"استخدام النشا والسليلوز" تم الانتهاء من العمل من قبل طالبة الصالة الرياضية رقم 343 ماريا إيفانوفا
السكريات: النشا، السليلوز مركبات ذات وزن جزيئي مرتفعتحتوي على مئات وآلاف من بقايا السكريات الأحادية. ما هو شائع في بنية السكريات هو أن بقايا السكريات الأحادية ترتبط بواسطة هيدروكسيل الهيمياسيتال لجزيء واحد وهيدروكسيل الكحول في جزيء آخر، وما إلى ذلك. ترتبط كل بقايا أحادي السكاريد بالمخلفات المجاورة بواسطة روابط جليكوسيدية. يمكن أن تكون بقايا السكريات الأحادية التي يتكون منها الجزيء هي نفسها أو مختلفة. أعلى قيمةومن بين السكريات العالية النشا والجليكوجين (النشا الحيواني) والألياف (أو السليلوز). تتكون جميع هذه السكريات الثلاثة من جزيئات الجلوكوز المرتبطة ببعضها البعض بطرق مختلفة. يمكن التعبير عن تكوين المركبات الثلاثة صيغة عامة: (C6H10O5)ن
النشا... النشا هو عديد السكاريد. ولم يتم تحديد الكتلة الجزيئية لهذه المادة بدقة، ولكن من المعروف أنها كبيرة جدًا (حوالي 100000) وقد تختلف باختلاف العينات. ولذلك، فإن صيغة النشا، مثل السكريات الأخرى، يتم تصويرها على أنها (C6H10O5) n. لكل عديد السكاريد n قيم مختلفة.
الخصائص الفيزيائية! النشا هو مسحوق لا طعم له، غير قابل للذوبان في ماء بارد. في الماء الساخنتتضخم وتشكل عجينة. يتم توزيع النشا على نطاق واسع في الطبيعة. هو ل نباتات مختلفةاحتياطي المواد الغذائية ويوجد فيها على شكل حبوب النشا. أغنى الحبوب بالنشا هي الحبوب: الأرز (حتى 86%)، والقمح (حتى 75%)، والذرة (حتى 72%)، ودرنات البطاطس (حتى 24%). في درنات البطاطس، تطفو حبيبات النشا إلى داخلها عصارة الخليةوفي الحبوب يتم لصقها بإحكام مع مادة بروتينية تسمى الغلوتين. النشا هو أحد منتجات عملية التمثيل الضوئي.
التحضير يتم استخلاص النشا من النباتات عن طريق تدمير الخلايا وغسلها بالماء. على المستوى الصناعي، يتم الحصول عليه بشكل رئيسي من درنات البطاطس (على شكل دقيق البطاطس)، وكذلك من الذرة.
التطبيق النشا هو الكربوهيدرات الرئيسية في غذاء الإنسان، ويوجد بكميات كبيرة في الخبز والحبوب والبطاطس والخضروات. تتم معالجة كميات كبيرة من النشا إلى الدكسترين والدبس والجلوكوز، والتي تستخدم في صناعة الحلويات. يستخدم النشا كمادة لاصقة، وتستخدم لإنهاء الأقمشة والكتان النشا. في الطب، يتم تحضير المراهم والمساحيق وما إلى ذلك على أساس النشا.
السليلوز السليلوز هو كربوهيدرات أكثر شيوعًا من النشا. الجدران مصنوعة بشكل رئيسي منه زرع الخلايا. يحتوي الخشب على ما يصل إلى 60%، والصوف القطني وورق الترشيح - ما يصل إلى 90% من السليلوز.
التركيب والبنية يتم التعبير عن تكوين السليلوز وكذلك النشا بالصيغة (C6H10O5) n. تصل قيمة n في بعض أنواع السليلوز إلى 10-12 ألف، و الكتلة الجزيئيةيصل إلى عدة ملايين. تحتوي جزيئاتها على بنية خطية (غير متفرعة)، ونتيجة لذلك يشكل السليلوز الألياف بسهولة. تحتوي جزيئات النشا على خطية و هيكل متفرع. هذا هو الفرق الرئيسي بين النشا والسليلوز.
الخصائص الفيزيائية السليلوز النقي - أبيض صلب، غير قابل للذوبان في الماء وفي المذيبات العضوية العادية، قابل للذوبان بدرجة عالية في المركزة محلول الأمونياهيدروكسيد النحاس الثنائي (كاشف شفايتزر). من هذا المحلول الحمضي، يترسب السليلوز على شكل ألياف (السليلوز المائي). تتمتع الألياف بقوة ميكانيكية عالية جدًا.
تطبيق السليلوز يستخدم السليلوز على شكل قطن أو كتان أو قنب في صناعة الأقمشة - القطن والكتان. كميات كبيرةيتم إنفاقه على إنتاج الورق. تصنع الأصناف الرخيصة من الورق من الخشب الصنوبري، وأفضل الأصناف تصنع من نفايات ورق الكتان والقطن. من خلال إخضاع السليلوز للمعالجة الكيميائية، يتم الحصول على عدة أنواع من الحرير الاصطناعي والبلاستيك والأفلام والمساحيق عديمة الدخان والورنيشات وغير ذلك الكثير.
22. السكريات (النشا، السليلوز، الجليكوجين): هيكل، وظائف بيولوجية مميزة.
السكريات هي منتجات تكثيف متعددة ذات وزن جزيئي عالي من السكريات الأحادية المرتبطة ببعضها البعض بواسطة روابط جليكوسيدية وتشكل سلاسل خطية أو متفرعة. الوحدة الأكثر شيوعًا للسكريات الأحادية هي D- الجلوكوز. يمكن أن تشمل مكونات السكريات أيضًا D-mannose و D- و L-galactose و D-xylose و L-arabinose و D-galacturonic و D-mannuronic acid و D-glucosamine و D-galactosamine وما إلى ذلك. كل سكريات أحادية مدرجة في التركيبة يمكن أن يكون جزيء البوليمر في شكل بيرانوز أو فورانوز. يمكن تقسيم السكريات إلى مجموعتين: عديدات السكاريد المتجانسة والسكريات المتعددة غير المتجانسة.
