Cukry proste (glukoza i fruktoza) oraz cukry złożone (sacharoza) są słodkie i dobrze przyswajalne przez człowieka. Czy wszystkie cukry mają taki smak? Czy wszystkie są łatwostrawne i dobrze przyswajane przez organizm? Czy krochmalenie pościeli, przygotowywanie ciasta na chleb i tworzenie się na nim spieczonej skórki mają coś wspólnego z cukrami?

Już wiesz

jakie właściwości i zastosowanie mają cukry proste – glukoza i fruktoza – oraz dwucukier – sacharoza.

Nauczysz się

opisywać występowanie skrobi i celulozy;
podawać wzory sumaryczne polisacharydów;
jakie właściwości i zastosowanie mają skrobia i celuloza;
wykrywać obecność skrobi w produktach spożywczych.

iifetY3c0j_d5e176

1. Występowanie i budowa polisacharydów

Polisacharydy (wielocukry) to złożone związki chemiczne zbudowane z wielu reszt cukrów prostych. Do najbardziej znanych polisacharydów należą skrobiaskrobiaskrobia i celulozacelulozaceluloza.

Wzór ogólny polisacharydów to $(C_{6} H_{10} O_{5})_{n}$ , gdzie $n$ to liczba naturalna zależna od rodzaju polisacharydu i jego pochodzenia.
Cukry złożone, takie jak skrobia i celuloza, powstają głównie w roślinach w wyniku łączenia się cząsteczek glukozy. Nazywamy je naturalnymi polimerami.

Skrobia jest związkiem wielkocząsteczkowym. Liczba cząsteczek glukozy, z których powstaje skrobia, waha się od kilkuset do kilku tysięcy i zależy od pochodzenia. Cukier ten jest bardzo ważnym składnikiem pożywienia człowieka. Występuje głównie w ziemniakach, ziarnach zbóż, nasionach, ryżu i kukurydzy. Skrobia ma budowę ziarnistą – kształt ziaren, jest uzależniony od ich pochodzenia.

R7YTY7sO0JyjF1

Występowanie skrobi oraz kształt ziaren różnego pochodzenia skrobi — Źródło: Dariusz Adryan, Wounds_and_Cracks (https://pixabay.com), wiol5 (https://pixabay.com), Monsterkoi (https://pixabay.com), carmine660 (https://pixabay.com), licencja: CC BY 3.0.

Celuloza, podobnie jak skrobia, jest związkiem zbudowanym z wielu reszt glukozy (od 2500 do 10 000). Jest głównym składnikiem roślin, którym zapewnia trwałość, elastyczność i chroni przed utratą wody. Występuje w dużych ilościach w bawełnie i drewnie. Celuloza ma budowę włóknistą.

R15CPBM2F3WI31

Występowanie celulozy — Źródło: Unsplash (https://pixabay.com), Jing (https://pixabay.com), WikimediaImages (https://pixabay.com), Shmunmun (https://pixabay.com), Krzysztof Jaworski, licencja: CC BY-SA 3.0.

Celuloza jest również nazywana błonnikiem. Człowiek nie trawi tego cukru, ale spełnia on ważną rolę w prawidłowym funkcjonowaniu układu pokarmowego.

Ciekawostka

Do polisacharydów należy także glikogen. Pod względem budowy przypomina on skrobię. Jego cząsteczki mają jednak bardziej rozgałęzioną strukturę. Stanowi materiał zapasowy w organizmach ludzi i zwierząt. Gromadzi się głównie w mięśniach oraz w wątrobie. Produktem rozkładu glikogenu jest glukoza, która spala się, dostarczając organizmowi energii.
Rozkład glikogenu do glukozy:

(C_{6} H_{10} O_{5})_{n} + n H_{2} O \overset{enzymy}{\to} n C_{6} H_{12} O_{6}

iifetY3c0j_d5e238

2. Właściwości skrobi i celulozy

Mąka ziemniaczana to skrobia pozyskana z ziemniaków. Wata celulozowa to czysta celuloza.

R1cwfdL2JIIJZ1

Mąka, wata — Mąka ziemniaczana to skrobia pozyskana z ziemniaków, wata celulozowa to czysta celuloza

Substancje te wykorzystamy do zbadania właściwości wielocukrów.

Badanie właściwości skrobi i celulozy

Doświadczenie 1

Problem badawczy

Czy polisacharydy, takie jak skrobia i celuloza, mają podobne właściwości do cukrów prostych?

Hipoteza

Skrobia i celuloza mają odmienne właściwości w porównaniu z cukrami prostymi.

Co będzie potrzebne

mąka ziemniaczana,
wata celulozowa,
woda,
nafta,
palnik,
zlewki,
łuczywko,
szkiełka zegarkowe.

Instrukcja

Na szkiełkach umieść niewielką ilość mąki ziemniaczanej oraz waty celulozowej. Zbadaj ich stan skupienia, kolor i zapach.
Przenieś substancje do zlewek i dodaj wodę. Zbadaj rozpuszczalność tych substancji w zimnej wodzie, a następnie podgrzej zawartość probówek.
Umieść niewielką ilość mąki i waty w dwóch zlewkach. Zbadaj ich rozpuszczalność w nafcie.
Wyniki doświadczenie zanotuj w tabeli.

Podsumowanie

Skrobia i celuloza to białe substancje stałe. Wielocukry te nie mają słodkiego smaku. Skrobia słabo rozpuszcza się w zimnej wodzie, w gorącej natomiast pęcznieje. Tworzy kleik skrobiowy, który jest roztworem koloidalnym, zwyczajowo nazywanym krochmalem. Obydwa cukry nie rozpuszczają się w rozpuszczalnikach organicznych.

Wyniki – podsumowanie
Substancja	Skrobia	Celuloza
stan skupienia	stały	stały
kolor	biały	biały
zapach	bezwonny	bezwonny
rozpuszczalność w zimnej wodzie	słabo rozpuszcza się	nie rozpuszcza się
rozpuszczalność w gorącej wodzie	skrobia pęcznieje	nie rozpuszcza się
rozpuszczalność w nafcie	nie rozpuszcza się	nie rozpuszcza się

Badanie palności skrobi i celulozy

Doświadczenie 2

Podczas wykonywania doświadczenia należy zachować szczególną ostrożność.

Problem badawczy

Czy skrobia i celuloza są substancjami palnymi?

Hipoteza

Skrobia i celuloza to substancje niepalne.

Co będzie potrzebne

mąka ziemniaczana,
wata celulozowa,
palnik,
łuczywko,
zlewka 50 cmIndeks górny 3,
sitko,
lejek,
wężyk gumowy,
szkiełko zegarkowe.

Instrukcja

Zbadaj palność skrobi. W tym celu wykonaj następujące czynności:
1. umieść niewielką ilość mąki na szkiełku zegarkowym i przyłóż do niej zapalone łuczywko;
2. włóż wężyk gumowy w wąską część lejka,
3. wsyp mąkę ziemniaczaną do zlewki o pojemności 50 cmIndeks górny 3,
4. przesyp mąkę przez sitko do szerokiej części lejka,
5. lejek z mąką kieruj w stronę zapalonego palnika i dmuchaj w wężyk, rozpylając mąkę,
6. obserwuj efekty doświadczenia.
Zbadaj palność waty celulozowej. W tym celu umieść niewielką ilość waty na szkiełku i podpal ją za pomocą łuczywka.

Podsumowanie

Mąka ziemniaczana w postaci zbitego proszku nie pali się, natomiast rozpylona – gwałtownie się spala (wybucha). Skrobia jako główny składnik mąki jest cukrem palnym. Wata celulozowa spala się, czuć zapach palącego się papieru. Celuloza jest substancją palną.

Badanie hydrolizy skrobi i celulozy

Doświadczenie 3

Problem badawczy

Czy skrobia i celuloza ulegają hydrolizie?

Hipoteza

Polisacharydy takie jak skrobia i celuloza nie ulegają reakcji hydrolizy.

Co będzie potrzebne

mąka ziemniaczana,
wata celulozowa,
10‑procentowy roztwór kwasu solnego,
40‑procentowy roztwór kwasu siarkowego(VI),
zasada sodowa,
roztwór siarczanu(VI) miedzi(II),
uniwersalny papierek wskaźnikowy,
palnik,
zlewki,
probówki.

Instrukcja

Zbadaj, czy skrobia rozkłada się na cukry proste. W tym celu wykonaj następujące czynności:
1. do probówki wsyp niewielką ilość skrobi i dodaj 10‑procentowy roztwór kwasu solnego,
2. mieszaninę ogrzewaj w zlewce z gorącą wodą,
3. dodaj odpowiednią ilość zasady sodowej, tak aby zobojętnić roztwór; do sprawdzenia odczynu roztworu wykorzystaj uniwersalny papierek wskaźnikowy,
4. w drugiej probówce uzyskaj wodorotlenek miedzi(II), dodając do roztworu siarczanu(VI) miedzi(II) zasadę sodową,
5. świeżo strącony wodorotlenek miedzi(II) dodaj do wcześniej przygotowanego roztworu,
6. mieszaninę ponownie ogrzewaj w zlewce z gorącą wodą i obserwuj zmiany.
Zbadaj, czy celuloza ulega hydrolizie irozkłada się na cukry proste. W tym celu wykonaj następujące czynności:
1. do probówki włóż watę celulozową i dodaj 40‑procentowy roztwór kwasu siarkowego(VI),
2. mieszaninę tę ogrzewaj w zlewce z gorącą wodą przez około 10 min,
3. dodaj odpowiednią ilość zasady sodowej, tak aby zobojętnić roztwór; do sprawdzenia odczynu roztworu wykorzystaj uniwersalny papierek wskaźnikowy,
4. dodaj świeżo strącony wodorotlenek miedzi(II),
5. mieszaninę ponownie ogrzewaj w zlewce z gorącą wodą i obserwuj zmiany.

Podsumowanie

W obu probówkach zaobserwowano pojawienie się ceglastoczerwonego osadu. Skrobia i celuloza rozkładają się na cukry proste – końcowym produktem tego procesu jest glukoza. W przypadku skrobi proces ten zachodzi pod wpływem kwasu solnego i ogrzewania, a w przypadku celulozy – w obecności stężonego kwasu siarkowego(VI).

Wykrywanie skrobi w produktach spożywczych

Doświadczenie 4

Problem badawczy

Jak wykryć skrobię w ziemniaku i ryżu?

Hipoteza

Aby wykryć skrobię w produktach spożywczych, należy podziałać na nie jodyną.

Co będzie potrzebne

ziemniak,
chleb,
jodyna (roztwór jodu w etanolu z dodatkiem jodku potasu),
zakraplacz,
szalki Petriego.

Instrukcja

Na szalkach Petriego połóż kawałek obranego ziemniaka i kawałek chleba.
Na badane produkty nanieś kilka kropli jodyny.
Obserwuj zachodzące zmiany.

Podsumowanie

W wyniku reakcji jodu (znajdującego się w jodynie) ze skrobią zawartą w produktach spożywczych powstało ciemnogranatowe zabarwienie. Jest to reakcja charakterystyczna skrobi nazywana próbą jodoskrobiową.

iifetY3c0j_d5e582

3. Zastosowanie polisacharydów (skrobi i celulozy)

Skrobia i celuloza ze względu na swoje właściwości znalazły zastosowanie w życiu codziennym.
Skrobię wykorzystuje się przede wszystkim w przemyśle spożywczym. Ze względu na konsystencję mieszaniny skrobi i wody służy ona m.in. do produkcji kisieli i budyniów. Stosuje się ją również do produkcji klejów, leków i kosmetyków.

RAZozKhXf6oG81

Zastosowania skrobi — Źródło: Dariusz Adryan,Hans (https://pixabay.com), frolicsomepl (https://pixabay.com), skeeze (https://pixabay.com), kaboompics (https://pixabay.com), Counselling (https://pixabay.com), licencja: CC BY 3.0.

Celuloza również ma szerokie spektrum zastosowań, głównie w przemyśle papierniczym. Używa się jej także do produkcji lakierów, klejów, materiałów wybuchowych i jedwabiu sztucznego.

RTGvxDkeetTGE1

Zastosowania celulozy — Źródło: Dariusz Adryan, macfly (https://pixabay.com), ClkerFreeVectorImages (https://pixabay.com), Hans (https://pixabay.com), stux (https://pixabay.com), licencja: CC BY 3.0.

Ciekawostka

Chińczycy wynaleźli papier ok. 105 r. p.n.e. Zauważyli, że na specjalnych matach jedwabnych osadza się cieniutka warstwa materiału, na której można kreślić znaki. Niestety, produkcja papieru z jedwabiu okazała się dość kosztowna. Dlatego do jego wytworzenia postanowiono wykorzystywać włókna roślinne oraz lniane szmaty. Obecnie produkcja papieru to silnie rozwinięta gałąź przemysłu, w której czasach wykorzystuje się głównie celulozę pochodzenia roślinnego. Miesza się ją z wodą, by następnie pod postacią płynnej masy przepuścić przez specjalny młyn. Później dodaje się substancje klejące, węglan wapnia (kredę odpowiadająca za białą barwę papierowych arkuszy) oraz skrobię. Kolejnym z etapów produkcji jest formowanie papierowej wstęgi na specjalnym sicie, gdzie pozostawia się ją do wyschnięcia. Osuszoną wstęgę zwija się w zwoje, które trafiają do drukarni. Zwoje można również pociąć na dostępne w sprzedaży formaty.

iifetY3c0j_d5e631

Podsumowanie

Najbardziej rozpowszechnionymi polisacharydami są skrobia i celuloza o wzorze sumarycznym $(C_{6} H_{10} O_{5})_{n}$ .
Skrobia ma budowę ziarnistą i występuje głównie w ziemniakach, ziarnach zbóż, ryżu i kukurydzy.
Celuloza jest podstawowym materiałem budulcowym roślin. Ma budowę włóknistą; występuje m.in. w drewnie i bawełnie.
Skrobia i celuloza są białymi substancjami stałymi. Skrobia słabo rozpuszcza się w zimnej wodzie, a w gorącej tworzy kleik skrobiowy. Celuloza nie rozpuszcza się w wodzie; jest łatwopalna.
Do wykrywania skrobi w produktach spożywczych służy próba jodoskrobiowa – reakcja skrobi z jodyną, w wyniku której powstaje ciemnogranatowe zabarwienie.
Skrobia ulega hydrolizie w organizmie człowieka: rozpada się na dekstryny, a następnie na cząsteczki glukozy. Człowiek nie trawi celulozy.

Praca domowa

Polecenie 1.1

Wskaż różnice i podobieństwa we właściwościach i budowie skrobi i celulozy. Zapisz je w tabeli.

Polecenie 1.2

Jodyna jest środkiem odkażającym rany, dostępnym w każdej aptece. Wykorzystaj tę substancję do wykrycia obecności skrobi w pięciu różnych produktach spożywczych. Doświadczenie to wykonaj w domu pod opieką dorosych. Opisz przebieg doświadczenia, obserwacje oraz wynikające z nich wnioski.

Ważne!

Pamiętaj, że produkty spożywcze po działaniu jodyny nie nadają się do spożycia.

Polecenie 1.3

Jakie znaczenie dla organizmu człowieka mają polisacharydy?

Polecenie 1.4

Do wyprodukowania 1 tony papieru trzeba wyciąć około 20 drzew. Jak można chronić naturę przed karczowaniem lasów? Wymień trzy sposoby.

iifetY3c0j_d5e752

Słowniczek

celuloza

polisacharyd o wzorze sumarycznym $(C_{6} H_{10} O_{5})_{n}$ ( $n$ = 2500‑10 000); ma budowę włóknistą; jest białą, łatwopalną substancją stałą; nie rozpuszcza się w wodzie; występuje w bawełnie i drewnie

próba jodoskrobiowa

reakcja charakterystyczna skrobi; zachodzi pod wpływem jodu zawartego m.in. w jodynie; w wyniku tej reakcji powstaje ciemnogranatowe zabarwienie

skrobia

polisacharyd o wzorze $(C_{6} H_{10} O_{5})_{n}$ , gdzie $n$ to wartość od kilkuset do kilku tysięcy i zależy od pochodzenia; ma budowę ziarnistą; jest białą substancją stałą; słabo rozpuszcza się w zimnej wodzie; występuje głównie w ziemniakach i ziarnach zbóż

iifetY3c0j_d5e868

Zadania

Ćwiczenie 1

R1Nw1r25eWUku1

Z podanych wyrazów wybierz te, które utworzą prawdziwe informacje na temat skrobi i celulozy.

drewna, monosacharydy, polisacharydy, ziarnach zbóż, włóknistą, ziarnistą, drewnie, ziemniakach, włóknistą, ziarnistą, ziemniaków, bawełnie

Skrobia i celuloza to ............................... Skrobia ma budowę ............................... Występuje głównie w .............................. i ............................... Celuloza ma budowę ............................... Celuloza jest głównym składnikiem ...............................