3 Углеводы
3.1 Классификация, строение и свойства углеводов.
3.2 Углеводы как компоненты пищи.
3.3 Функции углеводов в пищевых продуктах и их превращения в технологических процессах.
3.4 Методы определения углеводов.
3.1 Классификация, строение и свойства углеводов
Углеводы - обширный класс органических соединений, образующихся в растениях в ходе фотосинтеза благодаря ассимиляции хлорофиллом углекислого газа воздуха под действием солнечных лучей.
Все углеводы делятся на простые и сложные. Простыми (моносахаридами, моназами) называют углеводы, которые не способны гидролизоваться с образованием более простых соединений. Обычно их состав отвечает формуле CnH2nOn. Сложные углеводы (полисахариды, полиозы )- углеводы, способные гидролизоваться на более простые, подразделяются на низкомолекулярные - олигосахариды и высокомолекулярные.
Углеводы
моносахариды
гексозы пентозы олигосахариды полисахариды
глюкоза арабиноза сахароза 2 порядка
фруктоза рибоза мальтоза крахмал
галактоза ксилоза лактоза клетчатка
целлобиоза гликоген
пектиновые в-ва
слизи
Моносахариды обычно содержат от 3 до 9 атомов углерода, причем наиболее распространены пептозы и гексозы. По функциональной группе они делятся на альдозы и кетозы.
Олигосахариды или полисахариды 1 порядка, молекулы которых содержат от 2 до 10 остатков моносахаридов, соединенных гликозидными связями.
Полисахариды 2 порядка, их можно разделить на две группы: гомополисахариды, состоящие из моносахаридных единиц только одного типа, и гетерополисахариды, для которых характерно наличие двух и более типов мономерных звеньев.
Рассмотрим свойства наиболее важных углеводов.
Глюкоза (декстроза, виноградный сахар) C6H12O6 в свободном виде содержится в зеленых частях растений, в семенах, различных фруктах и ягодах, мёде, входит в состав крахмала, клетчатки, сахарозы и др. полисахаридов. Хорошо растворима в воде, в водном растворе находится в нескольких таутомерных формах. Гигроскопична, притягивает влагу, при относительной влажности воздуха 85% и более. Глюкоза сбраживается дрожжами.
Фруктоза (левулеза, плодовый сахар) C6H12O6 в свободном состоянии содержится в зеленых частях растений, нектаре цветов, семенах, меде, входит в состав сахарозы, инулина. Растворимость в воде выше, чем у глюкозы и сахарозы, очень гигроскопична, начинает притягивать влагу уже при относительной влажности воздуха 45-50%. Сбраживается дрожжами.
Сахароза (тростниковый, свекловичный сахар) C12H22O11 - молекула сахарозы состоит из остатков Д- глюкозы и Д- фруктозы, причем глюкоза находится в α- пиранозной, а фруктоза - в β- фуранозной форме. Содержится в листьях, стеблях, семенах, плодах, клубнях растений, в наибольших количествах - в сахарной свекле и сахарном тростнике. Хорошо растворима в воде, растворы сахарозы преломляют световые лучи и показатель преломления зависит от концентрации раствора. После гидролиза сбраживается дрожжами. Негигроскопична.
Мальтоза (солодовый сахар) C12H22O11. Молекула мальтозы состоит из двух остатков глюкозы - α-глюкозидглюкоза. Образуется при расщеплении крахмала, содержится в проросшем зерне. Растворима в воде, сбраживается дрожжами после гидролиза.
Лактоза (молочной сахар) C12H22O11 - β-галактозидоглюкоза, при гидролизе образует глюкозу и галактозу. Содержится в молоке животных. Не сбраживается дрожжами, но сбраживается молочнокислыми бактериями.
Моно- и дисахариды имеют сладкий вкус, за что получили название сахаров, но степень их сладости неодинакова.
Относительная сладость сахаров в условных единицах:
сахароза - 100, галактоза - 32, фруктоза - 180, мальтоза - 32,
глюкоза - 74, лактоза - 16.
Крахмал - резервный полисахарид, главный компонент зерна, картофеля. В растениях он находится в виде зерен, размер, форма и химический состав которых, различны в разных культурах. Крахмал (C6H10O5)n смесь полимеров двух типов, построенных из остатков α - Д-глюкопиранозы: амилозы и амилопектина. Их содержание в крахмале зависит от культуры и колеблется от 17 до 24% амилозы и 76-83% амилопектина.
Амилоза - линейный полимер, в котором остатки глюкопиранозы связаны α - 1,4 связями в неразветвленную цепочку. Молекулярная масса амилозы 3·105 - 1·106. Растворима в воде, окрашивается раствором йода в синий цвет.
В молекуле амилопектина глюкозные остатки соединены α-1,4 и α - 1,6 связями, образуют разветвленную структуру. Молекулярная масса амилопектина достигает сотен миллионов. Растворяется в воде лишь при нагревании под давлением, йодом окрашивается в фиолетовый цвет.
Клетчатка (целлюлоза) - самый распространенный высокомолекулярный полимер, это основной компонент и опорный материал клеточных стенок растений (в древесине - 50%). Молекула клетчатки (C6H10O5)n имеет линейное строение и состоит из 2000-3000 остатков β - Д - глюкопиранозы, связь между ними β - 1,4. Молекулы клетчатки с помощью водородных связей объединены в мицеллы (пучки), состоящие из параллельных цепей. Клетчатка нерастворима в воде и в обычных условиях не гидролизуется кислотами.
Пектиновые вещества содержатся во многих плодах, ягодах, клубнях и стеблях растений. Они являются составной частью растительной ткани, входят в состав клеточных стенок, клеточного сока и по мере созревания плодов накапливаются в межклеточном пространстве. Основу всех пектиновых веществ составляет метоксилированная (гр. CH3O-) полигалактуроновая кислота, которая построена из 8-10 остатков, Д - галактуроновой кислоты. Кроме того, в состав молекулы пектина входят L - арабиноза, Д - галактоза и Д - рамноза. В период роста растений в незрелых плодах пектиновые вещества находятся в виде протопектина. Протопектин представляет собой сложный комплекс, в состав которого кроме пектиновых веществ входят ионы кальция и магния, целлюлоза и фосфорная кислота. Он гидролизуется до пектина под действием кислот и щелочи или фермента протопектиназы при созревании плодов.