служат основным источником энергии. Примерно 60% энергии организм получает за счет углеводов, остальную часть - за счет белков и жиров. Углеводы содержатся преимущественно в продуктах растительного происхождения.
В зависимости от сложности строения, растворимости, быстроты усвоения углеводы пищевых продуктов делятся на:
простые углеводы - моносахариды (глюкоза, фруктоза, галактоза), дисахариды (сахароза, лактоза);
сложные углеводы - полисахариды (крахмал, гликоген, пектиновые вещества, клетчатка).
Простые углеводы легко растворяются в воде и быстро усваиваются. Они обладают выраженным сладким вкусом и относятся к сахарам.
Простые углеводы. Моносахариды.
Моносахариды - самый быстрый и качественный источник энергии для процессов, происходящих в клетке.
Глюкоза - наиболее распространенный моносахарид. Она содержится во многих плодах и ягодах, а также образуется в организме в результате расщепления дисахаридов и крахмала пищи. Глюкоза наиболее быстро и легко используется в организме для образования гликогена, для питания тканей мозга, работающих мышц (в том числе и сердечной мышцы), для поддержания необходимого уровня сахара в крови и создания запасов гликогена печени. Во всех случаях при большом физическом напряжении глюкоза может использоваться как источник энергии.
Фруктоза обладает теми же свойствами, что и глюкоза, и может рассматриваться как ценный, легкоусвояемый сахар. Однако она медленнее усваивается в кишечнике и, поступая в кровь, быстро покидает кровяное русло. Фруктоза в значительном количестве (до 70 - 80%) задерживается в печени и не вызывает перенасыщение крови сахаром. В печени фруктоза более легко превращается в гликоген по сравнению с глюкозой. Фруктоза усваивается лучше сахарозы и отличается большей сладостью. Высокая сладость фруктозы позволяет использовать меньшие ее количества для достижения необходимого уровня сладости продуктов и таким образом снизить общее потребление сахаров, что имеет значение при построении пищевых рационов ограниченной калорийности. Основными источниками фруктозы являются фрукты, ягоды, сладкие овощи.
Основными пищевыми источниками глюкозы и фруктозы служит мед: содержание глюкозы достигает 36.2%, фруктозы - 37.1%. В арбузах весь сахар представлен фруктозой, количество которой составляет 8%. В семечковых преобладает фруктоза, а в косточковых (абрикосы, персики, сливы) - глюкоза.
Галактоза является продуктом расщепления основного углевода молока - лактозы. Галактоза в свободном виде в пищевых продуктах не встречается.
Простые углеводы. Дисахариды.
Из дисахаридов в питании человека основное значение имеет сахароза, которая при гидролизе распадается на глюкозу и фруктозу.
Сахароза. Важнейший пищевой источник ее тростниковый и свекловичный сахар. Содержание сахарозы в сахаре-песке составляет 99.75%. Натуральными источниками сахарозы являются бахчевые, некоторые овощи и фрукты. Попадая в организм, она легко разлагается на моносахариды. Но это возможно, если мы потребляем сырой свекольный или тростниковый сок. Обыкновенный сахар имеет на много более сложный процесс усвоения.
Это важно! Избыток сахарозы оказывает влияние на жировой обмен, усиливая жирообразование. Установлено, что при избыточном поступлении сахара усиливается превращение в жир всех пищевых веществ (крахмала, жира, пищи, частично и белка). Таким образом, количество поступающего сахара может служить в известной степени фактором, регулирующим жировой обмен. Обильное потребление сахара приводит к нарушению обмена холестерина и повышению его уровня в сыворотке крови. Избыток сахара отрицательно сказывается на функции кишечной микрофлоры. При этом повышается удельный вес гнилостных микроорганизмов, усиливается интенсивность гнилостных процессов в кишечнике, развивается метеоризм. Установлено, что в наименьшей степени эти недостатки проявляются при потреблении фруктозы.
Лактоза (молочный сахар) - основной углевод молока и молочных продуктов. Ее роль весьма значительна в раннем детском возрасте, когда молоко служит основным продуктом питания. При отсутствии или уменьшении фермента лактозы, расщепляющей лактозу до глюкозы и галактозы, в желудочно-кишечном тракте наступает непереносимость молока.
Сложные углеводы. Полисахариды.
Сложные углеводы, или полисахариды, характеризуются усложненным строением молекулы и плохой растворимостью в воде. К сложным углеводам относятся крахмал, гликоген, пектиновые вещества и клетчатка.
Мальтоза (солодовый сахар) - промежуточный продукт расщепления крахмала и гликогена в желудочно-кишечном тракте. В свободном виде в пищевых продуктах она встречается в меде, солоде, пиве, патоке и проросшем зерне.
Крахмал - важнейший поставщик углеводов. Он образуется и накапливается в хлоропластах зеленых частей растения в форме маленьких зернышек, откуда путем гидролизных процессов переходит в водорастворимые сахара, которые легко переносятся через клеточные мембраны и таким образом попадают в другие части растения, в семена, корни, клубни и другие. В организме человека крахмал сырых растений постепенно распадается в пищеварительном тракте, при этом распад начинается еще во рту. Слюна во рту частично превращает его в мальтозу. Вот почему хорошее пережевывание пищи и смачивание ее слюной имеет исключительно важное значение. Старайтесь в своем питании чаще использовать продукты, содержащие естественную глюкозу, фруктозу и сахарозу. Наибольшее количество сахара содержится в овощах, фруктах и сухофруктах, а также проросшем зерне.
Крахмал имеет основное пищевое значение. Высоким его содержанием в значительной степени обуславливается пищевая ценность зерновых продуктов. В пищевых рационах человека на долю крахмала приходится около 80% общего количества потребляемых углеводов. Превращение крахмала в организме в основном направлено на удовлетворение потребности в сахаре.
Гликоген в организме используется в качестве энергетического материала для питания работающих мышц, органов и систем. Восстановление гликогена происходит путем его его ресинтеза за счет глюкозы.
Пектины относятся к растворимым веществам, усваивающимися в организме. Современными исследованиями показано несомненное значение пектиновых веществ в питании здорового человека, а также возможность использовать их с терапевтической целью при некоторых заболеваниях преимущественно желудочно-кишечного тракта.
Клетчатка по химической структуре весьма близка к полисахаридам. Высоким содержанием клетчатки характеризуются зерновые продукты. Однако помимо общего количества клетчатки, важное значение имеет ее качество. Менее грубая, нежная клетчатка хорошо расщепляется в кишечнике и лучше усваивается. Такими свойствами обладает клетчатка картофеля и овощей. Клетчатка способствует выведению из организма холестерина.
Потребность в углеводах определяется величиной энергетических затрат. Средняя потребность в углеводах для тех, кто не занят тяжелым физическим трудом, 400 - 500 г. в сутки. У спортсменов по мере увеличения интенсивности и тяжести физических нагрузок потребность в углеводах увеличивается и может возрастать до 800 г в сутки.
