Олигосахариды и их свойства

Углеводы являются составной частью многих пищевых продуктов, так как составляют до 80-90% сухого вещества растений. В животных организмах углеводов содержится около 2 % массы тела, но значение их велико для всех живых организмов, т.к. входят в состав нуклеотидов, из которых построены нуклеиновые кислоты, осуществляющие биосинтез белка и передачу наследственной информации. Многие углеводы играют важную роль в процессах, препятствующих свертывание крови и проникновение болезнетворных микроорганизмов в макроорганизмы, в явлениях иммунитета.

С точки зрения пищевой ценности углеводы подразделяются на усваиваемые и неусваиваемые. Усваиваемые углеводы – моно и дисахариды, крахмал, гликоген. Неусваиваемые – целлюлоза, гемицеллюлозы, инулин, пектин, гумми, слизи. В пищеварительном тракте человека усваиваемые углеводы (за исключением моносахаридов) расщепляются под действием ферментов до моносахаридов, которые через стенки кишечника всасываются в кровь и разносятся по всему телу.При избытке простых углеводов и отсутствии расхода энергии часть углеводов превращается в жир или откладывается в печени как запасной источник энергии на временное хранение в виде гликогена.

Неусваиваемые углеводы организмом человека не утилизируются, но они чрезвычайно важны для пищеварения и составляют так называемые «пищевые волокна». Пищевые волокна стимулируют моторную функцию кишечника, препятствуют всасыванию холестерина, играют положительную роль в нормализации состава микрофлоры кишечника, в ингибировании гнилостных процессов, способствуют выведению из организма токсичных элементов. Суточная норма пищевых волокон составляет 20-25 г.

Животные продукты содержат мало углеводов, поэтому основным источником углеводов для человека служит растительная пища. Углеводы составляют три четверти сухой массы растений и водорослей, они содержатся в зерновых, фруктах, овощах (таблица 1). В растениях углеводы накапливаются как запасные вещества (например, крахмал) или они грают роль опорного материала (клетчатка).

 

Таблица 1

Название продукта	Содержание углеводов, г на 100 г продукта
крахмал	сахара	неусвояемые углеводы	всего
Мука пшеничная	67-68	1,7-1,8	0,1-0,2	73-74
Макароны	62-69	1,7-4,6	0,1-0,2	72-75
Рис			4-10	63-64
Гречка	63-64		1-2	67-68
Кукуруза		2,5-3,0	6-10	67-70
Яблоки	0,2	14,90	1,7	11-17
Персики	-	15,8	1,6	17-18
Виноград	-	15,6-24,0	1,2	17-25
Лимоны	-	2,1	1,6	3-4
Земляника	-	6,5	3,0	9-10
Картофель				14-25

 

Главными усваиваемыми углеводами в питании человека являются крахмал и сахароза. На долю крахмала приходится примерно 80 % всех потребляемых человеком углеводов. Крахмал является главным энергетические ресурсом человека. Источники крахмала – зерновые, бобовые, картофель. Моносахариды и олигосахариды присутствуют в зерновых в относительно малых количествах. Сахароза обычно поступает в организм человека с продуктами, в которые она добавляется (кондитерские изделия, напитки, мороженое). Продукты с высоким содержанием сахара являются наименее ценными из всех углеводных продуктов.

Известно, что необходимо увеличивать содержание в рационе пищевых волокон. Источником пищевых волокон являются ржаные и пшеничные отруби, овощи, фрукты. Хлеб из цельного зерна с точки зрения содержания пищевых волокон гораздо более ценен, чем хлеб из муки высших сортов.

Углеводы плодов представлены в основном сахарозой, глюкозой, фруктозой, а также клетчаткой и пектиновыми веществами. Имеются продукты, состоящие почти из одних углеводов: крахмал, сахар, мед, карамель.

Животные продукты содержат значительно меньше углеводов, чем растительные. Одним из главнейших представителей животных крахмалов является гликоген. Мясной и печеночный гликоген своим строением похожи на крахмал. А молоке содержится лактоза: 4,7 % - в коровьем, 6,7 % - в человеческом.

Свойства углеводов и их превращения имеют большое значение при хранении и производстве пищевых продуктов. Так, во время хранения плодов и овощей происходит потеря массы в результате расхода углеводов на процессы дыхания. Превращения пектиновых веществ обуславливают изменение консистенции плодов.

3. Моносахариды и их свойства

 

Моносахаридами называются простые углеводы, не подвергающиеся гидролизу. К группе моносахаридов относятся соединения, у которых все атомы углерода, кроме одного, содержат группу ОН. Один из углеводов несет карбонильную функцию С=О, образуя альдегидную С = О или кетонную С = О группировки.

Н

Если карбонильная группа является альдегидной, то соответствующий сахар относят к группе альдоз, если же она является кетонной, то сахар относят к группе кетоз. В альдозах карбонильная группа находится на конце цепи молекулы, в кетозах же она обычно образована вторым углеродным атомом.

Н О СН₂ОН

С C = О

(СНОН)_n (СНОН)_n

СН₂ОН СН₂ОН

альдоза кетоза

Примерами могут служить следующие формулы:

Молекулы моносахаридов могут иметь циклическую форму за счет образования внутренних полуацеталей. При этом двойная связь карбонильной группы разрывается, водород спиртового гидроксила переходит к карбонильному кислороду, а кислород этого гидроксила соединяется с атомом углерода. Таким образом образуется кислородсодержащее кольцо, а кислород карбонильной группы образует гидроксил. Углеродный атом в полуацетальной форме (тот, который в гидроксикарбонильной форме является карбонильным углеродом) называется полуацетальным углеродным атомом, а соединенная с ним гидроксильная группа (образовавшаяся из карбонильного кислорода) – полуацетальным или гликозидным гидроксилом.

Примерами могут служить следующие формулы:

Моносахариды – бесцветные твердые вещества, хорошо растворимые в воде и значительно труднее в спирте и эфире. Из насыщенных водных растворов моносахариды выделяются в виде крупных красивых кристаллов. Растворы моносахаридов оптически активны, т.е. вращают плоскость поляризованного луча вправо или влево.

Важным свойством моносахаридов является их сладкий вкус, при этом их отдельные представители неодинаковы по сладости. Так, глюкоза примерно в 2,5 раза менее сладка, чем фруктоза. Растворы моносахаридов обладают нейтральной реакцией. Все моносахариды обладают восстановительными свойствами, т.е. их растворы восстанавливают из окисных соединений меди закись меди Сu₂О. На этой реакции основаны классические методы определения сахаров в пищевых продуктах.

Из моносахаридов в пищевых продуктах находят тетрозы (С₄Н₈О₄), пентозы (С₅Н₁₀О₅), гексозы (С₆Н₁₂О₆). Среди них наиболее важны и чаще всего встречаются в природе пентозы и гексозы.

Пентозы (С₅Н₁₀О₅) содержатся в растительных продуктах в свободном виде редко и в незначительных количествах, чаще они входят в состав более сложных углеводов, например, в состав высокомолекулярных пентозанов, которые при гидролизе переходят в сахара пентозы.

(С₅Н₈О ₄ )_n +nН₂О ------- n С₅Н₁₀О₅

В чистом виде пентозы хлебопекарными дрожжами не сбраживается. Альдопентозы - рибоза, рабиноза, ксилоза. Кетопентозы - рибулоза.

Арабиноза входит в состав полисахарида арабана, который встречается в зерне пшеницы, свекле, плодах, овощах и др., а также входит в состав пектиновых веществ, слизей и гумми. Арабинозу получают кислотным гидролизом из свекловичного жома, получаемого при переработке сахарной свеклы.

Ксилоза в виде полисахарида ксилана содержится в соломе, древесине, отрубях, кукурузных початках и других растительных материалах, входит в состав растительных слизей. Получают ксилозу гидролизом слабыми кислотами из кукурузных початков, соломы или древесины.

Рибоза входит в состав РНК (рибонуклеиновых кислот), которые играют огромную роль в живых организмах при передаче наследственных свойств и синтезе белков, а также нуклеотидов, витаминов, ферментов и т.д.

Рибулоза в чистом виде в продуктах не найдена, в виде фосфорных эфиров рибулоза в незначительных количествах содержится в зеленых растениях, микроорганизмах и тканях животных.

Гексозы (С₆Н₁₂О₆) в пищевых продуктах находятся в свободном и в связанном состоянии, они представлены главным образом глюкозой, фруктозой, галактозой, а также маннозой. Глюкоза, галактоза, манноза - альдозы, фруктоза - кетоза.

