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.
- 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:
