35. Полисахариды первого порядка.

Эта группа углеводов представлена в пищевых продуктах преимущественно дисахаридами — сахарозой, мальтозой, лактозой, целлобиозой, трегалозой, трисахаридами — ра-финозой, трифруктозаном. Тетрасахара (стахиоза) в пище­вых продуктах встречаются очень редко. Олигосахариды яв­ляются оптически активными.

Сахароза (свекловичный, тростниковый сахар) находит­ся во многих пищевых продуктах: сахаре — 99,9 %, плодах и овощах — до 10 %, меде — 2 %, сахарном тростнике — до 26 %, сахарной свекле — до 24 % , бананах — 13 % . Этот дисахарид наряду со спиртом является единственным пище­вым продуктом, полученным в больших количествах в чис­том виде (в виде очищенных препаратов).

При нагревании раствора сахарозы с минеральными кислотами, а так­же под действием фермента сахаразы происходит ее инверсия. Образующаяся в результате инверсии смесь глюкозы и фруктозы называется инвертным сахаром, кото­рый слаще сахарозы, менее способен к кристаллизации, очень гигроскопичен, обладает восстановительными свойствами. Инвертный сахар также вводится в тесто для замедления очерствения хлеба. В промышленности сахарозу получают из сахарной свеклы и сахарного тростника.

Мальтоза (солодовый сахар) — это дисахарид, образую­щийся при неполном гидролизе крахмала под действием фермента амилазы, содержащейся в солоде. Мальтоза обла­дает восстанавливающими свойствами. Она содержится в крахмальной патоке, проросшем зерне.

Мальтоза хорошо растворима в воде, значительно менее сладка, чем сахароза, оптически активна. Организмом человека мальтоза усваивается хорошо и относится к числу полезных питательных веществ, так как дает две молекулы глюкозы при гидролизе.

Лактоза (молочный сахар). Ее получают из молока, в ко­тором она содержится в значительных количествах. В ко­ровьем молоке ее содержится 4—5,5 %, женском молоке — 5,5—8,4 %. Построена лактоза из остатков а, D-глюкопира-нозы и р, D-галактопиранозы:

Значение лактозы очень велико, поскольку она является важным питательным веществом, особенно для растущего организма.

Под влиянием молочнокислых бактерий лактоза сбражи­вается в молочную кислоту. На этой реакции основано получение кисломолочных продуктов.

Трисахариды в пищевых продуктах представлены рафинозой и трифруктозаном.

Рафиноза (мелитриоза) С₁₈Н₃₂0₁₆ присутствует во многих растениях: сахарной свекле, семенах хлопчатника, сое, горохе и др. При этом она накапливается в мелассе при производстве свекловичного сахара. Интересно отметить, что в свежеубранных корнях сахарной свеклы содержание рафинозы составляет от 0,2 до 1 % в расчете на сахарозу, к тому же при этом при хранении свек­лы содержание рафинозы в ней возрастает. Раффиноза хорошо растворяется в воде, сладкая на вкус, не обладает восстанавливающими свойствами, оптически ак­тивна. При нагревании с кислотами она гидролизуется.

Трифруктозан состоит из трех остатков фруктозы и coдержится в ржаной муке.

Стахиоза — тетрасахарид, молекула которого состоит из остатков глюкозы, фруктозы и двух остатков галактозы. На­ходится она в семенах бобовых. Стахиоза не обладает восста­навливающими свойствами, сладкая на вкус.

36. Дисахариды. Сахароза (свекловичный, тростниковый сахар) находит­ся во многих пищевых продуктах: сахаре — 99,9 %, плодах и овощах — до 10 %, меде — 2 %, сахарном тростнике — до 26 %, сахарной свекле — до 24 %, бананах — 13 % . Этот дисахарид наряду со спиртом является единственным пище­вым продуктом, полученным в больших количествах в чис­том виде (в виде очищенных препаратов).

