Школа-лицей естественно-математического направления № 28

Урок по теме:

"Биохимия углеводов"

Класс: 11

Учитель: Сорокина О. Г.

г. Уральск

Цель урока: обобщить и привести в систему знания учащихся об углеводах, об их строении, свойствах, нахождении в природе, промышленном получении и биологической роли.

Задачи: а) образовательная - обобщить знания учащихся о классификации углеводов; повторить строение их молекул, опираясь на знания о функциональных группах; систематизировать знания о способах установления строения молекул; обобщить сведения о химических свойствах глюкозы, сахарозы и крахмала; привести в систему сведения о биологической роли углеводов, о нахождении их в природе, о получении; познакомить учащихся с новыми фактами об углеводах, с медицинской характеристикой глюкозы и сахарозы; сообщить сведения о важнейших сахарозосодержащих и крахмалосодержащих растениях;

б) воспитательная - воспитывать бережное отношение учащихся к своему здоровью на примере объяснения последствий пагубного пристрастия к употреблению избытка сладостей;

в) развивающая - развить представления о пространственном строении; развить умения учащихся находить примеры для подтверждения зависимости свойств веществ от строения их молекул; развить умения учащихся анализировать возможности применения веществ на основе их свойств на примере практического применения реакций брожения глюкозы; развить общие понятия о химических реакциях (ступенчатый гидролиз, роль ферментов как катализаторов); расширить общий кругозор учащихся и развить их интерес к изучению химии.

Методы: а) словесные - сообщения учащихся, рассказ;

б) наглядные - работа с интерактивной доской; демонстрационный эксперимент по химическим свойствам глюкозы, сахарозы и крахмала; демонстрация лекарственных форм глюкозы; демонстрация промышленных разновидностей сахарозы;

в) практические - выполнение тестовых заданий.

Тип урока: урок обобщения знаний.

Форма урока: урок-семинар с элементами ролевой игры.

Оборудование и реактивы: 10% раствор глюкозы, глюкоза порошок, Cu(OH)₂ , спиртовка, спички, пробиркодержатель, пробирка с налётом серебра; 10% раствор сахарозы, сахароза порошок; 2% крахмальный клейстер, раствор йода, пипетка, крахмал порошок.

Для команды № 1: глюкоза в таблетках, глюкоза в ампулах, флакон 5% глюкозы для инъекций;

Для команды № 2: сахар-рафинад, конфеты из сахарозы, сахарный песок, сахарная пудра.

Для команды № 3: крахмал рисовый, крахмал пшеничный, крахмал

картофельный, один клубень картофеля, кусок белого

хлеба, кисель, картофельные чипсы.

Компьютерные презентации по темам «Глюкоза», «Сахароза», «Крахмал»

Карточки с тестовыми заданиями по темам «Глюкоза», «Сахароза», «Крахмал».

План урока:

1. Организационный момент - 1 мин.

2. Доклад команды № 1 - 20 мин.

3. Выполнение теста по теме «Глюкоза» - 7 мин.

4. Доклад команды № 2 - 25 мин.

5. Выполнение теста по теме «Сахароза» - 7 мин.

6. Доклад команды № 3 - 20 мин.

7. Выполнение теста по теме «Крахмал» - 7 мин.

8. Подведение итогов семинара - 3 мин.

Ход урока:

 Организационный момент.

Сегодня наш урок будет проходить в форме ролевой игры под названием «Биохимия углеводов».

Цель этого урока повторить и привести в систему знания, полученные вами при изучении темы «Углеводы», а также познакомиться с новыми интересными фактами о них.

Итак, класс был предварительно разделён на три команды - три научно исследовательских института. Каждая из команд получила для исследования вещество, относящееся к классу углеводов. Задачей команд было определить выданное вещество и подготовить подробный ролевой рассказ об этом веществе. Насколько хорошо команды справились с этим заданием - мы выясним в ходе семинара.

После выступления сотрудников каждого института вам будут выдаваться тестовые задания, после выполнения, которых каждый из вас получит три оценки в сумме составляющие вашу оценку за урок. По окончании семинара вас ожидает угощение, соответствующее теме семинара. Каждая из команд приготовила свой сюрприз. Слово предоставляется команде НИИ № 1. Первое сообщение сделает химик-лаборант этого института.

 Доклад команды № 1.

Химик-лаборант № 1

Наш институт получил для исследования вещество, относящееся к классу углеводов. Это вещество кристаллического строения, бесцветное, в толстом слое белое, обладает сладким вкусом, хорошо растворимо в воде. С данным веществом мною были проведены следующие опыты:

1. При нагревании в присутствии серной кислоты гидролиза не происходило, значит, это вещество относится к подклассу моносахаридов.

2. При взаимодействии вещества с раствором гидроксида меди (II) образовался ярко синий прозрачный раствор. Я продемонстрирую этот опыт (демонстрация). Этот опыт доказывает, что данное вещество имеет в своём составе большое количество гидроксильных групп.

3. При нагревании ярко синего раствора наблюдалось изменение окраски. Проведём этот опыт (демонстрация). Окраска изменяется. Сначала происходит пожелтение, затем раствор приобретает зеленоватый цвет и, наконец, становится оранжево-красным. Этот опыт доказывает наличие в составе вещества альдегидной группы.

На основе этих данных нами было сделано предположение, что это вещество - глюкоза. Чтобы доказать ещё раз наличие альдегидной группы была проведена реакция «серебряного зеркала». Вот результат данного опыта (демонстрация пробирки с налётом серебра). На стенках пробирки выделилось серебро.

Итак, наш вывод - это вещество глюкоза. Мои коллеги более подробно изучили строение глюкозы. Слово предоставляется химику-теоретику.

Химик-теоретик № 1

При изучении состава глюкозы выяснено, что её простейшая формула CH₂O, а молярная масса глюкозы равна 180 г/моль. Простейшей формуле глюкозы CH₂O соответствует молярная масса 30 г/моль. Следовательно, молекула глюкозы состоит из 6 атомов углерода, 12 атомов водорода и 6 атомов кислорода. Отсюда можно сделать вывод, что молекулярная формула глюкозы C₆H₁₂O₆.

Для установления структурной формулы глюкозы необходимо знать её химические свойства. Наш лаборант доказал, что в молекуле глюкозы имеются гидроксильные группы, и что в её молекуле есть также альдегидная группа. Известно, что 1 моль глюкозы взаимодействует с 5 моль уксусной кислоты с образованием сложного эфира, содержащего 5 остатков уксусной кислоты. Значит, в составе глюкозы имеется 5 гидроксогрупп.

Опытным путём также доказано, что глюкоза имеет неразветвлённую углеродную цепь. На основании этих данных строение молекулы глюкозы можно выразить следующей формулой (слайд). Данную формулу можно записать и в более сокращенном виде, что показано на слайде. Т. к. в молекуле глюкозы имеется 6 атомов углерода, то она является представителем гексоз.

Дальнейшие исследования показали, что для глюкозы характерны также молекулы циклического строения. Это объясняется тем, что молекулы глюкозы могут принимать изогнутую форму и гидроксильная группа пятого углеродного атома может приблизиться к альдегидной группе. Циклическая форма глюкозы может иметь различное пространственное строение - α - глюкоза и β - глюкоза (слайд)

α - глюкоза - гидроксогруппы при первом и втором углеродных атомах расположены по одну сторону от плоскости кольца;

β - глюкоза - когда эти гидроксогруппы находятся по разные стороны от плоскости кольца.

В водных растворах глюкозы преобладают молекулы β- формы глюкозы. Превращение одной формы в другую происходит через образование промежуточной альдегидной формы глюкозы. Если молекулы глюкозы в твёрдом состоянии могут быть только циклическими, то в растворе встречаются молекулы как с открытой, так и с замкнутой циклической цепью углеродных атомов, причём они могут взаимно переходить друг в друга:

циклическая ↔ линейная ↔ циклическая

α - форма альдегидная β - форма

По отношению друг к другу линейная и циклическая формы молекулы глюкозы называются таутомерами. Эти формы находятся между собой в состоянии равновесия.

О нахождении глюкозы в природе расскажет наш биохимик.

Биохимик № 1

Глюкоза - это наиболее распространённый в природе моносахарид. В свободном виде глюкоза встречается почти во всех органах зелёных растений. Особенно много её в соке винограда, поэтому глюкозу иногда называют виноградным сахаром. Она содержится и в других сладких плодах - в яблоках, грушах, входит в состав мёда. Мёд состоит из смеси глюкозы и фруктозы (демонстрация таблицы, муляжей и фруктов). Около 0,1 % глюкозы постоянно содержится в крови человека и животных. В организме человека глюкоза также содержится в мышцах и в небольших количествах во всех клетках.

В природе глюкоза наряду с другими углеводами образуется в результате реакции фотосинтеза. Суммарное уравнение этой реакции выглядит следующим образом:

хлорофилл

6CO₂ + 6 H₂O C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ ↑ + Q

Данная реакция происходит в клетках автотрофных организмов - растений - на свету, при участии зелёного пигмента хлорофилла. С помощью этой реакции неорганические вещества превращаются в органические.

В организме глюкоза подвергается сложным биохимическим превращениям, в результате которых освобождается энергия, которая накопилась в процессе фотосинтеза. Уравнение, отражающее превращение глюкозы в организме является обратным уравнению фотосинтеза (ставит знак обратимости в уравнении на доске)

О технологии получения глюкозы вам расскажет наш химик-технолог.

Химик-технолог № 1

Глюкоза была впервые получена в 1811 г русским химиком К. С. Кирхгофом при гидролизе крахмала в присутствии серной кислоты. В настоящее время этим способом получают глюкозу в промышленности. Уравнение этой реакции выглядит так:

(C₆H₁₀O₅) + n H₂O → n C₆H₁₂O₆

В 1861 г А.М. Бутлеров получил глюкозу из формальдегида в присутствии гидроксида кальция:

Ca(OH)₂

6 H - COH C₆H₁₂O₆

Этим способом можно получить глюкозу в лаборатории. С практической точки зрения важное значения имеют специфические свойства глюкозы - это процессы её брожения. Известны три вида брожения - спиртовое, молочнокислое и маслянокислое.

Спиртовое брожение происходит, например, при производстве пива. В нашем городе этот процесс осуществляется на пивоваренном заводе. При данном брожении глюкоза, содержащаяся в зёрнах пшеницы и ячменя, под влиянием ферментов дрожжей превращается в этиловый спирт:

дрожжи

C₆H₁₂O₆ 2 C₂H₅OH + 2 CO₂↑

Молочнокислое брожение используется при производстве кисломолочных продуктов - кефира, ряженки, снежка, творога, сырковой массы, сыра. В нашем городе этот процесс осуществляется на молококонсервном заводе. При данном брожении глюкоза, содержащаяся в молоке, под влиянием ферментов молочнокислых бактерий превращается в молочную кислоту:

молочнокислые бактерии

C₆H₁₂O₆ 2 CH₃ - CH (OH) - COOH

Молочнокислое брожение происходит также при квашении капусты, огурцов и при силосовании кормов. Если подвергаемая силосованию масса недостаточно уплотнена, то под влиянием проникшего воздуха происходит маслянокислое брожение и корм становится непригодным для применения:

маслянокислые бактерии

C₆H₁₂O₆C₃H₇COOH + 2 CO₂↑ + 2 H₂↑

Эта реакция происходит под действием ферментов маслянокислых бактерий.

С медицинской характеристикой глюкозы вас познакомит наш врач.

Врач № 1

Ключевое звено многих поли- и дисахаридов - глюкоза - является необходимейшим компонентом пищи человека, одним из главных участников обмена веществ. При окислении глюкозы выделяется более трети используемой организмом энергии. В отличие от другого важного энергетического ресурса организма - жиров, глюкоза обеспечивает работу нервных клеток, в том числе клеток головного мозга. При этом расходуется больше половины используемой организмом глюкозы и, выделяется 20 - 30 % всей вырабатываемой энергии. Глюкозу нервные клетки черпают из крови, в которой она всегда содержится в необходимых количествах. В тех случаях, когда эта система оказывается нарушенной, например, при сахарном диабете, может возникнуть внезапный перебой с обеспечением нервных клеток глюкозой - в такой ситуации человек обычно теряет сознание.

Для медицинских целей глюкозу употребляют в различных формах - в порошкообразном состоянии, в таблетках, в виде изотонических и гипертонических растворов. Изотонические растворы применяются подкожно и в клизмах для пополнения организма жидкостью, они являются также легко усвояемым питательным материалом. При введении гипертонических растворов внутривенно повышается осмотическое давление крови, улучшаются процессы обмена веществ, усиливаются антитоксическая функция печени и сократительная деятельность сердечной мышцы, расширяются сосуды.

Растворы глюкозы применяются при инфекционных заболеваниях, заболеваниях сердца, различных отравлениях, часто в сочетании с аскорбиновой кислотой. Спасибо за внимание.

Учитель: Теперь, после того как сотрудники первого НИИ подробно познакомили вас с характеристикой глюкозы, вы получаете тест, и ваша задача за 7 минут ответить на вопросы.

 Выполнение теста по теме «Глюкоза».

 Доклад команды № 2.

Учитель: Слово предоставляется химику-лаборанту НИИ № 2.

Химик-лаборант № 2

Наш институт получил для исследования вещество, относящееся к классу углеводов. Данное вещество представляет собой бесцветные кристаллы сладкого вкуса, оно очень хорошо растворимо в воде. При нагревании оно плавится, образуя прозрачную массу также сладкого вкуса.

Мною был проведён анализ данного вещества и получены следующие опытные данные. Во-первых, данное вещество взаимодействует с гидроксидом меди (II), при этом образуется синий прозрачный раствор (демонстрация опыта). Эта реакция доказывает наличие в веществе большого числа гидроксильных групп. На основании этого опыта я вначале допустил, что выданное нам вещество - глюкоза. Для подтверждения этого предположения мною была проведена реакция «серебряного зеркала», но результат оказался отрицательным, значит, в исследуемом веществе нет альдегидной группы. Тогда я провёл реакцию гидролиза - для этого нагревал раствор вещества с несколькими каплями H₂SO₄ - в результате была получена смесь из двух моносахаридов, значит, выданное нам вещество дисахарид.

После реакции гидролиза я нейтрализовал кислоту щёлочью, прилил гидроксид меди (II) и нагрел полученную смесь. При этом выпал красный осадок. Значит, при гидролизе появились молекулы с альдегидными группами.

На основании проведённых опытов я сделал вывод, что исследуемое вещество - это сахароза. Сахароза это дисахарид, построенный из остатков глюкозы и фруктозы. Более подробно о строении молекулы сахарозы вам расскажет химик-теоретик нашего института.

Химик-теоретик № 2

Сахароза относится к подклассу олигосахаридов, конкретно это дисахарид, т. к. её молекулы построены из остатков двух моносахаридов - глюкозы и фруктозы.

Молекулярная формула сахарозы C₁₂H₂₂O₁₁, но такая формула не отражает истинного строения вещества (демонстрация таблицы). Обратите внимание на структурную формулу сахарозы, оба моносахарида представлены здесь в своих циклических формах. Как видите, здесь присутствуют 8 гидроксильных групп наличие которых и доказал наш химик-лаборант.

Сахароза не даёт реакцию «серебряного зеркала», т. к. в её молекуле отсутствует альдегидная группа. О нахождении сахарозы в природе расскажет наш биохимик.

Биохимик № 2

Сахарозу называют тростниковым или свекловичным сахаром. Тростниковый сахар широко распространён в растительном мире. Он содержится в листьях растений и в плодах. Особенно много сахарозы содержится в сахарном тростнике (от 14 до 26 %) и в сахарной свекле.

Сахарная свекла - представитель семейства Маревых. В культуре кроме сахарной свеклы выращивают свеклу столовую и кормовую. Корнеплоды сахарной свеклы содержат от 16 до 21 % сахара (демонстрация слайдов).

Сахарный тростник - представитель семейства Злаковых, он даёт свыше 60 % мирового производства сахара. У тростника используют не плоды-зерновки, а сок сердцевины стебля, содержащий от 14 до 26 % сахарозы. Сочная сердцевина его стеблей употребляется в пищу и без переработки, в качестве лакомства (демонстрация слайдов).

Сахароза содержится во многих растениях - в соке берёзы, клёна, в моркови, в дыне, арбузе, в плодах персика, в спелых яблоках, в плодах цитрусовых культур - в апельсинах, мандаринах, лесных орехах (демонстрация слайдов).

На африканском континенте к основным сахароносным растениям относится протея королевская. Она произрастает на крайнем юге Африки в Капской провинции ЮАР. Здесь она популярна и любима настолько, что считается символом государства. Такое уважение к этому растению сложилось исторически. Дело в том, что Южно-африканский климат довольно суров, и не очень-то балует жителей региона сладкими фруктами. Протея - один из самых продуктивных медоносов. Её нектар содержит большое количество сахарозы, и местные жители удовлетворяют за счёт этого растения свою потребность в сахаре.

Сахароза - это наиболее легко усвояемая и важнейшая транспортная форма углеводов в растениях. В виде сахарозы, образовавшиеся при фотосинтезе углеводы, перемещаются из листа в семена, корни, клубни и луковицы, где сахароза легко превращается в крахмал. Это превращение обратимо - крахмал может под воздействием особых веществ превратиться в растворимый сахар, который поступает к тканям всех органов растения. А теперь предоставляю слово историку-консультанту нашего института.

Историк-консультант

Целью моих исследований было собрать исторические сведения о начале культивирования сахаросодержащих растений, а к ним относятся сахарный тростник и сахарная свекла.

Начало использования корнеплодов свеклы в пищу 3 - 1 века до н. э. В конце 12 века появились в культуре кормовые формы, а в 18 - 19 веках сахарные.

Согласно сообщениям испанских землепроходцев, индейцы в долине реки Санта-Клара на территории нынешней Калифорнии изготавливали какие-то сладости из сока дикорастущей сахарной свеклы. В Европе о том, что в свекле содержится сахар, знали уже в 16 веке, но лишь в 1747 г немецкий химик

А. Маргграф получил из неё кристаллическую сахарозу. А первые свеклосахарные заводы возникли в 1802 г в Силезии (Германия).

В Америке первые сведения о свекловичном сахаре появились в 1830 г. Первые сахарные заводы были построены в Калифорнии, после исследований Э.Дайера. Благодаря ему в Америке возникло собственное свеклосахарное производство. С тех пор оно непрерывно развивалось, и сейчас доля свекловичного сахара составляет около 25% всего рафинада, выпускаемого в США.

Очень велико значение сахарного тростника в странах Южной и Центральной Америки. Родина культивируемого сахарного тростника точно не установлена, но наиболее вероятно, что он был впервые введён в культуру в Индии. Из Индии культура сахарного тростника между 1800-1700 до н.э. проникла в Китай Об этом свидетельствуют несколько китайских источников, сообщающих, что получать сахар путём вываривания его стеблей научили китайцев люди, жившие в долине Ганга. Из Китая древние мореплаватели, вероятно, завезли его на Филиппины, Яву и даже на Гавайи. В Европе узнали о сахарном тростнике только после похода Александра Македонского в Индию.

О производстве сахарозы в промышленности расскажет наш химик-технолог.

Химик-технолог № 2

Сахарозу получают в основном из сахарной свеклы и сахарного тростника. При производстве сахарозы не происходят химические превращения, т. к. она содержится в природных продуктах. Её лишь выделяют в чистом виде (демонстрация таблицы).

Первая стадия называется «Измельчение сахарной свеклы в стружку и извлечение сахарозы водой». Сначала свеклу моют, а потом нарезают в стружку, которую загружают в диффузор, где сахар экстрагируется из растительной массы горячей водой. В результате получают «диффузионный сок», содержащий от 10 до 15% сахарозы. Остающийся свекловичный жом служит прекрасным кормом для скота. На этой стадии из свеклы вымывается сахароза, но вместе с ней в раствор попадают различные красители и органические кислоты, которые необходимо отделить от сахарозы.

Вторая стадия называется «Обработка раствора известковым молоком»,

т. е. взаимодействие с Ca(OH)₂, который реагирует с кислотами, т.к. кальциевые соли большинства органических кислот малорастворимые, то они выпадают в осадок. Полученный на первой стадии «диффузионный сок» смешивают в сатураторе с известковым молоком. Здесь оседают тяжёлые нерастворимые примеси. Сахароза с Ca(OH)₂ образует растворимый сахарат C₁₂H₂₂O₁₁∙CaO ∙ 2 H₂O.

Третья стадия называется «Обработка раствора CO₂». В этой стадии необходимо разложить сахарат кальция. После обработки углекислым газом кальций осаждается в виде карбоната кальция. Отфильтровав его, получают так называемый «очищенный сок».

Четвёртая стадия называется «Упаривание раствора в вакуумных аппаратах и центрифугирование». Полученный раствор фильтруют, затем упаривают в вакуумных аппаратах, и кристаллики сахара отделяют центрифугированием.

Пятая стадия это «Дополнительная очистка сахара». В этой стадии сахарозу вновь растворяют в воде и пропускают через раствор сернистый газ, а затем фильтруют через активированный уголь. Затем снова упаривают и подвергают кристаллизации. Кристаллизацию проводят в огромных вакуумных ёмкостях, высотой иногда с двухэтажный дом.

На производстве сахарозу получают в виде кускового сахара - рафинада, в виде сахарного песка и в виде сахарной пудры (демонстрация). С медицинской характеристикой сахарозы вас познакомит наш врач.

Врач № 2

Сахар стал необходимым компонентом пищи людей. Первое упоминание о сахаре встречается в древнейших источниках около 3 тысячелетий тому назад.

Среднесуточное потребление сахара одним человеком сегодня достигло 110 г. Это означает, что большинство людей систематически злоупотребляют сахаром. В американской литературе даже появился специальный термин «сахаролизм» для обозначения таких злоупотреблений, а людей пристрастных к сахару называют сахароликами.

Дефицит сахара, безусловно, вреден для организма, но современные исследования свидетельствуют о том, что и избыток его в организме ведёт к отрицательным последствиям. Сегодня каждый ребёнок знает, что сахар вреден для зубов. Но кариес и пародонтоз оказываются далеко не самыми худшими из последствий сахаролизма. Он грозит серьёзными нарушениями обмена веществ и таким заболеванием как диабет.

Оказывается, очень трудно убедить людей отказаться от пристрастия к сахару. В этой ситуации, когда зло не удаётся победить напрямую, учёные путь сведения его потребления к минимуму. Для этого, по их мнению, необходимо вместо белого сахара использовать жёлтый, который представляет собой тот же сахар, но неочищенный, т. е. сахар - сырец. В отличие от белого сахара в жёлтом сахаре приблизительно 2 % приходится на сахарную патоку, которая тонким слоем обволакивает каждый кристалл сахара. В таком сахаре содержится до 200 различных полезных для организма веществ, присутствие которых «смягчает» отрицательное воздействие чистой сахарозы.

Избыточное употребление белого сахара является одной из причин появления избыточного веса. Влияние других углеводов на развитие ожирения менее выражено. Избыток сахара усиливает образование жира, причём при повышенном поступлении сахара в организм усиливается преобразование в жир всех пищевых веществ - крахмала. жиров пищи, частично белка. Таким образом, количество сахара определённо служит фактором, регулирующим жировой обмен. Кроме того, повышенное потребление сахара приводит к нарушению обмена холестерина и способствует развитию атеросклероза. Способствует усилению гнилостных процессов в кишечнике, отрицательно влияет на работу пищеварительного тракта.

При соблюдении диеты очень трудно воздержаться от сладкой пищи и сахара, особенно сладкоежкам. Поэтому столь привычный для многих людей белый рафинированный сахар заменяют другими сладкими веществами, которые не имеют такой высокой калорийности, но по вкусовым качествам вполне его заменяют.

В медицинской практике сахароза применяется для приготовления порошков, сиропов, микстур главным образом для детей. Примерами таких лекарств являются геделакс, трависил. Спасибо за внимание.

Учитель: Вы прослушали сведения о сахарозе и теперь снова ответьте на вопросы следующего теста в течение 7 минут.

 Выполнение теста по теме «Сахароза».

 Доклад команды № 3

Учитель: Слово предоставляется химику-лаборанту НИИ № 3.

Химик-лаборант № 3

Для исследования нашему институту было выдано вещество белого цвета в виде порошка, скользкого на ощупь. Мною были проведены опыты для исследования его свойств.

При исследовании растворимости оказалось, что данное вещество не растворяется в холодной воде, а в горячей набухает и образует клееподобный раствор, который при охлаждении застывает в студнеобразную массу. На основании этих данных я предположил, что данное вещество - крахмал. Для подтверждения этого предположения я провёл взаимодействие исследуемого вещества с раствором йода. В результате появилось характерное синее окрашивание. Я продемонстрирую этот опыт (демонстрация опыта). В пробирку наливаю 1 мл раствора исследуемого вещества и приливаю столько же раствора йода. Пронаблюдайте результат. На основании данной реакции уже можно утверждать, что это вещество крахмал, но для окончательного анализа была проведена реакция гидролиза.

Для этого я нагревал раствор вещества с серной кислотой в течение 5 минут. Затем нейтрализовал серную кислоту раствором гидроксида натрия и добавил немного гидроксида меди (II). Полученную смесь нагрел и наблюдал изменение окраски сначала в жёлтый, а затем в красный цвет. Этот опыт доказывает, что при гидролизе крахмала образуется глюкоза. Подробнее о строении крахмала расскажет наш химик-теоретик.

Химик-теоретик № 3

Крахмал - это представитель полисахаридов. Полисахариды - это продукты конденсации большого числа молекул моносахаридов друг с другом. Состав их выражается формулой (C₆H₁₀O₅)_n. Молекула крахмала состоит из множества звеньев C₆H₁₀O₅- от нескольких сотен до нескольких тысяч, поэтому их молекулярная масса неодинакова. Рассмотрим строение крахмала более детально (демонстрация таблицы).

Было установлено, что макромолекулы крахмала состоят из остатков молекул циклической α - глюкозы.

Как уже было сказано нашим химиком-лаборантом, строение крахмала было установлено с помощью реакции гидролиза в присутствии серной кислоты:

H₂SO₄

(C₆H₁₀O₅)_n + n H₂O → n C₆H₁₂O₆

Но это уравнение суммарное, в действительности эта реакция протекает ступенчато, с образованием различных промежуточных продуктов (слайд).

Сначала образуются крупные «осколки» с молекулярной массой в десятки тысяч - декстрины, затем изомер сахарозы - мальтоза и конечный продукт гидролиза - глюкоза.

В состав крахмала входят звенья именно α - глюкозы, поэтому его структурная формула выглядит именно так (таблица). Крахмал построен из двух полисахаридов - амилозы и амилопектина. Одна молекула амилозы содержит 1000 и более остатков глюкозы, образующих длинную неразветвлённую цепь, которая закручивается в форме спирали. Молекула амилопектина имеет массу от 1 до 6 млн. и ветвится примерно через каждые 20 - 25 остатков глюкозы. Применяя особую обработку растворителями, из крахмала можно выделить чистую кристаллическую амилозу. Она не образует при набухании клейстера, с йодом даёт характерное синее окрашивание.

Амилопектин ответственен за образование клейстера, а с йодом даёт лишь слабое фиолетовое окрашивание. О нахождении крахмала в природе расскажет наш биохимик.

Биохимик № 3

Крахмал широко распространён в природе. Он является для различных растений запасным питательным материалом. Запасными веществами называются вещества, которые откладываются в большом количестве и используются не сразу. На тонком срезе клубня картофеля можно видеть, что в тонкостенных клетках мякоти довольно много крупных бесцветных зёрнышек овальной формы. Это крахмальные зёрна. Они имеют слоистое строение.

Установлено, что крахмал накапливается в бесцветных пластидах. Форма и размеры крахмальных зёрен в клетках различных растений неодинаковые. Под микроскопом можно отличить крахмальные зёрна картофеля, пшеницы, кукурузы и других растений.

Крахмал - основная составная часть муки, получаемой из семян хлебных злаков. Но он есть не только в семенах. Крахмал откладывается в корнях, клубнях, стволах деревьев. Есть крахмал и в листьях. Содержат крахмал и некоторые плоды, например, банан.

Обнаружить крахмал легко с помощью, так называемой йодной пробы, от йода крахмал окрашивается в синий цвет, что вы наблюдали при выступлении нашего лаборанта. Я докажу наличие крахмала в картофеле - нанесу каплю йода на срез клубня картофеля и на кусочек белого хлеба (демонстрация опыта). Посмотрите результат.

Основными крахмалосодержащими растениями являются картофель (до 24 %), кукуруза (до 72 %), пшеница (до 75 %) и рис (до 86 %) (демонстрация таблицы).

В клубнях картофеля крахмальные зёрна плавают в клеточном соке, в злаках они плотно склеены белковым веществом - клейковиной. Крахмал является одним из продуктов фотосинтеза.

Интересные исторические данные о крахмалосодержащих растениях сообщит наш историк-консультант.

Историк-консультант

Целью моих исследований был сбор исторических сведений о важнейших крахмалосодержащих растениях, а к ним относятся картофель, пшеница, рис и кукуруза.

Растение картофель относится к роду Паслён семейства Паслёновых. Человечество называет его «вторым хлебом». Это культурное растение имеет очень интересную историю. Родина картофеля - Южная Америка (Чили, Перу), где он культивируется и используется местным населением в пищу уже не одно тысячелетие.

