация и измерение питательно важных фракций крахмала». Европейский журнал клинического питания . 46 (Дополнение 2): S33-50. PMID 1330528 . 
  46. ^ Локьер, S .; Ньюджент, AP (5 января 2017 г.). «Влияние резистентного крахмала на здоровье» . Бюллетень по питанию . 42 (1): 10–41. DOI : 10.1111 / nbu.12244 .
  47. ^ Хемсли + Хемсли. «Рецепты аррорута» . BBC Food . Дата обращения 13 августа 2017 .
  48. ^ Напиток ежедневно: «Сахара намного больше»: рост цен на HFCS не пугает генерального директора Coke
  49. ^ Ophardt, Чарльз. «Sweetners - Введение» . Элмхерст-колледж.
  50. ^ Уайт, Джон С. (2 декабря 2008 г.). «HFCS: как это мило» .
  51. ^ Модифицированные крахмалы . CODEX ALIMENTARIUS опубликовано в FNP 52 Add 9 (2001)
  52. ^ База данных по пищевым добавкам ЕС, посещение 6 декабря 2020 г.
  53. ^ Маки, KC; Пелькман, КЛ; Finocchiaro, ET; Келли, КМ; Лоулесс, Алабама; Schild, AL; Рейнс, TM (2012). «Резистентный крахмал из кукурузы с высоким содержанием амилозы повышает чувствительность к инсулину у мужчин с избыточным весом и ожирением» . Журнал питания . 142 (4): 717–23. DOI : 10,3945 / jn.111.152975 . PMC 3301990 . PMID 22357745 .  
  54. ^ Bodinham, Кэролайн L .; Фрост, Гэри С .; Робертсон, М. Дениз (2009). «Острое употребление резистентного крахмала снижает потребление пищи у здоровых взрослых» (PDF) . Британский журнал питания . 103 (6): 917–22. DOI : 10.1017 / S0007114509992534 . PMID 19857367 .  
  55. ^ Вахдат, Махса; Хоссейни, Сейед Ахмад; Халатбари Мохсени, Голса; Хешмати, Джавад; Рахимлу, Мехран (15 апреля 2020 г.). «Влияние вмешательств резистентного крахмала на циркулирующие воспалительные биомаркеры: систематический обзор и метаанализ рандомизированных контролируемых испытаний» . Журнал питания . 19 (1): Статья 33. DOI : 10,1186 / s12937-020-00548-6 . PMC 7158011 . PMID 32293469 .  
  56. Перейти ↑ Nugent, AP (2005). «Лечебные свойства резистентного крахмала» . Бюллетень по питанию . 30 : 27–54. DOI : 10.1111 / j.1467-3010.2005.00481.x .
  57. ^ Хиггинс, Джанин А. (2012). «Цельнозерновые, бобовые и последующий эффект еды: значение для контроля уровня глюкозы в крови и роль ферментации» . Журнал питания и метаболизма . 2012 : 1–7. DOI : 10.1155 / 2012/829238 . PMC 3205742 . PMID 22132324 .  
  58. ^ «Застрял на крахмале: новый клей для дерева» . Министерство сельского хозяйства США. 2000 г.
  59. ^ "Порошок-спрей" . Рассел-Уэбб. Архивировано из оригинала на 2007-08-09 . Проверено 5 июля 2007 .
  60. ^ Американская коалиция по этанолу, предприятиям по производству этанола
  61. ^ Чжан, Y.-H. Персиваль; Evans, Barbara R .; Mielenz, Jonathan R .; Хопкинс, Роберт С .; Адамс, Майкл WW (2007). Мелис, Анастасиос (ред.). «Производство водорода с высоким выходом из крахмала и воды синтетическим ферментативным путем» . PLOS ONE . 2 (5): e456. Bibcode : 2007PLoSO ... 2..456Z . DOI : 10.1371 / journal.pone.0000456 . PMC 1866174 . PMID 17520015 .  
  62. ^ "CDC - Карманный справочник NIOSH по химической опасности - крахмал" . www.cdc.gov . Проверено 21 ноября 2015 .

Внешние ссылки [ править ]

  • CDC - Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям , информация для рабочих