Курсовая работа: Крахмал и крахмалсодержащие растения

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Курский государственный медицинский университет»

Министерства здравоохранения Российской Федерации

ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА ФАРМАКОГНОЗИИ И БОТАНИКИ

Зав. Кафедрой: профессор В.Н. Бубенчикова

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине Фармакогнозия

ТЕМА: «Крахмал и крахмалсодержащие растения »

Исполнитель Сутормина Т.А.

4 курс 2 группа

Руководитель Жуков И.М.

Кандидат фармацевтических наук ,

старший преподаватель

Курск 2014

Содержание

Введение

Глава 1 Общая характеристика крахмала

1.1 Состав крахмала

1.2 Гидролиз

1.3 Биосинтез

1.4 Физические свойства

1.5 Крахмальные зерна

1.6 Продукты детского лечебного питания на основе крахмала и крахмалсодержащего сырья

Глава 2 Характеристика растений, содержащих крахмал

2.1 Кукурузные рыльца (кукурузные столбики с рыльцами)

2.2 Картофель - Solanum tuberosum L.

2.3 Алтей лекарственный - Althaea officinalis L.

Заключение

Список литературы

Введение

Использование крахмала человеком известно давно. В настоящее время заинтересованность в изучении крахмала объясняется тем, что он являясь полисахаридом, способствует увеличению массы тела. Некоторые диетологи считают крахмал главной причиной ожирения. Но нельзя забывать о положительных свойствах крахмала.

Актуальность темы заключается в том, что крахмал получил достаточно широкое применение. Так, например, он используется в пищевой промышленности, в фармацевтических и медицинских целях, в строительной области, в бумажной промышленности используется как наполнитель, в текстильной промышленности используется для обработки тканей. Из всех углеводов в рационе человека, крахмала он потребляет больше всего. Это связано с тем, что крахмал содержится в большинстве основных продуктов питания: муке, крупах, многих овощах. Повсеместное использование крахмала в России начиналось с ХIII века., когда Петр I привез из Европы картофель.

Цель данной курсовой работы заключается в изучении литературы, в которой описываются основные характеристики крахмала и растения, содержащие крахмал.

Для достижения цели решались следующие задачи:

1. Изучение состава, биосинтеза крахмала, а так же его физических и химических свойств,

2. Изучение применения крахмала,

3. Изучение растений, используемых для получения крахмала.

Глава 1. Общая характеристика крахмала

1.1 Состав крахмала

Крахмал - это основной резервный углевод растений; образуется в клеточных органеллах (хлоропластах и амилопластах) и накапливается главным образом в семенах, луковицах и клубнях, а также в листьях и стеблях. Крахмал откладывается в клетках в виде зёрен, в состав которых входит небольшое количество белков и липидов. Зёрна крахмала у разных видов растений различаются по размерам (наиболее крупные - у картофеля, их средний диаметр около 33 мкм, наиболее мелкие у риса - около 15 мкм). Крахмал представляет собой смесь двух полисахаридов: линейного - амилозы и разветвленного - амилопектина, общая формула которых: (C₆H₁₀O₅)_n. Как правило, содержание амилозы в крахмале составляет 10-30%, а амилопектина 70-90% .(23,24) крахмал углевод растение питание

Полисахариды крахмала построены из остатков глюкозы, соединённых в амилозе и в линейных цепях амилопектина a-1,4-глюкозидными связями, а в точках ветвления - межцепочечными a-1,6-глюкозидными связями (рис. 1).

Рис. 1 строение крахмала

В амилозе связано в среднем около 1000 остатков глюкозы; отдельные линейные участки молекулы амилопектина состоят из 20-30 таких единиц.(17)

1.2 Гидролиз

При частичном кислотном гидролизе крахмала образуются полисахариды меньшей степени полимеризации - декстрины, при полном гидролизе - глюкоза. Ферментативный распад крахмала может осуществляться различными путями. В присутствии неорганического фосфата растительная фосфорилаза расщепляет a-1,4-связи с образованием глюкозо-1-фосфата, тем самым переводя крахмал из запасной формы в метаболически активную. Широко распространённые в природе ферменты a- и b-амилазы также расщепляют только a-1,4-связи: b-амилаза - до мальтозы и декстринов, a-амилаза способна "обходить" точки ветвления и полностью расщеплять крахмал до низкомолекулярных продуктов (мальтоза, глюкоза). Распад a-1,6-связей с образованием свободной глюкозы катализирует амило-1,6-глюкозидаза. У плесневых грибов существует фермент, расщепляющий крахмал до глюкозы - глюкоамилаза. Конечные продукты ферментативного расщепления крахмала - глюкоза и глюкозо-1-фосфат - важнейшие субстраты как энергетического обмена, так и процессов биосинтеза. (5, 8, 11)

1.3 Биосинтез

Биосинтез крахмала начинается с глюкозо-6-фосфата. Донором глюкозы служит сахароза.

Биосинтез сахарозы. Сахароза является одним из главных ранних продуктов фотосинтеза. Биосинтез сахарозы в растениях происходит поэтапно. На первом этапе происходит аккумулирование энергии в молекуле УТФ: АТФ + УДФ АДФ + УТФ В результате этой реакции часть энергии АТФ переходит к новому аккумулятору энергии - УТФ. Второй этап - синтез УДФ-глюкозы - происходит вследствие расщепления высокоэнергетической связи молекулы УТФ: УТФ + глюкозо-1-фосфат-УДФ-глюкоза + пирофосфат уридиндифосфатглюкоза (УДФГ) служит донором активированной глюкозы в процессе биосинтеза сахарозы. На третьем этапе в результате взаимодействия УДФГ и фруктозы образуется сахароза: УДФГ + фруктоза, УДФ + сахароза Реакцию третьего этапа катализирует фермент сахарозосинтаза, который относится к классу трансфераз, подклассу гликозилтрансфераз. Реакция носит обратимый характер. Таким образом, фермент сахарозосинтаза регулирует обмен сахарозы в растениях. Однако приведенная реакция третьего этапа биосинтеза сахарозы происходит лишь в некоторых растениях, в остальных же случаях сахароза образуется из фруктозо-6-фосфата в ходе реакций. Реакцию синтеза сахарозо-6-фосфата катализирует фермент сахарозофосфатсинтаза из класса трансфераз, подкласса гликозилтрансфераз. В отличие от сахарозосинтазы, этот фермент действует только в направлении синтеза сахарозы. Поэтому для проведения реакции расщепления сахарозы с образованием УДФГ необходим фермент сахарозосинтаза. (2,4,18,19)

Биосинтез крахмала. На первой стадии синтеза глюкозо-6-фосфат превращается в глюкозо-1-фосфат. На второй стадии образуется донор активированной глюкозы: АТФ + глюкозо-1-фосфат АДФГ + пирофосфат. Для большинства растений донором активированной глюкозы является АДФГ. На третьей стадии синтеза осуществляется перенос активированной глюкозы от АДФГ на акцептор. Акцептором, или затравкой, в данном случае служит небольшая молекула полисахарида, состоящая иногда всего лишь из 3-4 остатков глюкозы, соединенных гликозидными связями. Реакцию катализирует фермент из подкласса гликозилтрансфераз. В результате затравка постепенно удлиняется. Так происходит биосинтез амилозы. Затем часть амилозы используется для биосинтеза амилопектина. Синтез амилопектина подразделяется на синтез неразветвленной и разветвленной частей. Неразветвленная часть образуется аналогично амилозе. В синтезе разветвленной части участвует ветвящий фермент (Q-фермент), который отщепляет от неразветвленной цепочки фрагмент, построенный из остатков глюкозы, соединенных а-1,4-гликозидными связями, и переносит его к шестому атому углерода одного из остатков глюкозы неразветвленной части амилопектина.( 20, 22, 25)

1.4 Физические свойства

Белый матовый, тонкий порошок без запаха и вкуса. 5 мл 1% раствора, приготовленного, как указано ниже, разбавленные 100 мл воды, должны давать с 2 каплями 0,1 н раствора йода чисто синюю окраску.

Раствор индикатора. 1 г крахмала растирают в ступке с 5 мл воды до получения однородной кашицы и смесь медленно вливают при постоянном размешивании в 100 мл кипящей воды. Кипятят в течение 2-3 минут до получения слегка опалесцирующей жидкости.

Раствором можно пользоваться не более 2-3 дней.

На 100 мл титруемой жидкости берут 1-2 раствора индикатора.

Примечание. При изготовлении раствора из картофельного крахмала клейстер, полученный указанным выше образом, дополнительно нагревают в автоклаве в течение 1 часа при 120°.

Раствор крахмала с йодидом калия. Растворяют 0,5 г йодида калия в 100 мл свежеприготовленного раствора крахмала. Раствор пригоден только в течение 24 часов.

Йодкрахмальная бумага. Пористую беззольную фильтровальную бумагу пропитывают раствором крахмала с йодидом калия и сушат в темном помещении на воздухе, не содержащем паров кислот. Бумагу разрезают на полоски длиной около 50 мм и шириной около 6 мм.

Полоска йодкрахмальной бумаги не должна тотчас синеть при смачивании ее 1 каплей 0,1 н. раствора соляной кислоты. Йодкрахмальную бумагу хранят в банках оранжевого стекла с притертой пробкой в темном месте. ( 6 )

1.5 Крахмальные зерна

Крахмальные зерна - бывают различной величины и формы; последняя иногда настолько характерна, что по ней можно определить, из какого растения добыт крахмал. Величина зерен, не только у разных растений, но и у одного и того же, колеблется в широких пределах. Например, у бобов, в хлорофильных зернах листьев крахмальные крупинки достигают только 0,3-1,5 микрона (микрон = 0,001 мм.), а в семенах 20-40 микр. Вообще, ассимиляционный и транзиторный крахмал мелкозернист; часто зернышки его не достигают и 1 микр., а в хлорофильных зернах нередко так малы, что нужны даже особые приемы, чтобы их там обнаружить. Наоборот, запасный крахмал отлагается обыкновенно в очень крупных зернах - до 145 и даже 170 микр. Наибольшей величины достигают крахмальные зерна в подземных вместилищах - например, в клубнях картофеля, корневищах Canna и т. п., в семенах они не так крупны. Вот сравнительная таблица величин различных крахмальных зерен в микронах, по данным Чирха:

Запасный крахмал не только крупнозернист, но и отлагается обыкновенно в большом количестве. Нередко клетки как бы набиты запасными крахмальными зернами, так что на долю остального клеточного содержимого приходится очень немного (ср. фиг. 7 и 12). Ассимиляционный же крахмал и мелкозернист и содержится в листьях в небольшом количестве. Понятно поэтому, что один только запасный крахмал возможно и выгодно извлекать из растений с технической целью. Действительно, все продажные сорта - крахмал запасной.

Не менее величины разнообразна форма крахмальных зерен. Маленькие зернышки обыкновенно округлы, нередко шарообразны; крупные чаще имеют чечевицеобразную, эллиптическую или овальную форму, причем очертания обыкновенно не бывают вполне правильными. Встречаются также удлиненные крахмальные зерна, палочкообразные или веретенообразные. У тропических молочаев (Euphorbiaceae) в млечном соке кроме палочковидных имеются еще зернышки, весьма своеобразно утолщенные на концах, так, что они напоминают собой некоторые кости (фиг. 3). Наиболее, однако, распространена среди крупных крахмальных зерен в общем овальная или клиновидная форма, та форма, какую имеют зерна в картофельных клубнях (фиг. 7-8). Прилагаемая таблица рисунков лучше описания знакомит с разнообразием формы крахмальных зерен. В клетках, содержащих очень много зерен, последние от взаимного давления принимают многогранную форму (фиг. 5, 12, 13).

Рис.2. Крахмальные зерна или крупины: 1. Из семени куколя (Agrostemma Githago). - 2. Из пшеничного зерна. - 3. Из молочая (Euphorbia). - 4. Из семени бобов. - 5. Из зерна маиса. - 6. Из корневища Canna. - 7. Из клубня картофеля (заключенные в клетках). - 8. Из клубня картофеля (изолированные, при очень сильном увеличении). - 9. Из зерна овса. - 10. Из семени Lolium temulentum. - 11. Из луковицеобразного клубня зимовника (Colchicum autumnale). - 12. Из зерна риса. - 13. Из зерна проса. - Все при сильном увеличении.

При рассматривании в воде большинства крахмальных зерен, ясно обнаруживают слоистое строение; при этом более бледные слои чередуются с более блестящими, т. е. сильнее преломляющими свет. Первые обыкновенно называют “мягкими” слоями, вторые “плотными”. Самый наружный слой всегда бывает плотным; наоборот - самая внутренняя часть у всех ясно слоистых зерен всегда состоит из мягкого вещества и во многих случаях (анатомический) центр слоев и называют “ядром” крахмального зерна. Бывают, однако, зерна, у которых совершенно незаметно ни ядра, ни слоистости (все очень маленькие зернышки и некоторые сорта довольно крупных): вещество их под микроскопом представляется совершенно гомогенным. Смотря по расположению слоев в зерне, различают слоистость концентрическую и эксцентрическую. В зернах шарообразных, чечевицеобразных, эллиптических и некоторых овальных - центр слоев, ядро - совпадает с математическим центром зерна и слои идут параллельно поверхности зерна и параллельно друг другу, сохраняя притом кругом одинаковую толщину; это - слоистость концентрическая. У картофельных же крахмальных зерен и у многих им подобных ядро не совпадает с математическим центром, а лежит всегда ближе к одному из концов зерна, стало быть, имеет эксцентрическое положение. При такой эксцентрической слоистости слои гораздо шире по одну сторону ядра, нежели на другую. Эксцентричность ядра бывает различной. В зернах с очень эксцентрическим ядром (например, у Canna, Phajus и др.) обыкновенно не все слои окружают ядро, а многие образуются лишь с одного, более удаленного от ядра, конца зерна, представляя из себя различной формы скорлупки, вложенные одна в другую. Причина слоистости, равно как и других физических особенностей (напр., замечательных оптических свойств) крахмальных зерен лежит в их особом внутреннем строении, в так называемой организации зерна. По теории Негели, бывшей общепринятой и ныне отстаиваемой все еще весьма многими учеными, причина слоистости заключается в неодинаковом содержании воды различными слоями; именно мягкие, бледные слои богаче водой, нежели плотные, блестящие. Сухие зерна совершенно не обнаруживают слоистости. Если зерна картофеля или Canna, весьма явственно слоистые (см. фиг. 6-8) во влажном состоянии, основательно высушить и затем рассматривать в концентрированном глицерине или, еще лучше, в гвоздичном масле или канадском бальзаме, то слоистости незаметно. При притоке воды одновременно с разбуханием зерен выступает ясно и слоистость, поэтому принимают, что слоистость покоится на неодинаковой разбухаемости в воде различных слоев. Изучение крахмальных зерен и клеточных оболочек и легло в основу теории Негели относительно строения нарастания организованных тел вообще. Шимпер и Арт. Мейер считают крахмальные зерна за сферокристаллы (или сферокристаллоиды), что имеет особенно веское подтверждение в оптических свойствах зерен. По Бючли крахмальные зерна имеют ячеистое или подобное пене строение; это в сущности не противоречит взгляду только что названных ученых, так как по Бючли и сферокристаллам, например инулина, свойственно ячеистое строение. Разбираемый вопрос нуждается еще в дальнейшем расследовании. Бывают еще “сложные” и “полусложные” зерна. Сложные зерна составлены из отдельных зернышек, слипшихся вместе; последние от взаимного давления часто получают многогранную форму (фиг. 9-10). Число зернышек, входящих в состав сложного зерна, весьма различно: всего 2-3, как у картофеля (ср. фиг. 11), у овса и многих других злаков (см. фиг. 9-10), также у куколя (фиг. 1), - гораздо больше, а иногда оно достигает колоссальной величины, напр. (по Негели) до 14000 у Chenopodium Quinoa и даже 30000 у Spinacia glabra; в последних случаях составные зернышки чрезвычайно мелки. Обыкновенно достаточно уже слабого давления, чтобы разъединить зернышки сложного зерна, но иногда они срастаются так плотно, что нельзя различить даже разграничивающие их линии. Полусложные зерна имеют несколько ядер, из коих каждое окружено собственными слоями, а все ядра, вместе со всеми их слоями, окружены еще комплексом слоев, общих всему крахмальному зерну (фиг. 8 налево). Полусложные и сложные зерна встречаются в картофельных клубнях, наряду с обыкновенными простыми, но в гораздо меньшем количестве. Обладая двойным светопреломлением, крахмальные зерна кроме того относятся к свету подобно сферокристаллам, т. е. так, как если бы они состояли из игольчатых кристаллов, лучисто расположенных вокруг ядра зерна. Поэтому каждое зерно в темном поле поляризационного микроскопа (также и в сложных) дает характерный темный крест, центр которого совпадает с ядром зерна. У зерен с концентрической слоистостью крест правильный, тогда как, при эксцентрической слоистости, ветви креста неодинаковой длины и образуют между собой непрямые углы.