Общая характеристика углеводов.

Лекция 4

2.3. Вуглеводи. Функції в організмі і складі харчових продуктів. Класифікація вуглеводів як компонентів їжі на засвоювані та незасвоювані, харчова цінність.

Біологічні функції моно- та олігосахаридів в харчових продуктах. Структурно-функціональна роль полісахаридів (крохмалю, глікогену, целюлози, геміцелюлоз, пектинових речовин та ін.).

Вміст вуглеводів в рослинній сировині та продуктах харчування. Зміни вуглеводів при зберіганні сировини та переробці в харчові продукти (бродіння, карамелізація, меланоїдіноутворення).

Общая характеристика углеводов.

Название «углеводы» было дано соединениям этого класса почти 90 лет назад, когда полагали, что все они содержат углерод, водород и кислород в таких соотношениях, как будто представляют собой различные гидраты углерода общей формулы С_n(Н₂0)_m. В дальнейшем оказалось, что ряд соединений, принадлежащих по своим свойствам к классу углеводов, содержат водород и кислород в несколько иной пропорции, чем указано в общей формуле (например, дезоксирибоза — С₅Н₁₀О₄). Однако название «углеводы» сохранилось, хотя химического смысла оно не имеет.

Углеводы – это класс соединений, образованных углеродом, водородом и кислородом, с наиболее часто встречающейся химической формулой C_n(H₂O)_m. По своей природе углеводы – это многоатомные спирты с наличием альдегидной (альдозы) или кетонной группы (кетозы).

Углеводы – самые распространенные в природе органические соединения. Они встречаются в свободной и связанной формах в любой растительной, животной и бактериальной клетке. Углеводы составляют три четверти биологического мира и примерно 60–80% калорийности пищевого рациона.

Наиболее распространенный углевод − целлюлоза, структурный компонент деревьев и других растений. Главный пищевой ингредиент − крахмал. Углеводы, как правило, образуются в зеленых растениях в ходе фотосинтеза.

Согласно принятой в настоящее время классификации углеводы подразделяются на три основные группы: моносахариды, олигосахариды и полисахариды.

Моносахариды представляют собой многоатомные альдегидо- и кетоноспирты, обычно содержат от 3 до 9 атомов углерода,

В зависимотси от количества углеродов: триозы, тетрозы, пентозы, гексозы (3, 4, 5, 6 и т. д. атомов углерода в цепи). Наиболее распространены пентозы и гексозы.

В зависимости от природы функциональных групп их подразделяют на: -альдозы (альдегидная группа- CОН); -кетозы (кетогруппа - СО);

Моносахариды причисляются к L или D ряду в зависимости от конфигурации последнего ассиметричного атома углерода у монозы. В качестве образца при этом используется глицериновый альдегид.

зеркало (плоскость симметрии)

Д-альдегид L-альдегид

В водных растворах МС находятся одновременно в циклических и нециклических формах (альдегидная форма). Причем количество нециклических форм довольно низко. У глюкозы менее 1 %. Все формы способны взаимно превращаться друг в друга.

В природе МС обычно существуют в виде циклических форм: пиранозная и фуранозная.

Моносахариды встречаются в свободном виде в природе в небольших количествах; в основном они присутствуют как структурные единицы полисахаридов, входят в олигосахариды.

Среди моносахаридов широко известны глюкоза, фруктоза, галактоза.

Глюкоза (виноградный сахар) содержится в ягодах, фруктах и меде. Из молекул глюкозы построены крахмал, гликоген, мальтоза; она является составной частью сахарозы, лактозы.

линейная циклическая

Фруктоза (плодовый сахар) – содержится в чистом виде в пчелином меде, винограде, яблоках, так же является составной частью сахарозы.

Галактоза - составная часть молочного сахара (лактозы), которая содержится в молоке млекопитающих, растительных тканях, семенах.

Полисахариды – это основной источник углеводов в пище человека и животных. Они подразделяются на полисахариды первого порядка (олигосахариды) и второго порядка (полиозы).

Олигосахариды содержат от 2 до 10 остатков моносахаридов, соединенных гликозидными связями. К олигосахаридам относят сахарозу, мальтозу, лактозу, раффинозу и др. Наиболее распространенны дисахариды сахароза (обычный пищевой сахар) и лактоза (молочный сахар) содержится только в молоке (5-8%).

Молекула сахарозы состоит из одного остатка α-D-глюкозы и одного остатка β-D-фруктозы.

Лактоза состоит из β-D-галактозы и α-D-глюкозы.

САХАРОЗА ЛАКТОЗА

Полиозы - полисахариды второго порядка можно разделить на гомополисахариды (состоят из моносахаридных единиц только одного типа) и гетерополисахариды (для них характерно наличие двух или более типов мономерных звеньев).

Крахмал представляет собой комплекс двух гомополисахаридов: линейного – амилозы (задействованы связи 1-4) и разветвленного – амилопектина (задействованы связи 1-6), общая формула которых (С₆Н₁₀О₅)n. Полисахариды крахмала построены из остатков глюкозы, соединенных в амилозе и в линейных цепях амилопектина а-1,4-связями, а в точках ветвления амилопектина − межцепочными а-1,6-связями. Как правило, содержание амилозы в крахмале составляет 10−30%, амилопектина 70−90%.

Крахмал является главной составной частью пищи человека, содержится в хлебе, картофеле, крупах, овощах. Различают клубневый (картофель, батат) и зерновой (кукуруза, рис) крахмал. Он откладывается в клетках растений в виде зерен, из которых он легко выделяется механическим воздействием и при промывании водой.

В ходе технологической обработки под действием влаги и тепла крахмал способен адсорбировать влагу, набухать, клейстеризоваться, подвергаться деструкции.

Гликоген – главный резервный полисахарид высших животных и человека, построенный из остатков D-глюкозы. Эмпирическая формула гликогена, как и крахмала, (С₆Н₁₀О₅)_n. Это углевод животного происхождения, накапливается в печени (около 10 %) и в мышцах (0.3-1 %) как запасной источник энергии. При его расщеплении образуются глюкоза, которая поступает в кровь и доставляется ко всем тканям организма.

Его молекула построена из ветвящихся полиглюкозидных цепей, в которых остатки глюкозы соединены α-1–4-гликозидными связями. В точках ветвления имеются α-1–6-гликозидные связи. По строению гликоген близок к амилопектину.

Целлюлоза (или клетчатка) является одним из наиболее распространенных растительных гомополисахаридов. Она выполняет роль опорного материала растений, из нее строится жесткий скелет стеблей, листьев. Ферменты желудочно-кишечного тракта человека не расщепляют клетчатку, и она относится к пищевым волокнам.

В чистом виде она известна в виде ваты и фильтровальной бумаги Древесина наполовину состоит из клетчатки и, кроме того, содержит связанный с нею лигнин — высокомолекулярное вещество фенольного характера.

Целлюлоза представляет собой полимер, содержащий 600−900 остатков глюкозы (средняя молекулярная масса 1-1,5 млн). В молекуле целлюлозы остатки глюкозы соединены β-(1,4)-гликозидными связями, что определяет линейную структуру полимера.

Слизи (содержатся в большом количестве в льняных семенах и в зерне ржи) и гумми (камеди – выделяемые в виде наплывов вишневыми, сливовыми или миндальными деревьями в местах повреждения ветвей и стволов).

Камеди находят широкое применение в производстве, поскольку они обладают такими ценными свойствами, как повышенная вязкость, клейкость, набухаемость и т. д. Камеди (гуммиарабинотрагакант) применяются в качестве связующих веществ и загустителей, служат эмульгаторами, основой для косметических и фармацевтических кремов и паст, стабилизаторами в пищевой промышленности.

Пектиновые вещества, содержащиеся в растительных соках и плодах, представляют собой гетерополисахариды. Пектины составляют основу фруктовых гелей.

Переход нерастворимых форм в растворимые происходит в процессе тепловой обработки. Пектиновые вещества способны образовывать гели в присутствии кислоты и сахара. Пектиновые вещества не усваиваются организмом, но играют в физиологии питания человека и технологии более активную роль, чем клетчатка. Они образуют комплексные соединения с тяжелыми металлами, выводя их из организма, и являются важным профилактическим средством для профилактики различных заболеваний.

Около 52-66% углеводов поступает с зерновыми продуктами, 14-26% с сахарами и сахаропродуктами, 8-10% с клубне-корнеплодами и 5-7% с овощами и фруктами. Количество углеводов в мясе и мясопродуктах сравнительно не велико и составляет около 1-1.5 %. Роль их в мясе определяется участием в биохимических процессах созревания мяса (изменение рН), формирования вкуса и аромата, изменения консистенции.