Полісахариди.

Полісахариди – це природні високомолекулярні речовини, молекули яких складаються з сотень або навіть тисяч залишків моносахаридів, пов’язаних глікозидними зв’язками. Поділяються на гомополісахариди (складаються з однакових залишків моносахаридів) та гетерополісахариди (побудовані з різних залишків моносахаридів). З точки зору функціонального призначення полісахариди можуть бути поділені на дві групи: структурні (целюлоза) та резервні (глікоген у тварин та крохмаль у рослин).

Крохмаль представляє собою суміш двох гомополісахаридів: лінійного – амілози та розгалуженого – амілопектину. Вміст амілози 10 – 30 %, амілопектину 70 – 90 %. Полісахариди крохмалю збудовані із залишків -D-глюкози, що поєднані в амілозі і в лінійних ланцюгах амілопектину -1,4-зв’язками, а в точках розгалуження амілопектину міжланцюговими -1,6-зв’язками. При додаванні йоду амілоза забарвлюється в синій колір, амілопектин – в червоно-фіолетовий. Молекулярна маса крохмалю 10⁵ – 10⁷ Да. Амілоза розчиняється у гарячій воді, амілопектин у воді утворює клейстер. При частковому кислотному гідролізі крохмалю утворюються полісахариди меншого ступеню полімеризації – декстрини, при повному гідролізі – глюкоза. Вміст крохмалю в борошні до 80 %, в картоплі 25%. Деструкція крохмалю, яка починається з набухання та руйнування крохмальних зерен та супроводжується де полімеризацією відбувається при отриманні багатьох харчових продуктів – патоки, глюкози, хлібобулочних виробів, спирту тощо.

НОН₂С

О

НОН₂С

О

НОН₂С

О

ОН

ОН

О

ОН

О

О

О

ОН

ОН

ОН

1 – 4

1 – 4

Амілоза

-D-глюкоза

НОН₂С

О

ОН

ОН

НО

О

О

1 – 6

Н₂С

НОН₂С

НОН₂С

О

О

О

ОН

ОН

О

ОН

О

О

О

1 – 4

1 – 4

ОН

ОН

-D-глюкоза

ОН

Амілопектин

У дозрілому олійному насінні, як правило крохмалю небагато. Виключенням є арахіс та кедровий горіх (до 3 %). Є крохмаль також у насінні сої. Чим менш дозрілим є насіння, тим більше в них міститься крохмалю. При температурі, що наближається до 0 ⁰С картопля стає солодкою, оскільки відбувається процес перетворення крохмалю в цукор. Швидкість проходження цих реакцій визначається температурою. Із її зниженням до 0 ⁰С швидкість синтезу крохмалю зменшується у 20 разів, а швидкість його розпаду лише на 1/3, тому у картоплі збільшується вміст цукру.

Глікоген (тваринний крохмаль) – головний резервний полісахарид вищих тварин та людини, збудований із залишків -D-глюкози. Найбільша його кількість знаходиться в печінці та м’язах. Молекулярна маса10⁵ – 10⁸ Да та більше. Добре розчиняється навіть у холодній воді. Його молекула побудована з розгалужених поліглюкозидних ланцюгів, в яких залишки глюкози з’єднані -1,4-зв’язками, в точках розгалуження є -1,6-зв’язки. По будові близький до амілопектину, але його ланцюги розгалужуються ще сильніше. При гідролізі розщепляється з утворенням спочатку декстринів, потім мальтози, і в кінці – глюкози.Останнім часом у харчовій промисловості широко використовуються модифіковані крохмалі, властивості яких в результаті фізичного, хімічного чи біологічного впливу відрізняються від властивостей звичайних крохмалів. Модифіковані крохмалі використовуються у хлібопекарній, кондитерській галузі.

Целюлоза (клітковина) – найбільш широко розповсюджений структурний полісахарид рослинного світу. Складається з глюкозних залишків, з’єднаних -1,4-зв’язками. Ниткоподібні молекули целюлози, орієнтуючись паралельно одна одній, укладаються у пучки, де між ними виникають водневі зв’язки. Певна кількість пучків з’єднується у волокна. Ці особливості будови і є причиною нерозчинності целюлози у воді і органічних розчинниках, механічної міцності волокон. При частковому гідролізі утворюється дисахарид целобіоза, а при повному – D-глюкоза. Концентрована сірчана кислота перетворює целюлозу на амілоїд (частково гідролізована целюлоза), що використовуються при виготовленні пергаментного паперу. Гідроліз целюлози відбувається з утворенням проміжних сполук і має велике значення у виробництві гідролізного спирту.

Молекулярна маса целюлози – 1 – 2 млн Да. У всіх рослин з неї побудовані клітинні стінки: 20 – 40 % матеріалу клітинної стінки складає саме целюлоза. Крім того целюлоза служить їжею для деяких тварин, бактерій, грибів. Фермент целюлаза, що розщепляє целюлозу до глюкози, порівняно рідко зустрічається в природі. Тому більшість тварин, в тому числі людина, не можуть засвоювати целюлозу. Разом з тим відомо, що присутність оптимальної кількості клітковини в їжі сприяє формуванню калу. При повному виключенні клітковини з їжі порушується формування калових мас. У жуйних тварин (корови) в кишечнику знаходяться бактерії, які переварюють целюлозу.

Промислове значення целюлози – з неї виготовляють бавовняні тканини та папір. В чистому вигляді целюлоза відома у вигляді вати та фільтрувального паперу.

В ядрі насіння соняшника до 2 % целюлози, насіння бавовни – 2,17%. У соняшниковому лушпинні – 40 % целюлози.

Геміцелюлоза (напівклітковина) – велика група високомолекулярних полісахаридів, що не розчиняються у воді, але розчинні у лужних розчинах. Містяться в значній кількості у одерев’янілих частинах рослин: соломі, насінні, горіхах, деревині, кукурудзяних стрижнях. Гідролізуються кислотами легше, ніж клітковина. Утворюють маннозу, галактозу, арабінозу, ксилозу.

Ферменти, що каталізують гідроліз геміцелюлоз – геміцелюлази. Знайдені у пророслому насінні та пліснявих грибах (Aspergillus niger).

В лушпинні соняшника геміцелюлоз – 28 – 30 %, бавовниковій оболонці – 24 – 26 %.

Окрім целюлози та геміцелюлози оболонки насіння містять лігнін.

Лігнін – аморфна речовина, невелика частина якої розчиняють у органічних розчинниках. За хімічною природою – полімер фенольної природи. Він не є індивідуальною сполукою, а інкрустує целюлозні фібрили і цим бере участь у створенні опірних елементів рослинних тканин. Мікроорганізми набагато краще переробляють рослинні відходи, що містять целюлозу, якщо вони звільнені від лігніну. Лігнін може бути переведений у розчинний стан обробкою деревини гідросульфітом та сірчистою кислотою. На цьому базується спосіб видалення лігніну з деревини, що йде на приготування целюлози та паперової маси, як відхід утворюються сульфітні луги.

Лігнін використовують як паливо, у ливарному виробництві для виготовлення формовочних сумішей, намагаються використовувати як субстрат. На сульфітних лугах можливо вирощувати м/о для отримання мікробного білка.

Лігнін дуже стійкий по відношенню до мікроорганізмів, лиш деякі з них і повільно руйнують лігнін.

Слизі та гумі – це розчинні у воді вуглеводи, що утворюють дуже в’язкі та клейкі розчини. Представники – гумі, що виділяються у вигляді напливів вишневими, сливовими чи мигдальними деревами у місцях пошкодження гілок чи стовбурів. Слизі містяться у великій кількості у насінні льону та зерні жита. Їх наявність пояснює високу в’язкість відвару з насіння льону, яка використовується у медицині або водної болтушки житнього борошна. Гумі складаються з галактози, занози, арабінози тощо; слизі – з пентозанів. В’язкість гумів та слизів значно вище в’язкості розчинів желатини, крохмального клейстеру.

Міцні панцирі, скелети раків, крабів, омарів, а також багатьох комах збудовані з полісахарида хітину – лінійного полімеру, що утворений залишками N-ацетил-D-глюкозаміну, які з’єднуються -зв’язками. Хітиновий каркас у омарів та крабів посилений за рахунок включення карбонату кальцію.

Пектинові речовини – це високомолекулярні сполуки вуглеводної природи, що містяться у великій кількості в ягодах, фруктах, клубнях та стеблах рослин. У рослинах пектинові речовині присутні у вигляді нерозчинного протопектину, що представляє собою сполуки метоксильованої полігалактуронової кислоти з галактаном (полімер галактози) або арабаном клітинної стінки. Дозрівання та зберігання плодів характеризується перетворенням протопектину у розчинний пектин.

ОН

ОН

Н

СOO-CH₃

О

ОН

ОН

НО

О

СOO-CH₃

ОН

ОН

Н

СOO-CH₃

О

О

О

О

Метоксильована полігалактуронова кислота

Найбільший вміст пектинових речовин у моркві, цукровому буряку, абрикосах, чорній смородині. Важлива властивість пектину – здатність утворювати драглі у присутності кислоти та цукрів, що використовується у кондитерській промисловості при виробництві желе, джемів, мармеладу, пастіли.

Пектинові речовини розщеплюються під впливом ряду ферментів. Такі ферментні препарати отримують зазвичай з пліснявих грибів. Ці препарати застосовують у харчовій промисловості для освітлення соків та підвищення їх виходу, для освітлення плодових та виноградних вин, які містять велику кількість розчинного пектину, що затруднює фільтрування та є причиною недостатньої прозорості вин.

Пектинові речовини можуть розкладатись особливими бактеріями, наприклад, Clostridium pectinovorum (анаеробна спороутворююча паличка, спори в ній утворюються на кінці, тому має форму “барабанної” палички). Бактерії, що зброджують пектинові речовини, обумовлюють процес мочки прядильних рослин (льон, конопля тощо).

При водяній мочці стебла льону занурюють у воду. Процес полягає у тому, що під впливом м/о, що виділяють ферменти, відбувається відділення волокон одне від одного. При росяній мочці (коли льон розстилають восени по поверхні грунту) процес проходить вже не в анаеробних, а в аеробних умовах. Головну роль при цьому підіграють вже не бактерії, а гриби роду Botridis, аспергилові гриби Asp. Niger, Asp. Awamory.

Глікозаміноглікани (мукополісахариди) – це лінійні нерозгалужені полімери, що побудовані з повторення них одиниць. В організмі вони зв’язані з білками, тому називаються протеогліканами. До їх складу обов’язково входять залишки мономеру або глюкозаміну або галактозаміну. Другим головним мономером дисахаридних одиниць є або D-глюкуронова або L-ідуронова кислота.Назва “муко” вказує на те, що ці полісахариди були вперше отримані з муцину слизької змазуючої речовини, що міститься в слизу. Протеоглікани містяться в хрящах, сухожиллях, шкірі. Представники: гіалуронова кислоти, гепарин тощо.