УГЛЕВОДЫ. Рекомендации по применению

УГЛЕВОДЫ тема 2.3

— Углеводы: классификация, основные свойства, роль в питании человека.

— Характеристика простых и сложных сахаров.

— Основные источники углеводов в питании человека.

 

Широко распространены в природе и выполняют разнообразные функции в растительном и животном организме.

Основной питательный и главный опорный материал растительной клетки и тканей.

Составляют до 85-90% всей массы растительного организма.

В животных организмах – около 2%. Встречаются в бактериях. Состоят из углерода, кислорода и водорода. В некоторых имеется азот.

— Образование в растениях:

◦ В процессе фотосинтеза из углекислого газа и воды синтезируется глюкоза;

◦ Глюкоза включается в обменные процессы и запасается в виде крахмала или превращается в целлюлозу – структурную основу растений.

— Животные и человек способны синтезировать ряд углеводов из жиров и белка, но большая часть углеводов поступает с растительной пищей.

Эти органические соединения содержат одновременно альдегидную и кето- группу и несколько спиртовых групп.

Общая формула Сх (Н2О)у, при этом х и у могут быть не равны друг другу.

 

Важнейшая особенность – сладость ряда углеводов.

Коэффициент сладости:

— Сахароза – 1;

— Глюкоза – 0,74;

— Фруктоза – 1,73;

— Галактоза – 0,32;

— Манноза – 0,32;

— Ксилоза – 0,40;

— Мальтоза – 0,32;

— Лактоза – 0,16.

УГЛЕВОДЫ. Классификация.

 

1. Простые и сложные:

◦ Простые – моносахариды:

– Альдозы (-СОН)

– Кетозы (-СО).

◦ Сложные:

– Олигосахариды (ди-, три-, тетрасахариды, до 10 остатков моноз):

◦ Восстанавливающие;

◦ Невосстанавливающие.

– Полисахариды:

◦ Гомополисахариды;

◦ Гетерополисахариды.

Олигосахариды: если связь между кольцами моносахаридов образована двумя гликозидными гидроксилами, то углевод может существовать только в одной форме (циклической), а, следовательно, не проявляет восстановительных свойств - невосстанавливающие сахара (сахароза).

Если в образовании связи участвует один гликозидный и один спиртовой гидроксилы, то сохраняется один гликозидный гидроксил, и сахара являются восстанавливающими (мальтоза, лактоза).

Полисахариды:

— Состоящие из остатков моносахаридов одного вида – гомополисахариды (крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин).

— Состоящие из разных моносахаридов – гетерополисахариды (гиалуроновая кислота, гепарин и др.)

Моносахариды (от 3 до 7 атомов углерода): триозы, тетрозы, пентозы, гексозы и гептозы

Олигосахариды (ди-, три-, тетрасахариды): сахароза, лактоза, мальтоза, целлобиоза и трегалоза.

Высшие полисахариды: крахмал, гликоген, целлюлоза и др.

 

— В зависимости от участия в обмене веществ:

Усвояемые: - Глюкоза;

- Фруктоза;

- Сахароза;

- Мальтоза;

- Галактоза;

- Лактоза;

- Рафиноза;

- Инулин;

- Крахмал

- Декстрины

 

- Декстрины

 

Неусвояемые:

— Грубые пищевые волокна (целлюлоза, гемицеллюлозы);

— Мягкие пищевые волокна (пектиновые вещества, камеди, декстраны и др.).

 

Усвояемость зависит от наличия определенных ферментов в ЖКТ человека.

Например, легче всего усваивается фруктоза, глюкоза, сахароза, мальтоза и лактоза, несколько медленнее –крахмал и декстрины, т.к. они должны предварительно расщепиться до простых сахаров.

Гемицеллюлозы, целлюлоза и пектины, человеком, в отличие от жвачных животных, не усваиваются.

Однако частичное их расщепление происходит в толстом кишечнике под воздействием ряда микроорганизмов (на долю этих веществ приходится около 1% энергии, поэтому ею пренебрегают).

Единственным нерасщепляемым и неусвояемым компонентом клеточных стенок является лигнин - ароматический полимер неуглеводной природы.

МОНОСАХАРИДЫ. Глюкоза

Виноградный сахар, декстроза - С6Н12О6:

◦ Менее сладкая, чем сахар;

◦ В растениях содержится в плодах, семенах, листьях, цветах;

◦ В животных организмах – крови, лимфы, цереброспинальной жидкости.

