3.3. Складні вуглеводи

Олігосахариди - молекули яких містять від 2 до 10 залишків моносахаридів, які сполучені глікозидними зв’язком. Розрізняють дисахариди, три…

Дисахариди. Найбільше значення в харчуванні людини мають дисахариди - сахароза, лактоза і мальтоза. До складу всіх трьох входить глюкоза в комбінації з однією з молекул - фруктози, галактозы або глюкози.

Дисахариди – складні вуглеводи, кожна молекула яких при гідролізі розпадається на дві молекули моносахаридів.

Вони поділяються на дві групи - відновлюючі та невідновлюючі залежно від способу сполучення двох залишків моносахаридів між собою. Відновлюючі проявляють окисно-відновні властивості. Дисахарид може утворювати відкриту форму, яка містить карбонільну групу, і вступати в окисно-відновні реакції.

Сахароза (тростинний або буряковий цукор) складається з глюкози і фруктози, які і утворюються при її гідролізі. Цей дисахарид складається із залишків D-глюкози і D-фруктози, сполучених зв'язком 1®2.

Сахароза, внаслідок своєї хімічної інертності, накопичується у великих кількостях у багатьох рослинах і служить у них формою транспорту. Найбільше її міститься в цукровому буряку і тростині. Невідновлюючий дисахарид трегалоза міститься в клітинних стінках спор і бактерій і забезпечує їх гідратований стан, що сприяє виживанню в екстремальних умовах. Невідновлюючі дисахариди:

Сахароза - найбільш відомий і широко вживаний в харчуванні та харчовій промисловості звичайний цукор. У цукровому бурякові міститься від 15 до 22% сахарози, в цукровому очереті - 12-15%. Це головні джерела її промислового отримання. Оскільки цукровий очерет і цукровий буряк накопичують більшу кількість енергії на одиницю площі зростання, чим будь-яка інша рослина, то цукор є одним з найбільш дешевих джерел енергії в їжі людини.

Мальтоза (солодовий цукор) складається з двух залишків глюкози. Мальтоза міститься в пророслому зерні і особливо у великих кількостях - в солоді і солодових екстрактах. При виробництві пива відбувається зброджування мальтози в етиловий спирт. Мальтоза - один із основних компонентів крохмальної патоки, широко використовуваної в харчовій промисловості. Вона є проміжним продуктом обміну полісахаридів крохмалю та глікогену.

Відновлюючі дисахариди:

Дисахариди, які не мають вільної глікозидної групи, а отже і не проявляють окисно-відновних властивостей, називаються невідновлюючими. Живими організмами вони використовуються як невеликі гідрофільні й хімічно стійкі молекули. Вони зв’язують воду, легко в ній розчиняються і, при цьому, хімічно не змінюються.

Лактоза (молочний цукор) складається із залишків галактози і глюкози. Лактозу отримують з молочної сироватки - відходу при виробництві масла і сиру. У коров'ячому молоці міститься 4,6% лактози. Лактоза не бере участь у спиртовому бродінні, але під впливом молочнокислих дріжджів піддається гідролізу з подальшим зброджуванням моносахаридів, що утворилися, у молочну кислоту (молочнокисле бродіння). Лактоза сприяє всмоктуванню кальцію і шлунково-кишковому тракті.

Лактоза, яка утворюється із залишків галактози і глюкози із зв'язком b-1®4 між ними, міститься у молоці ссавців (2 - 6 %). Лактоза міститься у молоці та молочних продуктах, що складає 1/3 сухих речовин. Гідроліз лактози в кишечнику відбувається повільно, обмежуються процеси бродіння та нормалізується діяльність кишкової мікрофлори. Крім того, наявність лактози в КШТ сприяє розвитку молочнокислих бактерій, які є антагоністами патогенної мікрофлори, гнилісних мікро організмів.

Деякі люди не можуть вживати молоко із-за непереносимості лактози, тому що в кишечнику у них відсутній фермент лактаза, що розщеплює лактозу на глюкозу і галактозу. Особливо часто це спостерігається у жителів Азії, Африки і Близького Сходу. Непереносимість лактози зустрічається також серед дорослих європейців. Нерозщеплена лактоза потрапляє в товстий кишечник, де за участю бактерій відбувається її окиснення з виділенням великої кількості газів і продуктів окиснення. При цьому відчувається дискомфорт, метеоризм, спазми і болі в животі, спостерігається пронос. Уникнути явищ, пов'язаних з непереносимістю лактози, дозволяють кисломолочні продукти (кисле молоко, кефір, йогурт, ацидофілін, ряжанка), в яких лактоза вже частково переварена молочнокислими бактеріями.

Полісахариди за будовою поділяються:

Гомополісахариди, складаються з моносахаридних залишків одного типу;

Гетерополісахариди, для яких характерна наявність двох або більше типів мономерних ланок.

За функціональним значенням:

Структурні – целюлоза.

Резервні – глікоген, крохмаль.