Это важно! Способность углеводов быть высокоэффективным источником энергии лежит в основе их сберегающего белок действия. При поступлении с пищей достаточного количества углеводов аминокислоты лишь в незначительной степени используются в организме как энергетический материал. Хотя углеводы не принадлежат к числу незаменимых факторов питания и могут образовываться в организме из аминокислот и глицерина, минимальное количество углеводов суточного рациона не должно быть ниже 50 - 60г., чтобы избежать кетоза, кислого состояния крови, которое может развиться, если для образования энергии используются преимущественно запасы жира. Дальнейшее снижение количества углеводов ведет к резким нарушениям метаболических процессов.
Если употреблять слишком много углеводов, больше, чем организм может преобразоваться в глюкозу или гликоген, то в результате, это ведет к ожирению. Когда телу нужно больше энергии, то жир преобразуется обратно в глюкозу, и вес тела снижается. При построении пищевых рационов чрезвычайно важно не только удовлетворить потребности человека в необходимом количестве углеводов, но и подобрать оптимальные соотношения качественно различных типов углеводов. Наиболее важно учитывать соотношение в рационе легкоусвояемых углеводов (сахаров) и медленно всасывающихся (крахмал, гликоген).
При поступлении с пищей значительных количеств сахаров они не могут полностью откладываться в виде гликогена, и их избыток превращается в триглицериды, способствуя усиленному развитию жировой ткани. Повышенное содержание в крови инсулина способствует ускорению этого процесса, поскольку инсулин оказывает мощное стимулирующее действие на жироотложение.
В отличие от сахаров крахмал и гликоген медленно расщепляются в кишечнике. Содержание сахара в крови при этом нарастает постепенно. В связи с этим целесообразно удовлетворять потребности в углеводах в основном за счет медленно всасывающихся углеводов. На их долю должно приходиться 80 - 90% от общего количества потребляемых углеводов. Ограничение легкоусвояемых углеводов приобретает особое значение для тех, кто страдает атеросклерозом, сердечно-сосудистыми заболеваниями, сахарным диабетом, ожирением.
Будет здорово, если вы напишете комментарий:Комментарии:
Органические соединения, которые являются основным источником энергии, называются углеводами. Чаще всего сахара встречаются в пище растительного происхождения. Дефицит углеводов может вызвать нарушение работы печени, а их избыток вызывает повышение уровня инсулина. Поговорим о сахарах подробнее.
Что такое углеводы?
Это органические соединения, которые содержат карбонильную группу и несколько гидроксильных. Они входят в состав тканей организмов, а также являются важным компонентом клеток. Выделяют моно -, олиго - и полисахариды, а также более сложные углеводы, такие как гликолипиды, гликозиды и другие. Углеводы являются продуктом фотосинтеза, а также основным исходным веществом биосинтеза других соединений в растениях. Благодаря большому разнообразию соединений данный класс способен играть многоплановые роли в живых организмах. Подвергаясь окислению, углеводы обеспечивают энергией все клетки. Они участвуют в становлении иммунитета, а также входят в состав многих клеточных структур.
Виды сахаров
Органические соединения делятся на две группы - простые и сложные. Углеводы первого типа - моносахариды, которые содержат карбонильную группу и представляют собой производные многоатомных спиртов. Ко второй группе принадлежат олигосахариды и полисахариды. Первые состоят их остатков моносахаридов (от двух до десяти), которые соединены гликозидной связью. Вторые могут содержать в своем составе и сотни и даже тысячи мономеров. Таблица углеводов, которые чаще всего встречаются, выглядит следующим образом:
- Глюкоза.
- Фруктоза.
- Галактоза.
- Сахароза.
- Лактоза.
- Мальтоза.
- Раффиноза.
- Крахмал.
- Целлюлоза.
- Хитин.
- Мурамин.
- Гликоген.
Список углеводов обширен. Остановимся на некоторых из них подробнее.
Простая группа углеводов
В зависимости от места, которое занимает карбонильная группа в молекуле, различают два вида моносахаридов - альдозы и кетозы. У первых функциональной группой является альдегидная, у вторых - кетонная. В зависимости от числа углеродных атомов, входящих в молекулу, складывается название моносахарида. Например, альдогексозы, альдотетрозы, кетотриозы и так далее. Эти вещества чаще всего не имеют цвета, плохо растворимы в спирте, но хорошо в воде. Простые углеводы в продуктах - твердые, не гидролизуются при переваривании. Некоторые из представителей обладают сладким вкусом.
Представители группы
Что относится к углеводам простого строения? Во-первых, это глюкоза, или альдогексоза. Она существует в двух формах - линейной и циклической. Наиболее точно описывает химические свойства глюкозы - это вторая форма. Альдогексоза содержит шесть атомов углерода. Вещество не имеет цвета, но зато сладкое на вкус. Отлично растворяется в воде. Встретить глюкозу можно практически везде. Она существует в органах растений и животных организмах, а также во фруктах. В природе альдогексоза образуется в процессе фотосинтеза.
Во-вторых, это галактоза. Вещество отличается от глюкозы расположением в пространстве гидроксильной и водородной групп у четвертого атома углерода в молекуле. Обладает сладким вкусом. Она встречается в животных и растительных организмах, а также в некоторых микроорганизмах.
И третий представитель простых углеводов - фруктоза. Вещество является самым сладким сахаром, полученным в природе. Она присутствует в овощах, фруктах, ягодах, меде. Легко усваивается организмом, быстро выводится из крови, что обуславливает ее применение больными сахарным диабетом. Фруктоза содержит мало калорий и не вызывает кариес.
Продукты, богатые простыми сахарами
- 90 г - кукурузный сироп.
- 50 г - сахара-рафинад.
- 40,5 г - мед.
- 24 г - инжир.
- 13 г - курага.
- 4 г - персики.
Суточное употребление данного вещества не должно превышать 50 г. Что касается глюкозы, то в этом случае соотношение будет немного другое:
- 99,9 г - сахар-рафинад.
- 80,3 г - мед.
- 69,2 г - финики.
- 66,9 г - перловая крупа.
- 61,8 г - овсяные хлопья.
- 60,4 г - гречка.
Чтобы рассчитать суточное употребление вещества, необходимо вес умножить на 2,6. Простые сахара обеспечивают энергией человеческий организм и помогают справляться с разными токсинами. Но нельзя забывать, что при любом употреблении должна быть мера, иначе серьезные последствия не заставят долго ждать.
Олигосахариды
Наиболее часто встречающимся видом в данной группе являются дисахариды. Что такое углеводы, содержащие несколько остатков моносахаридов? Они представляют собой гликозиды, содержащие мономеры. Моносахариды связаны между собой гликозидной связью, которая образуется в результате соединения гидроксильных групп. Исходя из строения дисахариды делятся на два виды: восстанавливающие и не восстанавливающие. К первому относится мальтоза и лактоза, а ко второму сахароза. Восстанавливающий тип обладает хорошей растворимостью и имеет сладкий вкус. Олигосахариды могут содержать более двух мономеров. Если моносахариды одинаковые, то такой углевод относится к группе гомополисахаридов, а если разные, то к гетерополисахаридов. Примером последнего типа является трисахарид раффиноза, которая содержит остатки глюкозы, фруктозы и галактозы.
