4. Олигосахариды и их свойства

Олигосахариды – это кристаллические вещества, которые растворяются в воде и спирте (за исключением рафинозы), сладкие на вкус, оптически активные. Из олигосахаридов в пищевых продуктах находятся и имеют наибольшее значение дисахариды С₁₂Н₂₂О₁₁ – сахароза, мальтоза, лактоза, трегалоза, целлобиоза, и трисахариды С₁₈Н₃₂О₁₆– рафиноза и трифруктозан. Практически все олигосахариды получают из природных источников, хотя известны и способы из синтеза

Дисахариды построены из остатков двух молекул моносахаров, при этом в дисахариде могут соединяться две гексозы, две пентозы, или гексоза и пентоза. Моносахариды входят в состав дисахаридов в циклических полуацетальных формах и соединяются друг с другом гликозидной связью в результате выделения молекулы воды за счет гидроксильных групп. Дисахариды можно рассматривать как гликозиды, т.к. две молекулы моносахаридов соединены между собой гликозидным гидроксилом одного моносахарида и одной из гидроксильных групп другого.

В зависимости от того, какие гидроксилы участвуют в образовании дисахаридов, различают восстанавливающиие и невосстанавливающие дисахариды. Восстанавливающие дисахариды образуются в результате выделения воды за счет полуацетального гидроксила одной молекулы моносахарида и спиртового гидроксила другой молекулы моносахарида. При этом в молекуле дисахарида сохраняется один свободный полуацетальный (гликозидный) гидроксил.

Невосстанавливающие сахара образуются за счет выделения воды за счет полуацетальных гидроксилов обеих моносахаридных молекул.

При гидролизе молекулы дисахаридов образуется две молекулы моносахаридов:

С₁₂Н₂₂О₁₁+Н₂О-------С₆Н₁₂О₆ +С₆Н₁₂О_6.

Мальтоза (солодовый сахар) в свободном виде в природе не встречается, находится в патоке мальтозной (60%) и крахмальной, в проросшем зерне. Она образуется в качестве промежуточного продукта при гидролизе крахмала и гликогена под действием фермента амилазы или кислот. Молекула мальтозы состоит из двух остатков молекул глюкозы, соединенных кислородным мостиком первого углеродного атома одной молекулы с четвертым углеродным атомом другой молекулы (-1,4 гликозидная связь).

Мальтоза обладает восстанавливающими свойствами, так как в ее молекуле есть свободный полуацетальный (гликозидный) гидроксид. При взаимодействии с жидкостью Фелинга из нее образуется в два раза меньше закиси меди, чем при реакции такого же количества глюкозы.

Мальтоза интенсивно образуется из крахмала при прорастании зерна, при этом в зерне накапливается фермент амилаза, под действием которого осахаривается богатое крахмалом сырье (картофель, зерно) фермента амилаза. Зерно проращивают специально для получения солода, применяемого при производстве пива, этилового спирта, браги, кваса и др. продуктов.

Мальтоза сбраживается дрожжами, гигроскопична.

Лактоза (молочный сахар) входит в состав молока млекопитающих. Содержание лактозы в коровьем молоке - 4,7%, в козьем - 4,5%, овечьем - 4,0%, кумысе - 6,5%. Молекула лактозы состоит из остатков глюкозы и галактозы. Она обладает восстанавливающими свойствами, так как в ней имеется один свободный гликозидный гидроксил.

Водные растворы лактозы склонны к потемнению, что затрудняет получение молочных консервов, так как при повышенных температурах лактоза подвергается карамелизации, а продукт при этом приобретает коричневый цвет и специфический привкус.

Под влиянием молочнокислых бактерий лактоза сбраживается в молочную кислоту:

С₁₂Н₂₂О₁₁ + Н₂О --------- 4 СН₃СНОН - СООН.

На свойстве лактозы превращается в молочную кислоту основано получение кисломолочных продуктов.

Пивными дрожжами лактоза сбраживается с образованием спирта.

Целлобиоза получается при неполном гидролизе клетчатки, состоит из двух остатков глюкозы, почти не сладкая, в организме человека не усваивается, обладает восстанавливающими свойствами.

Сахароза (свекловичный, тростниковый сахар) состоит из остатков молекул глюкозы и фруктозы. Сахароза не обладает восстанавливающими свойствами, так как у нее отсутствуют свободный гликозидный гидроксил (так как гликозидная связь образуется с участием обоих полуацетальных (гликозидных) гидроксилов молекул – первый атом углерода глюкозы соединен кислородным мостиком со вторым углеродным атомом фруктозы).

Она широко распространена в природе, в некоторых растениях она может накапливаться в больших количествах: в сахарной свекле - до 24 % , в сахарном тростнике - до 26%, в бананах до 13 %, в сливах - до 9%, в яблоках - до 5,5%. У нас сахар получают из сахарной свеклы, в тропических и субтропических странах - из сахарного тростника. Хорошо очищенный сахар содержит 99,85% сахарозы.

Из сахарной свеклы сахарозу получают извлечением ее водой, очисткой водного раствора от сопутствующих веществ, концентрированием раствора и последующей ее кристаллизацией.

Сахароза при гидролизе ферментом инвертазой или при нагревании с кислотами гидролизуется (инвертируется) с образованием равных количеств глюкозы и фруктозы. Смесь равных количеств глюкозы и фруктозы после гидролиза называется инвертным сахаром. Инвертный сахар более сладкий, чем сахароза, менее способен к кристализации, очень гигроскопичен, обладает восстанавливающими свойствами. Он вводится в состав многих кондитерских изделий (варенья, мармелада, повидла, помадной массы) для предупреждения засахаривания, в тесто - для замедления черствения хлеба.

Сахароза не сбраживается непосредственно дрожжами, но под действием фермента инвертазы превращается в глюкозу и фруктозу, которые сбраживаются.

Трегалоза (грибной сахар, микоза) содержится в пекарских дрожжах, грибах, некоторых водорослях. Она состоит из двух остатков глюкозы, связанных -1,1 гликозидной связью. В этом случае обе молекулы глюкозы теряют свои глюкозидные гидроксилы и поэтому трегалоза не имеют восстанавливающих свойств. Трегалоза сбраживается большинством дрожжей.

Трисахариды построены из остатков трех молекул моносахаров.

Рафиноза – трисахарид, молекула которого состоит из остатков глюкозы, фруктозы и галактозы. Находится в сахарной свекле, семенах хлопчатника, сои, гороха. При производстве свекловичного сахара рафиноза переходит в побочный продукт, называемый мелассой. Содержание рафинозы в сахарной свекле составляет от 0,2 до 1% из расчета на сахарозу. В процессе хранения свеклы содержание рафинозы в свекле увеличивается.

Рафиноза не содержит свободного гликозидного гидроксила и не обладает восстанавливающими свойствами. При кислотном гидролизе из рафинозы образуется глюкоза, фруктоза, галактоза.

С₁₈Н₃₂О₁₆+2Н₂О-------С₆Н₁₂О₆+С₆Н₁₂О₆+ С₆Н₁₂О₆

Под действием фермента сахаразы от рафинозы отщепляется фруктоза и остается дисахарид мелибиоза (С₁₂Н₂₂О₁₁).

Трифруктозан находится в ржаной муке, состоит из трех остатков фруктозы.

Стахиоза - тетрасахарид, молекула его состоит из остатков глюкозы, фруктозы и двух остатков галактозы, находится в семенах бобовых, сахар не восстанавливающий, сладковатый на вкус.

Химическое строение моно- и олигосахаридов определяет их потребительские свойства такие, как сладость, гигроскопичность, усвояемость. Сахара обладают неодинаковой сладостью. Минимальное количество сахара, дающее ощущение сладкого вкуса составляет: для фруктозы - 0,25 %, сахарозы - 0,38 %, глюкозы - 0,55 %. Если сладость сахарозы принять за 100, то сладость фруктозы составляет 173, инвертного сахара - 130, глюкозы - 74, сорбозы – 48, ксилозы - 40 мальтозы, рамнозы, галактозы - 32, рафинозы – 23, лактозы - 16. Степень сладости сахаров зависит от температуры раствора и концентрации сахара в нем. Так, при 18 ⁰С 5 % раствор фруктозы слаще в 13 раз такого же раствора сахарозы и в 2,4 раза глюкозы; при 40 ⁰С сладость фруктозы и сахарозы одинаково и глюкозы почти в 2 раза меньше.

Степень сладости сахаров определяют органолептически. Для таких определений пользуются чистыми растворами сахаров точной концентрации. Перед испытанием в небольшой стакан вносят 10 мл раствора определенной концентрации, затем берут его в рот на 10 с и отмечают вкусовые ощущения.

Гигроскопичность сахаров различна. Химически чистая глюкоза и сахароза практически негигроскопичны. Большой гигроскопичностью обладают мальтоза, фруктоза, инвертный сахар. Это свойство учитывают при изготовлении продуктов. Например, сахаром-песком обсыпают карамель для предохранения ее от увлажнения, так как в состав карамельной массы входит инвертный сахар.