Найважливіші представники полісахаридів

Гомополісахариди

Полісахариди, або глікани – складні вуглеводи, молекули яких мають більше 10 моносахаридних залишків, сполучених між собою О-глікозидними зв’язками і утворюючих лінійні або розгалужені ланцюги.

Глікоген – гомополісахарид тваринного походження

Глікоген утворює внутрішньоклітинні гранули – депо метаболічної енергії, в яких резервується надлишок глюкози, що надходить з їжею. Найбільша кількість глікогену в організмі людини міститься в печінці (2-5%) та хребцевих м’язах (0,5-2%).

Крохмаль – рослинний гомополісахарид

Целюлоза (клітковина) – гомополісахарид, що є головним структурним компонентом клітинних стінок рослин.

Інулін – резервний полісахарид, який відкладається в бульбах складно цвітних, фіалкових, дзвоникових і лілійних рослин, топінамбура (земляної груші), і жоржин (40 ‑ 80% загальної сухої маси). Молекула інуліну на 94 – 97% складається із залишків фруктози і на 3 – 6% глюкози.

Декстрин – гомополісахарид дріжджів і бактерій.

Використовується в клінічній медицині як плазмо- і кровозамінники; в біохімічній практиці як гелі для хроматографічного розділення макромолекул (гель-хроматографія).

Пектини (пектинові речовини) – гомополісахариди, основою структури яких є полігалактуронова кислота, що складається із залишків α-D-галактуронової кислоти, об’єднаних 1,4-глікозидними зв’язками.

Пектини надходять в організм людини з рослинними продуктами, використовуються для виготовлення гелів і є основою ряду лікарських препаратів.

Крохмаль – рослинний гомополісахарид

Крохмаль – полісахарид рослин, який синтезується у клітинних органелах (хлоропластах і амінопластах) листків рослин внаслідок процесів фотосинтезу.

Крохмаль накопичується у вигляді зерен різних форм і діаметрів (15 – 33мкм), що характерні для кожного виду і навіть сорту рослин, в зерні, цибулинах, бульбах, листі і стеблинах. Вміст крохмалю в зерні рису досягає 60 – 80% загальної маси, житі – 63, пшениці – 75 – 80%, гречці – 50, бульб картоплі – 12 – 24%.

Складається з двох фракцій – амілози та амілопектину, які становлять 15-20% та 80-85% загальної маси крохмалю, відповідно. Зовнішня оболонка крохмального зерна складається з амілопектину, який утворює оболонку зерна, а внутрішня – з амілози, молекули якої розміщені у певному порядку (зародки кристалічної структури).

У зерні кукурудзи вміст амілози може досягати в складі крохмалю 82%, яблук – до 100%. Молекулярна маса амілози становить у середньому 200тис., амілопектину – 1млн.

Амілоза – лінійний полісахарид

Молекули амілози містять від 200 до 1000 мономерів (залишків глюкози), які сполучені в майже нерозгалужені ланцюги. Чим довші ланцюжки амілози, тим гірше вона розчиняється.

У складі амілози мономери сполучені α-1,4-глікозидними зв’язками. Гомополімери амілози формують спіральні структури, кожен виток яких включає шість молекул глюкози.

Низькомолекулярна амілоза (200-400 залишків глюкози) розчиняється в холодній воді, високомолекулярна амілоза тільки при нагріванні.

Специфічна кольорова реакція на крохмаль з йодом (синє забарвлення) зумовлена включенням молекул йоду в молекулярні канали всередині спіралей амілози.

Амілопектин – розгалужений полісахарид.

Головний ланцюг амілопектину утворений α-1,4-глікозидними зв’язками: розгалуження формуються α-1,6-глікозидними зв’язками. Між точками розгалужень містяться 20-30 глюкозидних мономерів.

В молекулах амілопектину кількість залишків глюкози більша, ніж в амілозі (600-6000) і утворюють вони сильно розгалужені ланцюги.

Амілопектин не розчиняється у воді, проте при нагріванні з водою набухає.

	Крохмаль – суміш двох полісахаридів: амілози (лінійний полісахарид), побудований із залишків α-D-глюкопіранози, що зв’язані 1→ 4-зв’язками. амілопектину (розгалужений полісахарид), де залишки α-D-глюкопіранози сполучені між собою зв’язками 1→4 і 1→6.
	Схеми будови амілози (А) та амілопектину (Б): а – глюкозний залишок з вільним глікозидним гідроксилом (альдегідний початок ланцюга). Пунктиром вказана границя остаточного декстрину, утвореного при ферментативному гідролізі під дією β-амілази.

• Ферментативний гідроліз крохмалю відбувається під дією амілолітичних ферментів групи амілаз.

Розрізняють α-амілазу і β-амілазу.

α-амілаза розщеплює клейстеризований крохмаль в основному до декстринів:

Крохмаль → α-декстрины (багато) + мальтоза (мало) + глюкоза (мало)

У процесі проростання зерна різко зростає активність α-амілази, тому борошно, одержане з пророслого зерна, дає при випіканні поганий хліб з несмачним, нееластичним, недостатньо пористою м’якушкою, що легко заминається. Внаслідок дії амілази зменшується вміст крохмалю, який розщеплюється з утворенням значної кількості розчинних сахаридів. Борошно набуває солодкуватого присмаку, знижується його волого поглинаюча здатність.

Борошно, що було одержане з пророслого зерна, темніше за кольором тому, що утворені при гідролізі крохмалю декстрини взаємодіють з амінокислотами, в результаті чого синтезуються меланоїди – речовини, від яких залежить забарвлення як скоринки, так і м’якушки хліба.

β-амілаза перетворює крохмаль в мальтозу β-конфігурації.

Крохмаль (глікоген) → мальтоза (54-58%) + β-декстрин (42-46%).

Амілази при нагріванні збільшують свою активність, а потім при температурі 70-90⁰С повністю інактивуються.

Кінцеві продукти: глюкоза, мальтоза, декстрини.

Приклади технологічних прийомів і операцій, що супроводжуються ферментативним гідролізом крохмалю:

• при виготовленні дріжджового тіста (утворена мальтоза необхідна для розвитку дріжджів) та випіканні хлібобулочних виробів;

• при виробництві пива (одержання пивного сусла, сушіння солоду);

• при виготовленні квасу;

• у спиртовому виробництві (підготовка сировини для бродіння);

• при виготовленні різних продуктів з крохмалю: патоки, глюкози, цукрових сиропів;

• при варінні картоплі (небажаний процес, так як частина крохмалю гідролізує під впливом ферменту β-амілази, і утворений цукор переходить у відвар, втрачається).

Глікоген (тваринний крохмаль) (С6Н10О5)n – резервний полісахарид тваринного організму, є джерелом хімічної енергії для більшості процесів, що відбуваються в органах, тканинах і клітинах. Після забиття тварин швидко розщеплюється з утворенням D-глюкози і потім перетворюється в лактат. Структура глікогену. За своєю хімічною природою глікоген – розгалужений полісахарид, молекули якого побудовано із залишків α-D-глюкопіранози, що з’єднана в прямі та розгалужені ланцюги за типом 1→4 і 1→6. Одне таке розгалуження припадає на 10 – 14 моносахаридних залишків. Глікоген ‑ білий аморфний порошок, добре розчиняється у воді (утворює колоїдний розчин). З розчином йоду в йодиді калію дає кольорову реакцію, забарвлення якої залежить від ступеня гідролізу (від червоно-фіолетового до червоно-коричневого). Молекула глікогену складається у середньому 2400 – 300000 залишків глюкози. Молекулярна маса – від 400 тис. до 50млн.

Інулін – резервний гомополісахарид рослин. Макромолекули інуліну мають лінійну будову, де залишки β-D-фруктофуранози з’єднані між собою за типом 2→1. Молекулярна маса інуліну не перевищує 6000. Інулін – білий аморфний гігроскопічний порошок, утворює колоїдний розчин, оптично активний. Одержують з сировини екстракцією гарячою водою. Використовують для одержання фруктози і як замінник глюкози для хворих на діабет.

Целюлоза (клітковина) Назва целюлоза виникла від назви рослинних клітин, основною складовою яких є целюлоза. Целюлоза має дуже довгі ланцюги залишків глюкози, сполучені у положеннях 1 та 4 так же, як в молекулі амілози; відрізняється від амілози тим, що глюкоза в целюлозі знаходиться в β-формі, кількість залишків в молекулі целюлози може досягати 12000. Емпірична формула: (С6Н10О5)n Ферментативний гідроліз клітковини (під дією мікробних ферментів целюлози і целобіози) або кислотний гідроліз під дією мінеральних кислот (НСІ, Н2SO4), утворюється β-D - (+) – глюкоза: ( С6Н10О5)n Н2О (С6Н10О5)х m С12Н22О11 n C6H12O6 к літковина амілоїд целобіоза глюкоза Целюлоза дуже стійка до механічних і хімічних дій, розчиняється в мідно аміачному розчині, солянокислих розчинах окремих солей, в концентрованій сірчаній кислоті. Має кристалічні та аморфні області. Зокрема, аморфні області підлягають дії розчинників і хімічних реагентів.

Геміцелюлози – клас полісахаридів, що не засвоюються організмом людини. Клітинні стінки рослин представляють собою комплексну матрицю, що складається з целюлози, лігніну і геміцелюлоз. Геміцелюлози в пекарських виробах виконують роль водоутримуючого агенту. При виготовленні пшеничного тіста вони покращують якість замішування, знижують енергію перемішування, беруть участь у формуванні структури тіста (у формуванні клейковини), що дозволяє створити об’єм хліба. Уповільнюють черствіння хліба. Геміцелюлози утворюють частину неперевареного комплексу, що важливо для перистальтики кишечнику; сприяють видаленню жовчних кислот і знижують рівень холестерину в крові.

Установлено, що харчові волокна, знижують риск кардіологічних захворювань і злоякісних новоутворень прямої кишки, а для хворих на діабет – потребу в інсуліні.

	Фрагмент полігалактуронової кислоти, яка утворює протопектин; метилові ефіри полігалактуронових кислот утворюють пектини.
	D-глюкуронова кислота входить до складу гетерополісахаридів: гіалуронової кислоти, хондроїтинсірчаної кислоти, гепарину. D-галактуронова кислота входить до складу пектинових речовин: протопектину та пектину.
	D-глюкозамін (мономер хітину, що виконує у членистоногих тварин захисні функції), входить до складу гіалуронової кислоти, гепарину (гетерополісахаридів). D-галактозамін (складова частина молекул глікозаміногліканів), входить до складу хондроїтинсірчаної кислоти (гетерополісахарид).

У промисловості пектини получають кислотним або ферментативним гідролізом пектиновмісних речовин. Використовують розчини мінеральних кислот при рН 2 і температурі близько 85⁰С протягом 2-2,5 ч. Потім з розчину після очищення і концентрування видаляють пектин осадженням з етанолу. Осаджений пектин висушують, подрібнюють і стандартизують добавлянням глюкози (декстрози) і солі одновалентного катіона і харчової кислоти (молочної, винної, лимонної), які уповільнюють процес гелеутворення.

Види пектинів:

• Високоетерифіковані пектини (СЭ більше 50%) – яблучний, цитрусовий. Утворюють високо еластичні гелі.

• Низькоетерифіковані пектини (СЭ менше 50%) – буряковий, соняшниковий (з корзинок). Використовують при виготовленні сухих киселів, діабетичних кондитерських виробів. Утворюють різні за консистенцією гелі від високов’язких (не відновлюють початкову форму після деформації) до високо еластичних.

• Комбіновані пектини і з змішаної сировини з різним ступенем етерифікації.

Розчинність пектинів у воді підвищується із збільшенням ступеня етерифікації їх молекул і зменшенням молекулярної маси. Пектова кислота (не містить етерифікованих карбоксильних груп) у воді не розчиняється.

Пектини (розчинні харчові волокна) ‑ фізіологічно цінні харчові добавки (функціональні інгредієнти). Специфічна фізіологічна пектинів пов’язана зі здатністю знижувати рівень холестерину в крові, нормалізувати діяльність шлунково-кишкового тракту, зв’язувати і виводити з організму окремі токсини і важкі метали. Рекомендована норма вживання пектинових речовин в раціоні людини складає 5-6 г.