В Европу картофель был завезён в 1565 году, сначала в Испанию, а потом и в другие страны. Сначала картофель выращивался как декоративное растение. Позже стали использовать в пищу его клубни, но ещё долго картофель оставался деликатесом и его ели только в богатых домах. Лишь в конце 17 столетия картофель получил широкое распространение как пищевая культура.

В России картофель появился впервые при Петре I. Однако внедрялась картошка трудно.

Картофель - пищевая, техническая и кормовая культура. В его клубнях содержится много крахмала, белка и витаминов. Конечно, наибольшее значение картофель имеет как пищевой продукт. Однако из клубней картофеля получают крахмал и спирт для нужд промышленности. Мелкие клубни идут на корм скоту.

Но значение картофеля нельзя сравнить с важностью значения для человечества представителей семейства Злаковых. Это основные кормильцы человечества. Род Пшеницы - это двулетние озимые или однолетние яровые травы, многие из видов которых окультурены ещё в каменном веке. Пищевой продукт, полученный из пшеничной муки - хлеб - составляет основной рацион питания 40 % мирового человечества.

Другое подсемейство Просовидные. Представитель этого семейства - рис

- 60 % населения Земли питается не хлебом, а рисом. В основном это Япония, Китай, Корея, Индия и Индонезия. Посевы риса есть и в Закавказье и в Средней Азии.

Не менее важная культура для человечества злак кукуруза или маис, введённый в культуру индейцами Центральной Америки 5 тысяч лет назад. Кроме пищевого маис имеет ещё и важное кормовое значение, идёт на комбикорма и силос.

Как видите, всё существование человечества неразрывно связано с представителями семейства Злаковых. Они определяют лицо земной цивилизации.

О технологии промышленного получения крахмала расскажет химик-технолог.

Химик-технолог № 3

Получение картофельного крахмала сводится к чисто механическим операциям. Вымытые клубни растираются механическими тёрками, разрушающими стенки клеток и освобождающими зёрна крахмала. Полученную массу (мязгу) промывают и протирают на специальных ситах, причём зёрна крахмала проходят сквозь сито, образуя «крахмальное молоко», а масса клетчатки задерживается.

«Крахмальное молоко» отстаивается в чанах, при этом крахмал осаждается на дно благодаря высокому удельному весу (1,5 - 1,6 г/см³) , а воду, содержащую в растворе белковые, сахаристые и минеральные вещества, сливают.

Для лучшей очистки крахмал снова взбалтывают с водой, дают отстояться, сливают воду и т. д.

От большей части механически задержанной воды крахмал освобождают центрифугированием.

Окончательно высушенный в сушильных камерах крахмал содержит обычно до 20 % влаги.

Зерновые хлеба содержат больший процент крахмала, чем картофель, но получение крахмала из злаков сложнее, т. к. наряду с крахмалом в них содержится значительное количество белковых и других веществ, по большей части нерастворимых в воде.

С медицинской характеристикой крахмала вас познакомит наш врач.

Врач № 3

Крахмал не находит широкого применения в медицине, но он входит в состав многих присыпок и мазей для лечения кожных заболеваний. Продукты из рисового крахмала применяют для лечения желудочно-кишечного тракта от диареи и после пищевых отравлений, т. к. крахмал обволакивает слизистые оболочки желудка и кишечника.

Учитель: Теперь, после рассказа о крахмале проверим ваши знания, ответьте на вопросы теста в течение 7 минут.

 Выполнение теста по теме «Крахмал».

 Подведение итогов семинара.

Учитель: А теперь время угощений. Предоставляю слово сотрудникам НИИ.

НИИ № 1: Мы выбрали для угощения изюм, т. к. это высушенный виноград, а глюкозу называют «виноградный сахар», потому что её содержание в винограде наибольшее.

НИИ № 2: Мы выбрали для угощения конфеты из сахарозы.

НИИ № 3: Мы угощаем вас киселём, т. к. кисель приготавливают из крахмала. А также в качестве угощения предлагаем картофельные чипсы.

Учитель: Спасибо всем за участие в семинаре и за угощение. Надеюсь, что всё услышанное здесь сегодня поможет вам хорошо усвоить тему «Углеводы» и подготовит вас к контрольной работе по данной теме.