Полисахариды или полиозы

Высокомолекулярные (несахароподобные) соединения из большого количества моносахаридов и гликозидных связей между ними[1]. Данные углеводы различаются не только составом простых сахаров, но и молекулярной массой и структурными особенностями (линейные или разветвленные). Поэтому и обладают отличительными свойствами друг от друга. Классификация углеводов выделяет гомополисахариды и гетерополисахариды. Первые (гемицеллюлоза, гликоген, клетчатка, крахмал) состоят из молекул исключительно одного вида моноз, а вторые могут включать от двух и более остатков разных простых сахаров.

Виды полисахаридов:

- гемицеллюлоза.

Полимер, который наряду с клетчаткой и целлюлозой задействован в образовании стенок растений. Она сосредоточена преимущественно в оболочке зерен, кожуре семян подсолнечника, а также соломе, плодах кукурузы. Хорошо растворяется в щелочных растворах. К этому полисахариду относят агар – вещество, экскретируемое из водорослей и широко применяемое в кондитерской отрасли. Диетологи относят гемицеллюлозу к группе балластных веществ, обязательных для нормального пищеварения.

- гликоген или животный крахмал.

Сформирован из значительного количества остатков моносахарида глюкоза. Важный энергетический материал и главный резервный полисахарид животных и человека в классификации углеводов, в некотором количестве находится в зернах кукурузы. Он содержится практически во всех органах и тканях, но наибольшее количество в мышцах и печени. В организме это вещество последовательно переходит в декстрины[2], далее мальтозу и в конце глюкозу.

- крахмал.

Относится к резервным полисахаридам, основной компонент картофеля и зерна. Его количество в продукте зависит от культуры, сорта, спелости и условий произрастания. Он считается наиболее популярным в классификации углеводов и самым применимым в пищевом производстве несахараподобным углеводом.

- клетчатка.

Формирует клеточную структуру растительной организации. Она находится в семенах хлопчатника – 98%; древесине – до 50%; пшенице, сое, кукурузе – до 3%. Это соединение гидрофобно и в нейтральной среде устойчиво к кислотам. Продукты гидролиза, содержащие клетчатку, в пищевой промышленности используют как средство получения кормовых дрожжей и спирта.

Содержание углеводов в продуктах питания является одним из важнейших условий составления рациона питания.

[1] Число остатков моносахаридов может насчитывать сотни тысяч единиц, но в основном количество колеблется между 6-10 тысячами.

[2] Декстрины (C₆H₁₀O₅)_p – продукты расщепления полисахаридов: крахмала и гликогена. Легко растворяются в воде.

34)Образование углеводов в растениях, фотосинтез.

Фотосинтез – это образование органических веществ из углекислого газа и воды, на свету, с выделением кислорода. У высших растений фотосинтез происходит в хлоропластах – пластидах овальной формы, содержащих хлорофилл, который определяет окраску зеленых частей растения. У водорослей хлорофилл содержится в хроматофорах, имеющих различную форму. У бурых и красных водорослей, обитающих на значительной глубине, куда затруднен доступ солнечного света, имеются другие пигменты.
Фотосинтез обеспечивает органическим веществом не только растения, но и животных, которые ими питаются. То есть является источником пищи для всего живого на планете.
Выделяющийся при фотосинтезе кислород, поступает в атмосферу. В верхних слоях атмосферы из кислорода образуется озон. Озоновый экран защищает поверхность Земли от жесткого ультрафиолетового излучения, что сделало возможным выход живых организмов на сушу.
Кислород необходим для дыхания растений и животных. При окислении глюкозы с участием кислорода в митохондриях запасается почти в 20 раз больше энергии, чем в его отсутствие. Что делает использование пищи гораздо более эффективным, привело к высокому уровню обмена веществ у птиц и млекопитающих.
Все это позволяет говорить о планетарной роли фотосинтеза и необходимости охраны лесов, которые называют «легкими нашей планеты».

35)Продукты окисления и восстановления моносахаридов. ----

36)Фосфорные эфиры моносахаридов.

Фосфорнокислые эфиры глюкозы и фруктозы были выделены как из животных, так и из растительныхорганизмов. Оказалось, что эти эфиры играют исключительно важную роль в жизнедеятельности организмов, являясь промежуточными продуктами расщепления углеводов при брожении и гликолизе (расщепленииполисахарида гликогена до молочной кислоты, происходящем во всех клетках животных организмов), а также при синтетических процессах (например, при фотосинтезе).

К фосфорнокислым эфирам, имеющим весьма большое значение, относятся следующие:

1-Фосфат глюкозы, или 1-глюкозофосфат (1-глюкозофосфорная кислота)

6-Фосфат фруктозы, или 6-фруктозофосфат (6-фруктозофосфорная кислота)

37)Олигосахариды. Распространение в природе.

Вещества, молекулы которых состоят из короткой цепочки глюкоза-фруктоза. Легко усваиваются, в отличие от полисахаридов с длинной цепочкой. Олигос - по-гречески " малый". Например, целлюлоза - полисахарид, поэтому спичками или сеном мы не питаемся. Сахара фруктов и ягод - олигосахариды.

38)Дисахариды. Мальтоза, лактоза, сахароза.

Дисахаридами называются соединения, образующиеся из двух молекул моносахаридов путем отщепления молекулы воды. По характеру связи дисахариды делятся на две группы, резко отличающиеся по своим свойствам.
К первой группе относятся дисахариды, образующиеся при отщеплении воды от карбонильного гидроксила одной молекулы и спиртового гидроксила другой молекулы моносахарида. Важнейшими представителями первой группы являются: солодовый сахар, или мальтоза, образующийся из двух молекул глюкозы и молочный сахар, или лактоза, состоящий из глюкозы и галактозы.
Такие дисахариды имеют один свободный карбонильный гидроксил и поэтому способны к таутомерным превращениям и дают реакцию на карбонильную группу.
К другой группе дисахаридов относятся соединения, образующиеся отщеплением молекулы воды от двух карбонильных гидроксилов моносахаридов. Представителем згой группы дисахаридов является свекловичный оахар или сахароза, состоящий из глюкозы и фруктозы (см. стр. 83).
В этом случае дисахариды не имеют свободных карбонильных гидроксилов, они не способны к таутомерным превращениям и > не дают реакций на карбонильную группу.
Дисахариды легко подвергаются гидролизу -при кипячении водных растворов в присутствии небольшого количества минеральных кислот как катализаторов. В организме человека дисахариды расщепляются под действием ферментов.

39)Сахароза. Строение и гидролиз.

САХАРОЗА - дисахарид, образованный остатками глюкозы и фруктозы. Сахароза:
- важная транспортная форма углеводов в растениях;
- легко превращается в запасные крахмал и инулин;
- используется в пищевой и микробиологической промышленности.
Не путай с САХАРОМ! сахар - это очищенная сахароза от глюкозы и фруктозы и прочих микроэлементов.
ГЛЮКОЗА - углевод из группы моносахаридов; один из ключевых продуктов обмена веществ, обеспечивающий живые клетки энергией в процессах дыхания, гликолиза, брожения. Глюкоза:
- хорошо растворима в воде;
- имеет сладкий вкус;
- в значительных количествах содержится в плодах винограда и в меде;
- входит в состав сахарозы, лактозы;
- образует крахмал, гликоген и целлюлозу.
В промышленности глюкозу получают гидролизом крахмала.
40)Полисахариды.

К полисахаридам относятся, в частности:

Полисахари́ ды — общее название класса сложных высокомолекулярных углеводов, молекулы которых состоят из десятков, сотен или тысяч мономеров — моносахаридов.

Полисахариды необходимы для жизнедеятельности животных и растительных организмов. Они являются одним из основных источников энергии, образующейся в результате обмена веществ организма. Они принимают участие в иммунных процессах, обеспечивают сцепление клеток в тканях, являются основной массой органического вещества в биосфере.

* декстрин — полисахарид, продукт гидролиза крахмала;
* крахмал — основной полисахарид, откладываемый, как энергетический запас у растительных организмов;
* гликоген — полисахарид, откладываемый, как энергетический запас в клетках животных организмов, но встречается в малых количествах и в тканях растений;
* целлюлоза — основной структурный полисахарид клеточных стенок растений;
* хитин — основной структурный полисахарид экзоскелета насекомых и членистоногих, а также клеточных стенок грибов
* галактоманнаны — запасные полисахариды некоторых растений семейства бобовых, такие как гуаран и камедь рожкового дерева;
* глюкоманнан — полисахарид, получаемый из клубней конняку, состоит из чередующихся звеньев глюкозы и маннозы, растворимое пищевое волокно, уменьшающее аппетит;
* амилоид — применяется при производстве пергаментной бумаги.

41)Крахмал.

Крахмал состоит из 2 полисахаридов - амилозы и амилопектина, образованных остатками глюкозы. Экспериментально доказано, что химическая формула крахмала (C6H10O5)n. Установлено, что крахмал состоит не только из линейных молекул, но и из молекул разветвленной структуры. Этим объясняется зернистое строение крахмала. Накапливается в виде зерен, главным образом в клетках семян, луковиц, клубней, а также в листьях и стеблях. Крахмал - белый порошок, нерастворимый в холодной воде. В горячей воде он набухает и образует клейстер.
Крахмал чаще всего получают из картофеля. Для этого картофель измельчают, промывают водой и перекачивают в большие сосуды, где происходит отстаивание. Полученный крахмал еще раз промывают водой, отстаивают и сушат в струе теплого воздуха.
Крахмал - основная часть важнейших продуктов питания: муки (75 - 80%), картофеля (25%), саго и др. Энергетическая ценность около 16, 8 кДж/г.
Он является ценным питательным продуктом. Чтобы облегчить его усвоение, содержащие крахмал продукты подвергают действию высокой температуры, то есть картофель варят, хлеб пекут. В этих условиях происходит частичный гидролиз крахмала и образуются декстрины, растворимые в воде. Декстрины в пищеварительном тракте подвергаются дальнейшему гидролизу до глюкозы, которая усваивается организмом. Избыток глюкозы превращается в гликоген (животный крахмал). Состав гликогена такой же, как у крахмала, - (C6H10O5)n, но его молекулы более разветвленные. Особенно много гликогена содержится в печени (до 10%). В организме гликоген является резервным веществом, которое превращается в глюкозу по мере ее расходования в клетках.
В промышленности крахмал путем гидролиза превращают в патоку и глюкозу. Для этого его нагревают с разбавленной серной кислотой, избыток которой затем нейтрализуют мелом. Образовавшийся осадок сульфата кальция отфильтровывают, раствор упаривают и выделяют глюкозу. Если гидролиз крахмала не доводить до конца, то образуется смесь декстринов с глюкозой - патока, которую применяют в кондитерской промышленности. Получаемые с помощью крахмала декстрины используются в качестве клея, для загустения красок при нанесении рисунков на ткань.
Крахмал применяют для накрахмаливания белья. Под горячим утюгом происходит частичный гидролиз крахмала и превращение его в декстрины. Последние образуют на ткани плотную пленку, которая придает блеск ткани и предохраняет ее от загрянения.
Крахмал и его производные также применяются при производстве бумаги, текстильных изделий, в литейном и других производствах, а также в фармацевтической промышленности.

42)Ферментативный гидролиз крахмала.
Гидролиз крахмала присутствует во многих пищевых технологиях как один из необходимых процессов, обеспечивающих качество конечного продукта. Например:

- в хлебопечении – процесс тестоприготовления и выпечки хлеба;

- в производстве пива – получение пивного сусла и сушка солода;

- в производство кваса;

- в производстве спирта – подготовка сырья для брожения;

- в получении различных сахаристых крахмалопродуктов – глюкозы, патоки, сахарных сиропов.

Существует два метода гидролиза крахмала:

- кислотный – под действием минеральных кислот;

- ферментативный - под действием ферментных препаратов.

При гидролизе крахмала под действием кислот сначала имеет место ослабление и разрыв ассоциативных связей между макромолекулами амилозы и амилопектина. Это сопровождается нарушением структуры крахмальных зерен и образованием гомогенной массы. Далее идет разрыв α (1→ 4) и α (1→ 6)-гликозидных связей с присоединением по месту разрыва молекулы воды. В процессе гидролиза нарастает число свободных альдегидных групп, уменьшается степень полимеризации. На промежуточных стадиях образуются декстрины, три и тетрасахара, мальтоза. Конечным продуктом гидролиза является глюкоза. Кислотный гидролиз имеет ряд существенных недостатков, обуславливаемых использованием высоких концентраций кислот и высокой температуры (свыше 100 °С), что приводить к образованию продуктов термической деградации и дегидратации углеводов, реакциям трансгликозилирования и реверсии.

По сравнению с кислотным гидролизом ферментативный гидролиз является более перспективным и имеет следующие преимущества:

1) Высокое качество изготовляемого продукта, т.к. образуется меньше побочных продуктов;

2) Специфичность действия ферментов позволяет получить продукт с заданными физическими свойствами (например сладостью);

3) Достигается высокий выход продукта с меньшими экономическими затратами.

Ферментативный гидролиз крахмала осуществляется с помощью амилолитических ферментов. К этой группе относятся α -амилаза, β -амилаза, глюкоамилаза, пуллуланаза и некоторые другие ферменты. Каждый из них имеет свои специфические особенности.

43)Клетчатка, пектиновые вещества.

Клетча́ тка — пищевые волокна:

* Полисахарид, дающий при полном гидролизе глюкозу; входит в состав большинства растительных организмов, являясь основой клеточных стенок. Изредка входит в состав скелетных образований некоторых инфузорий (отряда Entodiniomorpha). То же, что целлюлоза.
* Составная часть растительной пищи, которая не переваривается в организме, но играет огромную роль в его жизнедеятельности. Очищает желудочно-кишечный тракт и усиливает его деятельность, что в результате оказывает благотворное воздействие почти на все расстройства пищеварения. По своим видам делится на растворимую и нерастворимую клетчатку. Исследования показали, что клетчатка является неотъемлемой частью здорового питания. По-другому также называют пищевыми волокнами.
* Рыхлая богатая жиром соединительная ткань;

Пектин - это натуральное желирующее и структурообразующее вещество, которое содержится в клеточных стенках и межклеточном пространстве всех растений. Особенно им богаты фрукты, ягоды и многие овощи. Пектин в переводе с греческого «pektos» - свернувшийся, замерший. Пектиновые вещества в природе существуют в нескольких формах. Они выполняют в растительных тканях различные физиологические функции структурных и связывающих компонентов и регулируют водный обмен растений.

Пектины извлекают из естественного растительного сырья практически в неизмененном виде, при этом сохраняются все физиологически ценные свойства. Пектины, как растворимые пищевые волокна, благотворно влияют на здоровье человека. Пектин очень важен для стабилизации обмена веществ, он снижает содержание холестерина в организме, улучшает периферическое кровообращение, а также перистальтику кишечника. Но, самое ценное его свойство в том, что он обладает способностью очищать живые организмы от вредных веществ.

Кроме лечебных характеристик пектин имеет многочисленные технологические достоинства, такие, как стандартизируемая желирующая сила, хорошая растворимость и температурная устойчивость. С помощью пектина получается продукт с необходимыми текстурными и органолептическими показателями. Поэтому пектин и пектинсодержащие продукты являются ценной добавкой при производстве пищевых продуктов.

44)Липиды.

Липиды — это жироподобные органические соединения, нерастворимые в воде, но хорошо растворимые в неполярных растворителях (эфире, бензине, бензоле, хлороформе и др.). К простым липидам относятся жиры, стероиды, воска. К сложным - фосфолипиды и гликолипиды.

Функции липидов следующие:
1.Структурная. Фосфолипиды вместе с белками образуют биологические мембраны. В состав мембран входят также стеролы.
2.Энергетическая. При окислении жиров высвобождается большое количество энергии, которая идет на образование АТФ. В форме липидов хранится значительная часть энергетических запасов организма, которые расходуются при недостатке питательных веществ. Животные, впадающие в спячку, и растения накапливают жиры и масла и расходуют их на поддержание процессов жизнедеятельности. Высокое содержание липидов в семенах растений обеспечивает развитие зародыша и проростка до их перехода к самостоятельному питанию. Семена многих растений (кокосовой пальмы, клещевины, подсолнечника, сои, рапса и др.) служат сырьем для получения растительного масла промышленным способом.
3.Защитная и теплоизоляционная. Накапливаясь в подкожной клетчатке и вокруг некоторых органов (почек, кишечника), жировой слой защищает организм животных и его отдельные органы от механических повреждений. Кроме того, благодаря низкой теплопроводности слой подкожного жира помогает сохранить тепло, что позволяет, например, многим животным обитать в условиях холодного климата. У китов, кроме того, он играет еще и другую роль — способствует плавучести.

4, Смазывающая и водоотталкивающая. Воск покрывает кожу, шерсть, перья, делает их более эластичными и предохраняет от влаги. Восковой налет имеют листья и плоды многих растений.
5.Регуляторная. Многие гормоны являются производными хо-лестерола, например половые (тестостерон у мужчин и прогестерон у женщин) и кортикостероиды (альдостерон). Производные холестерола, витамин D играют ключевую роль в обмене кальция и фосфора. Желчные кислоты участвуют в процессах пищеварения (эмульгирование жиров) и всасывания высших карбоновых кислот.
45)Жиры строение и состав.

Основным компонентом жиров являются глицерин и жирные кислоты. Жирные кислоты делятся на насыщенные и ненасыщенные. Насыщенные жирные кислоты используются организмом как энергетический материал. Они могут частично синтезироваться организмом из углеводов и белков. Среди ненасыщенных жирных кислот особое значение имеют полиненасыщенные жирные кислоты. Они не могут синтезироваться в организме человека и поэтому являются незаменимыми, как являются незаменимыми некоторые аминокислоты и витамины. Полиненасыщенные жирные кислоты встречаются в подсолнечном, соевом, оливковом, кукурузном, персиковом, кунжутном, горчичном и других растительных маслах.

Природные жиры подразделяются на животные и растительные жиры. Консистенция жиров и их вкус обусловлены неодинаковым соотношением насыщенных и ненасыщенных жирных кислот. Чем больше насыщенных жирных кислот, тем выше температура плавления жира (увеличивается «твердость»), тем труднее он расщепляется в организме пищеварительными ферментами. Растительные жиры, как правило, в обычных условиях остаются жидкими, содержат в основном ненасыщенные жирные кислоты (линолевую, линоленовую, арахидоновую), имеют низкую температуру плавления. Источником растительных жиров являются растительные масла, орехи, соя, бобы, овсяные, гречневые крупы и другие. Жиры животного происхождения (преимущественно плотной консистенции) значительно богаче насыщенными жирными кислотами (масляной, пальмитиновой...), имеют высокую температуру плавления. Источником животных жиров - сало, смалец, сливочное масло, сметана, сливки, сыры.

Важнейшим свойством жиров является их окисляемость, которая сильно зависит от состава жира. Наиболее легко окисляются жиры некоторых морских рыб, труднее всего - жиры с высоким содержанием насыщенных жирных кислот (сало, шпик). Окисление может быть вызвано различными физическими, химическими и биологическими факторами (действие кислорода, температуры, света, ферментов, длительность хранения, чистота получения продукта и другие). Прогоркшие жиры имеют неприятный запах, изменяется их цвет (сливочное масло темнеет, шпик и сало - желтеют), ухудшаются их органолептические свойства, образуются продукты окисления, которые обладают токсическим действием.

46) Липаза — водорастворимый фермент, который катализирует гидролиз нерастворимых эстеров -липидных субстратов, помогая переваривать, растворять и фракционировать жиры.
Большинство липаз действует на специфический фрагмент глицеринового скелета в липидном субстрате (A1, A2 или A3).
Липаза вместе с желчью переваривает жиры и жирные кислоты, а также жирорастворимые витамины A, D, E, K, обращая их в тепло и энергию.
Липопротеинлипаза расщепляет липиды (триглицериды) в составе липопротеинов крови и обеспечивает таким образом доставку жирных кислот к тканям организма.

В результате гидролиза происходит расщепление связей в молекулах глицеридов при действии воды, причем элементы воды присоединяются по месту возникающих свободных валентностей с образованием двух структурных элементов жиров — жирных кислот и глицерина. Участвующая в реакции вода диссоциирует на водород и гидроксил. Водород присоединяется к кислотному остатку, а гидроксил — к спиртовому радикалу. Практически процесс распада триглицеридов протекает последовательно, с образованием промежуточных продуктов реакции — моно- и диглицеридов.

47)Прогоркание жиры

Прогоркание жиров. Это сложный процесс, начальной стадией которого является ферментативный гидролиз. При этом накапливаются свободные низкомолекулярные жирные кислоты, придающие жирам прогорклый вкус. Дальнейшее изменение связано с накоплением в жирах короткоцепочечных альдегидов и кетонов, являющихся вторичными продуктами окисления гидроперекисей, которые не только усиливают прогоркание, но и придают жирам дополнительные неприятные вкусовые оттенки. Так, смесь шести и десяти углеродных альдегидов придает жиру вкус «сильно поджаренный». Примесь альдегидов С6—Си, образующихся при разложении гидроперекисей в процессе гидрогенизации, придает специфический запах саломаса.

В ненасыщенных жирах преобладают альдегиды, а в жирах с небольшим количеством ненасыщенных кислот — кетоны. Окисление альдегидов и кетонов ведет к появлению у жиров неприятного резкого запаха.

Прогорклые растительные масла типа оливкового, в составе которых преобладает олеиновая кислота, имеют выраженный олеиново-кислый или альдегидный запах, который обусловливают в основном муравьиный, гептиловый, нониловый, уксусный альдегиды. Прогорклые масла типа макового с преобладанием полиненасыщенных кислот имеют запах олифы.

48)Число жира.