Моносахариди
Моносахариди — прості вуглеводи, вони не піддаються гідролізу — не розщеплюються водою на простіші вуглеводи. Глюкоза і виноградний цукор, С6Н12О6 - найважливіші з моносахаридів; білі кристали солодкі на смак, легко розчиняються у воді. Знаходяться в соку винограду, в багатьох фруктах, а також у крові тварин і людей. М'язова робота виконується головним чином за рахунок енергії, яка виділяється при окисленні глюкози. Глюкоза отримується при гідролізі полісахаридів крохмалю і целюлози (під дією ферментів або мінеральних кислот). Використовується як засіб посиленого харчування, або як лікарська речовина, при обробці тканини.
Фруктоза, чи плодовий цукор, С6Н12О6-моносахарид, супутник глюкози в багатьох плодах і ягідних соках; значно солодше глюкози; в купі з нею входить до складу меду. Представляє собою шестиатомний кето спирт. В формулах фруктоз і глюкози показано характерне для цих моносахаридів відносне просторове положення атомів Н і групи ОН які входять у вуглеводний ланцюжок.
Моносахариди, як альдегіди чи кето спирти є зв'язками зі змішаними функціями; природа їх ускладнена властивістю внутрішньо молекулярних взаємодій спиртових гідроксильних груп з альдегідної чи кетонової карбонільної групи. Завдяки цьому моносахариди існують і вступають в реакцію не тільки у відкритій ланцюговій формі, але й в циклічних формах. Вуглеводний ланцюжок моносахариду, наприклад глюкози, може приймати конформацію, при цьому 1-й С-атом, що має карбонільну групу, зближується із спиртовою групою при 5-м С-атомі;атом Н із групи ОН переміщується до карбонільного кисню, а кисень при 5-м С-атомі з'єднується з 1-м (карбонільним) С-атомом. В наслідок замикається шестичленне, зміст атомів кисню, кільце. Так утворюються дві циклічні А і В-форми глюкози відрізняючись просторовим розположенням атомів Н і групи ОН при 1-му (циклі він стає асиметричним) С-атомі.
У формулах циклічних форм показано, що можливий зворотній перехід атому Н з групи ОН при першому С-атомі до кисню кільця. Останнє при цьому розкривається і утворюється ланцюгова форма.
Природна кристалічна глюкоза (виноградний цукор) представляє собою циклічну альфа-формулу. При розчиненні в воді вона переходить в ланцюгову, а через неї в бета-форму; при цьому установлюється динамічна рівновага між усіма формами. Бета-форма також може бути виділена в кристалічному вигляді; в водному розчині вона утворює рівноважну систему, яка має всі форми. Ланцюгова форма існує лише в розчинах, причому в дуже невеликій кількості, а в вільному вигляді не виділена. да Ізомерні форми сполук, які здатні переходити один в одного називають таутомерними формами, чи таутомерами. А саме існують їх явища таутомерії. Вона дуже розповсюджена серед органічних сполук.
Дисахариди
Дисахариди — вуглеводи, які при нагріванні з водою в присутності мінеральних кислот чи під дією ферментів піддаються гідролізу, розкладаються на дві молекули моносахаридів.
Буряковий та тростинний цукор (сахароза), С12Н22О11 — найважливіший із дисахаридів. Його добувають із цукрового буряку (в ньому знаходиться до 28% сахарози від сухої речовини) або із цукрової тростини. Він є також у соках берези, клену і деяких фруктах. Сахароза — цінний харчовий продукт. При гідролізі вона розпадається з утворенням молекули глюкози і молекули фруктози.
Полісахариди
Полісахариди — це вуглеводи, які багато в чому відрізняються від моносахаридів і дисахаридів і не мають солодкого смаку, і майже не розчинні в воді. Вони представляють собою складні високомолекулярні сполуки, які під каталітичним впливом кислот чи ферментів піддаються гідролізу з утворенням простіших поліцукридів, потім дицукридів, і, зрештою, багато (сотні і тисячі) молекул моноцукридів. Важливіший представник поліцукридів — крохмаль і целюлоза. Їхні молекули побудовані із ланок -С6 Н10 О5-, є залишками шестичленних циклічних форм молекул глюкози, загубивших молекулу води, тому склад крохмалю і целюлози виражається однією формулою (С6 Н10 О5). Різниця тільки у властивостях цих поліцукридів обумовлена просторовою ізомерією утворюючих їх моноцукридних молекул: крохмаль побудований із ланок α-, а целюлоза — β-форми глюкози.
Крохмаль (С6 Н10 О5) білий під мікроскопом зернистий порошок, нерозчинний в холодній воді, в гарячій воді набухає, утворює колоїдний розчин (крохмальний клейстер); з розчином йоду дає синє забарвлення. Молекула крохмалю неоднорідна за розмірами. Крохмаль утворюється в результаті фотосинтезу в листі рослин, відкладається «про запас» в клубнях, кореневищах, зернах. В шлунковому тракті людини і тварини крохмаль піддається гідролізу і перетворюється в глюкозу, яка засвоюється організмом.
В техніці перетворення крохмалю в глюкозу (процес оцукрювання) відбувається шляхом кипіння його впродовж декількох годин із розбавленням сірчаної кислоти (каталітичний вплив сірчаної кислоти на оцукрювання крохмалю було винайдено в 1811 р. російським вченим К. С. Кирхгофом). Щоб з утвореного розчину вилучити сірчану кислоту до нього добавляють крейду, утворюючи з сірчаної кислоти нерозчинений сульфат кальцію. Останній відфільтровують і речовину упарюють. Утворюється густа солодка маса — крохмальна патока, що крім глюкози містить значну кількість інших продуктів гідролізу крохмалю. Патока використовується для приготування кондитерських виробів і для різноманітних технічних цілей. Якщо потрібно отримати чисту глюкозу, то кип'ятіння крохмалю ведуть довше, ніж досягається повніше перетворення його на глюкозу. Отримання після нейтралізації і фільтрування розчин згущають, поки з нього не почнуть випадати кристали глюкози. При нагріванні сухого крохмалю до 200–250°С відбувається часткове розкладання його і отримується суміш менш складних ніж крохмаль, полісахариди називаються декстрином. Декстрин використовується для оздоблення тканин і приготування клею. Перетворення крохмалю в декстрин пояснюється утворенням підсмаженої корки на випеченому хлібі, а також блиск накрохмаленої білизни.
Целюлоза чи клітковина, (С6 Н10 О5) волокнистої речовини, головна складова частина оболонки рослинних клітин. Величина Х в молекулах целюлози завжди становить приблизно 3000, але може досягати від 6000 до 12000. Найчистіша природна целюлоза — бавовняне волокно — становить 85-90 % целюлози. В деревині хвойних дерев целюлози знаходиться приблизно 50 % (в склад деревини поряд з целюлозою входять її супутники, серед них важливішим є лігнин — природний полімер, побудований із декількох ароматичних киснево вміщуючих сполук ряду бензолу, і геміцелюлози — споріднені целюлози поліцукриди).
Значення целюлози дуже велике, достатньо вказати, що велика кількість бавовняного волокна йде на виробництво бавовняно-паперових тканин. З целюлози виробляють папір і картон, а шляхом хімічної переробки — цілий ряд різноманітних продуктів: штучне волокно, пластичні маси, лаки, бездимний порошок, етиловий спирт. Целюлоза не розчиняється в воді і діетиловому ефірі і етиловому спирті. Вона не розщеплюється під дією розбавлених кислот, стійка до дії лугів і слабких окисників.
При обробці на холоді концентрованою сірчаною кислотою целюлоза розчиняється в ній, утворюючи в'язкий розчин. Якщо цей розчин вилити в надлишок води, виділяється білий пластичний продукт, так званий амілоїд, що є частково гідралізованою целюлозою. Він схожий з крохмалем за реакцією з йодом (синє забарвлення; целюлоза не дає цієї реакції). Якщо не проклеєний папір опустити на короткий час в концентровану сірчану кислоту і потім терміново промити, то амілоїд, що утвориться, склеїть волокна паперу, роблячи його щільнішим та міцнішим. Так виготовляється пергаментний папір. При тривалій дії на целюлозу концентрованих розчинів мінеральних кислот вона при підігріві піддається гідролізу, кінцевим продуктом якого є глюкоза.
Скласти рівняння реакції гідролізу триолеїну.
Обчислити масову частку Нітрогену в аспарагіновій кислоті.
Перетворення ліпідів в процесі технологічної обробки.