◦ Применяют в пищевой, хлопчатобумажной промышленности, в медицине и ветеринарии, для получения аскорбиновой кислоты и сорбита.

Нормальный уровень глюкозы в крови – 80-100 мг/100 мл

Содержание 200-400 мг/100 мл – перенапряжение гормональной системы, в моче – сахар, возникает сахарный диабет.

Следствие: необходимо ограничить потребление углеводов, использовать заменители сахара и подсластители.

Плодовый сахар, левулеза С6Н12О6:

◦ Самая сладкая из простых сахаров;

◦ В гигиеническом отношении самый благоприятный углевод;

◦ Наибольшее количество в меде (около 37%), ягодах и фруктах (4-7%).

Молочный сахар С12Н22О11:

◦ Дисахарид,

◦ Основной источник – коровье молоко (около 5%), в женском молоке (около 8%).

◦ Возможна непереносимость молока из-за отсутствия или недостаточной активности фермента лактазы.

Свекловичный или тростниковый сахар С12Н22О11:

◦ Дисахарид, самый распространенный и важный.

◦ Содержится в стеблях, корнях, клубнях и плодах растений:

— В сахарной свекле – до 24%;

— В стеблях сахарного тростника – до 20%.

ПОЛИСАХАРИДЫ. Крахмал.

— (С6Н10О5)n:

◦ Основное питательное вещество растений.

◦ Белый порошок, нерастворимый в воде, без запаха и вкуса, в горячей воде образует коллоидный раствор.

◦ Состоит из двух различных фракций: амилозы (25%) и амилопектина (75%).

 

Амилоза – длинные неразветвленные цепи, содержащие от 100 до 2000 α-D –глюкопиранозных остатков, соединенных α (1 4) глюкозидными связями.

Молекулярная масса колеблется в пределах -106.
10

Имеет спиралевидно строение, каждый виток спирали состоит из шести последовательных α-D –глюкопиранозных остатков. Внутри спирали образуется канал диаметром 0,5 нм.

Амилопектин состоит из множества коротких и разветвленных полиглюкозидных цепочек, каждая из которых в среднем содержит 17-26 остатков α-D –глюкопиранозы.

Молекулярная масса колеблется в пределах 10-100 миллионов.

Пространственная структура амилопектина до сих пор не полностью понятна. Имеются разные модели пространственной структуры амилопектина. Особенностью является одновременное наличие разветвлений в цепях амилопектина и способность образовывать регулярные кристаллические области.

Крахмал:

В рационе занимает 80% от общего количества потребляемых углеводов.

Основной источник – картофель и злаковые культуры:

◦ Рис – около 80%

◦ Пшеница – 70%

◦ Кукуруза – 68%

◦ Клубни картофеля – 20%.

Применяется в кондитерской и других отраслях пищевой промышленности, текстильной, лакокрасочной, бумажной, при бурении скважин.

Продуктами частичного кислотного гидролиза крахмала являются декстрины. Они растворимы в воде, нерастворимы в спирте, что используется для разделения сахаров и декстринов.

О степени гидролиза крахмала судят по окраске раствора при добавлении йода.

— Йод + крахмал = синий

— Йод + декстрины:

◦ N›47 – голубой;

◦ 39-46 – сине-фиолетовый;

◦ 30-38 – красно-фиолетовый;

◦ 25-29 – красный;

◦ 21-24 – коричневый;

◦ n‹20 – не образуют окрашенных комплексов.

УГЛЕВОДЫ. Гликоген.

Животный крахмал, запасный углевод животных тканей.

Имеет разветвленное строение с.-10
молекулярной массой 3∙10

Содержание:

◦ Печень – 5%

◦ Мышечная ткань – 0,7%

◦ Грибы, дрожжи, зерно сахарной кукурузы – незначительное количество.

При ферментативном гидролизе образуются декстрины.

Инулин. Высокомолекулярный углевод, растворимый в воде.

Содержится в больших количествах в клубнях топинамбура (земляной груши), корнях цикория, артишоках.

В них он заменяет крахмал и эти растения используются для получения фруктозы.

Целлюлоза. Клетчатка – линейный (нитевидный) полимер глюкозы.

Основной структурный полисахарид клеточных стенок большинства растений, синтезируется в растениях.

Содержание:

◦ В листьях – около 30%;

◦ В древесине – около 70%;

◦ В волосках семян хлопка – около 90%.

Не растворяется в воде, эфире и спирте.

Обязательный фактор процесса пищеварения.

Недостаток: ожирение, развитие желчно-каменной болезни, сердечно-сосудистых заболеваний

Избыток: снижение усвояемости некоторых пищевых веществ, провокация диареи.

 

Гемицеллюлозы. Полуклетчатка.

Растворимы в кислотах и щелочах. Нерастворимы в воде.

Содержание:

◦ В одревесневших частях растений (солома, семена, орехи, древесине, кукурузных початках)

◦ В отрубях, водорослях.

Применение: стабилизатор пищевых продуктов, фармацевтическая и косметическая промышленность.

Пектиновые вещества. Полигалактурониды. Кальциевые и магниевые соли Д-галактуроновой кислоты.

Содержание: земляника, яблоки, груши, крыжовник, персики, свекла, лук, лен.

Получают из яблочных выжимок (содержание - до 10-15%) и кожуры цитрусовых (содержание - до 20-30%).

Не усваиваются организмом, но спутник большинства полезных физиологических функций. Адсорбируют токсичные металлы; Подавляют развитие гнилостных микроорганизмов.

Другие. Растительные камеди (гумми) и слизи:

◦ Наплывы вишневых, сливовых и миндальных деревьев – гумми.

◦ Используются в пищевой промышленности в качестве загустителей и желирующих агентов.

◦ Слизи в клетках наружного слоя семян некоторых растений (семейство подорожников, лен, рожь): обладают высокой водосвязывающей способностью, слабительные средства

Полисахариды морских водорослей:

◦ Альгинаты,

◦ Каррагенаны,

◦ Агар.

Применяют как пищевые добавки

 

УГЛЕВОДЫ. Рекомендации по применению

Значение:

◦ Энергетическая – источники энергии для осуществления клеткой различных форм активности: движения, секреции, биосинтеза, свечения и др.

◦ Структурная – входят в состав разнообразных тканей и жидкостей, из целлюлозы состоят стенки растительных клеток.

◦ Биохимическая – некоторые представители обладают биологической активностью, выполняя специализированные функции:

— Гепарин предотвращает свертывание крови в сосудах;

— Гиалуроновая кислота препятствует проникновению бактерий через клеточную оболочку.

— Углеводы принимают активное участие в:

— Гликолизе (образование 2-х молекул АТФ)

— Цикле Кребса (образование 36 молекул АТФ и важных метаболитов);

— Пентофосфазном пути (образование важных метаболитов);

— Глюконеогенезе (образование важных метаболитов).

—

Суточная потребность – 50 г в день

Реальное потребление:

◦ количество общей суточной энергии в виде углеводов от 37% (Бельгия) до 88% (Бангладеш).

Рекомендации: 55% энергии должно приходиться на углеводы, за исключением детей в возрасте до двух лет.

— Усвояемые углеводы, как поставщики энергии, могут быть заменены жирами и белками.

Однако это небезопасно: в крови образуются продукты неполного окисления жиров («кетоновые тела»), происходит нарушение функции ЦНС и мышц, ослабление умственной и физической деятельности, сократится продолжительность жизни.

 

Усвояемость углеводов достаточно высока: от 85 до 99 %.

Систематический избыток в питании приводит к возникновению ожирения, диабета, атеросклероза.

 

УГЛЕВОДЫ.

Методы контроля.

 

— ГОСТ 3628-78. Методы определения сахара в молочных продуктах;

— ГОСТ 5672-68. Методы определения массовой доли сахара в хлебе и хлебобулочных изделиях;

— ГОСТ 5903-89. Методы определения сахара в кондитерских изделиях;

— ГОСТ 8756.13-87. Методы определения сахаров в продуктах переработки плодов и овощей;

— ГОСТ 13192-73. Метод определения сахаров в винах, виноматериалах и коньяках;

— ГОСТ 15113.6-77. Методы определения сахарозы в пищевых концентратах;

— ГОСТ 29248-91. Йодометрический метод определения сахаров в консервах молочных;

— ГОСТ 30305.2-95. Методика выполнения измерений массовой доли сахарозы (поляриметрический метод) в консервах молочных сгущенных и продуктах молочных сухих.

 

 

Методы различаются в зависимости от группы углеводов: