МОДУЛЬ № 3

«Ліпіди, гормони, вуглеводи»

Лекція 9, 10
Ліпіди

[ 1.с. 156-174; 2. с. 230-239; 4. с. 94-114 ]

План

1. Біологічна роль і будова ліпідів

2. Прості ліпіди

3. Складні ліпіди

4. Властивості ліпідів

5. Біологічна цінність харчових ліпідів

1. Біологічна роль і будова ліпідів

Ліпіди (від грец. lipos - жир) — група різних за складом нерозчин­них у воді речовин, що відрізняються за ступенем розчинності в органічних розчинниках. Ліпіди здатні до розчинення в неполяр­них (гідрофобних) рідинах. Неполярні розчинники (діетиловий ефір, тетрахлорметан, хлороформ тощо) використовують для ек­страгування ліпідів із біологічних об’єктів (крові, тканин тощо). За своєю хімічною структурою більшість ліпідів є складними ефі­рами вищих карбонових (жирних) кислот і спиртів (гліцеролу, сфінгозину, холестеролу тощо). До складу багатьох класів ліпідів (складних ліпідів) входять також залишки ортофоефатної кисло­ти, азотистих основ (коламіну, холіну), вуглеводів тощо.

Ліпіди є похідними вищих жирних кислот, спиртів і альдегі­дів. Вони широко представлені в тканинах людини, тварин, рос­лин і мікроорганізмів. Вегетативні частини рослин накопичують не більш ніж 5% ліпідів, насіння - 50% і більше.

Ліпіди виконують різноманітні функції. Серед них:

1. Енергетична. Ці речовини є джерелом енергії: при окис- ненні в організмі 1 г жиру виділяється 9 ккал. Так, за рахунок жирів забезпечується 25-35% добової потреби в енергії в жите­лів середніх широт, а в жителів півночі їх частка в енергетичній забезпеченості раціону ще більша.

2. Регуляторна. Ліпіди - важливі фактори регулювання об­міну води в організмі. Кількість води, що утворюється в орга­нізмі при повній деградації жирів, досить велика: при окисненні 100 г жиру виділяється 107 г ендогенної води, що має особливе значення в екстремальних умовах (наприклад, у разі недостат­нього надходження її ззовні).

3. Пластична. Ліпіди виконують структурно-пластичну роль, тому що входять до складу клітинних і позаклітинних мембран усіх тканин у вигляді ліпопротеїнів (комплексів з білками) і глі- коліпідів (ліпідів, що містять вуглеводи).

Ліпопротеїни містяться в органелах клітин (мітохондрії та ін.) і, отже, беруть участь в окисно-відновних процесах, біосинтезі білків, транспорті речовин у клітини.

З ліпідів утворюються деякі гормони (статеві, кори наднир­кових залоз), а також вітаміни групи D.

4. Захисна. Ліпіди шкіри і внутрішніх органів виконують захисну роль. Вони охороняють організм людини і тварин від переохолодження (перешкоджають віддачі теплоти) і від меха­нічного ушкодження органів (наприклад, нирок). Ліпіди, які виділяються сальними залозами, додають шкірі еластичності й захищають її від висихання.

Жири є розчинниками вітамінів A, D, Е, К, F і сприяють їх засвоєнню. З харчовими жирами в організм надходить низка біо­логічно активних речовин: фосфатиди, поліиенасичені жирні кислоти (ПНЖК), стерини та ін.

Жири, що входять до складу їжі, поліпшують її смакові якості, а також підвищують поживну та енергетичну цінність. Вони - носії смакових і ароматичних речовин, а також викону ­ють роль емульгаторів. Ліпіди, які входять до складу нервових клітин та їх відростків, забезпечують керованість потоків нерво­вих сигналів.

Класифікацію ліпідів наведено на рис. 5.1

Жири становлять собою ефіри гліцеролу і вищих жирних кислот.

Ацилгліцероли (ацилгліцериди) - це ліпіди, що є складни­ми ефірами гліцеролу (гліцерину) та жирних кислот. Ацилглі­цероли (зокрема, триацилгліцеролп, або тригліцериди) мають ем­піричну назву - нейтральні жири. Тригліцериди с основною складовою адипоцитів жирової тканини людини і тварини, яв­ляючи собою молекулярну форму зберігання вищих жирних ки­слот — найбільш енергоємного метаболічного палива. Природні тригліцериди є змішаними ліпідами, тобто до їх складу входять залишки різних жирних кислот.

У природних жирах міститься також близько 2% супутніх речовин, від яких залежать їх забарвлення, аромат і смакові особ­ливості.

Розрізняють тваринні жири та рослинні олії, що відрізняють­ся за складом та властивостями.

За хімічним складом ліпіди поділяються на прості і складні.

Прості ліпіди - де речовини, молекули яких складаються із за­лишків жирних кислот (або альдегідів) і спиртів. До них нале­жать нейтральні жири (триацилгліцероли, інші гліцеролп) і во- ски. До цієї групи входять також ефіри вітамінів А і D з вищими жирними кислотами.

Складні ліпіди, крім вищих жирних кислот і спиртів, міс­тять похідні ортофосфатної кислоти (фосфоліпіди), залишки цу­крів (гліколіпіди), азотисті сполуки (холін, коламін, серин).

2. Прості ліпіди

Якщо в гліцеролі (гліцерині) етерифікована жирною кислотою одна гідроксильна група, то утворюється моноацилгліцерол, якщо дві - діацилгліцерол, якщо три - триацилгліцерол.

Основна маса природних жирів припа дає на триацилгліцеро­ли. До їх складу входять насичені і ненасичені жирні кислоти (найбільш часто пальмітинова, стеаринова і олеїнова кислота). Якщо триацилгліцерол містить одну жирну кислоту, то він на­зивається простим (наприклад, тристеарин, трипальмітин), якщо ж кислотні радикали належать різним жирним кислотам, то утворюються змішані тригліцероли. їхні назви залежать від вхідних жирних кислот (наприклад, 1-пальміто-2-стеарино-8- олеїн).

Воски є ефірами вищих жирних кислот і вищих одноатом­них або двоатомних спиртів, що містять від 20 до 70 вуглецевих атомі в. Ця група жирів виконує здебільшого захисну роль. При­родні воски (бджолиний, ланолін, спермацет), крім складних ефірів, містять вільні жирні кислоти, спирти та ін. Вони входять до складу сала, що покриває шкіру людини.

Жирні кислоти містять, як правило, парну кількість карбо­нових атомів і нерозгалужений ланцюг. Вони поділяються на дві великі групи: насичені (граничні) і ненасичені (неграничні), іцо містять подвійні зв’язки. Саме від подвійних зв’язків у молекулі залежать всі основні властивості ненасичених жирних кислот.

Найбільше значення за ступенем поширення і властивостя­ми мають такі жирні кислоти:

1) насичені:

- масляна (С₄) СН₃-(СН₂)₂-СООН (С₃Н₇СООН);

- пальмітинова (С₁₆) СН₃-(СН₂)₁₄-СООН (С₁₅Н₃₁СООН);

- стеаринова (С₁₈) СН₃-(СН₂)₁₆ СООН (С₁₇Н₃₅СООН);

2) ненасичені моноєнові (з одним подвійним зв’язком):

- олеїнова (С₁₈)СН₃-(СН₂)₇-СН=СН-(СН₂)₇-СООН(С₁₇Н₃₃СООН);

3) ненасичені полієнові (із двома і більше подвійними зв’яз­ками):

- лінолева (С₁₈) СН₃-(СН₂)₄-СН=СН-СН₂-СН=СН-(СН₂)₇-СООН (С₁₇Н₃₁С00Н);

- ліноленова (С₁₈) СН₃-(СН₂)₄-(СН=СН-СН₂)₂-СІІ=СН-(СН₂)₇- СООН(С₁₇Н₂₉СООН);

- арахідонова (С₂₀) СН₃-(СН₂)₄-(СН=СН-СН₂)₃-СН=СН-(СН₂)₃- СООН(С₁₉Н₃₁СООН).

Ненасичені жирні кислоти поширені в рідких жирах (оліях). У багатьох рослинних оліях їх вміст становить 80-90% (соняш­никова, кукурудзяна, льняна, маслинова).

Завдяки неміцним подвійним зв’язкам між атомами Карбо­ну ненасичені жирні кислоти легко вступають у хімічні реакції. Шляхом гідрогенізації рослинних жирів у промисловості одер­жують маргарини.

Легка окисненість ненасичених жирних кислот є однією з причин накопичення в жирах продуктів окиснення та їх подаль­шого їхнього псування (прогірканкя).

3. Складні ліпіди

Гліцерофосфо ліпіди (складні ліпіди) є ефірами гліцеролу, жир­них кислот, фосфатної кислоти і нітрогенвмісних сполук. Харак­терною рисою їх будови є наявність у молекулі гідрофобних (ра­дикали жирних кислот) і гідрофільних (фосфатна кислота, азо­тиста основа) груп. Завдяки цьому гліцерофосфоліпіди взаємоді­ють з жирами та водорозчинними сполуками.

У комплексі з білками ці речовини входять до складу нерво­вої тканини, печінки, серцевого м’яза, статевих залоз. Вони бе­руть участь у побудові мембран клітин, визначають ступінь їх проникності для жиророзчинних речовин, беруть участь в актив­ному транспорті складних речовин і окремих іонів у клітині і з неї, підвищують активність протромбіну в процесах згортання крові.

Гліцерофосфоліиіди поділяються на такі групи (підкласи):

1) фосфатидилхоліни (лецитини);

2) фосфатидилетаноламіни (кефаліни);

3) фосфатидилсерини;

У молекулі фосфатидилхолінів дві карбоксильні групи глі­церину (у першому і другому положеннях) заміщені радикала­ми жирних кислот (насиченою і ненасиченої), а одна - фосфат­ною кислотою, сполученою з азотистою основою - холіном.

Фосфатидилетаноламіни (кефаліни) відрізняються від фос­фатидилхолінів тим, що замість холіну в них міститься етаноламін (коламін).

Фосфатидилсерини містять амінокислоту серин.

Сфінголіпіди (ефінгомієліни) складаються з двох молекул жирних кислот, однієї молекули аміноспирту ефіпгозину, азо­тистої основи і фосфатної кислоти. Ці ліпіди містяться в мембрані тваринних і рослинних клітин, на них багаті нервова тканина, нирки, печінка.

Ліпопротеїни — комплекси ліпідів різної хімічної будови з білками. В утворенні ліпопротеїнів беруть участь нековалентні зв’язки та фізико-хімічні взаємодії (водневі, іонні, ван-дер-ваальсові, гідрофобні). Найбільш вагомими в біохімії є ліпопротеї­ни, у складі яких ліпіди містяться в плазмі крові людини, та лі­попротеїни, що є інтегральними компонентами біологічних мем­бран.

Стероїди. Це група ефірів, утворених при взаємодії високо- молекулярних циклічних спиртів (стеролів або стеринів) і вищих жирних кислот. Найбільш важливим представником стероїдів є холестерол (холестерин). В організмі вія виконує такі функції:

є попередником багатьох біологічно важливих сполук (стероїд них гормонів, жовчних кислот, вітаміну D); входить до складу клітинних мембран; підвищує стійкість еритроцитів до гемолі­зу; бере участь у проведенні нервових імпульсів; становить со­ бою своєрідний ізолятор для нервових кліток.

За хімічною природою стероїди є похідними циклічного спир­ту - циклопентанпергідрофенантрену.

Природні жири - складна суміш гліцеридів, вільних жир­них кислот, вітамінів, пігментів, білків, вуглеводів, восків. Одні супутні гліцеридам речовини, наприклад вітаміни, підвищують харчову цінність жиру, інші -- погіршують (вільні жирні кисло­ти, віски)

4. Властивості ліпідів

При дослідженні хімічної природи і якості жиру визначають його фізичні (температура плавлення, застигання, в’язкість) і хімічні (кислотне, йодне, пероксидне число, число омилення) константи.

Кислотне число характеризується вмістом у жирі вільних жирних кислот. Його визначають за кількістю міліграмів калій гідроксиду, яка потрібно для нейтралізації вільних жирних ки­слот в 1 г жиру. Кислотне число - важливий показник якості жирів, тому що при зберіганні жирів або багатих на жир продук­тів, при їх термічній обробці воно збільшується в результаті гід­ролізу гліцеридів.

Йодне число - показник кількості подвійних зв’язків у мо­лекулах жирних кислот. Його визначають за кількістю грамів йоду, які ідуть на титрування 100 г жиру. Чим більше жир має ненасичених жирних кислот і чим більше в цих кислотах подвій­них зв’язків, тим вище значення йодного числа. Чим вище йод­не число, тим легше жир окиснюється. Отже, при окисненні жирів у процесах зберігання і термічної обробки йодне число зменшується.

Число омилення характеризує вміст в 1 г жиру вільних і зв’я­заних із гліцерином жирних кислот. Його виражають в мілігра­мах калій гідроксиду, необхідних для нейтралізації всіх жирних кислот 1 г жиру (табл. 5.6).

Тверді жири постійної температури плавлення не мають. При нагріванні вони поступово переходять із твердого стану в рідкий.

5. Біологічна цінність харчових ліпідів

Цінність жиру визначається такими важливими показниками, як незамінність, перетравлення та всмоктування, які залежать віл температури плавлення. Жири, які містять незамінну лінолеву кислоту та інші ПНЖК, мають найбільшу біологічну цінністі, оскільки в організмі вони практично не синтезуються. Важливим показником біологічної цінності жирів є їхнє перетравлення, яке визначається кількістю тригліцеридів, що всмокталися в лімфу та кров. Більшість природних жирів в організмі людини характе­ризується високим коефіцієнтом перетравлення. Усмоктуваність жиру залежить від складу жирних кислот. Засвоюваність жирів з температурою плавлення, нижчою ніж температура людського тіла, дорівнює 97- 98%. Якщо цей показник вищий за 37 С, то засвоюваність жирів дорівнює 90%. Жири з температурою плав­лення 50.., 60 С засвоюються тільки на 70-80%.

При змішаному харчуванні засвоюється 96-98% свинячого жиру, 94-98% маргарину, 93-98% вершкового масла, 86-90% соняшникової олії, 80-94% яловичого жиру. Показниками біо­логічної цінності жирів є також наявність и їх складі вітамінів A, D, Е, Тому вершкове масло, яке містить ці вітаміни, незважа­ючи на низький рівень ПНЖК, є продуктом високої біологічної цінності. Воно може бути замінене тільки риб'ячим жиром, бо до його складу також входять ретинол та кальциферол. В оліях містяться токофероли, в інших жирах вони практично відсутні. Отже, не існує природного харчового жиру, який мав би у своє­му складі всі корисні компоненти. При тривалому зберіганні жири під дією сонячного світла, кисню і вологи набувають не­приємного смаку і запаху. Цей процес, що відбувається внаслі­док окиснення й гідролізу жирів, називається згіркненням. Най­легше окиснюються ПНЖК. При цьому кисень приєднується на місця подвійних зв’язків і утворюються пероксиди. Пізніше на місці колишнього подвійного зв’язку виникає розрив вуглевод­ного ланцюга і утворюються альдегіди й кетони з короткими ла­нцюгами типу масляної кислоти з неприємними запахом і сма­ком. У процесі згіркнення жирів беруть участь окиснювальні ферменти бактеріального походження, зокрема ліпоксигенази.

Для запобігання окисному згіркненню жирів або продуктів, що містять жири, до них додають антиоксиданти, які затриму­ють процес окиснення. Найбільш активним антиоксидантом є вітамін Е. Зберігання жирів у темряві, на холоді або в умовах вакууму також затримує їх окиснення. Наявність металів, на­впаки, прискорює окиснення жирів.

Лекція №11
Вуглеводи

[ 1.с. 1582-220; 2. с. 208-229; 4. с. 78-93 ]

План

1. Біологічна роль, будова, властивості вуглеводів та їх похідних

2. Утворення вуглеводів в процесі фотосинтезу

3. Використання вуглеводів у харчовій промисловості

1. Біологічна роль, будова, властивості вуглеводів та їх похідних

Вуглеводи - біохімічні сполуки, що утворюються в рослинах як первинні продукти фотосинтезу. їхня назва походить від загаль­ної формули цієї групи речовин – С_n(Н₂0)_n, до якої входять Кар­бон, Гідроген і Оксиген (співвідношення атомів Гідрогену й Окси- гену в них таке саме, як у воді).

Уперше термін «вуглеводи» був запропонований професором Дерптського (Тартуського) університету К. Шмідтом у 1844 роді. Виявилося, однак, що склад не всіх вуглеводів відповідає наве­деній вище формулі, унаслідок чого Міжнародна комісія з рефор­ми хімічної номенклатури запропонувала термін «вуглеводи» замінити на «гліциди». Проте він не набув значного поширення і назва «вуглеводи» залишилася загальновизнаною.

Вуглеводи (глюдиди, цукри) - біоорганічні сполуки, що за своєю хімічною будовою є альдегіде- та кетопохідними багато­атомних спиртів, або поліоксиальдегідами та поліоксикетонами. Вуглеводи, що відповідають зазначеним хімічним структурам і не підлягають гідролізу (тобто розщепленню водою на більш прості сполуки), є простими вуглеводами, або моносахаридами. Вуглеводи, що гідролізуються до моносахаридів, мають назву складних вуглеводів - олігосахаридів та полісахаридів. Дже­релами вуглеводів у харчуванні є рослини, де вони становлять 80-90% сухої маси. Процес утворення цих речовин відбувається завдяки асиміляції хлорофілом вуглекислого газу з повітря під дією енергії сонячних променів (фотосинтез). Кисень, що утво­рюється при цьому, виділяється в атмосферу, а з Карбону синте­зуються низка органічних речовин, у тому числі крохмаль, який накопичується у коріннях, плодах та інших частинах рослин.

Вивільнення кисню в процесі фотосинтезу - найважливіше дже­рело його утворення в атмосфері. Для людини вуглеводи - це ос­новне джерело енергії, яка легко утилізується і є необхідною для життєдіяльності всіх клітин тканин та органів, особливо мозку, серця, м’язів. Найчастіше вуглеводи в організми вищих тварин надходять у вигляді глюкози, глікогену, ксилози та рибози, а в організм людини - у вигляді глюкози, дезоксирибози, рибози. Солодкий смак мають моно-, ди- та трисахариди.

У рослинах вуглеводи становлять 80-90% маси, причому в різних частинах вміст їх різний. Так, у зелених частинах рослин він становить 2, 5-6%, у бульбах картоплі і коренеплодах 10- 20%, у зернах злаків - близько 70%.

У складі організму людини і тварин вуглеводи містяться в меншій кількості, ніж білки та ліпіди, і становлять усього 2% маси сухих речовин.

Однак вони мають велике значення для людини. Про це свід­чать важливі різноманітні функції, які виконують вуглеводи:

1. Енергетична. Вуглеводи на 60% забезпечують організм енер­гією. При окисненні 1 г вуглеводів виділяється близько 4 ккал енергії.

2. Пластична. Вуглеводи беру ть участь у синтезі багатьох ре­човин, необхідних для життедія л ьн ості організму, таких, як нуклеопротеїни, ліпоїди, складні ферменти, мукогхо ліса х а ря­ди та ін.

3. Функція поживних речовин. Вуглеводи мають здатність від­кладатися в організмі у вигляді глікогену - запасного вугле­воду, що витрачається в міру необхідності. Глікоген в основ­ному зосереджений у печінці й м’язах. при повноцінному харчуванні в печінці може накопичуватися до 10% глікоге­ну її маси, у м’язах - до 2%. При голодуванні запаси глікоге­ну знижуються до 0, 2%.

4. Захисна. Густі секрети (слизи), що утворюються в ілзних за­лозах, багаті на мукополісахариди. Вони охороняють стінки порожніх органів від механічних ушкоджень та проникнен­ня патогенних бактерій і вірусів,

5. Регуляторна. Представник вуглеводів — клітковина має гру­бу структуру. Потрапляючи з їжею в шлунково-кишковий тракт, вона викликає механічне роздратування стінок шлун­ка і кишечнику, підвищує їхню активність і сприяє спорож­ненню.

6. Специфічна. Окремі представники вуглеводів виконують особ­ливі функції в організмі, наприклад беруть участь у прове­денні нервових імпульсів, утворенні антитіл, забезпеченні специфічності груп крові, нормальної діяльності централь­ної нервової системи.

За харчовою цінністю вуглеводи поділяються на засвоювані та незасвоювані. Засвоювані вуглеводи перетравлюються в трав ному тракті людини, продукти гідролізу всмоктуються в тонко­му кишечнику і включаються до метаболічних процесів. До зо своюваних вуглеводів належать моносахариди (глюкоза. фруктоза, галактоза, маноза), олігосахариди (сахароза, лактоза, маль ­ тоза), полісахариди (крохмаль, декстрини, глікоген). Незасвою fani вуглеводи - це харчові волокна.

Моносахариди (монози). Вуглеводи цієї групи містять карбонільну групу (альдегідну або кетонну), є похідними багатоато ­ мних спиртів.

Молекули моносахаридів містять кілька асиметричних ато­мів Карбону, і тому вони існують у вигляді різних просторових ізомерів.

Моносахариди відрізняються захарактером будовиі просто­ровимрозташуванням функціональнихгруп. За характеромостанніх вони поділяються на альдози і кетони.

Залежно відкількості карбонових атомів моносахариди(монози) поділяються на тріози, тетрози, пентози, гексози, гептози та ін. Найбільш поширенимиу тваринних організмах моноса­харидамиє гексози та пентози, які знаходяться в клітинах як учасникиобміну речовин - метаболіти та виконують певні, струк­турніфункції, входячи до складу інших біомолекул. Із моноса­харидів найбільшу поживну цінність мають глюкоза, фруктоза, галактоза, маяоза, ксилоза.

Моносахариди можуть існувати у.цзох формах- лінійній (ациклічній) з відкритим вуглецевим ланцюгом і циклічній (кі­льцевій). Обидвіформи перебуваютьу динамічній рівновазі, їх взаємоперехід називається кільчасто-ланцюговоютаутомерією.

При утворенні циклічної форми глюкози відбувається реак­ція між спиртовою гідроксильною групою при 05 і Карбоном альдегідної групи С-1, замикається кисневий місток й утворю ється шестичленний гетероцикл типу пірана.

Моносахариди існують переважно у напівацетальнихформах. Надівацетальяийгідроксил має велику реакційну здатність. У реакціях зі спиртом, карбоновими кислотами, фенолами вінможе заміщатись інтими групами.

Сполуки, що діють на напівацетальний гідроксил моносахариду, називається агліконом, а продукт реакції - глікозидам. Глікозиди - фізіологічно активні речовини, а-і ß ізомерам моносахаридів відповідають а- і ß -глікозиди.

Глікозиди відіграють важливу роль в обміні речовин. Вони є продуктами розщеплення нуклеїнових кислот і нуклеопротеїнів (нуклеотиди і нуклеозиди), АТФ, НАД, НАДФ; до них належать деякі антибіотики, рослинні пігменти, алкалоїди та ін.

Гексози поділяються на дві групи:

1. альдогексози, до яких належать:

D-глюкоза і ЇЇ епімери;

D-галактоза, D-маноза, D-фукоза тощо;

2. кетогексози, представником яких є D-фруктоза.

а- D-глюкоза (декстроза, виноградний цукор) має як ациклічну, так і циклічну форму.

 

 

 

 

Глюкоза міститься в крові, лімфі, церебральні рідині. З фі­зіологічного погляду глюкоза е найважливішим представником вуглеводів. Де основне енергетичне джерело для всіх клітин і тканин організму. Використовується для біосинтезу багатьох життєво важливих сполук (рибоза і дезоксирибоза, глікопротеїни, гліколіпіди та ін.). Необхідна для тканин мозку, працюючих м’язів, зокрема серця. У здорової людини надлишок глюкози в крові перетворюється на глікоген в печінці або на резервні жири. Глюкоза міститься у винограді, черешнях, вишнях, малині, яго­дах, а також у бджолиному меді (близько 35%). В організмі лю­дини вона утворюється внаслідок гідролізу крохмалю, глікоге­ну, сахарози, мальтози і лактози.

Глюкоза входить до складу полісахаридів (глікогену, крох­малю, клітковини), дисахаридів (мальтози, сахарози, лактози, целобіози). Ііри окисненні первинної спиртової групи із глюкози утворюється глюкуронова кислота, а при відновленні - шес­тиатомний спирт D сорбіт. Цю реакцію використовують при про­мисловому виробництві сорбіту - замінника солодких вуглево­дів у харчуванні людей, що страждають на ожиріння і цукровий діабет.

Із глюкози одержують також препарати аскорбінової кислоти.

Олігосахариди. У складі молекул олігосахаридів міститься від 2 до 10 залнінків моносахаридів, сполучених глікозидними зв’язками. До цієї групи входять дисахариди, трисахариди і т.п. Олігосахариди разом із дисахаридами виконують важливу фізі­ологічну функцію - метаболічну та харчову.

Дисахариди - складні цукри, кожна молекула яких під час гідролізу розпадається на дві молекули моносахаридів. Емпіри­чна формула С₁₂Н₂₂О₁₁. Серед дисахаридів найбільше значення мають мальтоза, лактоза, сахароза, целобіоза. Поряд з поліса­харидами дисахариди є основними вуглеводами в їжі людини і тварин.

Мальтоза - солодовий цукор містить два залишки a-D-глюкози. Мальтоза утворюється як проміжний продукт при дії амілаз на крохмаль або глікоген. Наявність вільного напівацетального гідроксилу в другому залишку глюкози, що входить до складу мальтози, дозволяє віднести цей дисахарид до цукрів, що відновлюються (ма­ють редукуючі властивості).

Мальтоза утворюється в травному каналі людини під дією на харчовий крохмаль ферменту ß -амілази. Міститься у значній кількості в солоді та солодових екстрактах. Під дією ферменту вона розщеплюється з утворенням двох молекул глюкози. У ві­льному стані мальтоза міститься в пророслих зернах ячменю (со­лоді), жита, пшениці та інших злаків, а також у помідорах та нектарі багатьох рослин.

Сахароза (a-глюкопіранозил (1 → 2)- а-фруктофуранозид — харчовий (бурячний, тростинний) цукор - найбільш важливий і досить поширений дисахарид. Сахароза складається з a-D-глю- кози і P-D-фруктози.

 

Через відсутність вільного напівацетального гідроксилу цей дисахарид не має редукуючих властивостей.

Сахарози багато в стеблах, коріннях, бульбах і плодах рос­лин. У цукровому буряку її накопичується до 24%, у стеблах тро­стини до 20%. Процес розщеплення сахарози на глюкозу й фру­ктозу дістав назву інверсії цукру, а гідролізована сахароза - інвертного цукру.

Полісахариди. Це високомолекулярні вуглеводи, що скла­даються з великої кількості моносахаридів. Воіїи мають гідро фільні властивості і при розчиненні у воді утворюють колоїдні розчини. Полісахариди поділяються на гомо- і гетерополісахариди.

До складу гомополісахаридів входять моносахариди одного типу. Наприклад, крохмаль і глікоген побудовані тільки з моле­кул глюкози, інулін - із фруктози.

Найбільш важливими гомополісахаридами є крохмаль, глі­коген, клітковина (целюлоза), що складаються із залишків мо­лекул глюкози, а також пектинові речовини. Із залишків моле­кул фруктози побудований полісахарид інулін, манани містять залишки молекул манози, галактани галактози.

Крохмаль є сумішшю лінійного полісахариду - амілози (10- 30%) і амілопектину (70-90%), загальна формула яких (С₍.Н₁₀О₅)_п. Цей полісахарид побудований із залишків глюкози, сполучених в амілозі й лінійних ланцюгах амілопектину сс-1, 4- зв’язками, у точках розгалуження амілопектину - міждланцю- говими а-1, 6-зв’язками (рис. 6.1). Крохмаль - це продукт фото­синтезу та основна поживна речовина рослин. Він накопичуєть­ся у вигляді крохмальних зерен у листках, бульбах, плодах. Ве­ликий вміст крохмалю в насіннях пшениці (75-80%), значно ни­жчий у рисі (30%), бульбах картоплі (25%).

Амілоза - лінійний полісахарид, молекули якого містять від 200 до 1000 мономерів (залишків глюкози); м. м. амілози 40- 160 кД. У складі амілози мономери сполучені а-1, 4-глікозидни- ми зв’язками. Гомополімери амілози формують спіральні стру­ктури, кожний виток яких містить шість молекул глюкози. Специфічна кольорова реакція на крохмаль із йодом (синє забарв­лення) зумовлена включенням молекул йоду в молекулярні ка - нали всередині спіралей амілози.

Декстрини - це уламки молекул крохмалю і глікогену, є розчинними речовинами, що легко засвоюються організмом лю­дини. Частковий гідроліз крохмалю відбувається при варінні про­дуктів рослинного походження і при хлібопеченні.

Процеси декстринізації й оцукрювання крохмалю викорис­товують у харчовій і спиртовій промисловості.

При ферментативному гідролізі крохмалю в травному тракті також утворюються декстрини, частина їх (після вживання їжі, багатої на вуглеводи) всмоктується стінками тонкого кишечни­ку і надходить у кров воротної вени людини. Амілоза гідролізу­ється а-амілазою слини і підшлункової залози. Амілопектин під­дається гідролізу ɑ - і

ß -амілазами.

Глікоген («тваринний крохмаль») - головний резервний по­лісахарид людини і вищих тварин, який виконує енергетичну функцію. За своєю будовою він близький до амілопектину і скла­дається із залишків глюкози.

Целюлоза (клітковина) С₆Н₁₀О₅ досить поширена в рослин­ному світі. Вона є основною структурою стінок клітин, обумов­люючи їх міцність і еластичність. Целюлоза складається з а- и P-D-глюкозних залишків у (З-піранозній формі, лінійно сполуче­них між собою (1—> 4)-зв’язками. Ці лінійні молекули розташо­вуються паралельно, між ними виникають водневі зв’язки й утво­рюються мікрофібріли.

При частковому гідролізі целюлози виділяється дисахарид целобіоза, а при повному гідролізі утворюється D-глюкоза.

Клітковина не перетравлюється в шлунково-кишковому тракті людини через відсутність у ньому а-глюкозид аз и. Однак вона необхідна для нормального травлення, оскільки стимулює рухову активність кишечнику і жовчного міхура, поліпшує про суваяня харчової кашки травним каналом, посилює процес ви­ділення жовчі з жовчного міхура, сприяє формуванню калових мас і виведенню їх з кишечнику.

 

2. Утворення вуглеводів в процесі фотосинтезу

Вуглеводи відіграють винятково важливу роль у природі. Вони є продуктами асиміляції СО, рослинами. Органічні речовини утворюютьтея з неорганічних у зелених частинах рослин під дією червоних і синьо-фіолетових променів сонячного спектра. Цей процес дістав назву фотосинтезу. Фотосинтез - це сукупність процесів, у ході яких у вигляді хімічних зв’язків органічних спо­лук запасається сонячна енергія.

Фотосинтез у живій природі відбувається в спеціальних ор- ганелах рослинних клітин - хлоропластах. Вони містять кіль­ка видів забарвлених пігментів - хлорофілів, які пов’язані з біл­ками і ліпідами. За своєю будовою хлорофіли нагадують гем ге­моглобіну, але до його складу входить не Ферум, а Магній.

Великий внесок у вивчення фотосинтезу зробив російський вчений К.А. Тимірязєв. Він довів, що зелене забарвлення рос­лин, що виникло в ході еволюції, можна розглядати як корисне пристосування, яке сприяє найкращому акумулюванню соняч­ної енергії в умовах нашої планети. Сонячна енергія поглинаєть­ся хлорофілом і потім використовується в реакції розкладання води (фотоліз). При цьому вивільняється кисень, а активований Гідроген переноситься на фосфогліцеринову кислоту, що з’явля­ється при поглинанні рослинами СО,; потім з неї утворюються глюкоза, крохмаль й інші вуглеводи. Вивільнення кисню в про­цесі фотосинтезу є найважливішим джерелом його утворення в атмосфері. У такий спосіб зелені рослини виконують найважли­вішу біохімічну роль - зв’язують вуглекислоту й вивільняють Оксиген. У фотосинтезі розрізняють три серії реакцій:

1. фотохімічне розщеплення Н₂0 під дією світла на Оксиген і Гідроген;

2. транспорт Гідрогену через серію переносників на НАДФ і син­тез АТФ;

3. фіксація С0₂ на рецепторі і його відновлення Гідрогеном з утво­ренням гексоз та їх похідних.

 

 

У цих реакціях хлорофіл є донатором електронів, а роль пе­реносників електронів і протонів виконують залізовмісний білок феродоксин, цитохроми, флавопротеїни. Завдяки світловій енергії одночасно з відновленням НАДФ Гідрогеном води відбу­вається синтез АТФ, потім - синтез вуглеводів шляхом фіксації С0₂ з використанням коферментів, що відновлюють, і АТФ.

Фотосинтез - єдине джерело молекулярного Оксигену на на­шій планеті. Продукти фотосинтезуючих організмів потім вико­ристовуються аеробними нефотосинтезуючими організмами, які витягають хімічну енергію відновленого Карбону, який входить до складу органічних сполук, що утворилися при фотосинтезі, окиснюючи їх знову до С0₂.

Сумарна реакція фотосинтезу є такою:

світло, хлорофіл

6Н₂0 + 6СО₂ → С₆ Н₁₂ О₆ + 6 О₂

3.Використання вуглеводів у харчовій промисловості

Вуглеводи є важливим субстратом переробки рослинної сирови­ни і харчових продуктів, мікробіологічних синтезів.

До деяких вуглеводів тваринного походження відносять: ла­ктозу, глікоген, хітин, гіалуронову ки слоту, декстрини, гепарин, хондроїтинсірчану кислоту. Рослинне походження мають фрук­тоза, глюкоза, сахароза, амілоза, амілопектин та ін.

Так, D глюкоза (виноградний цукор, декстроза) зброджуєть­ся пивними, пекарськими і винними дріжджами. Це сировина, і одержувані з неї соки використовують на підприємствах вино­робної та спиртоводочної промисловості як джерело цукру, що зброджується.

Для ферментації субстратів, у яких глюкоза знаходиться у зв’язанії формі, необхідний їх попередній гідроліз із відщеплен­ням глюкози.

D фруктозу (плодовий, фруктовий цукор, левулеза) викори­стовують як субстрат бродіння під час приготування плодово-ягі­дних вин. У складі сахарози вона міститься в мелясі бурячного і очеретяного цукрів, що є основною сировиною при проведенні ферментативних реакцій у промислових масштабах.

Сахарозу широко застосовують у технології виробництва хар­чових продуктів і при різних ферментаціях. Цей дисахарид, поряд зі спиртом, єдиний харчовий продукт, що одержують у ве­ликій кількості в чистому вигляді.

Лактозу частково використовують для виготовлення кормо­вих дріжджів, а також для одержання молочної кислоти у фер­ментаційному процесі.

Крохмаль є вихідним субстратом для вироблення багатьох важ­ливих продуктів. У результаті нагрівання (вище ніж температура утворення клейстеру) і висушування одержують продукти, здатні набухати у воді. їх використовують як суху суміш для пудингів, кремів, покраіцувачів тіста в хлібопекарській промисловості.

При кислотному гідролізі крохмалю під тиском одержують крохмальну патоку і крохмальний цукор. Рідка крохмальна пато­ка йде на виготовлення мальтози, маринадів, лікерів, морозива.

Кристалічний крохмальний цукор застосовують у вироб­ництві цукрових виробів і карамелі.

Крохмальну сировину використовують у бродильному вироб­ництві для виготовлення спирту й алкогольних напоїв.

Пектини завдяки особливим колоїдно-хімічним властивос­тям широко використовують при виготовленні желе і начинок для карамелі.

Пектини відіграють негативну роль при виготовленні соків, оскільки погіршують умови фільтрації і прозорість готового про­дукту. Крім того, вони спричиняють утворення у фруктових со­ках і плодово-ягідних винах метанолу.

Інулін використовують у спиртовому бродінні.

Важливе значення мають глікозиди. Залежно від агліконів, що містяться в них, вони поділяються аа такі групи: алкоголь- глікозиди, флавон- або енолглікозиди, глікозиди синильної кис­лоти, глікозиди гірчичного масла, азотовмісні глюкозиди й ін. Вони використовуються як підсилювачі аромату.

ß -Глікозид-глікованілін міститься в плодах ванілі, розщеп­люється ß -глюкозидазою на ароматичну речовину ванілін і глю­козу. Ванілін застосовують у технології приготування низки ха­рчових продуктів.

Антоціани - барвники крові і плодів. Вони являють собою глікозиди, у яких залишки глюкози або галактози сполучені і:; забарвленим агліконом із групи антоцианідину.

Антоціани забарвлені в червоний, пурпурний, фіолетовий або синій колір, які залежать від наявності того чи іншого анто­ціану.

Наявність у плодах та ягодах різних антотоціанів в поєднанні з іншими пігментами зумовлює ті чи інші відтінки їх забарвлен­ня. Забарвлення антоціанів залежить від pH середовища. Так, у кислому середовищі вони червоні, у нейтральному - фіолетові, у лужному - сині.

При промисловій та кулінарній обробці плодів та ягід ан­тоціани можуть зазнавати окисної деградації та реагувати з металами, унаслідок чого забарвлення продуктів змінювати­меться. Наприклад, при виготовленні солодких страв (кисе­лів, желе, мусів) з ягід і плодів віджимають сік і деякий час зберігають. Це може спричинити послаблення інтенсивності його забарвлення, тобто антоціани здатні руйнуватися під дією світла й окиснення на повітрі з участю поліфенолоксидаз. Най­менші зміни забарвлення спостерігаються при pH 2. Найбільш стабільними при зберіганні соків с пігменти вишні, черешні та полуниці.

Зміни в забарвленні соків можуть викликати іони деяких металів (Fe, Cu, Zn), які потрапляють з водопровідної води при промиванні ягід і плодів або із матеріалу обладнання під час по­дрібнення продуктів і віджимання соків. У процесі варіння ягід і плодів також відбуваються помітні зміни їх забарвлення. Вва­жають, що стабілізація забарвлення відбувається за температу­ри 70 °С, коли ферменти інактивовані, а термічної деградації ан­тоціанів практично не відбувається.

Червоно-фіолетове забарвлення буряку зумовлюють два пігменти - пурпурний і жовтий. Кількісний вміст і співвідно­шення цих пігментів зумовлюють відмінності у відтінках сор­тів буряку. Під час теплової обробки ці пігменти руйнуються, що змінює інтенсивність його забарвлення і переважання бу­рого відтінку. Ступінь руйнування забарвлення залежить від концентрації пігментів і реакції середовищі. Цим пояснюєть­ся рекомендація щодо варіння буряку к шкірці і тушіння на­різаного сирого буряку в кислому середовищі при додаванні оцту та томату.