Складні вуглеводи, або полісахариди, розділяють на групу засвоєних крохмальних полісахаридів і групу некрохмальних незасвоєних полісахаридів, або харчових волокон.

Засвоювані полісахариди

Крохмаль - резервний полісахарид, головний компонент зерна і продуктів його переробки, картоплі і овочів. Це найбільш важливий по своїй харчовій цінності вуглевод їжі. Крохмаль – це суміш полімерів двох типів, побудованих із залишків глюкози: амілози і амілопектину.

Це полімер, утворений a-D-глюкопіранозою. Амілоза, на частку якої припадає біля 25% крохмалю, має молекулярну масу від 30 тис. до 500 тис. і утворює нерозгалужені ланцюги із зв'язками a-1®4:

Довгі ланцюги амілози укладаються у спіраль, на кожен виток якої припадає по 6-7 ланок.

Якісною реакцією на амілозу є взаємодія в розчині з йодом, молекули якого поміщаються у витках спіралі з утворенням комплексу синьо-фіолетового кольору. При нагріванні слабкі взаємодії комплексу руйнуються, спіраль розкручується і забарвлення зникає, а при охолодженні структура відтворюється і забарвлення з'являється знову.

Амілопектин, на частку якого припадає біля 75 % маси крохмалю, має молекулярну масу від 100 тис. до 1 млн. і, на відміну від амілози, - розгалужену будову із додатковими зв'язками a-1®6 в точках галуження:

Точки розгалуження в амілопектині знаходяться через 20-30 ланок.

До овочів з високим вмістом крохмалю належать картопля, батат, пастернак. При гідролізі амілоза і амілопектин утворюють коротші фрагменти – декстрини - корисний полісахарид, який накопичує кукурудза цукрова. Ця речовина розчинна у воді і легко засвоюється організмом. Амілопектин і декстрини з йодом дають червоно-фіолетове забарвлення.

У рослинах, багатоклітинних водоростях, бактеріях існують інші резервні полісахариди, побудовані за подібним планом, наприклад інулін, який складається із залишків фруктози. Інуліноподібні речовини накопичуються в артишоку, вівсяному корені, скорцонері, цикорних салатах, топінамбурі, часнику та стахісі. Крохмаль та інулін під дією ферментів слини та шлунку перетворюється на глюкозу та фруктозу. Застосування цих овочів дуже важливе у профілактичному та лікувальному харчуванні людей із цукровим діабетом.

Під дією травних ферментів крохмаль не піддається гідролізу. У ході гідролізу послідовно здійснюється деполімеризація крохмалю з утворенням декстрину, потім мальтози, а при повному гідролізі - глюкози. Гідроліз крохмалю відбувається при отриманні багатьох харчових продуктів - патоки, глюкози, хлібобулочних виробів, спирту і так далі.

Крохмаль сирих продуктів перетравлюється насилу, оскільки знаходиться усередині рослинних кліток, що мають міцні стінки. При нагріванні у воді (приготування їжі) клітинні стінки розриваються набухаючим крохмалем, і він стає доступним травним ферментам.

Глікоген (тваринний крохмаль) також складається із залишків глюкози.

У тварин формою відкладення поживних речовин є глікоген. Особливо багато його в печінці (до 15%) та м’язах (2 – 4%). Молекули глікогену нагадують за будовою амілопектин, але ще більш розгалужені. На схемі показано, що розгалужений полісахарид має один редукуючий кінець (1), кілька нередукуючих (2). Точки розгалуження (3) в глікогені розташовані через кожні 10-15 ланок:

Молекулярна маса глікогену становить від 270 тис. до 10 млн. Його зерна в тваринних тканинах значно менші, ніж у крохмалю. Тому він легко утворює колоїдний розчин, який з йодом дає червоно-фіолетове забарвлення.

Глікоген - важливий запасний енергетичний матеріал організму тварин і людини, що відкладається в печінці і м'язах. При необхідності крохмаль перетворюється на глюкозу. В організмі дорослої людини може запасатися близько 350 г глікогену. Третя частина цієї кількості міститься в печінці, а 2/3 - у м'язах. Кількість енергії, запасеної в глікогені, невелика і достатнья для підтримки життєдіяльності протягом 6-8 ч.

У м'ясі та печінці як продуктах не міститься глікоген, оскільки він перетворюється на молочну кислоту в процесі забою тварин і зберігання продуктів.

Останніми роками все більш широке застосування в харчовій промисловості знаходять модифіковані крохмалі, властивості яких в результаті різноманітних видів дії (фізичної, хімічної, біологічної) відрізняються від властивостей натурального крохмалю харчових продуктів. Модифікація крохмалю дозволяє істотно змінити його властивості (гідрофільність, здатність до клейстеризації, гелеутворення), а отже, і його використання. Модифіковані крохмалі знайшли застосування в хлібопекарській і кондитерській промисловості, зокрема для отримання безбілкових продуктів харчування.