Строение молекул гликогена (В)
Ферментативное превращение гликогена в мышцах мяса после убоя животного проходитчерез стадию образования фосфорсодержащих органических соединений и глюкозы, которая превращается в молочную кислоту. Это, наряду с другими ферментативными процессами, имеет большое значение для созревания мяса: мясо приобретает новые физико-химические свойства и становится пригодным для производства качественной продукции.
Инулин (С6Н10О5)n находится в корнях цикория (до 10 %), топинамбура (до 18 %), молекула состоит из 35-42 остатков фруктозы. Инулин – это бесцветный порошок, с йодом окраски не дает, легко растворяется в теплой воде, образуя коллоидные растворы, не обладает восстанавливающими свойствами, под действием фермента инулазы и кислоты превращается во фруктозу. Инулин легко усваивается организмом человека, в медицине используется как заменитель сахара и крахмала для диабетиков.
Фруктозаны , имеющие строение инулина, содержатся во многих растительных продуктах, в спарже - фруктозан аспарагозин; ржи - граминин, морском луке - синистрин.
Клетчатка (целлюлоза) (С6Н10О5)n – широко распространена в растениях,составляет основную массу органического вещества и является главной структурной частью клеточных стенок растений. Содержание клетчатки в древесине достигает 50-70 %, а в хлопке - 90 %. Пищевые продукты содержат мало клетчатки. В зерне пшеницы и ржи - от 1,7 до 2,5 %, в крупе манной, макаронных изделиях, рисе - 0,2-0,4 %, в плодах - 0,5-1,3 %, в овощах - 0,7-2,8 %, в картофеле - 0,7-1 %.
Молекулы клетчатки состоят из 1800-36000 остатков глюкозы, соединенных b-1,4-гликозидной связью, они имеют вытянутую нитевидную форму, обычно располагаются параллельно друг другу. Молекулы клетчатки соединяются в пучки, называемые мицеллами. Мицеллы объединены в волокна большим количеством водородных связей, поэтому клетчатка обладает большой механической прочностью.
Клетчатка не растворяется в воде, органических растворителях, слабых кислотах и щелочах, с раствором йода окрашивания не дает, не обладает восстанавливающими свойствами. При гидролизе клетчатки концентрированными кислотами (при кипячении в течение длительного времени) и ферментом целлюлазой (широко распространенным у микроорганизмов) образуется глюкоза. Этот процесс осахаривания целлюлозы используется при производстве спирта из древесных остатков (гидролизный спирт).
При гидролизе теми же кислотами, но более слабой концентрации продуктом гидролиза оказывается дисахарид целлобиоза.
В пищеварительном тракте человека не вырабатываются ферменты, гидролизующие клетчатку. Однако многие микроорганизмы вырабатывают весьма активные ферменты, расщепляющие клетчатку до простейших составных частей. Такие микроорганизмы широко встречаются в природе, особенно они активны в кишечнике животных. Благодаря этим микроорганизмам многие животные легко усваивают клетчатку. В кишечнике человека также находятся в небольшом количестве бактерии, которые выделяют фермент целлюлазу, частично расщепляющую нежную клетчатку картофеля, капусты, шпината, щавеля, салата и других продуктов до усвояемых организмов соединений. Клетчатка оболочек зерновых культур устойчива против целлюлаз и в желудочно-кишечном тракте человека не подвергается гидролизу.
Клетчатка усиливает перистальтику кишечника и тем самым способствует прохождению пищевых масс через кишечный тракт. Она обладает свойством выводить из организма холестерин, в результате чего у человека задерживается развитие атеросклероза.
Гемицеллюлозы (полуклетчатка) входят в состав растительных клеток и объединяют большую группу высокомолекулярных полисахаридов (маннаны, галактаны, ксиланы, арабаны),содержащие в боковых цепях арабинозу, глюкозу и т.д.В растениях гемицелюзы, как правило, сопутствуют клетчатке и лигнину, причем ксиланы и маннаны прочно адсорбируются на поверхности клетчатки.
Гемицеллюлозы нерастворимы в воде, но растворимы в слабых растворах щелочей и легко гидролизуются под влиянием слабых кислот. В зависимости от входящего в их состав моносахарида гемицеллюлозы называют гексозанами - галактан, маннан - и пентозанами - ксилан и арабан. При гидролизе кислотами маннаны, галактаны, ксиланы, арабаны образуют соответственно галактозу, маннозу, ксилозу и арабинозу.