Небольшие различия в строении гексоз приводят к тому, что они с разной интенсивностью сбраживаются дрожжами, легче всего сбраживаются глюкоза и фруктоза, слабее мальтоза и с большим трудом - галактоза.

Глюкоза (виноградный сахар, декстроза) широко распространена в природе; она находится в листьях, плодах, овощах, семенах растений, меде и в небольших количествах в животных организмах Остатки глюкозы входят также в состав молекул многих более сложных соединений, - крахмала, гликогена, клетчатки, глюкоза является составной частью сахарозы и лактозы. В промышленности глюкозу получают при кислотном гидролизе крахмала. Глюкозу широко применяют в кондитерской промышленности, она служит также сырьем для получения аскорбиновой кислоты (витамин С).

Галактоза в свободном виде в природе практически не встречается. Она входит в состав олигосахаридов – лактозы (молочного сахара), рафинозы, а также высокомолекулярных полисахаридов - агар-агара, различных гумми и слизей, гемицеллюлоз, пектиновых веществ. Галактозу получают гидролизом лактозы, сбраживается она только лактозными дрожжами, при окислении образует сначала D - галактоновую, а затем слизевую кислоту.

Манноза в свободном виде найдена в незначительных количествах в некоторых плодах (например, в кожуре апельсина), в связанной форме содержится в виде полисахаридов (слизей, гемицеллюлоз) в каменистых клетках плодов, оболочке пальмового ореха, водорослях. Манноза является изомером глюкозы, отличается от нее положением группы ОН при втором атоме углерода. При восстановлении маннозы образуется спирт маннит, который находится в грибах и бурых водорослях.

Фруктоза (левулеза, плодовый сахар) содержится в соке плодов и овощей, меде (до 37%)и других продуктах, часто вместе с глюкозой и сахарозой. Фруктоза входит в состав полисахарида инулина, который находится в цикории, земляной груше. Она получается путем гидролиза инулина в присутствии Н₂SО_4. Фруктоза обладает высокими гигроскопичными свойствами, и поэтому ее иногда применяют там, где надо поддержать продукт во влажном состоянии. Она хорошо усваивается организмом человека; сбраживается дрожжами медленнее, чем глюкоза, от других сахаров отличается большей сладостью.

 

Дисахариды построены из остатков двух молекул моносахаров, при этом в дисахариде могут соединяться две гексозы, две пентозы, или гексоза и пентоза. Моносахариды входят в состав дисахаридов в циклических полуацетальных формах и соединяются друг с другом гликозидной связью в результате выделения молекулы воды за счет гидроксильных групп. Дисахариды можно рассматривать как гликозиды, т.к. две молекулы моносахаридов соединены между собой гликозидным гидроксилом одного моносахарида и одной из гидроксильных групп другого.

В зависимости от того, какие гидроксилы участвуют в образовании дисахаридов, различают восстанавливающиие и невосстанавливающие дисахариды. Восстанавливающие дисахариды образуются в результате выделения воды за счет полуацетального гидроксила одной молекулы моносахарида и спиртового гидроксила другой молекулы моносахарида. При этом в молекуле дисахарида сохраняется один свободный полуацетальный (гликозидный) гидроксил.

Невосстанавливающие сахара образуются за счет выделения воды за счет полуацетальных гидроксилов обеих моносахаридных молекул.

При гидролизе молекулы дисахаридов образуется две молекулы моносахаридов:

С₁₂Н₂₂О₁₁+Н₂О-------С₆Н₁₂О₆ +С₆Н₁₂О_6.

Мальтоза (солодовый сахар) в свободном виде в природе не встречается, находится в патоке мальтозной (60%) и крахмальной, в проросшем зерне. Она образуется в качестве промежуточного продукта при гидролизе крахмала и гликогена под действием фермента амилазы или кислот. Молекула мальтозы состоит из двух остатков молекул глюкозы, соединенных кислородным мостиком первого углеродного атома одной молекулы с четвертым углеродным атомом другой молекулы (a-1,4 гликозидная связь).

Мальтоза обладает восстанавливающими свойствами, так как в ее молекуле есть свободный полуацетальный (гликозидный) гидроксид. При взаимодействии с жидкостью Фелинга из нее образуется в два раза меньше закиси меди, чем при реакции такого же количества глюкозы.