تتكون عديدات السكاريد المتجانسة من نوع واحد فقط من وحدة السكريات الأحادية. تحتوي عديدات السكاريد المتغايرة على نوعين أو أكثر من وحدات المونومر.
عديدات السكاريد المتجانسة. وفقًا للغرض الوظيفي منها، يمكن تقسيم عديدات السكاريد المتجانسة إلى مجموعتين: السكريات الهيكلية (الجليكوجين والنشا) والسكريات الاحتياطية (السليلوز).
نشاء. هذا مركب جزيئي عالي يحتوي على مئات الآلاف من بقايا الجلوكوز. وهو السكاريد الاحتياطي الرئيسي للنباتات.
النشا عبارة عن خليط من اثنين من السكريات المتجانسة: الخطية - الأميلوز (10-70٪) والمتفرعة - الأميلوبكتين (30-90٪). الصيغة العامة للنشا هي (C6H10O5)n. كقاعدة عامة، محتوى الأميلوز في النشا هو 10-30%، الأميلوبكتين – 70-90%. يتم تصنيع عديدات السكاريد النشا من بقايا الجلوكوز D المتصلة في سلاسل الأميلوز والأميلوبكتين الخطية بواسطة روابط α-1,4، وعند نقاط فرع الأميلوبكتين بواسطة روابط α-1,6 المتداخلة.
أرز. هيكل النشا. أ - الأميلوز ببنيته الحلزونية المميزة، ب - الأميلوبكتين.
في جزيء الأميلوز، ترتبط 200-300 بقايا الجلوكوز خطيًا. نظرًا للتكوين α لبقايا الجلوكوز، فإن سلسلة السكاريد من الأميلوز لها تكوين حلزوني. في الماء، لا ينتج الأميلوز حلول حقيقيةفي المحلول، عند إضافة اليود، يتحول الأميلوز إلى اللون الأزرق.
الأميلوبكتين له هيكل متفرع. تحتوي المقاطع الخطية الفردية لجزيء الأميلوبكتين على 20-30 بقايا جلوكوز. في هذه الحالة، يتم تشكيل هيكل يشبه الشجرة. الأميلوبكتين مصبوغ باللون الأحمر البنفسجي مع اليود.
النشا لديه الوزن الجزيئي 10 5 -10 8 دا. مع التحلل المائي الحمضي الجزئي للنشا، يتم تشكيل السكريات ذات درجة أقل من البلمرة - الدكسترين، مع التحلل الكامل - الجلوكوز.
الجليكوجين.هذا هو السكاريد الاحتياطي الرئيسي للحيوانات العليا والبشر، المبني من بقايا الجلوكوز D. الصيغة العامة للجليكوجين هي نفس صيغة النشا (C6H10O5)n. وهو موجود في جميع أعضاء وأنسجة الحيوانات والبشر تقريبًا، ولكن الكمية الأكبر من الجليكوجين توجد في الكبد والعضلات. الوزن الجزيئي للجليكوجين هو 10 5 -10 8 نعم أو أكثر. يتكون جزيئه من سلاسل بولي جلوكوسيدية متفرعة، حيث ترتبط بقايا الجلوكوز بروابط α-1→4-جليكوسيدية. عند نقاط المتفرعة - روابط α-1→6. يتميز الجليكوجين ببنية أكثر تفرعاً من الأميلوبكتين. تشتمل الأجزاء الخطية في جزيء الجليكوجين على 11-18 بقايا الجلوكوز α-D.
أثناء التحلل المائي، يتم تقسيم الجليكوجين، مثل النشا، إلى الشكل الأول من الدكسترين، ثم المالتوز والجلوكوز.
السليلوز (الألياف) –السكريات الهيكلية الأكثر انتشارا النباتية. وهو يتألف من مونومرات β-غلوكوبيرانوز (D-glucose) مرتبطة بروابط β-(1→4). مع التحلل المائي الجزئي للسليلوز، يتم تشكيل سيلوديكسترين، سيلوبيوز ثنائي السكاريد، ومع التحلل المائي الكامل، D- الجلوكوز. يبلغ الوزن الجزيئي للسليلوز حوالي 106 دا. لا يتم هضم الألياف عن طريق الإنزيمات الموجودة في الجهاز الهضمي، وذلك بسبب مجموعة هذه الإنزيمات في البشر لا تحتوي على هيدروليزات تقسم روابط بيتا.
وزن جزيئي مرتفع الهياكل العضوية، والتي تحتوي على عدد كبير منوتسمى بقايا السكريات الأحادية السكريات.
هيكل جميع السكريات هو نفسه حيث ترتبط بقايا السكريات الأحادية بواسطة هيدروكسيل الهيمياسيتات لجزيء معين وهيدروكسيل الكحول لجزيء آخر. يمكن أن تكون بقايا السكريات الأحادية متطابقة أو مختلفة. وأهم السكريات هي النشا والسليلوز. الوزن الجزيئي لهذه المواد كبير جدًا. لديهم هيكل مصنوع من الجلوكوز، ولكن جزيئاته ترتبط بشكل مختلف. يتم تعيين هذين السكريات بنفس الصيغة الكيميائية (C6H10O5)n.
نشاء
النشا عبارة عن كربوهيدرات معقدة عبارة عن مسحوق أبيض حبيبي مقرمش ليس له طعم. لا يذوب في الماء البارد بل في الماء معه درجة حرارة عاليةتتضخم وأشكال لصق.
هذا السكاريد شائع جدًا في بيئة طبيعية. وأصبحت مادة احتياطية ومادة غذائية للنبات. وجدت فيها كحبوب النشا. أكبر كميةتحتوي حبوب الحبوب على النشا: ستة وثمانون بالمائة في الأرز، وخمسة وسبعون بالمائة في القمح، واثنان وسبعون بالمائة في حبات الذرة. تحتوي البطاطس على أكبر قدر من النشا. هنا توجد حبيبات النشا في عصير الخلايا، وفي الحبوب يتم لصقها مع البروتين النباتي (الغلوتين). هذا البوليمر هو نتيجة عملية التمثيل الضوئي.
يتم الحصول على النشا من الخلايا النباتية المدمرة عن طريق غسلها بالسائل. صناعياً، يتم استخراجه بشكل أساسي من البطاطس (دقيق البطاطس) وأكواز الذرة.
يتم استخراج النشا من الخضار بالطريقة التالية:
- تحضير المواد الخام النباتية (الغسيل والتنظيف).
- تقطيع الخضار والحصول على سائل النشا وغسلها.
- تسوية الكتلة الناتجة وغسلها مرة أخرى (إزالة الشوائب).
- النتيجة مسحوق رماديالمجففة والمبردة والمنخل.
تحت تأثير الإنزيمات أو أثناء التسخين مع الأحماض (المحفز هو أيونات الهيدروجين)، يتحلل النشا مائيًا. خلال هذا تفاعل كيميائيفي البداية يظهر النشا وهو قابل للذوبان ومن ثم تتشكل الدكسترينات ( مواد بسيطة). في نهاية المطاف، يتم تشكيل الجلوكوز.
لا ينتج النشا تفاعل "المرآة الفضية" (ينتج عنه ظهور الفضة المترسبة على السطح)، لكن المنتجات التي تتشكل نتيجة تحلله المائي تنتج هذا التفاعل.
يتفاعل النشا مع محلول اليود. متى يتم استخدام المعجون البارد الذي يتم الحصول عليه عن طريق تخمير النشا الماء الساخنأضف محلول اليود، يتحول المعجون إلى اللون الأزرق. وعندما يتم تسخين هذا المعجون يفقد هذا اللون، وعندما يبرد المعجون مرة أخرى يعود اللون. يتم استخدام ميزة النشا هذه عندما يكون من الضروري تحديد وجود النشا في المنتجات الغذائية. على سبيل المثال، تطبيق قطرة صغيرة من اليود على قطعة من درنة البطاطس أو قطعة من خبز القمح يحول المنتج إلى اللون الأزرق.
في غذاء الإنسان، أصبح النشا هو الكربوهيدرات الرئيسية، فهو يعمل كمصدر للطاقة. تؤدي كمية النشا غير الكافية في جسم الإنسان إلى الضعف؛ التعب السريع. لتقليل مقاومة الالتهابات. لصفائح الأظافر الهشة. وأيضا إلى حقيقة أن الشعر ينقسم. المنتجات الغذائية ذات المحتوى العالي من هذه المادةيمكنك تجديد الكمية فيه جسم الإنسان. يوجد الكثير من النشا في خبز القمح والحبوب المختلفة والبطاطس والخضروات. تتم معالجتها إلى الجلوكوز والدكسترين ودبس السكر واستخدامها في صناعة منتجات الحلويات. علاوة على ذلك أنواع مختلفةتوفير النشا كثافات مختلفةفي نفس الحجم من الماء. أعلى كثافةيتم الحصول عليه باستخدام نشا الأرز، ويتم تشكيل مادة أكثر سيولة قليلاً من نشا البطاطس، ويتم الحصول على الاتساق الأكثر حساسية من نشا الذرة.
في المنتجات الغذائية، يقلل النشا من طعم المنتج، حيث يتم الشعور بطعم لطيف ورطب وغير مثير للاهتمام، لذا فإن إضافة النشا يؤدي إلى زيادة كمية المكونات الأخرى بحيث يكون مذاق الطعام طبيعيًا. على سبيل المثال، في هلام سميكة تحتاج إلى وضع المزيد من السكر والليمون.
يستخدم النشا أيضًا كغراء. كما أنه ضروري في تشطيب الأقمشة النسيجية والملابس النشوية. يتم استخدامه لصنع المراهم والمساحيق في الصناعة الطبية.
السليلوز
السليلوز هو أيضا من الكربوهيدرات. وهو أكثر انتشارا من النشا نفسه وهو كذلك جزء لا يتجزأأغشية الخلايا النباتية. ويسمى السليلوز أيضًا بالألياف. يحتوي الخشب الخام على ستين بالمائة من السليلوز، ويحتوي الورق الذي تمت تصفيته على ما يقرب من تسعين بالمائة من السليلوز.
السليلوز مادة صلبة بيضاء عديمة الرائحة ولا تذوب محلول مائيوالمذيبات العضوية الأخرى. يذوب جيدا في محلولالأمونيا مع هيدروكسيد النحاس (يسمى كاشف شفايتزر). ومن هذا المحلول الحمضي يتم الحصول على ألياف السليلوز التي تسمى السليلوز المائي. تتمتع مادة الألياف (السليلوز) بقوة ميكانيكية ومرونة كبيرة.
يتم بناء جزيئات السليلوز بشكل غير متفرع (غير خطي)، وبالتالي فإن ألياف هذه المادة هي التي تتكون. ويتم بناء جزيئات النشا بشكل متفرع وخطي. هذا هو الفرق بين النشا والسليلوز.
كما تختلف هذه المواد في بنيتها، وهي: أن جزيئات النشا تتكون من بقايا ألفا جلوكوز، وجزيئات الألياف تتكون من بقايا بيتا جلوكوز.
هذه الاختلافات الطفيفة في بنية هذه المواد تؤدي إلى اختلافات كبيرة في خصائصها. النشا منتج غذائي، ولكن السليلوز لا يستخدم في الغذاء.
عند التفاعل مع اليود وحمض الكبريتيك، يتحول السليلوز إلى اللون الأزرق. وعندما يتفاعل فقط مع اليود يتحول إلى اللون البني.
لا ينتج السليلوز تفاعل "المرآة الفضية". تحتوي كل بقايا الجلوكوز فيه على ثلاث مجموعات هيدروكسيل، والتي يمكن من خلالها تكوين الاسترات. في درجات الحرارة القياسية، يتفاعل السليلوز فقط مع المركزات الحمضية. مثل النشا، فإنه يخضع للتحلل المائي مع ظهور الجلوكوز عندما يتم تسخينه مع الأحماض غير المركزة.
ويسمى التحلل السليلوز أيضًا بالسكر. هذا خاصية مهمةمما يساعد على الحصول على السليلوز من نشارة الخشب ونشارة الخشب. وعندما يتم تخميره ينتج الإيثيل، وهو ما يسمى بالكحول المائي. في مؤسسات التحلل المائي، يخرج ما يقرب من مائتي لتر من الإيثيل من طن واحد من المواد الخام الخشبية، مما يجعل من الممكن استبدال طن ونصف من البطاطس أو صفر فاصل سبعة طن من محاصيل الحبوب.
ويستخدم الجلوكوز في حالته الخام، والذي يتم الحصول عليه من المواد الخام الخشبية، كعلف للماشية. ويستخدم القطن والكتان والقنب (كل هذا أيضًا من السليلوز) لإنتاج الأقمشة القطنية والكتانية.
يتم استخدام الكثير من السليلوز لصنع المنتجات الورقية. الورق عبارة عن طبقة رقيقة من ألياف السليلوز التي يتم ضغطها وتغيير حجمها لمنع نزف الحبر والطلاء. في البداية، كان الورق يُصنع من سيقان الأرز وألياف القطن والأقمشة القديمة. ثم أصبحت هذه المادة الخام نادرة. بدأوا في استخدام المواد الخام الخشبية. وفي الصناعة، يمكن الحصول على السليلوز عن طريق طهي رقائق الخشب. هناك حاجة إلى الكثير من الورق لإنتاج الصحف، ولكن جودته ( لون أبيضوالقوة ومقاومة التآكل) لا يهم. الورق الرخيص مصنوع من مواد خام من الخشب الصنوبري، والورق عالي الجودة باهظ الثمن مصنوع من نفايات القطن والكتان. تتم معالجة السليلوز كيميائيًا لإنتاج ألياف النسيج الاصطناعية (الفيسكوز والحرير والصوف) والبلاستيك والورنيش وأفلام الأفلام والصور الفوتوغرافية والبارود الذي لا يدخن.
وهكذا، أظهر التوصيف المقارن للنشا والسليلوز أن النشا والسليلوز هما مواد بوليمرية متشابهة (الكربوهيدرات المعقدة). كل من هذه البوليمرات بيضاء اللون. أنها لا تذوب في الماء. أنها مبنية من جزيئات الجلوكوز. يتم تحديدها بصيغة كيميائية واحدة، وهي قادرة على التحلل المائي ولا تنتج تفاعل "المرآة الفضية". وهي تختلف في بنيتها (بالنسبة للسليلوز فهو خطي، وبالنسبة للنشا فهو خطي ومتفرع). هيكلها مختلف أيضًا، على الرغم من وجود الجلوكوز في تركيبها (يتم بناء النشا من بقايا الجلوكوز ألفا، ويتكون السليلوز من بقايا بيتا الجلوكوز). كما أنها تختلف في مجال استخدامها (يستخدم النشا كمنتج غذائي، ولكن السليلوز لا يستخدم؛ يستخدم السليلوز لإنتاج الورق ومنتجات النسيج، لتصنيع مختلف البنودولكن النشا ليس كذلك). ويختلف الجلوكوز عن النشا في قوته، إذ يمكن استخدامه في صناعة الألياف. كما يستغرق التحلل وقتًا أطول من النشا.
يتذكر:
ما هي الحلول تسمى الغروية (الفقرة 3)؛
ما هي المواد التي تسمى البوليمرات (الفقرة 28).
وأهم السكريات الطبيعية هي النشا والسليلوز. كلتا المادتين عبارة عن بوليمرات لها نفس الصيغة الكيميائية: n. أنها تختلف فقط في بنية جزيئاتها.
النشا هو مسحوق غير متبلور مع أزمة مميزة، والكثافة - 1.5 جم / سم 3، في الظروف العاديةلا يذوب في الماء. عندما تسقط حبيبات النشا في الماء الساخن، فإنها تمتص الماء وتنتفخ بشكل كبير، وتتدمر قشورها ويتكون محلول غرواني. يطلق عليه معجون ويستخدم أحيانًا كمادة لاصقة. النشا ليس له نقطة انصهار أو غليان لأنه يتحلل عند تسخينه.
يتكون النشا من نوعين من الجزيئات. ولهذا السبب، يقال أحيانًا أنه يتكون من مادتين: الأميلوز والأميلوبكتين. يحتوي الأميلوز (محتواه حوالي 20٪) على جزيئات خطية (الشكل 37.1، أ)، وهو قابل للذوبان بشكل أفضل في الماء. يحتوي جزيء الأميلوز الواحد على حوالي ألف جزيء جلوكوز. تتفرع جزيئات الأميلوبكتين وتحتوي على حوالي عشرة آلاف بقايا من جزيئات الجلوكوز (الشكل 37.1، ب). أميلوبكتين لا يذوب في الماء، ولكن ينتفخ فقط.
مع التسخين لفترة طويلة في بيئة حمضية أو تحت تأثير الإنزيمات، يتحلل النشا ويتم كسر الروابط بين بقايا جزيئات الجلوكوز. منتج التحلل المائي الكامل للنشا هو الجلوكوز:
يستخدم هذا التفاعل صناعيا لصنع دبس السكر وإنتاج المنتجات الغذائية. الكحول الإيثيلي.
يتم تحديد وجود النشا باستخدام محلول اليود: يشكل اليود مركبًا مع النشا من اللون الأزرق(الشكل 37.2). وباستخدام هذا التفاعل النوعي، يمكن اكتشاف النشا في الكثيرين منتجات الطعام:البطاطا والخبز والذرة وغيرها:
يتكون النشا في النباتات من الجلوكوز ويتراكم في الجذور والدرنات والبذور:
النشا هو الكربوهيدرات الرئيسية في طعامنا. يحتوي القمح والحبوب الأخرى وكذلك الدقيق المصنوع منها على الكثير من النشا. ولا يمتصه الجسم مباشرة. تحت تأثير الإنزيمات، يحدث التحلل المائي للنشا، والذي يبدأ عند مضغ الطعام في الفم، ويستمر في المعدة وينتهي في الأمعاء. يتم امتصاص الجلوكوز المتكون نتيجة التحلل المائي في الدم ويدخل الكبد ومن هناك إلى جميع أنسجة الجسم. يتم تخزين الجلوكوز الزائد في الكبد على شكل جليكوجين متعدد السكاريد، والذي يتحلل مرة أخرى إلى الجلوكوز أثناء استهلاكه في خلايا الجسم.
تستخدم كميات كبيرة من النشا لإنتاج الكحول الإيثيلي. للقيام بذلك، يتم تحلل النشا أولا بواسطة إنزيمات الشعير، ويتم تحويل منتج التحلل المائي بعد التخمير بواسطة الخميرة إلى كحول.
السليلوز
السليلوز (الألياف) عبارة عن مادة ليفية بيضاء غير قابلة للذوبان في الماء والمذيبات الأخرى (على عكس النشا). وتتراوح كثافة السليلوز، حسب المادة الخام، من 1.27 إلى 1.61 جم/سم3.
الصيغة الكيميائية للسليلوز هي نفس صيغة النشا - ن. ولكن على عكس النشا، فإن جزيئات السليلوز ليست متفرعة وتحتوي على عشرات الآلاف من جزيئات الجلوكوز (يصل الوزن الجزيئي للسليلوز إلى عدة ملايين). يتم ترتيب جزيئات السليلوز الكبيرة الفردية بطريقة منظمة وكثيفة مع بعضها البعض، لتشكل أليافًا قوية، وهو أمر غير معتاد بالنسبة للنشا (الشكل 37.3).
يتفاعل السليلوز مع الماء، ويخضع للتحلل المائي في ظل ظروف أكثر قسوة مقارنة بالنشا - أثناء الغليان لفترة طويلة مع الحمض. وبطبيعة الحال، فإن منتج التحلل المائي هو أيضا الجلوكوز.
يستخدم السليلوز، أو بالأحرى الخشب الذي يحتوي عليه، كوقود. مثل معظم المواد العضويةيحترق السليلوز ثاني أكسيد الكربونو الماء:
أرز. 37.3. تمتلك جزيئات النشا بنية متفرعة في الغالب (أ)، ولها بنية خطية (ب) لجزيئات السليلوز.
السليلوز هو المادة الرئيسية للخلايا النباتية: يتكون الخشب من 50٪ منه، والقطن والكتان عبارة عن سليلوز نقي تقريبًا (الشكل 37.4). جسم الإنسان والحيوانات (باستثناء المجترات والخيول والأرانب) غير قادرة على هضم السليلوز.
على الرغم من أن النشا والسليلوز لهما نفس الشيء التركيب الكيميائيبسبب البنية المختلفة للجزيئات التي تؤديها وظائف مختلفةفي الجسم : النشا - العناصر الغذائيةوالسليلوز مادة بناء متينة.
الصناعة الرئيسية التي يستخدم فيها السليلوز هي الورق. يتكون الورق الذي طُبع عليه هذا النص بشكل أساسي من مادة السليلوز المستخرجة من الخشب. كما يستخدم السليلوز
أرز. 37.5. استخدام السليلوز
في إنتاج الألياف الاصطناعية والمتفجرات. يتكون فيلم متين للغاية يسمى السيلوفان من السليلوز النقي تقريبًا. عن طريق معالجة السليلوز حمض الاسيتيكيتم الحصول على خلات السليلوز التي تصنع منها ألياف خلات(الحرير الصناعي) والأفلام والأفلام الفوتوغرافية وغيرها من المواد القيمة.
يأتي من الألمانية Kraftmehl ("النشا"). الكلمات الألمانيةكرافت - "القوة" وميهل - "الدقيق" أي النشا - قوة الدقيق. تم الحصول على النشا من البطاطس لأول مرة في عام 1781، وقبل ذلك تم الحصول عليه من القمح.
التجارب المعملية رقم 13، 14
المعدات: رف مع أنابيب الاختبار، ملعقة، حامل أنبوب الاختبار، الموقد.
الكواشف: الماء، النشا، محلول اليود (الكحول أو محلول لوغول).
لوائح السلامة:
لإجراء التجارب، استخدم كميات صغيرة من الكواشف؛
أثناء التسخين، لا تلمس الأشياء الساخنة بيديك؛
احرص على عدم ملامسة الكواشف لجلدك أو عينيك أو ملابسك.
نسبة النشا إلى الماء
صب 2-3 مل من الماء في أنبوبين اختبار. قم بتسخين إحداها حتى يغلي الماء تقريبًا. صب كمية صغيرة (على طرف الملعقة) من النشا في كلا أنبوبي الاختبار واخلطهما بلطف عن طريق الرج. استنتج حول ذوبان النشا في الماء البارد والساخن.
ماذا يسمى محلول النشا في الماء ؟ أي نوع أنظمة متفرقةهل يتعلق؟
تفاعل النشا مع اليود
إلى محلول النشا الذي تم الحصول عليه في التجربة السابقة، أضف قطرة واحدة من محلول اليود المخفف (لون القش الفاتح). ماذا تلاحظ؟ استخلاص استنتاجات حول علامات التفاعل النوعي للنشا.
التجربة المنزلية رقم 3
تحديد النشا في المنتجات الغذائية
سوف تحتاج إلى: ماصة، كوب، صبغة اليود، كحول الساليسيليك (البوريك، الفورميك) - يمكنك شرائها من الصيدلية أو أخذها من خزانة الأدوية المنزلية؛ أي منتجات غذائية تحتوي على النشا: نشا البطاطس، الدقيق، الخبز، الكعك، رقائق البطاطس، عصير الطماطم، المعكرونة، مغلي الأرز أو الحبوب الأخرى، النقانق المسلوقة (أو النقانق)، القشدة الحامضة، إلخ.
لوائح السلامة:
للتجارب، استخدم كميات صغيرة من المواد؛
1. تحضير محلول اليود. عادة، تحتوي صبغة اليود الصيدلانية على 5٪ من اليود. من غير المناسب استخدام مثل هذا المحلول للكشف عن النشا: فهو غامق جدًا وقد لا يتم ملاحظة ظهور اللون الأزرق في وجود النشا. يجب تخفيف محلول اليود. لا يذوب اليود في الماء، لذلك يجب استخدام الإيثانول (على شكل مستحضرات صيدلانية تعتمد عليه) لإذابته. صب حوالي ملعقتين كبيرتين من كحول الساليسيليك في كوب أو زجاجة. باستخدام ماصة، أضف قطرة واحدة (أو أكثر) من صبغة اليود إلى هذا الكحول للحصول على محلول خفيف بلون القش. يمكن الآن استخدام هذا الحل لتحديد النشا.
2. فحص المنتجات الغذائية الموجودة لديك للتأكد من محتواها من النشا. للقيام بذلك، أضف بضع قطرات من محلول اليود إلى قطع صغيرة باستخدام ماصة. بناءً على تغير اللون، استنتج وجود النشا في المنتجات قيد الدراسة. اعرض نتائج التجارب في شكل جدول:
الفكرة الرئيسية
السكريات هي البوليمرات الطبيعية، مونومراتها هي بقايا جزيئات أحادي السكاريد. وأكثرها شيوعًا النشا والسليلوز - البوليمرات التي يتكونها الجلوكوز.
أسئلة التحكم
455. أحضر صيغة كيميائيةالنشا والسليلوز. لماذا تسمى هذه الكربوهيدرات البوليمرات؟
456. كيف تختلف بنية جزيئات النشا والسليلوز؟
457. وصف الخصائص الفيزيائية للنشا والسليلوز.
458. كيف يمكنك تحديد وجود النشا في محلول أو مخاليط أخرى؟
459. وصف استخدامات النشا والسليلوز. ما هي الخصائص التي يعتمد عليها؟
مهام لإتقان المواد
460. صف العمليات التي تحدث خلال مثل هذه التحولات: السليلوز ^ ثاني أكسيد الكربون ^ الجلوكوز ^ النشا.
461. كم الروابط الهيكليةهل يوجد C 6 H 10 O 5 في جزيء السليلوز إذا كان وزنه الجزيئي النسبي 2.1 مليون؟
462. احسب حجم السليلوز بمقدار المادة 1 مول، إذا كان جزيء واحد من السليلوز يحتوي في المتوسط على 10000 بقايا من جزيئات الجلوكوز، وكثافته 1.52 جم/سم3.
463. لتحضير الجيلي، عادة ما يتم إضافة ملعقتين كبيرتين من النشا إلى 1 لتر من السائل. احسب جزء الشاملالنشا في مثل هذا الهلام إذا كانت ملعقة كبيرة تحتوي على حوالي 30 جرام من نشا البطاطس.
464. احسب حجم ثاني أكسيد الكربون الذي سيتم إطلاقه أثناء الاحتراق الكامل لصوف القطن الذي يزن 1 كجم، إذا افترضنا أنه يتكون بالكامل من السليلوز. ما حجم الأكسجين المطلوب لهذا (رقم)؟
465*. تخيل أنك تعمل ككيميائي في شركة نسيج وتحتاج إلى الأداء مشروع البحث، تهدف إلى استخدام بدائل القطن الاصطناعية. ما هي المعلومات التي يجب عليك جمعها وما هي الأسئلة التي يجب أن تفكر فيها لحل هذه المشكلة؟ إنشاء تصميم تجريبي لبحثك.
466*. كيف يمكنك إزالة وصمة عار من صبغة اليود على القماش باستخدام قطعة من درنة البطاطس النيئة؟
467*. ما هي البطاطس التي تعتقد أنها يمكن أن تنتج المزيد من النشا: هل تم حفرها للتو أم تلك الموجودة في متجر الخضار طوال فصل الشتاء؟
العمل العملي رقم 5
تعريف مركبات العضويةفي المنتجات الغذائية
المعدات: رف مع أنابيب الاختبار، ملعقة.
الكواشف: عينات الطعام (مبدئيا): العنب، التفاح، الحليب الطازج، الكفير، الجبن، العنب،
عصائر البرتقال والطماطم. محاليل اليود، كبريتات النحاس (P)، القلويات، المؤشر العالمي (أو ورقة المؤشر).
لوائح السلامة:
للتجارب، استخدم كميات صغيرة من المواد؛
احرص على عدم وصول المواد إلى بشرتك أو ملابسك أو عينيك؛ في حالة ملامسة المادة، يجب غسلها بكمية كبيرة من الماء.
التجربة 1. فحص محتوى النشا من الكفير والجبن وعصير الطماطم. لتحديد النشا، أضف 1-2 قطرات من محلول اليود إلى عينة الاختبار. ما العلامة التي يجب أن تشير إلى وجود النشا؟ صف ملاحظاتك. هل يجب أن تحتوي الأطعمة التي تم اختبارها على النشا؟
التجربة 2. باستخدام مؤشر عالمي، حدد قيمة الرقم الهيدروجيني في عينات الطعام المتوفرة (لدراسة العنب، يجب عصر العصير منها، ويجب سحق قطعة صغيرة من التفاح). ما هي البيئة (الحمضية أو القلوية أو المحايدة) في العينات المتوفرة؟ ما نوع البيئة التي يجب أن تحتويها هذه العينات؟ إذا كانت البيئة حمضية، خمن ماذا الأحماض العضويةتحتوي على هذه المنتجات.
التجربة 3. اختبار العنب والتفاح والعنب وعصير البرتقال لمحتوى الجلوكوز (لاختبار العنب، يجب عصر العصير منها، ويجب سحق قطعة من التفاح). لتحديد محتوى الجلوكوز، تحتاج أولاً إلى الحصول على راسب حديث من هيدروكسيد النحاس (P) عن طريق تفاعل كبريتات النحاس (P) مع القلويات (كما فعلت في خبرة مختبريةرقم 12، ص. 209). ثم يضاف عصير الاختبار إلى الرواسب حتى تختفي الرواسب. صف ملاحظاتك. هل يجب أن تحتوي جميع العينات على الجلوكوز؟ في أي عينة وجدت وجود الجلوكوز؟
اعرض نتائج التجارب في شكل جدول:
خاتمة. جعل الاستنتاج العام. للقيام بذلك، استخدم إجابات الأسئلة:
1. ما هي ردود الفعل التي تسمى النوعية؟ ما هي العلامات المستخدمة لتحديد وجود مواد معينة في المحلول؟
2. بأي مساعدة؟ ردود الفعل النوعيةهل يمكن الكشف عن الجلسرين والجلوكوز والنشا؟
3. ما هو العامل المشترك بين جزيئات الجلسرين والجلوكوز؟
4. ما هي الاستنتاجات حول جودة المنتجات الغذائية التي يمكن استخلاصها بناءً على نتائج التجارب؟
هذه هي مادة الكتاب المدرسي
السكريات: النشا، السليلوز
السكريات هي مركبات ذات وزن جزيئي عالي تحتوي على مئات وآلاف من بقايا السكريات الأحادية. ما هو شائع في بنية السكريات هو أن بقايا السكريات الأحادية ترتبط بواسطة هيدروكسيل الهيمياسيتال لجزيء واحد وهيدروكسيل الكحول في جزيء آخر، وما إلى ذلك. ترتبط كل بقايا أحادي السكاريد بالمخلفات المجاورة بواسطة روابط جليكوسيدية.
يمكن أن تحتوي البوليجليكوزيدات على سلاسل متفرعة وغير متفرعة. يمكن أن تكون بقايا السكريات الأحادية التي يتكون منها الجزيء هي نفسها أو مختلفة. وأهم السكريات العالية هي النشا والجليكوجين (النشا الحيواني) والألياف (أو السليلوز). تتكون جميع هذه السكريات الثلاثة من جزيئات الجلوكوز المرتبطة ببعضها البعض بطرق مختلفة. يمكن التعبير عن تكوين المركبات الثلاثة بالصيغة العامة: (C 6 H 10 O 5) n
نشاء
النشا ينتمي إلى السكريات. ولم يتم تحديد الكتلة الجزيئية لهذه المادة بدقة، ولكن من المعروف أنها كبيرة جدًا (حوالي 100000) وقد تختلف باختلاف العينات. لذلك، فإن صيغة النشا، مثل السكريات الأخرى، يتم تصويرها على أنها (C 6 H 10 O 5) n. لكل عديد السكاريد نله معاني مختلفة.
الخصائص الفيزيائية
النشا مسحوق لا طعم له، غير قابل للذوبان في الماء البارد. تنتفخ في الماء الساخن، وتشكل عجينة.
يتم توزيع النشا على نطاق واسع في الطبيعة. وهي مادة مغذية احتياطية لمختلف النباتات وتوجد فيها على شكل حبوب النشا. أغنى الحبوب بالنشا هي الحبوب: الأرز (حتى 86%)، والقمح (حتى 75%)، والذرة (حتى 72%)، ودرنات البطاطس (حتى 24%). في درنات البطاطس، تطفو حبيبات النشا في عصارة الخلايا، وفي الحبوب تكون ملتصقة بإحكام بمادة بروتينية تسمى الغلوتين. النشا هو أحد منتجات عملية التمثيل الضوئي.
إيصال
يتم استخلاص النشا من النباتات عن طريق تدمير الخلايا وغسلها بالماء. على المستوى الصناعي، يتم الحصول عليه بشكل رئيسي من درنات البطاطس (على شكل دقيق البطاطس)، وكذلك من الذرة.
1) تحت تأثير الإنزيمات أو عند تسخينها بالأحماض (أيونات الهيدروجين بمثابة محفز)، النشا، مثل كل شيء الكربوهيدرات المعقدة، يخضع للتحلل المائي. في هذه الحالة، يتم تشكيل النشا القابل للذوبان أولا، ثم مواد أقل تعقيدا - الدكسترين. المنتج النهائي للتحلل المائي هو الجلوكوز. يمكن التعبير عن معادلة التفاعل الشاملة على النحو التالي:
هناك انهيار تدريجي للجزيئات الكبيرة. التحلل المائي للنشا هو خاصية كيميائية مهمة.
2) لا يعطي النشا تفاعل "المرآة الفضية" ولكن نواتج تحلله المائي هي التي تفعل ذلك. تتكون جزيئات النشا الكبيرة من العديد من جزيئات الجلوكوز الحلقي. يمكن التعبير عن عملية تكوين النشا على النحو التالي (تفاعل التكثيف المتعدد):
3) رد فعل مميزهو تفاعل النشا مع محاليل اليود. إذا تمت إضافة محلول اليود إلى عجينة النشا المبردة، يظهر اللون الأزرق. عندما يسخن المعجون يختفي، وعندما يبرد يظهر مرة أخرى. تستخدم هذه الخاصية في تحديد النشا في المنتجات الغذائية. على سبيل المثال، إذا تم وضع قطرة من اليود على حبة بطاطس مقطعة أو شريحة من الخبز الأبيض، يظهر لون أزرق.
طلب
النشا هو الكربوهيدرات الرئيسية في غذاء الإنسان، ويوجد بكميات كبيرة في الخبز والحبوب والبطاطس والخضروات. تتم معالجة كميات كبيرة من النشا إلى الدكسترين والدبس والجلوكوز، والتي تستخدم في صناعة الحلويات. يستخدم النشا كمادة لاصقة، وتستخدم لإنهاء الأقمشة والكتان النشا. في الطب، يتم تحضير المراهم والمساحيق وما إلى ذلك على أساس النشا.
السليلوز أو الألياف
السليلوز هو كربوهيدرات أكثر شيوعًا من النشا. يتكون بشكل رئيسي من جدران الخلايا النباتية. يحتوي الخشب على ما يصل إلى 60%، والصوف القطني وورق الترشيح - ما يصل إلى 90% من السليلوز.
الخصائص الفيزيائية
السليلوز النقي هو مادة صلبة بيضاء، غير قابلة للذوبان في الماء وفي المذيبات العضوية الشائعة، وقابل للذوبان بدرجة عالية في محلول الأمونيا المركز من هيدروكسيد النحاس (II) (كاشف شفايتزر). من هذا المحلول الحمضي، يترسب السليلوز على شكل ألياف (السليلوز المائي). تتمتع الألياف بقوة ميكانيكية عالية جدًا.
التكوين والهيكل
يتم التعبير عن تركيبة السليلوز وكذلك النشا بالصيغة (C 6 H 10 O 5) n. تصل قيمة n في بعض أنواع السليلوز إلى 10-12 ألفًا، ويصل الوزن الجزيئي إلى عدة ملايين. تحتوي جزيئاتها على بنية خطية (غير متفرعة)، ونتيجة لذلك يشكل السليلوز الألياف بسهولة. تحتوي جزيئات النشا على هياكل خطية ومتفرعة. هذا هو الفرق الرئيسي بين النشا والسليلوز.
هناك اختلافات في بنية هذه المواد: تتكون جزيئات النشا الكبيرة من بقايا جزيئات الجلوكوز، وتتكون جزيئات السليلوز الكبيرة من بقايا الجلوكوز ب. يمكن تمثيل عملية تكوين جزء من جزيء السليلوز الكبير من خلال الرسم التخطيطي:
الخواص الكيميائية. تطبيقات السليلوزتؤدي الاختلافات الصغيرة في بنية الجزيئات إلى اختلافات كبيرة في خصائص البوليمرات: النشا منتج غذائي، والسليلوز غير مناسب لهذا الغرض.
1) السليلوز لا يعطي تفاعل "المرآة الفضية" (بدون مجموعة ألدهيد). وهذا يسمح لنا باعتبار كل وحدة C6H10O5 بمثابة بقايا جلوكوز تحتوي على ثلاث مجموعات هيدروكسيل. غالبًا ما يتم تمييز الأخير في صيغة السليلوز:
بسبب مجموعات الهيدروكسيل، يمكن أن يشكل السليلوز إثيرات وإسترات.
على سبيل المثال، رد الفعل لتكوين إستر مع حمض الأسيتيك هو:
[C 6 H 7 O 2 (OH) 3 ] n +3nCH 3 COOH® [C 6 H 7 O 2 (OSOCH 3) 3 ] n +3nH 2 O
عندما يتفاعل السليلوز مع المركزة حمض النيتريكفي وجود حامض الكبريتيك المركز يتم تشكيل عامل التجفيف استر- ثلاثي نترات السليلوز:
وهي مادة متفجرة تستخدم في صنع البارود.
وهكذا، في درجات الحرارة العادية، يتفاعل السليلوز فقط مع الأحماض المركزة.
2) مثل النشا، عند تسخينه مع الأحماض المخففة، يخضع السليلوز للتحلل المائي ليشكل الجلوكوز:
(С 6 Н 10 0 6) n +nН 2 O®nС ب Н 12 O 6
يعد التحلل المائي للسليلوز، أو ما يسمى بالسكر، خاصية مهمة جدًا للسليلوز، فهو يجعل من الممكن الحصول على السليلوز من نشارة الخشب ونشارة الخشب، وعن طريق تخمير الكحول الإيثيلي. يسمى الكحول الإيثيلي المستخرج من الخشب مائيًا.
في محطات التحلل المائي، يتم الحصول على ما يصل إلى 200 لتر من الكحول الإيثيلي من طن واحد من الخشب، والذي يمكن أن يحل محل 1.5 طن من البطاطس أو 0.7 طن من الحبوب.
يمكن استخدام الجلوكوز الخام الذي يتم الحصول عليه من الخشب كعلف للماشية.
هذه مجرد بعض الأمثلة على استخدام السليلوز. يستخدم السليلوز على شكل قطن أو كتان أو قنب في صناعة الأقمشة - القطن والكتان. يتم إنفاق كميات كبيرة منه على إنتاج الورق. تصنع الأصناف الرخيصة من الورق من الخشب الصنوبري، وأفضل الأصناف تصنع من نفايات ورق الكتان والقطن. من خلال إخضاع السليلوز للمعالجة الكيميائية، يتم الحصول على عدة أنواع من الحرير الاصطناعي والبلاستيك والأفلام والمساحيق عديمة الدخان والورنيشات وغير ذلك الكثير.