6.2. Утворення вуглеводів у процесах фотосинтезу

Вуглеводам у природі належить винятково важлива роль. Вони є продуктами асиміляції CО₂ рослинами. Органічні речовини виникають із неорганічних у зелених частинах рослин під дією червоних і синьо-фіолетових променів сонячного спектра. Цей процес називається фотосинтезом. Фотосинтез - це сукупність процесів, у ході яких запасається сонячна енергія у вигляді хімічних зв'язків органічних сполук.

Фотосинтез у живій природі відбувається в спеціальних органелах рослинних клітин - хлоропластах. Вони містять кілька видів пофарбованих пігментів - хлорофілів, які пов'язані з білками і ліпідами. За своєю будовою хлорофіли нагадують гем гемоглобіну, але в його склад входить не залізо, а магній.

Великий внесок у вивчення фотосинтезу вніс російський вчений К. А. Тімірязєв. Він довів, що зелене забарвлення рослин, що виникло в ході еволюції, можна розглядати як корисне пристосування, що сприяє найкращому акумулюванню сонячної енергії в умовах нашої планети. Сонячна енергія поглинається хлорофілом і потім використовується в реакції розкладання води (фотоліз). При цьому вивільняється оксиген, а активований гідроген переноситься на фосфогліцеринову кислоту, що з'являється при поглинанні рослинами СО₂; потім з неї утворюються глюкоза, крохмаль і інші вуглеводи. Вивільнення оксигену в процесі фотосинтезу є найважливішим джерелом його утворення в атмосфері. У такий спосіб зелені рослини виконують найважливішу біохімічну роль - зв'язують вуглекислоту й вивільняють оксиген. У фотосинтезі виділяють три серії реакцій:

1) фотохімічне розщеплення Н₂О під світлом на оксиген і гідроген;

2) транспорт гідрогену через серію переносників на НАДФ і синтез АТФ;

3) фіксація оксиду карбогену на рецепторі і його відновлення гідрогеном з утворенням гексоз та їхніх похідних.

У цих реакціях хлорофіл є донатором електронів, а роль переносників електронів і протонів виконують залізовмісний білок феродоксин, цитохроми, флавопротеїни. Завдяки світловій енергії одночасно з відновленням НАДФ воднем води відбувається синтез АТФ, потім - синтез вуглеводів шляхом фіксації СО₂ з використанням коферментів, що відновлюють, і АТФ.

Фотосинтез - єдине джерело молекулярного оксигену на нашій планеті. Продукти фотосинтезуючих організмів потім використовуються аеробними нефотосинтезируючими організмами, які витягають хімічну енергію відновленого карбогену, що входить до складу органічних сполук, які утворилися при фотосинтезі, окисляючи їх знову до СО₂.

6.3. Використання вуглеводів у харчовій промисловості

Вуглеводи є важливим субстратом переробки рослинної сировини і харчових продуктів, мікробіологічних синтезів.

Так, D-глюкоза (виноградний цукор, декстроза) зброджується пивними, пекарськими і винними дріжджами. У вільній формі глюкоза міститься в ягодах і плодах. Це сировина і одержувані з нього соки використовують на підприємствах виноробної і спиртоводочній промисловості як джерело цукру, що зброджується. У зв'язаній формі глюкоза присутня в крохмалі, целюлозі, геміцелюлозі, декстринах, сахарозі, мальтозі, рафінозі та ін.

Для ферментації цих субстратів необхідний їх попередній гідроліз із відщіпленням глюкози.

D-фруктоза (плодовий, фруктовий цукор, левулеза) входить разом із глюкозою до складу бджолиного меду, плодів, фруктів і одержуваних з них соків і вин. Її використовують як субстрат бродіння при готуванні плодово-ягідних вин. У складі сахарози вона міститься в мелясі бурячного і очеретяного цукрів, що є основною сировиною при проведенні ферментативних реакцій у промислових масштабах.

Сахарозу широко застосовують у технології виробництва харчових продуктів і при різних ферментаціях. Цей дисахарид, поряд зі спиртом, - єдиний харчовий продукт, що одержують у великій кількості в чистому виді.

Лактоза міститься в молоці, молочній сироватці, стоках молочних заводів. Частково її використовують для виготовлення кормових дріжджів, а також для одержання молочної кислоти у ферментаційному процесі.

Крохмаль є вихідним субстратом для вироблення ряду важливих продуктів. У результаті нагрівання (вище температури утворення клейстеру) і висушування крохмалю одержують продукти, здатні набухати у воді. Їх використовують як суху суміш для пудингів, кремів, покращувачів тіста в хлібопекарській промисловості.

При кислотному гідролізі крохмалю під тиском одержують крохмальну патоку і крохмальний цукор. Рідка крохмальна патока йде на виготовлення мальтози, маринадів, лікерів, морозива.

Кристалічний крохмальний цукор застосовують у виробництві цукрових виробів і карамелі.

Крохмальну сировину використовують у бродильному виробництві для виготовлення спирту і алкогольних напоїв.