Лактоза, мальтоза и сахароза
Последнее вещество хорошо растворяется, имеет сладкий вкус. Сахарный тростник и свекла являются источником получения дисахарида. В организме при гидролизе сахароза распадается на глюкозу и фруктозу. Дисахарид в больших количествах содержится в сахаре-рафинаде (99,9 г на 100 г продукта), в черносливе (67,4 г), в винограде (61,5 г) и в других продуктах. При избыточном поступлении этого вещества увеличивается способность превращаться в жир практически всех пищевых веществ. Также повышается уровень холестерина в крови. Большое количество сахарозы негативно влияет на кишечную флору.
Молочный сахар, или лактоза, содержится в молоке и его производных. Углевод расщепляется до галактозы и глюкозы благодаря специальному ферменту. Если его в организме нет, то наступает непереносимость молока. Солодовый сахар или мальтоза является промежуточным продуктом распада гликогена и крахмала. В пищевых продуктах вещество встречается в солоде, патоке, меде и проросших зернах. Состав углеводов лактозы и мальтозы представлен остатками мономеров. Только в первом случае ими являются D-галактоза и D-глюкоза, а во втором вещество представлено двумя D-глюкозами. Оба углевода являются восстанавливающимися сахарами.
Полисахариды
Что такое углеводы сложные? Они отличаются друг от друга по нескольким признакам:
1. По строению мономеров, включенных в цепь.
2. По порядку нахождения моносахаридов в цепи.
3. По типу гликозидных связей, которые соединяют мономеры.
Как и у олигосахаридов, в данной группе можно выделить гомо -, и гетерополисахариды. К первой относятся целлюлоза и крахмал, а ко второй - хитин, гликоген. Полисахариды являются важным источником энергии, который образуется в результате обмена веществ. Они участвуют в иммунных процессах, а также в сцеплении клеток в тканях.
Список сложных углеводов представлен крахмалом, целлюлозой и гликогеном, их мы рассмотрим подробнее. Одним из главных поставщиков углеводов является крахмал. Это соединения, которые включают сотни тысяч остатков глюкозы. Углевод рождается и хранится в виде зернышек в хлоропластах растений. Благодаря гидролизу крахмал переходит в водорастворимые сахара, что способствует свободному перемещению по частям растения. Попадая в человеческий организм, углевод начинает распадаться уже во рту. В наибольшем количестве крахмал содержат зерна злаков, клубни и луковицы растений. В рационе на его долю приходится около 80% всего количества употребляемых углеводов. Наибольшее количество крахмала, в расчете на 100 г продукта, содержится в рисе - 78 г. Чуть меньше в макаронах и пшене - 70 и 69 г. Сто грамм ржаного хлеба включает в себя 48 г крахмала, а в той же порции картофеля его количество достигает лишь 15 г. Суточная потребность человеческого организма в данном углеводе равна 330-450 г.
Зерновые продукты также содержат клетчатку или целлюлозу. Углевод входит в состав клеточных стенок растений. Его вклад равен 40-50 %. Человек не способен переварить целлюлозу, так нет необходимого фермента, который бы осуществлял процесс гидролиза. Но мягкий тип клетчатки, например, картофеля и овощей, способен хорошо усваиваться в пищеварительном тракте. Каково содержание данного углевода в 100 г еды? Ржаные и пшеничные отруби являются самыми богатыми клетчаткой продуктами. Их содержание достигает 44 г. Какао-порошок включает 35 г питательного углевода, а сухие грибы лишь 25. Шиповник и молотый кофе содержат 22 и 21 г. Одними из самых богатых на клетчатку фруктов являются абрикос и инжир. Содержание углевода в них достигает 18 г. В сутки человеку нужно съедать целлюлозы до 35 г. Причем наибольшая потребность в углеводе наступает в возрасте от 14 до 50 лет.
В роле энергетического материала для хорошей работы мышц и органов используется полисахарид гликоген. Пищевого значения он не имеет, так как содержание его в еде крайне низкое. Углевод иногда называют животным крахмалом из-за схожести в строении. В данной форме в животных клетках хранится глюкоза (в наибольшем количестве в печени и мышцах). В печени у взрослых людей количество углевода может достигать до 120 г. Лидером по содержанию гликогена являются сахар, мед и шоколад. Также большим содержанием углевода могут «похвастаться» финики, изюм, мармелад, сладкая соломка, бананы, арбуз, хурма и инжир. Суточная норма гликогена равна 100 г в сутки. Если человек интенсивно занимается спортом или выполняет большую работу, связанную с умственной деятельностью, количество углевода должно быть увеличено. Гликоген относится к легко усваиваемым углеводам, которые хранятся про запас, что говорит о его использовании только в случае недостатка энергии от других веществ.
К полисахаридам также относятся следующие вещества:
1. Хитин. Он входит в состав роговых оболочек членистоногих, присутствует в грибах, низших растениях и в беспозвоночных животных. Вещество играет роль опорного материала, а также выполняет механические функции.
2. Мурамин. Он присутствует в качестве опорно-механического материала клеточной стенки бактерий.
3. Декстраны. Полисахариды выступают как заменители плазмы крови. Их получают путем воздействия микроорганизмов на раствор сахарозы.
4. Пектиновые вещества. Находясь вместе с органическими кислотами, могут образовывать желе и мармелад.
Белки и углеводы. Продукты. Список
Человеческий организм нуждается в определенном количестве питательных веществ каждый день. Например, углеводов необходимо употреблять в расчете 6-8 г на 1 кг массы тела. Если человек ведет активный образ жизни, то количество будет увеличиваться. Углеводы в продуктах содержатся практически всегда. Составим список их присутствия на 100 г пищи:
- Наибольшее количество (более 70 г) содержатся в сахаре, мюслях, мармеладе, крахмале и рисе.
- От 31 до 70 г - в мучных и кондитерских изделиях, в макаронах, крупах, сухофруктах, фасоли и горохе.
- От 16 до 30 г углеводов содержат бананы, мороженое, шиповник, картофель, томатная паста, компоты, кокос, семечки подсолнечника и орехи кешью.
- От 6 до 15 г - в петрушке, укропе, свекле, моркови, крыжовник, смородина, бобах, фруктах, орехах, кукурузе, пиве, семечках тыквы, сушеных грибах и так далее.
- До 5 г углеводов содержится в зеленом луке, томатах, кабачках, тыквах, капусте, огурцах, клюкве, в молочных продуктах, яйцах и так далее.
Питательного вещества не должно поступать в организм меньше 100 г в сутки. В противном случае клетка не будет получать положенную ей энергию. Головной мозг не сможет выполнять свои функции анализа и координации, следовательно, мышцы не будут получать команды, что в итоге приведет к кетозу.
Что такое углеводы, мы рассказали, но, помимо них, незаменимым веществом для жизни являются белки. Они представляют собой цепочку аминокислот, связанных пептидной связью. В зависимости от состава белки различаются по своим свойствам. Например, эти вещества исполняют роль строительного материала, так как каждая клетка организма включает их в свой состав. Некоторые виды белков являются ферментами и гормонами, а также источником энергии. Они оказывают влияние на развитие и рост организма, регулируют кислотно-щелочной и водный баланс.
Таблица углеводов в еде показала, что в мясе и в рыбе, а также в некоторых видах овощей их число минимально. А каково содержание белков в пище? Самым богатым продуктом является желатин пищевой, на 100 г в нем содержится 87,2 г вещества. Далее идет горчица (37,1 г) и соя (34,9 г). Соотношение белков и углеводов в суточном употреблении на 1 кг веса должно быть 0,8 г и 7 г. Для лучшего усвоения первого вещества необходимо принимать пищу, в которой он принимает легкую форму. Это касается белков, которые присутствуют в кисломолочных продуктах и в яйцах. Плохо сочетаются в одном приеме пищи белки и углеводы. Таблица по раздельному питанию показывает, каких вариаций лучше избегать:
- Рис с рыбой.
- Картофель и курица.
- Макароны и мясо.
- Бутерброды с сыром и ветчиной.
- Рыба в панировке.
- Ореховые пирожные.
- Омлет с ветчиной.
- Мучное с ягодами.
- Дыню и арбуз нужно есть отдельно за час до основного приема пищи.
Хорошо сочетаются:
- Мясо с салатом.
- Рыба с овощами или на гриле.
- Сыр и ветчина по отдельности.
- Орехи в целом виде.
- Омлет с овощами.
Правила раздельного питания основаны на знаниях законов биохимии и информации о работе ферментов и пищевых соков. Для хорошего пищеварения любой вид еды требует индивидуального набора желудочных жидкостей, определенного количества воды, щелочную или кислотную среду, а также присутствие или отсутствие энзимов. Например, кушанье, насыщенное углеводами, для лучшего переваривания требует пищеварительного сока с щелочными ферментами, которые расщепляют данные органические вещества. А вот еда, богатая белками, уже требует кислых энзимов... Соблюдая нехитрые правила соответствия продуктов, человек укрепляет свое здоровье и поддерживает постоянный вес, без помощи диет.
«Плохие» и «хорошие» углеводы
«Быстрые» (или «неправильные») вещества - соединения, которые содержат небольшое число моносахаридов. Такие углеводы способны быстро усваиваться, повышать уровень сахара в крови, а также увеличивать количество выделяемого инсулина. Последний снижает уровень сахара крови, путем превращения его в жир. Употребление углеводов после обеда для человека, который следит за своим весом, представляет наибольшую опасность. В это время организм наиболее предрасположен к увеличению жировой массы. Что именно содержит неправильные углеводы? Продукты, список которых представлен ниже:
1. Кондитерские изделия.
3. Варенье.
4. Сладкие соки и компоты.
7. Картофель.
8. Макароны.
9. Белый рис.
10. Шоколад.
В основном это продукты, не требующие долгого приготовления. После такой еды необходимо много двигаться, иначе лишний вес даст о себе знать.
«Правильные» углеводы содержат более трех простых мономеров. Они усваиваются медленно и не вызывают резкого подъема сахара. Данный вид углеводов содержит большое количество клетчатки, которая практически не переваривается. В связи с этим человек долго остается сытым, для расщепления такой пищи требуется дополнительная энергия, кроме того, происходит естественное очищение организма. Составим список сложных углеводов, а точнее, продуктов, в которых они встречаются:
- Хлеб с отрубями и цельнозерновой.
- Гречневая и овсяная каши.
- Зеленые овощи.
- Макароны из грубого помола.
- Грибы.
- Горох.
- Красная фасоль.
- Помидоры.
- Молочные продукты.
- Фрукты.
- Горький шоколад.
- Ягоды.
- Чечевица.
Для подержания себя в хорошей форме нужно больше есть «хороших» углеводов в продуктах и как можно меньше «плохих». Последние лучше принимать в первую половину дня. Если нужно похудеть, то лучше исключить употребление "неправильных" углеводов, так как при их использовании человек получает пищу в большем объеме. "Правильные" питательные вещества низкокалорийные, они способны надолго оставлять ощущение сытости. Это не означает полный отказ от "плохих» углеводов, а лишь только их разумное употребление.
Белые кристаллы, хорошо растворимые в воде и обладающие приятным сладким вкусом - что это? Речь идет о знакомых каждому человеку углеводах - фруктозе, глюкозе или сахарозе. этого класса, именуемые полисахаридами, свойства которых мы рассмотрим в нашей статье, имеют признаки, которые не характерны для моно- или олигосахаридов.
Например, крахмал, употребляемый в пищу, представляет собой аморфное соединение, не растворяющееся в воде. Его коллоидный раствор не имеет сладкого вкуса, а химическая характеристика в корне отличается от простых углеводов. Какие вещества относятся к полисахаридам (кроме крахмала)? Целлюлоза - еще один сложный углевод. Он более известен как древесина. Несъедобное, абсолютно нерастворимое в воде вещество, однако имеет такую же молекулярную формулу (С 5 H 10 O 5) n , что и крахмал. Чем это можно объяснить? Давайте разберемся.
Как строение вещества влияет на его свойства
Полисахариды: крахмал, целлюлоза, гликоген, представляют собой гигантские макромолекулы, состоящие из многократно повторяющихся однотипных звеньев - мономеров. Они могут быть представлены молекулами, например, глюкозы, имеющими циклическое строение. В то же время глюкоза, представленная индивидуальным веществом, имеет открытую форму углеродного скелета. Пространственная форма ее молекулы и обуславливает хорошую растворимость в воде, сладкий вкус и кристаллическое строение вещества. Полисахариды, формула которых (C 5 H 10 O 5) n - это крахмал и целлюлоза. Являясь изомерами, соединения имеют различное строение не только самих полимерных цепей, но и структурных элементов - частицы глюкозы. Все влияет на свойства крахмала и целлюлозы, отличающиеся друг от друга.
Какие вещества относятся к полисахаридам
Кроме крахмала и целлюлозы, наиболее распространенных у растений, можно назвать сложные углеводы, входящие в состав организмов человека, животных, насекомых или грибов. Это гликоген и хитин. Животный крахмал гликоген является запасным энергетическим соединением. Оно синтезируется при избытке глюкозы клетками печени и мышц высших млекопитающих в процессах ассимиляции. В периоды дефицита пищи или при сильных физических или эмоциональных нагрузках гликоген расщепляется до глюкозы. Она поступает в кровь и поставляется к клеткам в качестве основного энергетического материала. Хитин - это структурный углевод, служащий основой внешнего скелета беспозвоночных животных. Он также входит в состав клеточных стенок грибов и покровов ракообразных, пауков, клещей и насекомых.
Характеристика крахмала
В составе полимера, являющегося основным продуктом фотосинтетической деятельности растений, входит циклическая альфа-глюкоза. Сам же процесс фотосинтеза можно выразить так:
Уравнение реакции фотосинтеза: 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2
Крахмал содержит молекулы циклической альфа-глюкозы. Это сложный углевод, имеющий вид белого порошка, в горячей воде он превращается в клейстер - коллоидный раствор, в холодной же воде остается практически нерастворимым. При употреблении в пищу картофеля, хлеба, риса и других крахмалосодержащих продуктов в ротовой полости, желудке и двенадцатиперстной кишке происходит расщепление полисахарида. Этот процесс называют гидролизом, он происходит под действием фермента - амилазы. Продукты реакции - молекулы глюкозы:
(С6Н10О5)n + n H2O→ n C6H12O6
В растениях могут синтезироваться и другие полисахариды, формула и молекулы которых содержат остатки не глюкозы, а D-фруктозы, например, инулин. Его содержат корни цикория или георгина. Вещество применяют в качестве заменителя сахара при заболеваниях поджелудочной железы.
Целлюлоза
Говоря о том, какие вещества относятся к полисахаридам, мы упоминали растительный полимер - целлюлозу. Она имеет такую же молекулярную формулу, что и крахмал, yj характеризуется другими свойствами. Все дело в строении макромолекул целлюлозы. Ее мономеры - это частицы циклической бета-глюкозы, а относительная молекулярная масса составляет несколько миллионов. Это значительно превосходит данный показатель у крахмала, чей молекулярный вес равен приблизительно 100000 а.е.м. Гидролиз древесины в присутствии кислот и при нагревании приводит к получению глюкозы, а из нее - больших объемов этилового спирта.
Нитрование целлюлозы - это путь к получению сложного эфира - тринитрата целлюлозы. Он является исходным веществом в производстве пороха. Сырую гидролизом отходов деревообрабатывающей промышленности, используют в качестве добавки в корм в животноводстве.
В нашей статье мы выяснили, какие вещества относятся к полисахаридам, а также изучили их свойства и области применения в промышленности.
Полисахариды 2-го порядка (полиозы). Большая часть углеводов, входящих в группу полисахаридов 2-го порядка, представляет собой вещества с большой молекулярной массой, дающие коллоидные растворы. При изучении химической природы высокомолекулярных полисахаридов очень трудным является получение их в чистом виде. Перегонка этих веществ с целью их очистки невозможна, а ряд других веществ, в частности минеральные соли и белки, присутствующие в растениях, затрудняют получение чистых препаратов этих углеводов. При изучении химического строения полисахаридов 2-го порядка очень большую роль сыграли методы введения в их молекулу различных органических радикалов, например метильного СН3- или ацетильного СНЗ-СО-. Метилирование и ацетилирование, проводимые в мягких условиях, позволяют получать препараты метильных и ацетильных производных высокомолекулярных полисахаридов большей чистоты, чем исходные вещества. Вместе с тем введение метильных или ацетильных радикалов в молекулу полисахарида сильно облегчает определение структуры входящих в его состав моносахаридов, а также химической природы связей, соединяющих остатки молекул отдельных моносахаридов. Весьма важным методом изучения высокомолекулярных полисахаридов является их частичный кислотный или ферментативный гидролиз; с помощью мягкого кислотного гидролиза было показано, что целлобиоза - основная структурная единица клетчатки. С помощью ферментов было установлено, что мальтоза представляет собой основной «строительный кирпичик» крахмала.
Высокомолекулярные углеводы чрезвычайно важны в обмене веществ у растений и животных, в питании животных и человека, в ряде отраслей промышленности. Так, крахмал является запасным углеводом растений, составляющим большую часть веществ, входящих в состав многих важнейших пищевых продуктов: муки, хлеба, картофеля и круп. Пектиновые вещества содержатся в большом количестве во фруктах, ягодах, стеблях (лен) и корнеплодах (сахарная свекла) и играют важную роль при промышленной переработке всех этих продуктов растительного происхождения. Клетчатка не усваивается желудочно-кишечным трактом человека, но она имеет огромное промышленное значение. Из клетчатки состоят хлопок, бумага, льняные ткани, она используется для изготовления искусственного шелка (вискозы) и взрывчатых веществ.
Полисахарид: крахмал
Не является химически индивидуальным веществом. В растениях он находится в виде крахмальных зерен, различающихся по своим свойствам и химическому составу как в одном и том же растении, так особенно в различных растениях.
Крахмальные зерна. Крахмальные зерна имеют овальную, сферическую или неправильную форму. Размеры (диаметр) крахмальных зерен колеблются в пределах от 0,002 до 0,15 мм. Наиболее крупные крахмальные зерна у картофеля, а самые мелкие - у риса и гречихи. Характерная форма крахмальных зерен дает возможность легко различать их под микроскопом, что используется для обнаружения примеси одного продукта к другому (например, кукурузной или овсяной муки к пшеничной). Крахмальные зерна разделяются на простые и сложные: простые зерна представляют собой однородные образования (крахмальные зерна картофеля, пшеницы, ржи); сложные зерна являются сочетанием более мелких частиц (крахмальные зерна овса и риса). Однако разделение зерновых культур на культуры, имеющие простые и сложные крахмальные зерна, весьма условно. Например, наряду с простыми крохмальными зернами у пшеницы попадаются также сложные и, наоборот, среди преобладающих сложных у овса попадаются и простые. Плотность крахмала равна в среднем 1,5. При исследовании крахмальных зерен в поляризационном микроскопе обнаруживается, что они имеют двойное лучепреломление, т. е. представляют собой кристаллическое тело. Действительно, рентгенографические исследования показали, что крахмальные зерна обладают кристаллической структурой.
Свойства крахмала. Характерным свойством крахмала является его способность окрашиваться в синий цвет при добавлении раствора йода в водном растворе иодистого калия. Пользуясь этим реактивом, можно обнаружить очень малые количества крахмала. Появление синего цвета при добавлении йода объясняется, по-видимому, образованием комплексных и адсорбционных соединений между иодом и крахмалом. В холодной воде крахмальные зерна только лишь набухают, но не растворяются. Если взвесь крахмальных зерен в воде постепенно нагревать, то они будут набухать все сильнее и, наконец, при определенной температуре крахмал образует вязкий коллоидный раствор, называемый крахмальным клейстером. Температура, при которой происходит это изменение крахмала, называется температурой клейстеризации. Крахмал на 96,1-97,6% состоит из полисахаридов, образующих при кислотном гидролизе глюкозу. Содержание минеральных веществ в крахмале от 0,2 до 0,7%, они представлены в основном фосфорной кислотой. В крахмале найдены также некоторые высокомолекулярныe жирные кислоты и пальмитиновая, стеариновая и др., содержание которых достигает 0,6%. Эти жирные кислоты адсорбированы на полисахаридной фракции крахмала; они могут быть удалены из него экстракцией нейтральными органическими растворителями, например метиловым спиртом. Фосфорная кислота в одних видах крахмала - кукурузном, пшеничном и рисовом - представляет собой примесь, удаляемую экстракцией теплой водой, спиртом или диоксаном, а в других, например в картофельном, она связана сложноэфирной связью с углеводной частью. Наличие такой прочной химической связи фосфорной кислоты в картофельном крахмале доказывается тем, что при его кислотном или ферментативном гидролизе получается глюкозо-6-фосфат. Heкоторые исследователи придают большое значение наличию в картофельном крахмале химически связанной фосфорной кислоты, полагая что именно от нее зависят многие физические и химические свойства крахмала. Однако взгляд этот в настоящее время не имеет надежных доказательств. Углеводная часть крахмала состоит из полисахаридов двух типов, различающихся по своим физическим и химическим свойствам, - амилозы и амилопектина. Амилоза легко растворяется в теплой воде и дает растворы со сравнительно невысокой вязкостью. Амилопектин растворяется в воде лишь при нагревании под давлением и дает очень вязкие растворы. Молекулярная масса амилозы -3х100 000-1000 000, а у амилопектина достигает сотен миллионов. Растворы амилозы весьма нестойки, и при стоянии из них выделяются кристаллические осадки. Амилопектин, наоборот, дает чрезвычайно стойкие растворы.
Амилоза окрашивается раствором йода в синий цвет, а амилопектин - в сине-фиолетовый. Установлена, что окрашивание амилозы иодом сопровождается образованием комплексного химического соединения. При этом молекулы иода располагаются внутри спирально изогнутых цепочек амилозы. Окрашивание амилопектина иодом, по-видимому, является результатом образования как комплексных, так и адсорбционных соединений. Содержание амилозы и амилопектина в крахмале разных растений определено лишь в последние годы после того, как были разработаны достаточно точные методы. Важнейшие из этих методов следующие: 1) экстрагирование амилозы горячей водой; 2) осаждение амилозы из растворов с помощью бутилового и других спиртов; 3) избирательная адсорбция амилозы на клетчатке; 4) потенциометрическое титрование иодом.
Анализы различных крахмалов, проведенные с помощью указанных методов, дали следующие результаты: картофельный крахмал содержит 19-22% амилозы и 78-81% амилопектина; пшеничный - 24% и 76% соответственно; кукурузный - 21-23% и 77-79% соответственно; рисовый крахмал - 17 и 83% соответственно. Крахмал яблок состоит только из амилозы.
Необходимо отметить, что содержание амилозы и амилопектина в крахмале может изменяться в зависимости от сорта растения и от того, из какой части растения он получен. Например, в этом смысле различаются крахмалы круглых и мозговых горохов, крахмал из листьев и клубней картофеля или же крахмал из зерна различных сортов кукурузы. Если содержание амилозы в крахмале из клубней картофеля составляет 22%, то в крахмале из молодых побегов картофеля оно равно 46%. Если в крахмале из зерна обычной кукурузы содержится 22% амилозы, то в крахмале так называемой восковидной кукурузы (Zea mays carina) амилоза отсутствует полностью, вследствие чего крахмал из зерен этого растения окрашивается иодом в красно-коричневый цвет. С другой стороны, выведены сорта кукурузы, крахмал которых содержит до 82% амилозы. Соотношение амилозы и амилопектина в крахмале изменяется также во время созревания кукурузного зерна. При кипячении с кислотами крахмал превращается в глюкозу. При более слабом воздействии кислот образуется так называемый «растворимый крахмал», часто применяемый в лабораториях. Под действием фермента амилазы, содержащегося в особенно большом количестве в проросшем зерне, в слюне и в соке, выделяемом поджелудочной железой, происходит ферментативное осахаривание крахмала - он расщепляется с образованием в конечном счете мальтозы.
Полисахариды: декстрины
В качестве промежуточного продукта при гидролизе крахмала в большем или меньшем количестве образуются полисахариды разной молекулярной массы - декстрины. На первых стадиях гидролиза получаются декстрины, мало отличающиеся от крахмала по размерам молекулы и по свойствам. С иодом они дают синюю или фиолетовую окраску. По мере дальнейшего гидролиза молекулярная масса декстринов понижается, увеличивается их способность восстанавливать фелингову жидкость, и они от иода начинают окрашиваться в темно-бурый, затем в красный цвет и, наконец, перестают давать реакцию с иодом. В соответствии со свойствами различают следующие виды декстринов: 1) амилодекстрины, окрашивающиеся раствором иода в фиолетово-синий цвет и представляющие собой белые порошки, растворимые в 25% спирте, но осаждаемые 40% спиртом; удельное вращение амилодекстринов колеблется от + 190 до + 196 С; 2) эритродекстрины, окрашивающиеся иодом в красно-бурый цвет; растворяются в 55% этиловом алкоголе, но осаждаются при концентрации его, равной 65%; удельное вращение эритродекстринов D = + 194 С; из теплых алкогольных растворов они кристаллизуются в виде сферокристаллов; 3) ахроодекстрины, не окрашивающиеся иодом, растворимые в 70% спирте, при выпаривании горячих спиртовых растворов образуют сферокристаллы; удельное вращение + 192 С; 4) мальтодекстрины не дают реакции с иодом и не осаждаются спиртом, удельное вращение от + 181 до + 183 С.
Полисахарид: инулин
Высокомолекулярный углевод, растворимый в воде, осаждающийся из водных растворов при добавлении спирта. При гидролизе с помощью кислот образует фруктофуранозу и небольшое количество глюкопиранозы. Содержится в большом количестве в клубнях земляной груши и георгина, в корнях одуванчика, кок-сагыза и цикория, в артишоках, в корнях, листьях и стеблях каучуконосного растения гваюлы (Parthenium argentatum). В этих растениях инулин заменяет крахмал. В клубнях георгина и артишока инулин составляет более 50% от сырой массы ткани. Биосинтез и превращение инулина и инулиноподобных полифруктозидов особенно хорошо изучены на примере земляной груши и артишока (д. Эделььман, Р. Дедонер). Растения, содержащие инулин, используются для получения фруктозы. Поскольку все фруктозиды, в том числе и инулин, очень легко гидролизуются кислотами, получение фруктозы из инулинсодержащего сырья, осуществляется именно путем кислотного гидролиза. Количество остатков фруктозы, связанных в молекуле инулина гликозидными связями между l-м и 2-м углеродными атомами равно 34. В растениях, плесневых грибах и дрожжах содержится особый фермент - и нулаза, который гидролизует инулин с образованием фруктозы.
Полисахариды: полифруктозиды
Во многих растениях содержатся различные другие полисахариды, дающие при кислотном гидролизе фруктофуранозу. Таковы, например, ирисин из корневищ ириса, аспарагозин из корней спаржи, полифруктозиды из стеблей, листьев и корневищ многих злаков, секалин из ржи и т.д. В созревающих зернах злаков ржи, пшеницы, овса и ячменя - эти полисахариды содержатся в очень большом количестве. На ранних стадиях созревания ржаного зерна их содержится до 30% на сухое вещество. По мере созревания зерна эти полисахариды постепенно превращаются в крахмал, что указывает на легкость превращения в растениях фруктозы в глюкозу. Полифруктозиды, содержащиеся в листьях, стеблях и зернах злаков, различаются по своим молекулярным массам, растворимости и другим свойствам. Часть из них представляет собой полисахариды l-го порядка. Так, бета-левулин, найденный в стеблях ржи, является кристаллическим веществом, соответствующим формуле С12Н22ОН, и содержит, следовательно, два фруктозных остатка; секалин, выделенный из листьев и стеблей ржи, имеет молекулярную массу 663, что соответствует содержанию в его молекуле четырех фруктозных остатков. Содержащийся в зрелых зернах ржи коллоидный полифруктозид граминин содержит в молекуле 10 фруктозных остатков. Таким образом, в растении ржи имеют место переходы от фруктозидов с небольшой молеекулярно:1 массой к полифруктозидам большой молекулярной массы. Аналогичные переходы от низкомолекулярных кристаллических полифруктозидов к более высокомолекулярным соединениям, вплоть до инулина, имеют место в растении земляной груши. Таким образом, полифруктозиды образуют в растениях гомологический ряд веществ с возрастающей величиной молекулы. Крайними членами этого ряда являются дифруктозид бета-левулин и инулин, в молекуле которого содержится 34 остатка фруктозы. Полифруктозиды, подобно инулину, обычно содержат очень небольшое количество глюкопиранозы и очень легко гидролизуются под действием разбавленных кислот.
Полисахарид: Гликоген
Полисахарид, содержащийся в тканях тела человека и животных, в грибах и дрожжах, в зерне сахарной кукурузы. Играет важную роль в превращениях углеводов в животном организме и в дрожжах при спиртовом брожении. При кипячении с кислотами образует глюкозу. Гликоген растворяется в горячей воде, образуя опалесцирующие растворы. От иода окрашивается в красный, коричневый, реже фиолетовый цвет. По строению гликоген сходен с амилопектином, хотя и отличается от него большей молекулярной массой. Молекулы обоих полисахаридов имеют разветвленную структуру, но гликоген отличается большей «компактностью» молекулы.
Полисахарид: Каллоза
Каллоза . Полисахарид, содержащийся в ситовидных трубках растений. Представляет собой глюкан, молекула которого состоит приблизительно из 100 остатков глюкозы, соединенных между собой бета-1-3 связями. По-видимому, каллоза играет в растениях какую-то важную физиологическую роль, так как легко образуется и с такой же легкостью расходуется.
Полисахарид: Лихенин
Лихенин . Полисахарид, содержащийся в лишайниках. Особенно много лихенина содержится в лишайнике, называемом «исландским мхом» (Cetraria islandica), а также в лишайниках из рода алектория (Alectoria ochroleuca). В этих лишайниках лихенина содержится до 45-50% на сухое вещество. Лихенин растворяется в горячей воде и в разбавленных водных растворах щелочей, при гидролизе кислотами образует 98-99% D-глюкозы. По-видимому, лихенин - смесь гомологических полимеров разной молекулярной массы. Остатки глюкозы связаны в лихенине двояким образом - на 73% глюкозидными связями между 1-м и 4-м углеродными атомами (как в амилозе) и на 27% - глюкозидными связями между 1-м и 3-м углеродными атомами. Желудочно-кишечный тракт северных оленей, для которых лишайники являются основным кормом, переваривает лихенин на 78%. При этом сами по себе пищеварительные соки северного оленя не переваривают лихенин; его переваривание осуществляют бактерии пищеварительного тракта оленей. Организмом человека лихенин не усваивается. Лихенин может быть использован в качестве желирующего вещества в кондитерской промышленности; жители Севера применяют лишайники для приготовления ягодных киселей и желе.
Полисахарид: Клетчатка
(целлюлоза) - полисахарид, составляющий главную массу клеточных стенок растений. Клетчатка нерастворима в воде, она лишь набухает в ней. Клетчатка составляет более 50% древесины. В волокнах хлопка она составляет более 90%. При кипячении с крепкой серной кислотой клетчатка нацело превращается в глюкозу. При более слабом гидролизе из клетчатки получается целлобиоза. В молекуле клетчатки остатки целлобиозы связаны гликозидными связями в виде длинной цепочки. Молекулярная масса клетчатки точно не установлена. Полагают, что клетчатка не является индивидуальным веществом, а представляет собой смесь гомологичных веществ. Молекулярные массы клетчатки, полученной из различных источников, весьма сильно колеблются: хлопок - 330 000 (в цепочке 2020 гликозидных остатков); рами - 430 000 (2660 остатков), еловая древесина - 220 000 (1360 остатков). С помощью рентгеноструктурного анализа установлено, что молекулы клетчатки имеют нитевидную форму. Эти нитевидные молекулы соединяются в пучки - мицеллы. Каждая мицелла состоит приблизительно из 40-60 молекул клетчатки. Соединение отдельных молекул клетчатки в мицеллы происходит благодаря водородным связям, которые осуществляются как за счет водородных атомов гидроксильных групп клетчатки, так и за счет адсорбированных клетчаткой молекул воды. В клеточных стенках растений мицеллы клетчатки связаны водородными связями с различными гетерополисахаридами. Например, у белого клена ими являются соединенные между собой гликозидными связями ксилоглюкан, состоящий из остатков глюкозы, ксилозы, галактозы и фукозы; арабиногалактан, построенный из остатков арабинозы и галактозы; рамногалактуронан, образованный остатками галактуроновой кислоты и рамнозы. Кроме того, имеются данные о том, что в построении клеточной стенки растений, особенно на ранних этапах ее образования, принимает участие также особый, богатый оксипролином гликопротеид экстензин. При одревеснении клеточных стенок в них накапливается также лигнин. Клетчатка не переваривается в желудочно-кишечном тракте человека. Она, переваривается лишь жвачными животными, в желудке которых имеются особые бактерии, гидролизующие клетчатку с помощью выделяемого ими фермента целлюлазы. Гемицеллюлозы (полуклетчатки). Под этим названием объединяют большую группу высокомолекулярных полисахаридов, не растворяющихся в воде, но растворимых в щелочных растворах. Гемицеллюлозы содержатся в значительном количестве в одревесневших частях растений: соломе, семенах, орехах, древесине, кукурузных початках. Большое количество гемицеллюлоз содержится в отрубях. Гемицеллюлозы гидролизуются кислотами легче, чем клетчатка. При этом они образуют маннозу, галактозу, арабинозу или ксилозу и поэтому соответственно носят названия - маннаны, галактаны и пентозаны (арабан или ксилан).
Маннан , содержащий от 200 до 400 остатков маннозы в молекуле, найден в дрожжах. Некоторое количество маннанов содержится в древесине хвойных деревьев (от 2 до 7%). Водорастворимые маннан и галактан выделяются мицелием плесневых грибов, принадлежащих к роду Penicillium. Галактаны широко распространены в растениях и входят в состав клеточных стенок соломы, древесины и многих семян. Типичным представителем этой группы полисахаридов является галактан, содержащийся в семенах люпина. Ксиланы содержатся в значительных количествах в соломе (до 28%), древесине (в дубовой до 25%) и растительных волокнах. Обычно ксилан, содержащийся в каком-либо растительном объекте, представляет собой смесь различных полисахаридов с близкими молекулярными массами (обычно от 50 до 200 ксилозных остатков), но отличающихся природой сахарного остатка в «ответвлениях» молекулы.
Полисахариды: слизи и гумми
Слизи и гумми. К этой группе коллоидных полисахаридов принадлежат растворимые в воде углеводы, образующие чрезвычайно вязкие и клейкие раствоpы. Типичными представителями этой группы являются гумми, выделяемые в виде наплывов вишневыми, сливовыми или миндальными деревьями в местах повреждения ветвей и стволов. Слизи содержатся в большом количестве в льняных семенах и в зерне ржи. Их наличие объясняет высокую вязкость употребляемого в медицине отвара из льняных сеян или же водной болтушки ржаной муки. Полисахариды вишневого клея состоят из остатков галактозы, маннозы, арабинозы, D-глюкуроновой кислоты и незначительного количества ксилозы. Слизи ржаного зерна почти на 90% состоят из пентозанов. Они сильно набухают в воде и дают весьма вязкие растворы. Их вязкость значительно выше вязкости растворов желатины, крахмального клейстера или белка. При кислотном гидролизе слизи ржаного зерна образуют ксилозу, арабинозу и незначительное количество галактозы.
Полисахариды: Пектины
Высокомолекулярные соединения углеводной природы, содержащиеся в большом количестве в ягодах, фруктах, клубнях и стеблях растений. В растениях пектины присутствуют в виде нерастворимого протопектина, представляющего собой соединение метоксилированной полигалактуроновой кислоты с галактаном и арабаном клеточной стенки. Протопектин переходит в растворимый пектин лишь после обработки разбавленными кислотами или под действием особого фермента протопектиназы. Из водного раствора растворимый пектин осаждается спиртом или 50% ацетоном. Характерным и важным свойством пектина является его способность давать студни в присутствии кислоты и сахара. Это свойство широко используется в кондитерской промышленности при производстве желе, джема, мармелада, пастилы и фруктовых карамельных начинок. Образование пектинового студня происходит в присутствии 65-70% сахара (сахарозы или гексозы); такая концентрация приблизительно соответствует насыщенному раствору сахарозы. В образующемся студне содержится от 0,2 до 1,5% пектина. Лучше всего образование пектиновых студней происходит при рН 3,1-3,5. Пектины различного происхождения различаются по способности к желированию, по содержанию золы и метоксильных групп СН3О-.
При действии на растворимый пектин разбавленных щелочей или фермента пектазы метоксильные группы легко отщепляются - образуются метиловый спирт и свободная пектиновая кислота, которая представляет собой полигалактуроновую кислоту. Пектиновая кислота легко дает соли - пектаты. В виде пектата кальция она легко осаждается из раствора; этим пользуются для количественного определения пектиновых веществ. Пектиновая кислота в присутствии сахара не способна образовывать студни подобно растворимому пектину. Поэтому при промышленном получении пектина стараются по возможности избежать его щелочного или ферментативного гидролиза, вызывающего снижение желирующей способности пектина. Пектины играют важную роль при созревании, хранении и промышленной переработке различных плодов и овощей. Во время развития плодов протопектин отлагается в клеточных стенках и может накапливаться в плодах в значительных количествах (например, в грушах, яблоках и плодах цитрусовых культур). Созревание плодов характеризуется превращением протопектина в растворимый пектин. Так, у яблок содержание пектинов достигает максимума приблизительно к периоду уборки плодов. При последующем хранении плодов при температурах, близких к 1 С, содержание протопектина постепенно понижается и происходит накопление растворимого пектина. Содержание пектина в плодах и овощах, % Яблоки - 0,82-1,29, Абрикосы - 1,03, Слива - 0,96-1,14, Черная смородина - 1,52, Клюква - 0,5-1,30, Морковь - 2,5, Сахарная свекла - 2,5. Пектины играют также важную роль при обработке растительных волокон, например льна. Процесс мочки льна основан на том, что под действием особых микроорганизмов, выделяющих ферменты, гидролизующие пектиновые вещества, происходит мацерация стеблей льна и отделение волокон друг от друга.
Полисахариды: Агар-агар
Агар-агар . Высокомолекулярный полисахарид, содержащийся в некоторых морских водорослях, принадлежащих к родам Gelidium, Gracilaria, Pterocladia и Ahnfeltia. В СССР агар-агар добывали из багряной водоросли анфельции, произрастающей в Белом, Баренцевом и Балтийском морях, а также в водоемах Дальнего Востока. В холодной воде агар-агар нерастворим, но растворяется в ней при нагревании. Водные растворы его при охлаждении застывают в виде студня. Агар-агар применяется в бактериологии для приготовления твердых питательных сред, в кондитерской промышленности для изготовления различных желе, пастилы, мармелада, джемов. Агар-агар - смесь по крайней мере двух полисахаридов - агарозы и агаропектина. Агароза, по всей вероятности, состоит из остатков D-галактозы и 3,6L-галактозы, соединенных между собой aльфа-1,3- и бета-1,4-гликозидными связями. Гораздо меньше известно о структуре агаропектина, который, по-видимому, состоит из цепочек, образуемых остатками D-галактопиранозы, некоторые из которых связаны сложноэфирной связью с остатками серной кислоты. В багряной водоросли филлофоре, произрастающей в больших количествах в Черном море, содержатся агароид и агароидин - желирующие вещества углеводной природы, отличающиеся от агара по своей химической природе. Из багряной водоросли Chondrus получают желеобразное вещество каррагинин. Химическое строение агароида, агароидина и каррагинина недостаточно выяснено. Каррагинин - полисахарид, состоящий, главным образом, из остатков галактопиранозы, соединенных aльфа-1,3- и бета-1,4-гликозидными связями; большая часть остатков галактопиранозы при четвертом углеродном атоме связана сложноэфирной связью с остатком серной кислоты. Каррагинин имеет, по-видимому, разветвленную структуру и состоит из компонентов с различной молекулярной массой - от 358000 до 700000.
Альгиновая кислота. Этот полисахарид является составной частью клеточных стенок многих водорослей, принадлежащих к родам Macrocystis, Laminaria и Fucus. Альгиновая кислота кислота, по видимому, аналог пектиновой кислоты, но состоит из остатков D-маннуроновой и L-гулуроновой кислот, связанных бета-гликозидными связями, расположенными между l-м углеродным атомом одного остатка маннуроновой или гулуроновой кислот и 4-м углеродным атомом другого. В водорослях альгиновая кислота присутствует в виде солей и содержится в них в количестве 30% от сухой массы водорослей. Альгиновая кислота и ее соли, главным образом натриевая, широко применяются в качестве эмульгирующих средств; особенно широко они применяются как стабилизаторы при производстве мороженого и различных технических эмульсий.
Полисахариды бактерий
Полисахариды бактерий . Бактерии образуют значительные количества полисахаридов, которые содержатся в цитоплазме или отлагаются в виде запасов питательных веществ, либо находятся на поверхности клетки, образуя слизистый защитный слой (капсулу). Часто капсулы растворяются в жидкости, в которой развиваются бактерии. У патогенных бактерий капсула является, в первую очередь, средством защиты клетки от фагоцитов. У почвенных бактерий, подобных некоторым азотфиксирующим бактериям, вещества, образующие капсулу, по-видимому, в какой-то мере защищают клетки от почвенных простейших. Типичные представители бактериальных полисахаридов - декстраны - группа полиглюкозидов, образуемых из тростникового сахара различными видами Leuconostoc. Некоторые непатогенные микроорганизмы при развитии на растворах сахарозы образуют полифруктозиды, называемые леванами. Значительные количества леванов образуют, например, некоторые виды стрептококка и сенная палочка Bacillus subtilis, вызывающая так называемую тягучую болезнь хлеба. Многие леваны образуются бактериями, патогенными для растений, например Bacillus pruni, однако возможная роль этих полисахаридов в развитии заболевания неясна. Слизистые полисахариды, подобные леванам и декстранам, образуют также почвенные бактерии, причем, по-видимому, эти углеводы играют определенную роль в агрегировании почвы и сохранении в ней влаги. Своеобразное строение имеют капсульные полисахариды азотфиксирующих бактерий например, клубеньковых Rhizobium sp: Эти полисахариды наряду с остатками глюкопиранозы содержат остатки глюкуроновой кислоты. Некоторые специфические полисахариды бактерий играют чрезвычайно важную роль в явлениях иммунитета животных и человека.
Загрузка...