32. Основы фотосинтеза углеводов растениями

Углеводы в основном образуются растениями в процессе фотосинтеза, т.е. усвоения солнечной энергии растениями путем образования органического вещества из С0₂ и Н₂0. Катализатором фотосинтеза является хлорофилл.

С помощью меченых атомов установлено, что процесс фо­тосинтеза достаточно сложный и конечными продуктами его являются сахароза и различные полисахариды. Суммарное уравнение фотосинтеза имеет следующий вид:

Зеленые растения и бактерии в процессе фотосинтеза ежегодно поглощают из атмосферы приблизительно 200 млрд т С0₂. В атмосферу выделяют 130 млрд т 0₂ и син­тезируют 50 млрд т органических соединений углерода.

Сахара в процессе дальнейшего биосинтеза в живых орга­низмах дают начало другим органическим соединениям — полисахаридам, жирам, органическим кислотам, а в связи с усвоением азотистых веществ из почвы — белкам.

33. Классификация и характеристика углеводов

Все углеводы делят на две группы — монозы, или моноса­хариды, и полиозы, или полисахариды. Простейшие саха­ра — моносахариды — не способны к гидролизу и являются и химическом отношении альдегидо- или кетоноспиртами. В зависимости от количества атомов углерода в молекуле их называют триозами, тетрозами, пентозами, гексозами, гептозами.

Углеводы, которые образуются из двух, реже трех или че­тырех остатков моносахаридов с отдачей молекул воды, на­певаются соответственно дисахаридами, трисахаридами, тетрасахаридами. Их называют также полисахаридами первого порядка, олигосахаридами или сахароподобными полисахаридами, так как по своим свойствам, растворимос­ти и сладкому вкусу они похожи на моносахариды.

Углеводы, построенные из большого количества моносахаридных остатков, называются несахароподобными поли­сахаридами второго порядка. Они не обладают сладким вкусом, нерастворимы или только коллоидно растворимы в воде (крахмал, целлюлоза). Гидролизом полисахариды мож­но перевести в моносахариды.

34. Моносахариды

Из моносахаридов в пищевых продуктах встречаются пентозы и гексозы. По своей природе пентозы представляют собой альдегидоспирты, а гексозы — альдегидо- и кетоно-спирты.

Пентозы С₅Н₁₀О₅ содержатся в растительных пищевых продуктах в виде высокомолекулярных ангидридов — пен-тозанов (С₅Н₈04)х, которые при гидролизе переходят в пен­тозы:

(С₅Н₈0₄)_х + хН₂0 -> xC5H10О5.

Они встречаются главным образом в виде соответствую­щих полимеров пентозанов: L-арабиноза в виде пентозанаарабана входит в состав растительных камедей свеклы и пектиновых веществ, D-ксилоза в виде ксилана входит в сос­лав одревесневших частей многих растений — косточек пло-32 нов, початков кукурузы, оболочек зерен. Обе пентозы пред­ставляют собой кристаллические вещества сладкого вкуса. При восстановлении арабиноза превращается в пятиатомный спирт — арабит, ксилоза — ксилит.

Рибоза в виде D-рибозы и D-дезоксирибозы входит в состав РНК, ДНК и служит для передачи наследственной ин­формации (ДНК) и синтеза белков (РНК). При восстановле­нии рибозы получается спирт рибит, который входит в состав некоторых витаминов и ферментов. Содержание пентозанов в некоторых продуктах следую­щее, % : яблоках — 0,82, муке пшеничной — 1,6—7,5, куку­рузных початках (кочерыгах) — 38,4, соломе — 23,7—34,5.

Гексозы C₆H₁₂O₆. К ним относятся D-глюкоза, D-фруктоза, D-галактоза, D-манноза, D-сорбоза. В пищевых продук­тах гексозы находятся в свободном и связанном состояниях. Глюкоза и фруктоза образуют сложные эфиры с фосфорной кислотой при дыхании и брожении в растительных и животных тканях. Гексозы в чистом виде представляют собой кристалличе­ское вещество, они гигроскопичны, лег­ко растворяются в воде, сладкие на вкус. В природных пищевых продуктах гексозы находятся в нескольких таутомерных формах: гидроксикарбонильной и циклической (пиранозной или фуранозной).

В реакцию могут вступать в зависимости от природы реа­гента обе формы Сахаров. При окислении моносахаридов в кислой и нейтральной средах об­разуются одноосновные многоатомные гидроксикислоты. При окислении моносахаридов в щелочной среде оксидом се­ребра и соединениями оксида двухвалентной меди в первом случае образуется осадок металлического серебра. Во вто­ром — содержащееся в жидкости Фелинга соединение меди (II), которое можно условно обозначить как СиО, восстанавли­вается, образуя кирпично-красный осадок оксида меди (I) — CU2O. Синий цвет жидкости Фелинга при этом исчезает. На последней реакции основано качественное определение реду­цирующих (восстанавливающих) Сахаров в пищевых продук­тах. Характерной реакцией моносахаридов в циклических формах является образование гликозидов (при взаимодей­ствии моносахаридов со спиртами) за счет замещения водоро­да полуацетального гидроксила на какой-либо радикал.

D-глюкоза вместе с фруктозой являются самым распрост­раненным из моносахаридов, находятся в свободном виде в моде (36 %), плодах и овощах (0,4—7 %), крови человека и Животных (0,1 %), играют важную роль в обмене веществ в растительных и животных тканях (дыхание, брожение), участвуют в образовании ди- и полисахаридов, глюкозидов. И пищевых продуктах глюкоза в свободном виде преобладает и пиранозной форме: в связанном виде в состав других поли­сахаридов глюкоза входит в a- и ß-пиранозной формах. В промышленности глюкозу получают при кислотном гидролизе крахмала. Ее широко применяют в кондитерской промышленности, кроме того, она служит исходным материалом для получения аскорбиновой кислоты (витамина С).

Поскольку глюкоза быстрее многих других сахаров усваивается организмом человека, ее растворы применяют в ме­дицине для инъекций больным, когда требуется быстро снять усталость мозга и мышц, поддержать содержание сахара в крови и восстановить запасы гликогена в печени.

D-фруктоза находится в соке плодов и овощей (до 7 %), ме­де (37 %) вместе с глюкозой, а в некоторых семечковых пло­дах, арбузах фруктоза является основным сахаром. В связанном состоянии она входит в состав сахарозы, рафинозы, инулина. При окислении фруктозы образуются кислоты, при вос­становлении — смесь спиртов сорбита и маннита. Фруктоза — наиболее растворимый, самый сладкий и легкоусвояемый сахар. Кристаллизуется она в виде кристал­логидратов 2 С₆Н₁₂0₆ • Н₂0. Как и глюкоза, она оптически активна, является сильным восстановителем. Фруктоза обладает высокими гигроскопическими свой­ствами и поэтому ее иногда применяют для сохранения про­дуктов во влажном состоянии. В промышленности фруктозу получают гидролизом инулина.D-галактоза:Она входит в состав молочного сахара — лактозы и содержащегося в растениях трисахарида — рафинозы, а также их высокомолекулярных полисахаридов: употребляемого в кондитерской промышленности агар-агара, различных гумми и слизей, а также гемицеллюлоз. В свободном кристаллическом виде галактоза выделяется на плодах плюща.D-манноза в свободном виде встречается в кожуре апельсина. В растениях она является составной частью высокомолекулярных полисахаридов — слизей и гемицеллюлоз. Полу­чают при гидролизе полисахарида маннана, который содержится в оболочке семян так называемого «каменного ореха», в некоторых морских водорослях и грибах. При восста-Иовлении маннозы образуется спирт манит. L-сорбоза: Сахар, содержащийся в сброженном бактериями соке ря­бины, образуется при окислении шестиатомного спирта D-сорбита некоторыми бактериями. Сорбоза имеет большое значение в витаминной промышленности, так как являете: важным промежуточным продуктом при синтезе витамина < (аскорбиновой кислоты).