Кемеровский технологический институт пищевой промышленности
Эта работа была опубликована в сборнике научных трудов "Проблемы и перспективы современной науки
" с материалами Четвертой Международной Телеконференции
"Фундаментальные науки и практика" под редакцией д.б.н, проф. Ильинских
Н.Н.
Крахмал - природный полисахарид общей формулы
(С6Н10О5)n, первоначально образующийся в
листьях в процессе фотосинтеза в виде зерен, а затем расщепляясь на олиго- и полисахариды перемещается в подземные
клубни или в зерна злаков и вновь превращается в крахмальные зерна. Крахмальные
зерна различных растений различны: имеют неодинаковую величину, форму и
строение. Наибольшее содержание крахмала в зернах
риса (62-82%), кукурузы (65-72%), пшеницы (57-75%), в клубнях картофеля
(12-24%). При отложении крахмала образуются длинные цепи, в которых остатки
моносахаридов связаны между собой кислородными мостиками, образованных за счет
полуацетального гидроксила предыдущего остатка моносахарида со
спиртовым гидроксилом последующего [1].
Крахмал
по своей структуре неоднороден – он состоит из двух фракций -амилозы
(10-25%) и амилопектина (75-85%), которые отличаются друг от друга своей структурой. Амилоза состоит из неразветвлённых цепей, а у
амилопектина имеются многокраократно разветвлённые цепи глюкозных остатков.
Эти фракции соединены между собой в сложные комплексы.
В
крахмале имеются остатки фосфорной кислоты, которые связаны с некоторыми
глюкозными остатками. Для амилозы
содержание этих остатков фосфорной кислоты незначительное (0,03%), для амилопектина - более
высокое (0,20 -0,22%) [2].
Крахмал
- важный пищевой и технический продукт, который широко
применяется в различных отраслях пищевой промышленности. В
настоящее время успешно развивается научное направление по разработке
эффективных способов целенаправленного изменения природных свойств нативного
крахмала, т.е. его модифицирования с
помощью химических (кислотный, окислительный гидролиз), биохимических (ферментативный гидролиз) и физических
воздействий (механиче- ские, температурные, ультразвуковые и волновые).
Наибольший интерес пре- дставляют физические методы модифицирования, которые
позволяют безреагентным способом
воздействовать на крахмал, резко изменяя его свойства [3,4].
В данной
работе представлены результаты кислотно-основного потенциомет- рического титрования
крахмалсодержащих суспензий, содержащих картофельный крахмал после его
предварительной обработки микроволновым облучением (МВО).
Известно, что микроволновое облучение - это
электромагнитное излучение с частотой
300 ГГц – 300 МГц, диапазон длин волн
которого лежит между длинами волн инфракрасного света и радиоволнами от 1 до 1000 см. Чаще
всего в лаборато-рных системах используется частота 2,45 ГГц
[3]. Было обнаружено, что микровол-новое излучение способно в десятки и
сотни раз ускорять многие химические реакции, эффективно (быстро и полностью)
удалять влагу из твердых образцов, в том
числе, и высокопористых, препаратов, модифицировать
свойства различных сорбен-
тов. Основным результатом взаимодействия излучения с
полярными растворителями и растворенными в них веществами является
поглощение и рассеянии в виде тепловой
энергии электромагнитного излучения. Особенностями микроволновое воздействия, наиболее важными для протекания
химических превращений, являются изменения
в структуре растворителя и сольватированных ионов под действием электрической составляющей поля и высокий
градиент объемного нагрева раствора ΔT/Δt [5].
Известно, что в отсутствии внешнего электрического
поля молекулы диэлектрика находятся в хаотическом
движении. При наложении внешнего
электрического поля электростатические
силы будут стремиться выровнять
диполь-
ные моменты вдоль силовых
линий поля – диэлектрическая
(ориентационная) поляризация. Кроме того, при наложении высокочастотного
электрического поля различают ещё атомную, электронную и структурную виды поляризации. Атомная поляризация
обусловлена смещением атомов относительно друг друга; электронная -
смещением электронов. Структурная
поляризация (эффект Максвелла-Вагнера)
имеет место на
границе раздела неоднородных сред. Все
типы поляризации способны активизировать молекулы с
образованием ионов и радикалов.
В настоящее время спектр применения МВО необычайно
широк - от бытовых микроволновых печей (частота 2,45 ГГц) до радиолокационной и
радионавигационной (до 300 ГГц) техники [6].
В качестве метода
исследования целенаправленно выбран
метод потенциометрического титрования со стеклянным электродом (рН-функция) и
насы-
щенным хлорсеребряным
электродами. Этот метод основан на том,
что вблизи точки
эквивалентности происходит резкое изменение (скачок) потенциала индикаторного
электрода, величина которого зависит от силы и концентрации кислот или
оснований и от концентрации раствора. При титровании смеси кислот различной
силы или многоосновной кислоты на кривой титрования появляется несколько
скачков.
Метод потенциометрического титрования обладает рядом
преимуществ: исключает субъективные ошибки, связанные с визуальными
наблюдениями, более чувствителен, т.е. при одной той же точности индикаторным
методом можно опреде-
лять меньшие количества вещества; позволяет
осуществлять титрование в мутных и окрашенных растворах, в которых затруднена
или совсем исключена возможность использования цветных индикаторов; дает
возможность дифференцированно (последовательно) определять смесь веществ из
одной порции раствора [7].
Методика проведения
эксперимента. Готовились водные суспензии на-тивного
неразваренного картофельного крахмала с массовой долей твёрдой фазы 10% . Для сравнения были взяты навески необлучённого и
облучённого крахмала, которые дозировано, добавлялись в воду.
Суспензии перемешивались в течение трёх
минут, из водной части которой далее отбирался необходимый объём жидкой фазы для титрования. Титрование проводилось водным раствором гидроксида калия (Сэкв КОН = 0,1 моль/дм3).
Установлено,
что жидкая фаза из суспензий с облучённым
крахмалом содержит трёхосновную
фосфорную кислоту, которая выделилась из зёрен крахмала после его облучения. На
кривой титрования реализуется три волны. Кривая титрования суспензий
необлучённого крахмала не содержит волн. Высота скачков титрования на кривой титрования различная, т.к. она зависит от величины
констант диссоциации фосфорной кислоты. Фосфорная кислота - это слабая трёхосновная
неорганическая кислота, диссоциирующая
ступенчато и имеющая соответственно три константы диссоциации (К1 =
7,6 . 10-3; К2 = 6,2 . 10-8;
К3 = 4,4 . 10-13).
Проведённые количественные расчёты
доказали, что при определённом
времени МВО за счёт разрыва сложных
эфирных связей наблюдается практически полный выход фосфорной кислоты в водную
среду. Такая обработка исходного крахмала влияет на свойства крахмала и его
использование в пищевых и технических целях.
Работа в этом направлении будет продолжена.
Список литературы
1.Чичибабин
А.Е. Основные начала органической
химии. – М.: Химия.-1963.–910с.
2.Физер Л., Физер М. Органическая химия. – М.: Химия,
1966.–783с.
3.Литвяк В.В. Модификация картофельного крахмала
электрохимическим способом и изучение его физико-химических свойств. //Вести
национальной академии наук Белоруссии. 2007.
– № 4. – с.109–112.
4.Липатова И.М. и др. Влияние интенсивных
механических воздействий на структуру гидрогелей крахмала. //ЖПХ. – 2001. –
т.74. – Вып.9. – с. 58-61.
5.Бердоносов С.С. Микроволновая химия /С.С.
Бердоносов. – М.: Химия, 2001–205с.
6.Бердоносов С.С. Микроволновое излучение в
химической практике //Химическая технология. 2000. - С. 2 – 8.
7.Васильев В.П. Аналитическая химия в 2 кн. – М.:
Дрофа, 2002. – 700 с.
|