В растениях гемицеллюлозы выполняют роль строительного материала (пентозаны) и способствуют созданию запаса питательных веществ (гексозаны). Гемицеллюлозы находятся в семенах, орехах, кожице плодов и овощей, оболочках зерна, древесине.
Они находятся в плодах и ягодах (0,5-3,0 %), зерне пшеницы (7-8%), ячмене и просе (10-11%). Пентоназами богаты отруби (16,6%), просо (6,4%), некоторые овощи (до 3,1 %). Пентозаны пищевого значения не имеют, т.к. в кишечнике человека отсутствуют ферменты, катализирующие их гидролиз.
Мукополисахариды образуют стенки клеток тканей животных, соединяют клетки друг с другом, входят в состав межклеточного вещества соединительной ткани. Их молекулы построены из большого числа остатков моносахаридов и азотсодержащих моносахаридов.
Пектиновые вещества. Под термином пектиновые вещества подразумеваются пектовая кислота, пектиновая кислота, пектин и протопектин. Это высокомолекулярные соединения с молекулярной массой от 10 тысяч до нескольких сотен тысяч, состоят в основном из остатков D-галактуроновой кислоты, связанных a-1,4 гликозидными связями. (Галактуроновая кислота С6Н10О7 является продуктом окисления глюкозы).
Пектиновые вещества широко распространены в растениях – плодах, ягодах, овощах, листьях и т.д. общее содержание пектиновых веществ составляет (в %): в абрикосах – 0,5-1,2; в вишне – 0,4-0,8; в крыжовнике - 0,3-1,4; яблоках – 0,3-1,5; в моркови – 0,3-0,5; в тыкве - 0,5-0,6. Пектиновые веществ играют очень важную роль в качестве регулятора водного обмена в растениях. Обладая большой гидрофильностью, способностью к набуханию и образовывая коллоидные растворы, они затрудняют испарение влаги из тканей растений и отдельных их органов. Пектиновым веществам обычно сопутствуют полисахариды: галактаны, построенные из остатков молекул галактозы, и арабаны, построеные из остатков арабинозы.
Макромолекула пектовой кислоты представляет собой остатки галактуроновой кислоты, соединенных между собой a-1,4 гликозидными связями. Молекулярная масса - 25000 - 200000. Пектовая кислота и ее Са соль (пектат) нерастворимы в воде, находятся в растительных продуктах в малых количествах.
Пектиновая кислота - полигалактуроновая кислота, часть карбоксильных групп которой этерифицирована метиловым спиртом.
Пектины - пектиновые кислоты, карбоксильные группы которых в различной степени метоксилированы и нейтрализованы. Пектины плодов и овощей различаются количеством остатков галактуроновой кислоты и степенью метоксилирования ее карбоксильных групп (разное количество карбоксильных групп заменено на метильные). Молекулярная масса пектина 20000 - 100000.
В чистом виде пектин представляет собой порошкообразный продукт. от белого до светло-серого цветаМожет иметь и другие оттенки. В воде образует коллоидный раствор, из раствора осаждается спиртом, эфиром, бензином, ацетоном в виде студенистой массы. В молекуле пектина есть свободные карбоксильные группы, поэтому он легко образует соли металлов, называемые пектинатами.
Пектины находятся в клеточном соке плодов и овощей. Ценными свойствами пектина является его способность вприсутствии определенного количества сахара и кислоты образовывать студни (желе). Желирующая способность пектина зависит от его происхождения, молекулярной массы, степени метоксилирования. С повышением молекулярной массы возрастает желирующая способность пектина. Высокой желирующей способностью обладают пектины абрикосов, яблок, черной смородины. При деполимеризации желирующая способность пектина понижается. Этот процесс происходит при перезревании и гниении плодов.
От степени метоксилирования молекулы пектина зависит количество сахара и кислоты, необходимое для образования желе. Высокометоксилированные пектины (из кожуры цитрусовых, яблочных выжимок, из которых в промышленности получают пектины) обладают свойством образовывать студни при концентрации сахара более 55 %. Низкометоксилированные пектины образуют студни при пониженном содержании сахара в присутствии солей Са.
Свойство пектина образовывать студни широко распространено в кондитерской промышленности для производства желе, варенья, джема, мармелада, пастилы, зефира, карамельных начинок.
Под действием фермента пектаза или слабой щелочи пектин расщепляется на метиловый спирт и пектовую кислоту, которая не способна образовывать студни.
Протопектин - высокомолекулярное нерастворимое в воде соединение, в котором молекулы пектина связаны между собой поперечными связями. Химическое строение протопектина окончательно не установлено из-за трудности его извлечения. Протопектин находится в стенках клеток между фибриллами клетчатки и в срединных пластинках, склеивающих клетки друг с другом. Протопектин связан с гемицеллюлозой и клетчаткой и образует комплексы, он обуславливает твердость тканей плодов и овощей. Протопектин переходит в пектин под действием протопектиназы, а также при нагревании с разбавленными кислотами и щелочами.
Процесс созревания плодов и овощей тесно связан с превращением пектиновых веществ. При переходе протопектина в пектин ткани плодов и овощей становятся мягче и нежнее. Этим же объясняется разваривание плодов и овощей при технологической обработке.
Пектиновые вещества нежелательны при производстве соков, плодово-ягодных вин, ликеров, наливок, т.к. ухудшают фильтруемость, при хранении выпадают в осадок, вызывают помутнение соков и напитков. Для удаления пектиновых веществ, например, из фруктового сока используют пектолитические ферменты. В организме человека пектиновые вещества подавляют гнилостные процессы в кишечнике и активность вредных микроорганизмов, связывают токсичные металлы (свинец, ртуть), образуя нерастворимые соединения, которые удаляются из организма. Продукты, богатые пектином, применяют для профилактики профзаболеваний.
Гликозиды - соединения, в которых моно-, ди-, трисахариды через гликозидный гидроксид соединяются со спиртами, кислотами, фенолами, альдегидами, флавонами, пуриновыми основаниями, другими веществами. Гликозиды - это сложные эфирообразные соединения. Неуглеводная часть гликозида называется агликоном.
Гликозиды в чистом виде - кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде и спирте. Большинство их гидролизуется кислотами, а в организме человека - ферментами.
Гликозиды находятся в продуктах растительного и животного происхождения, являются физиологически важными веществами. Некоторые из них участвуют в образовании вкуса, аромата и цвета продуктов или выполняют роль запасных веществ. Ряд гликозидов является сильными пенообразователями или стабилизаторами.
Производные глюкозы называются глюкозидами. К ним относятся амигдалин, который содержится в ядрах горького миндаля, слив, яблок, гесперидин и нарингин, которые содержатся в кожице цитрусовых и придают им горький вкус, соланины, которые содержатся в картофеле, томатах, баклажанах и в больших дозах ядовиты для организма человека, синигрин, который находится в семенах горчицы и хрене и обусловливают их острый вкус и запах, капсаицин, который придает перцу жгучий вкус.
К гликозидам относятся гидролизуемые дубильные вещества, а также красящие вещества группы флавоновых пигментов и антоцианов, в которых сахарным компонентом может быть глюкоза, рамноза, галактоза, иногда пентозы или дисахариды. К глюказидам относятся и нуклеиновые кислоты.
К полисахаридам высшего порядка относятся также:
Декстраны, которые играют роль резервных полисахаридов у дрожжей и бактерий, представляют собой полисахариды с разветвленными цепями, состоящими из остатков глюкопиранозы, связанных a-1,6 связями, а в точках ветвлений - 1,2, 1,3 или 1,4 связями.
Хитин, который входит в состав кутикулы или наружного скелета членистоногих, а также клеточных оболочек грибов и выполняет опорную или защитную функцию. Он обычно связан с белками, неорганическими солями, липидами, пигментами. По своей структуре хитин представляет собой линейный полимер, состоящий из остатков ацетилглюкозамина, соединенных 1,4 гликозидными связями.
Лихенин – полисахарид лишайников, состоящий из остатков глюкозы, связанных на 73 % a-1,4 гликозидными связями и на 27 % - a-1,3 гликозидными связями. Лихнин хорошо усваивается северными оленями.
Агар-агар – высокомолекулярный полисахарид, содержащийся в некоторых морских водорослях. Агар-агар растворяется в воде при нагревании, водные растворы его застывают в виде геля, поэтому он широко используется в микробиологии в качестве питательных сред и в кондитерской промышленности как студнеобразователь.