Під час одержання продуктів харчування у ході технологічного потоку з ліпідами сировини відбуваються різноманітні перетворення; вагомі зміни відбуваються і в ліпідному комплексі продуктів під час зберігання. Всі ці зміни мають вплів на склад, а значить на харчову та біологічну ефективність готових продуктів. Головні перетворення: Гідроліз – Окиснення – Біохімічне згіркнення . Завдяки низькій волозі, відсутності мінеральних речовин ліпіди не піддається дії мікроорганізмів і в темряві можуть зберігатися відносно тривалий час. Оптимальні умови для зберігання: Т 4-6С, відносна вологість повітря 75%. У побуті необхідно зберігати жири у закритій скляній тарі в темряві, залишаючи мінімальний повітряний простір. Тваринні жири, хоч і мають незначний вміст високо ненасичених жирних кислот, які мають достатню стійкість до зберігання, але не містять антиоксидантів і це знижує їх стійкість при зберіганні. Найбільш нестійке є вершкове масло - висока вологість, наявність білкових та мінеральних речовин сприяє розвитку мікрофлори, а отже і інтенсивним процесам біохімічного згіркнення. Фактори, які забезпечують умови зберігання вершкового масла: низька Т, відсутність світла, внесення консервантів та антиоксидантів (для маргаринів). Під час зберігання пшеничної муки відбуваються процеси гідролітичного та окислювального згіркнення. В продуктах накопичуються не бажані для організму людини речовини. Тому захист ліпідів від окиснення є важливою задачею.
Біохімічна роль макроелементів. Харчові продукти, що є джерелом макроелементів.
Вуглеводи: фізико-хімічні властивості.
Якісні реакції на виявлення білків.
Обчислити масу Глюкози, що утворилась внаслідок гідролізу 81 кг крохмалю, якщо масова частка практичного виходу 90%.
Дано: m(крохмаль)(С6Н10О5)=81кг; W(глюкоза)(C6H12O6)=90%
Знайти: m(глюкоза)(C6H12O6) - ?
1) рівняння реакції гідролізу крохмалю: (С6Н10О5)n + nH2O = nC6H12O6
2) M(С6Н10О5)=12*6+1*10+16*5=162
M(C6H12O6)=12*6+1*12+16*6= 180
180/162=81/x, отже х=73кг (теор.)
3) 73/х=100%/90%, отже х=66 кг
Перетворення вуглеводів в процесі технологічної обробки.
Вміст вологи в харчових продуктах. Вплив вмісту вологи на термін зберігання харчових продуктів.
Вітамін В1: його хімічна роль. Харчові продукти, що містять В1.
Ізоелектрична точка білка.
Ізоелектрична точка білка. Білки як поліамфоліти характеризуються ізоелектричною точкою (pI) - кислотністю середовища рН, при якій молекули даного білка не несуть електричного заряду і, відповідно, не переміщаються в електричному полі (наприклад, при електрофорезі). Величина pI визначається ставленням кислотних і основних амінокислотних залишків вбілку: збільшення кількості залишків основних амінокислот в даному білку веде до збільшення pI; збільшення кількості залишків кислих амінокислот призводить до зниження значення pI. Значення ізоелектричної точки є характерною константою білків. Білки з pI менше 7називаються кислотними, а білки з pI більше 7 - основними. В цілому, pI білка залежить від виконуваної ним функції: ізоелектрична точка більшості білків тканин хребетних лежить в межах від 55 до 70 однак у деяких випадках значення лежать в екстремальних областях: так,наприклад, для пепсину - протеолитического ферменту сільнокіслой шлункового соку pI ~ 1 а для сальміна - білка-протаміну молок лосося, особливістю якого є надзвичайно високий вміст аргініну, pI ~ 12. Білки, що зв'язуються з нуклеїновими кислотами за рахунокелектростатичного взаємодії з фосфатними залишками нуклеїнових кислот, часто є основними білками. Прикладом таких білків служать гістони і протаміни.
Обчислити масову частку Сульфуру в цистеїні.
Повноцінні та неповноцінні білки.
Усі білки поділяють на повноцінні й неповноцінні. Це залежить від співвідношення в їхньому складі незамінних амінокислот, тобто наскільки співпадають відносні рівні окремих амінокислот у білках із їхнім умістом в організмі людини, настільки такі білки повноцінні.
Незамінні амінокислоти - це амінокислоти, які у достатній кількості не можуть утворити клітини людського організму, а замінні - це такі, потребі в яких може задовольнятись завдяки власному синтезу клітинами печінки та інших тканин.
Повноцінними білками вважають білки м'яса, риби, сиру, молока, яєць. Відносні рівні незамінних амінокислот у цих білків схожі з білками, із яких побудовано людське тіло.
Неповноцінні білки містяться у рослинних продуктах, а також до них належить желатин із сполучної тканини тварин.
Класифікація ліпідів.
Традиційно ліпіди поділяються на прості (естери жирних кислот зі спиртами) та складні (такі, що крім залишку жирної кислоти та спирту містять ще додаткові групи: вуглеводні, фосфатні та інші). До першої групи належать зокрема ацилгліцероли та воски, до другої — фосфоліпіди, гліколіпіди, також сюди можна віднести ліпопротеїни. Ця класифікація не охоплює всю різноманітність ліпідів, тому частину з них виділять в окрему групу попередників і похідних ліпідів (наприклад жирні кислоти, стероли, деякі альдегіди тощо).
Ферменти: будова, механізм дії.
Ферменти – це специфічні білки, які виконують в організмі роль біологічних каталізаторів. Являючись білками, ферменти мають первинну, вторинну, третинну і багато з них – четвертинну структуру.
При гідролізі ферментів утворюється суміш амінокислот. Відомо більше, як 20 різних амінокислот, які входять в склад білків.
Ферменти мають загальні з білками фізично-хімічні властивості: при гідролізі розщеплюються на амінокислоти. мають високу молекулярну масу. утворюють високу молекулярну масу. створюють колоїдні розчини. погано кристалізуються. дуже нестійкі до високих температур солей, важких металів, кислот, лугів і т. п. мають антигенні властивості.
Молекулярна маса ферментів має широку варіацію – від декілька десятків тисяч до декілька мільйонів.
Ферменти відрізняються по своїй структурі. Їх поділяють на 2 групи – прості і складні. Прості, або однокомпонентні. - ферменти складаються тільки із амінокислот. До них відносяться невелика кількість ферментів (рибонуклеаза, амілаза, альдолаза, уреаза, пепсин та ін.). Але більшість ферментів складається з двох компонентів: небілкової частини, або простетичної групи, і білкової – апофермент. Ці дві частини фермента окремо не мають сили, але тільки в комплексі одне з іншим вони проявляють каталітичну здатність.
Як і всі білки, ферменти синтезуються у вигляді лінійного ланцюжка амінокислот, який згортається певним чином. Кожна послідовність амінокислот згортається особливим чином, і молекула (білкова глобула), що виходить, володіє унікальними властивостями. Кілька білкових ланцюжків можуть об'єднуватися у білковий комплекс. Найбільші рівні структури білків — третинна та четвертинна структури — руйнуються при нагріванні або під дією деяких хімічних речовин.
Щоб каталізувати реакцію, фермент повинен зв'язатися з одним або кількома субстратами. Білковий ланцюжок ферменту згортається таким чином, що на поверхні глобули утворюється щілина або западина, до якої приєднуються молекули субстрату. Ця область називається ділянкою (сайтом) зв'язування субстрата. Зазвичай вона збігається з активним центром ферменту або знаходиться поблизу від нього. Деякі ферменти містять також ділянки зв'язування кофакторів або іонів металів.
У деяких ферментів присутні також ділянки зв'язування малих молекул, що не беруть безпосередньої участі в реакції і часто, але не обов'язково, є субстратами або продуктами метаболічного шляху, в який входить фермент. Вони зменшують або збільшують активність ферменту, що створює можливість для зворотного зв'язку або регуляції роботи ферменту.
Для активних центрів деяких ферментів характерне явище кооперативності.
Якісні реакції на виявлення катіонів Pb2+. Токсична дія Pb2+ та інших солей важких металів.
Скільки (г) фруктози утвориться внаслідок гідролітичного розщеплення 200 г цукрози.
Специфічність ферментів.
Вивчення специфічності і каталітичної дії ферментів дало можливість встановити, що субстрат зв’язується не з усією молекулою ферменту, а з окремою її ділянкою, яка називається активним центром. Оскільки активний центр визначає специфічність і каталітичну активність ферменту, то він повинен складатися із структури певного ступеня складності, яка може зближуватися і взаємодіяти з молекулою субстрату.
Ферменти зазвичай проявляють високу специфічність по відношенню до своїх субстратів. Це досягається частковою комплементарністю форми, розподілу зарядів і гідрофобних областей на молекулі субстрата і в ділянці зв'язування субстрата на ферменті. Ферменти демонструють високий рівень стереоспецифічності (просторової специфічності), регіоселектівності (специфічності орієнтації) і хемоселектівності (специфічності до хімічних груп).
Перетворення вуглеводів в процесі травлення.
Амінокислотний склад білків.
Основними частинами та структурними компонентами білкової молекули є амінокислоти. До складу харчових продуктів входить 20 амінокислот, з них 8 не синтезуються в організмі людини(і повинні надходити з їжею) і є незамінними факторами харчування. До них відносяться: валін, лейцин, ізолейцин, треонін, фенілаланін, триптофан, метіонін, лізин. Для дітей незамінною амінокислотою є гістидин та аргінін. Решта амінокислоти є замінними, тобто можуть синтезуватися в організмі (аланін, аспарагінова кислота, гліколь, гліцин, глютамінова кислота, пролін, серії, тирозин, цистин, цистеїн). Потреба в замінних амінокислотах задовольняється в основному за рахунок синтезу в організмі і частково за рахунок надходження їх у складі їжі. Основним критерієм у визначенні біологічної цінності та фізіологічної ролі амінокислот є їх здатність підтримувати ріст і синтез білка. Особливе значення в цьому відношенні мають незамінні амінокислоти. Виключення з харчового раціону хоча б однієї з них тягне за собою затримку росту, зниження маси тіла і т. д. Значення незамінних амінокислот не обмежується їх участю в синтезі тканинних білків. Кожна з них, крім цього, виконує в організмі важливі і складні функції. Лізин відноситься до найбільш важливих незамінних амінокислот, він є ростовим фактором. Недолік його в їжі призводить до порушення процесів кровотворення, зниження кількості еритроцитів і вмісту в них гемоглобіну.Джерела: сир, м'ясо, риба. Лейцин - недолік призводить до затримки росту, зниження маси тіла, порушень в нирках і щитовидній залозі.
Якісна реакція на визначення аніону NO3 - . Токсична дія нітратів.
Скільки (г) магнію міститься в 20 г магній сульфату?
Фактори, що впливають на активність ферментів.
Функції білків в організмі людини.
Перетворення ліпідів в процесі технологічної обробки.
Під час одержання продуктів харчування у ході технологічного потоку з ліпідами сировини відбуваються різноманітні перетворення; вагомі зміни відбуваються і в ліпідному комплексі продуктів під час зберігання. Всі ці зміни мають вплів на склад, а значить на харчову та біологічну ефективність готових продуктів.
Головні перетворення: Гідроліз – Окиснення – Біохімічне згіркнення .
Завдяки низькій волозі, відсутності мінеральних речовин ліпіди не піддається дії мікроорганізмів і в темряві можуть зберігатися відносно тривалий час. Оптимальні умови для зберігання: Т 4-6С, відносна вологість повітря 75%. У побуті необхідно зберігати жири у закритій скляній тарі в темряві, залишаючи мінімальний повітряний простір. Тваринні жири, хоч і мають незначний вміст високо ненасичених жирних кислот, які мають достатню стійкість до зберігання, але не містять антиоксидантів і це знижує їх стійкість при зберіганні. Найбільш нестійке є вершкове масло - висока вологість, наявність білкових та мінеральних речовин сприяє розвитку мікрофлори, а отже і інтенсивним процесам біохімічного згіркнення. Фактори, які забезпечують умови зберігання вершкового масла: низька Т, відсутність світла, внесення консервантів та антиоксидантів (для маргаринів). Під час зберігання пшеничної муки відбуваються процеси гідролітичного та окислювального згіркнення. В продуктах накопичуються не бажані для організму людини речовини. Тому захист ліпідів від окиснення є важливою задачею.
Наявність якої функціональної групи доводить «реакцію срібного дзеркала».
Реакція має назву реакції срібного дзеркала і є якісною реакцією на альдегідну групу. Вона використовується у промисловості для виробництва дзеркал.
Реакції окиснення відбуваються дуже легко за місцем зв'язку С—Н, який перебуває під впливом карбонільного атома кисню. Так, при нагріванні формальдегіду з аміачним розчином оксиду срібла Ag2O (у воді оксид срібла не розчиняється) відбувається окиснення формальдегіду у мурашину кислоту НСООН і відновлення срібла:
Срібло виділяється у вигляді тонкого дзеркального нальоту на стінках посудини.
В результаті окислення глюкози виділилось 44,8 л (н.у.) вуглекислого газу. Визначити масу глюкози, яку окиснено.
Пектинові речовини. Їх застосування в харчовій промисловості.
Пектинові речовини – полісахариди, що знаходяться у тканинах плодів, ягід, овочів та інших частинах рослин у вигляді нерозчинного протопектину. Протопектин переходить у розчинний пектин тільки після обробки розбавленими кислотами або під дією ферменту протопектинази. При дозрівання та зберіганні різних плодів та овочів також спостерігається накопичення протопектину й поступовий його перехід у розчинний пектин. З водного розчину можна пектин осадити спиртом чи ацетоном. Його основу складає метоксильована полігалактуронова кислота.
Пектинові речовини (близько 1%) при додаванні до сиропу цукрози спричиняють желатинизацію, що використовується у харчовій промисловості. Пектин є гелеутворювачем, стабілізатором, загусником, вологоутримуючий агентом, освітлювачем, зареєстрований в якості харчової добавки E440. Пектинові речовини застосовують при виготовленні мармеладу, пастили, желе