Молекула сбраживается дрожжами в спирт после расщепления ее ферментом дрожжей до моносахаридов. При нагреве раствора сахарозы с минеральными кислотами, а так­же под действием фермента сахаразы происходит ее инверсия. Образующаяся в результате инверсии смесь глюкозы и фруктозы называется инвертным сахаром, кото­рый слаще сахарозы, менее способен к кристаллизации, очень гигроскопичен, обладает восстановительными свойствами. Частичный гидролиз сахарозы наблюдается при действии более слабых органических кислот (яблочной, лимонной, уксусной). С этим приходится сталкиваться в пищевом производстве. Так, при варке сахарных сиропов с пищевыми про­дуктами (соки, ягоды, фрукты) гидролиз сахарозы достигает 19 % и более. Это увеличивает сладость продуктов, поскольку и результате инверсии сахарозы образуется более сладкая фруктоза. Кроме того, образующаяся фруктоза препятствует засахариванию сиропов, варенья, мармелада. Инвертный сахар также вводится в тесто для замедления очерствения хлеба.

В промышленности сахарозу получают из сахарной свеклы и сахарного тростника.

Мальтоза (солодовый сахар) — это дисахарид, образую­щийся при неполном гидролизе крахмала под действием фермента амилазы, содержащейся в солоде. Мальтоза обла­дает восстанавливающими свойствами. Она содержится в крахмальной патоке, проросшем зерне.

Мальтоза хорошо растворима в воде, значительно менее сладка, чем сахароза, оптически активна. Организмом человека мальтоза усваивается хорошо и относится к числу полезных питательных веществ, так как дает две молекулы глюкозы при гидролизе. В свободном виде в растениях встречается редко.

Лактоза (молочный сахар). Ее получают из молока, в ко­тором она содержится в значительных количествах. В ко­ровьем молоке ее содержится 4—5,5 %, женском молоке — 5,5—8,4 %.

Она кристаллизуется с одной молекулой воды. По сравнению с другими дисахаридами лактоза плохо растворяется в воде. Поэтому, если поместить в рот кристаллы лактозы, то появ­ляется ощущение наличия в нем песка.

Лактоза отличается от других сахаров также отсутствием гигроскопичности, т.е. она не отсыревает. Это свойство име­ет большое практическое значение для фармации: если нуж­но приготовить с сахаром какой-либо порошок, содержащий легкогидролизующееся лекарство, то берут молочный сахар.

Значение лактозы очень велико, поскольку она является важным питательным веществом, особенно для растущего организма.

Под влиянием молочнокислых бактерий лактоза сбражи­вается в молочную кислоту:

С₁₂Н₂₂О₁₁ + Н₂0 —> 4СН₃ — СН — СООН



ОН

На этой реакции основано получение кисломолочных продуктов.

37. Трисахариды. Трисахариды в пищевых продуктах представлены рафинозой и трифруктозаном.

Рафиноза (мелитриоза) С₁₈Н₃₂0₁₆ присутствует во многих растениях: сахарной свекле, семенах хлопчатника, сое, горохе и др. При этом она накапливается в мелассе при производстве свекловичного сахара. Интересно отметить, что в свежеубранных корнях сахарной свеклы содержание рафинозы составляет от 0,2 до 1 % в расчете на сахарозу, к тому же при этом при хранении свек­лы содержание рафинозы в ней возрастает. Раффиноза хорошо растворяется в воде, сладкая на вкус, не обладает восстанавливающими свойствами, оптически ак­тивна. При нагревании с кислотами она гидролизуется.

38. Тетрасахара. В пищевых продуктах встречаются очень редко. Стахиоза — тетрасахарид, молекула которого состоит из] остатков глюкозы, фруктозы и двух остатков галактозы. Бесцветное растворимое в воде кристаллическое вещество сладковатого вкуса.

Стахиоза не обладает восстанавливающими свойствами. Стахиоза является одним из резервных углеводов, содержащихся в семенах, луковицах и корнях некоторых растений, в том числе в представителях семейств бобовых (фасоль, соя). Источником получения стахиозы служит сок клубней чистяка клубненосного, соевая мука и неочищенный свекловичный сахар. Из очищенных концентрированных растворов этих продуктов стахиозу осаждают спиртом или гидроксидом бария (в виде стахиозата бария).

39. Степень сладости сахаров. Сладкий вкус является важнейшим свойством сахаров и их производных. Однако существуют вещества несахарной природы, которые также отличаются сладким вкусом. К ним относится, например, сахарин, который слаще сахарозы в 400—500 раз. (Заменитель сахарозы Xuxol SiiBstoff содержит в каждой таблетке 4 мг сахарина и заменяет 44 г сахара). Из ягод тропического растения диоскорефеллиу, произраста­ющих в Западной Африке, выделен белок монелин, который слаще сахарозы в 3000 раз.

Степень сладости сахаров зависит от температуры раство­ри и концентрации сахара в нем. Так, например, при 40 °С сладость растворов фруктозы и сахарозы при одинаковых концентрациях равны, а глюкозы — почти в 2 раза меньше сладость сахарозы при температуре 18—60 °С практически не изменяется (для 5 % раствора). Степень сладости определяют органолептически. Уста­новлено, что порог ощущения сладкого вкуса, т.е. минимальное количество сахаров, при котором ощущается сладкий вкус, составляет для фруктозы 0,25 %, сахарозы 0,38, глюкозы — 0,55 % . Фруктоза — самый сладкий сахар, однако она является и самым гигроскопическим сахаром. Это свойство ограничивает ее применение для приготовле­ния изделий (карамели и т.д.). Сравнительные данные о сладости сахаров. Сахароза 100, фруктоза 173, инвертный сахар 130, глюкоза 74, сорбит 48, глицерин 48, лактоза 16.

Содержание сахаров в некоторых растениях. Сахароза – яблоки 1,5-5,3, груши 0,4-2,6, морковь 3,0-4,0, свекла 9,5-10,6.

40. Полисахариды второго порядка. Несахароподобные полисахариды широко распростране­ны в природе. Некоторые из них, как, например, крахмал, гликоген, инулин, играют в организме роль резервных мате­риалов, другие, такие как клетчатка и гемицеллюлозы, яв­ляются для растительных организмов строительным, опор­ным материалом.

Общим признаком для всех полиоз является то, что они гидролизуются кислотами до моносахаридов. Они состоят из сотен и тысяч остатков молекул моносахаридов.

В группу полисахаридов входят гексозаны (С₆Н₁₀О₅)_п, образованные остатками гексоз, и пентозаны (С₅Н₈0₄)_п, образованные остатками пентоз. К гексозанам относятся крахмал, гликоген, инулин, целлюлоза, галактан, маннан; к пентозанам — арабан и ксилан.

41. Крахмал откладывается в качестве резервного материала в клубнях картофеля, корнях, плодах и: других частях расте­ний и не является химически индивидуальным веществом. В растениях он находится в виде крахмальных зерен, разли­чающихся по своим свойствам и химическому составу в од­ном и том же растении и особенно в различных растениях. Крахмальные зерна имеют овальную, сферическую или не­правильную форму. Размеры (диаметр) крахмальных зерен колеблются в пределах от 0,002 до 0,15 мм. Наиболее круп­ные крахмальные зерна — у картофеля, а самые мелкие — у риса и гречихи. Крахмальные зерна, как показали рентге­нографические исследования, имеют кристаллическую структуру. Удельный вес крахмала равен 1,5 г/см³. Качес­твенная реакция на крахмал J₂ (синее окрашивание).

Крахмал на 96,1—97,6 % состоит из полисахаридов, об­разующих при кислотном гидролизе глюкозу. Довольно за­метно в крахмале содержание минеральных веществ (от 0,2 до 0,7 %), которые представлены главным образом фосфор­ной кислотой. Кроме того, в крахмале найдены высшие жир­ные кислоты — пальмитиновая, стеариновая (0,6 %) и дру­гие (0,6 %). Эти кислоты адсорбированы на полисахаридной фракции крахмала.

Углеводная часть крахмала состоит из двух полисахари­дов, различающихся по физическим свойствам, — амилозы и амилопектина.

Амилоза растворяется в горячей воде при t = 80 °С и образует слабовязкие растворы. Амилопектин только набухает и горячей воде и образует вязкий клейстер.

Содержание амилозы и амилопектина в зернах крахмала разного происхождения неодинаково, % :

крахмал амилоза амилопектин

картофельный 19—22 78—81

пшеничный 24 76

кукурузный 21—23 77—79

рисовый 17 83

Амилоза окрашивает J₂ в синий цвет, а амилопектин — в красно-фиолетовый.

При кислотном гидролизе крахмала образуется глюкоза. В процессе гидролиза из макромолекулы крахмала сначала образуется растворимый крахмал, молекула которого мень­ше исходной, он легко растворяется в воде. Дальнейший гид­ролиз дает декстрины. В зависимости от молекулярной мас­сы (от большего к меньшему) они делятся на амило-, эритро-, ахро- и мальтодекстрины. Амилодекстрин по своим свой­ствам близок к крахмалу, J2 окрашивается в фиолетовый цвет, растворяется в горячей воде. Эритродекстрин дает с йо­дом красно-бурое окрашивание, растворяется в холодной во­де. Ахро- и мальтодекстрины йодом не окрашиваются, рас­творяются в холодной воде. Мальтодекстрины мало чем от­личаются от мальтозы. Все виды декстринов (за исключени­ем мальтодекстринов) осаждаются спиртом определенной концентрации.

Кислотный гидролиз крахмала лежит в основе производ­ства патоки, которая представляет собой продукт неполного гидролиза крахмала и состоит из декстринов, мальтозы и глюкозы. Патока широко используется в кондитерской, ли­керо-водочной и других отраслях промышленности.

В промышленности крахмал получают из картофеля и зе­рен хлебных злаков. В зерне злаков содержится 60—75 % крахмала, бобовых — 50—60, картофеле — 12—25, хлебе — 43—56 %.Используют крахмал в производстве патоки, глюкозы, колбасных и кондитерских изделий, спиртов, глицерина, молочной и лимонной кислоты, а также в кулинарии.

Гликоген (животный крахмал) накапливается в живот­ных тканях, особенно в печени (до 20 %) и мышцах (до 4 %), как резервный материал, используемый организмом. Большое количество содержится в дрожжах, грибах и моллюсках. Строение молекулы гликогена сходно со строением амилопектина крахмала. Гликоген растворяется в горячей воде, но образует коллоидный опалесцирующий раствор, йодом окрашивается в буро-коричневый цвет. Под действием ферментов и кислот он так же, как и крахмал, превращается в декстрины, затем в мальтозу и наконец — в глюкозу.Ферментативное превращение гликогена в мышцах мяса после убоя животных происходит через стадию образования фосфорсодержащих органических соединений и глюкозы, затем последняя превращается в молочную кислоту. Это на­ряду с другими ферментативными процессами имеет боль­шое" значение для созревания мяса: оно приобретает новые физико-химические свойства и становится пригодным для кулинарной обработки.

Инулин содержится в клубнях топинамбура (земляной груши) — около 17 %, в клубнях георгина — 12 %, в корнях шпеория — до 10 % , в корнях одуванчика — 17 % . Инулин не окрашивается йодом, легко растворяется теплой воде, образуя коллоидный раствор. При гидролизе под действием фермента инулазы и кислот превращается во фруктозу. Инулин легко усваивается организмом человека и животных. В медицине его используют как заменитель саха­ра и крахмала в пище больных диабетом.

42. Целлюлоза (клетчатка) — полисахарид, представляю­щий собой основное вещество, из которого строятся стенки растительных клеток. Она является главной составной частью древесины — до 70 %, хлопка — 90 %, а также содер­жится в оболочках плодов, семян и т.д. Клетчатку содержат многие пищевые продукты: зерно пшеницы и ржи — 1,7—2,5 %, крупа манная, макаронные изделия, очищенный рис — 0,2—0,4, овощи — 0,7—2,8, клубни картофеля — 0,7—1 % . Для человека целлюлоза питательной ценности почти в имеет, так как в организме отсутствуют ферменты для ее расщепления до сахаров. Лишь незначительная часть ее подвергается расщеплению ферментом целлюлазой, находящейся в кишечнике. Клетчатка усиливает перистальтик; кишечника, способствуя прохождению пищевых масс через кишечный тракт. Она обладает свойством выводить из организма холестерин, в результате чего у человека задерживается развитие атеросклероза.

При гидролизе целлюлозы концентрированными кислотами образуется глюкоза:

Этот процесс осахаривания целлюлозы используется в производстве гидролизного спирта.

Гемицеллюлозы — обширная группа углеводов, которые наряду с клетчаткой входят в состав оболочек растительных клеток, т.е. сопутствуют клетчатке. Главное отличие гемицеллюлоз от клетчатки заключается в том, что они легче подвергаются гидролизу. В число гемицеллюлоз включают и некоторые гексозаны, как, например, галактаны и маннаны которые при гидролизе дают не глюкозу, а галактозу и глюкозу, и пентозаны — арабан и ксилан, которые при гидролизе дают пентозы — арабинозу и ксилозу. Гемицеллюлозы служат для растения не только строительным материалом, но и резервными веществами подобно крахмалу.

43. Пектиновые вещества находятся в продуктах растительного происхождения в количестве 0,13—2,5 % (в ябл. например, 0,3—1,5 %).

Под названием «пектиновые вещества» понимают производные полигалактуроновой, или пектовой, кислоты. Пектин — это метиловый эфир пектовой кислоты. При гидролизе пектина образуются метиловый спирт, ук­сусная и галактуроновая кислоты, арабиноза, галактоза. Данные компоненты находятся в различных соотношениях и от этого зависят свойства пектина. Пектин, выделенный, например, из плодов и ягод, содержит больше галактуроновой кислоты (72—78 % ), чем пектин сахарной свеклы (65 %). Считается, что минеральные вещества, уксусная кисло­та, арабиноза и галактоза в натуральном пектине являются примесями.

В чистом виде пектин представляет собой аморфное ве­щество белого цвета, в воде образует коллоидный раствор. Из раствора осаждается спиртом, эфиром, бензином и 50 % ацетоном. В молекуле пектина присутствуют свободные карбоксильные группы, поэтому он легко образует соли металлов, называемые пектинатами.

Пектины находятся в клеточном соке плодов и овощей. Ценным свойством пектина является его способность в присутствии сахара (65—70 %) и кислоты (рН = 3,1—3,5) и 0,5—1,5 % пектина образовывать желе. Высокой желирующей способностью обладают пектины абрикосов, яблок, черной смородины. От степени метаксилирования пектина зави­сит количество сахара и кислоты, необходимых для образования желе.

Протопектин — высокомолекулярное, нерастворимое в воде соединение, в котором линейные молекулы пектине связаны между собой поперечными связями, мостиками. Протопектин находится в стенках клеток между фибрилла­ми целлюлозы, в срединных пластинках, склеивающих клетки. Он обусловливает твердость тканей плодов и ово­щей. Данный процесс происходит при созревании плодов и овощей, а также при нагревании с разбавленными кислотами и щелочами. Этим объясняется размягчение тканей плодов и овощей при созре­вании и разваривании.

Пектиновые вещества подавляют гнилостные процессы в кишечнике и активность вредных микроорганизмов, связы­вают токсические металлы (свинец, ртуть, радиоактивные элементы), образуя нерастворимые соединения, которые удаляются из организма. Поэтому для профилактики профессиональных заболеваний вырабатывают лечебный мар­мелад, желе, джем и другие продукты, обогащенные пекти­ном. Пектином с высоким содержанием карбоксильных групп, например свекловичным, лечат некоторые заболева­ния кишечника, а также применяют при отравлениях ток­сичными веществами.

Для промышленных целей пектин получают из отходов яблок и других плодов при их переработке, а также из корзи­нок подсолнечника.

44. Гликози́ды — органические соединения, молекулы которых состоят из двух частей: углеводного (пиранозидного или фуранозидного) остатка и неуглеводного фрагмента (т. н. агликона). В качестве гликозидов в более общем смысле могут рассматриваться и углеводы, состоящие из двух или более моносахаридных остатков. Преимущественно кристаллические, реже аморфные вещества, хорошо растворимые в воде и спирте.

Гликозиды представляют собой обширную группу органических веществ, встречающихся в растительном (реже в животном) мире и/или получаемых синтетическим путём. При кислотном, щелочном, ферментативном гидролизе они расщепляются на два или несколько компонентов — агликон и углевод (или несколько углеводов). Многие из гликозидов токсичны или обладают сильным физиологическим действием, например гликозиды наперстянки, строфанта и другие. Чаще всего гликозиды встречаются в листьях и цветах растений, реже в других органах. В их состав входят углерод, водород, кислород, реже азот (амигдалин) и только некоторые содержат серу (синальбин, мирозин).