Пектини мають особливі колоїдно-хімічні властивості, у зв'язку із чим обумовлюють можливість желювання концентрованих (згущених) соків. Їх широко використовують при виготовленні желе і начинок для карамелі.

Пектини відіграють негативну роль при виготовленні соків, оскільки погіршують умови фільтрації і прозорість готового продукту. Крім того, вони сприяють утворенню метанолу у фруктових соках і плодово-ягідних винах.

Інулін використають у спиртовому бродінні.

Важливе значення мають глікозиди. Залежно від агліконів, що містяться в них, вони діляться на наступні групи: алкогольглікозиди, флавон- або енолглікозиди, глікозиди синильної кислоти, глікозиди гірчичного масла, азотовмісні глюкозиди і ін. Вони використовуються як підсилювачі аромату.

β -Глікозид-глікованілін - перебуває в плодах ванілі, розщеплюється -глюкозидазою на ароматичну речовину ванілін і глюкозу. Ванілін застосовують у технології готування ряду харчових продуктів.

Типовим представником флавонглікозидів є кверцитрін, що міститься в листах чаю. У гречці є флавонглікозид - рутин, у шкірці плодів цитрусових - гесперидин. Ці сполуки впливають на проникність капілярів.

Антоціани - барвники крові і плодів. Вони являють собою глікозиди, у яких залишки глюкози, галактози або раменози з'єднані з пофарбованим агліконом із групи антоцианідину.

Антоціани забарвлені в червоний, пурпурний, фіолетовий або синій кольори, які залежать від присутності того чи іншого антоціану.

Присутність в плодах та ягодах різних антотоціанів в сполученні з іншими пігментами зумовлює ті чи інші відтінки їх забарвлення. Забарвлення антоціанів залежить від рН середовища, так в кислому середовищі вони червоні, а в нейтральному – фіолетові, в лужному середовищі – сині.

При промисловій та кулінарній обробці плодів та ягід антоціани можуть підлягати окислювальній деградації та вступають в реакції з металами, в результаті чого забарвлення продуктів буде змінюватися. Наприклад, при виготовленні солодких страв (киселі, желе, мусів) з ягід і плодів віджимають сік і деякий час зберігають. Це може викликати послаблення інтенсивності його забарвлення, тобто антоціани здатні руйнуватися під дією світла і окислення киснем повітря з участю поліфенолоксидаз. Найменші зміни забарвлення спостерігаються при рН 2. В межах рН від 3 до 4, що характерно для плодів та ягід. Найбільш стабільні при зберіганні соку пігменти вишні, черешні та полуниці.

Зміни забарвлення соків може викликати присутність в них іонів деяких металів (Fe, Cu, Zn), потрапляючи з водопровідної води при промиванні ягід і плодів або із матеріалу обладнання при подрібненні продуктів і віджиманні соків. При варці ягід та плодів відбуваються помітні зміни їх забарвлення. Вважають, що стабілізація забарвлення відбувається при температурі 70⁰С, коли ферменти інактивовані, а термічна деградація фітоцианів практично не відбувається.

Як правило, при приготуванні компотів, желе, мусів проварюють тільки мезгу, яка залишилася після віджимання соків. Додавання соків в киселі, желе і муси перед закінченням доведення до кипіння сиропу сприяє зберіганню забарвлення.

Червоно-фіолетове забарвлення буряку зумовлюють два пігменти: пурпурний та жовтий. Кількісний вміст і співвідношення цих пігментів зумовлюють відмінності у відтінках сортів буряку. При тепловій обробці пігменти буряку руйнуються, що змінює інтенсивність його забарвлення і переважання бурого відтінку. Ступень руйнування забарвлення залежить від концентрації пігментів і реакції середовищі. Цим пояснюється рекомендація щодо варіння буряку в шкірці і тушінню нарізаного сирого буряку в кислому середовищі при додаванні оцту та томату.

Одним із глікозидів синильної кислоти є амігдалін. Він міститься в листах і кісточках плодів розоквіткових (абрикосах, гіркому мигдалі, яблуках, горобині, вишні, персиках, сливі).

До азотвмісних глікозидів відносяться нуклеотиди і нуклеозиди, які мають властивість підсилювати аромат.

КОНТРОЛЬНІ ЗАВДАННЯ Й ПИТАННЯ:

1. Які функції виконують вуглеводи в організмі ?

2. Напишіть формули різних моно- і дисахаридів.

3. Які продукти раціону людини є джерелами моно- і дисахаридів ? Яка їхня роль ?

4. Яке будова полісахаридів ?

5. Назвіть харчові джерела полісахаридів (крохмаль, глікоген, клітковина, пектинові речовини). Яка їхня будова й роль ?

6. Включення яких продуктів у раціон буде сприяти зниженню його енергетичної цінності й чому ?

7. Яке біологічне значення фотосинтезу?

8. Яке значення реакції меланоїдиноутворення в харчових технологіях?

9. Яке технологічне значення мають пектинові речовини в харчовій промисловості?

10. Як отримують модифіковані крохмалі і як вони використовуються при виготовленні харчових продуктів?