|
|
ЗАГАЛЬНА БІОХІМІЯ I частина Електронний посібник |
|||||||||||||
|
3.1. Вуглеводи, їх характеристика, функції
3.2. Класифікація, будова та властивості
моносахаридів, дисахаридів та полісахаридів 3.3. Харчові виробництва як основна
сфера використання вуглеводів 3.1. Вуглеводи, їх характеристика, функції Вуглеводи
є складовою частиною всі живих організмів. Вуглево́ди – органічні сполуки, що складаються з карбону, оксигену й гідрогену та за хімічною
природою є полігідроксиальдегідами або кетонами (тобто мають кілька гідроксильних груп й одну карбонільну), або перетворюються на них шляхом гідролізу. Назва
вуглеводи («вугле-води») з’явилась
тому, що більшість представників цих органічних сполук складається з вуглецю карбону, водню гідрогену та кисню оксигену, причому два останніх входять до складу молекул у таких самих співвідношеннях,
як і в молекулі води. Їх загальна формула може бути
записана у вигляді: Cn (H2O)n (n ≥3). Відомо багато сполук, що містять, окрім
цих трьох елементів, також фосфор, сірку і азот. Вуглеводи поширені в природі. Вони утворюються в рослинах у результаті реакцій фотосинтезу
і складають 80–90% їх сухої маси. В організмі тварин вуглеводи піддаються механічній і хімічній переробці. В середньому в організмі тварин міститься 1–2% вуглеводів у перерахунку на суху речовину.
Your browser does not support the video tag. Органічні речовини.
Вуглеводи Значення вуглеводів багатогранне. Вони є
основою структури рослинної
клітини, використовуються
в енергетичних процесах і
відкладаються у вигляді запасних поживних речовин (крохмаль). В організмі тварин і людини є головним джерелом хімічної енергії. Окремі органи задовольняють власні іпотреби в основному в результаті
розщеплення глюкози: головний мозок – на 80%, серце – на 70–75%. Вуглеводи відкладаються в тканинах тваринного
організму у вигляді запасних поживних речовин (глікоген). Деякі з них виконують опорні функції (гіалуронова кислота), беруть
участь у захисних функціях,
затримують розвиток мікробів (мукополісахариди слизу), служать хімічною основою для побудови
молекул біополімерів, є складовими
частинами макроергічних сполук і т.д.
Значення вуглеводів
для живих організмів полягає в тому, що вони виконують різні функції: ·
енергетичну. Забезпечують енергією клітини головного мозку, крові, мозкової речовини, нирок, метаболічні реакції організму та є резервним енергетичним фондом.
За повного окиснення 1 г вуглеводів виділяється 17,2 кДж
енергії; ·
пластичну (структурну) функцію. Вуглеводи є у всіх клітинах організму, входять до складу біологічних мембран і органоїдів клітин, є вихідними речовинами для
синтезу нуклеїнових кислот, багатьох
ферментів, складних білків, компонентами шлункового
соку, слини, міжклітинної
речовини. Входять до складу основної речовини кісткової та сполучної тканини, виконуючи важливу опірну функцію. У рослинах вуглеводи є основним опірним матеріалом, їх вміст – близько 80%; ·
захисну. Слиз, що виділяється різними залозами, багатий на вуглеводи та їх похідні. Він
захищє внутрішні органи, повітроносні шляхи від проникнення патогенних мікробів, механічних і хімічних впливів; · Вуглеводи як компоненти
органічних рідин забезпечують протікання осмотичних процесів, беруть участь у знешкодженні токсичних продуктів обміну та хімічних речовин, підтримують сталим внутрішньоклітинне середовище – гомеостаз; · регуляторну. Клітковина,
що міститься в їжі людини, викликає
механічне подразнення слизової оболонки шлунку та кишківника і таким чином
бере участь у регуляції
акту перистальтики; · специфічну. Окремі вуглеводи беруть участь у проведенні нервових імпульсів, утворенні антитіл, забезпеченні специфічності групи крові, у процесах згортання крові, є компонентами
деяких гормонів.
Your browser
does not support the video
tag. Вуглеводи 3.2. Класифікація,
будова та властивості моносахаридів, дисахаридів та полісахаридів Залежно від складності будови молекули вуглеводи класифікують на прості (моносахариди) і сладні
(олігосахариди (дисахариди), полісахариди).
Your browser
does not support the video
tag. Структура, функції та метаболізм вуглеводів Природні моносахариди – білі кристалічні речовини, швидкорозчинні у воді і переважно солодкі на смак, мають оптичну активність, тобто здатні обертати площину поляризованого світла. Якщо вона обертається праворуч – позначається знаком «+», якщо ліворуч – «–». Плоскополяризоване світло – його коливання здійснюються лише в одній з можливих площин. Вуглеводи мають циклічну (напівацетальну)
форму. Циклічні структури
пентозу і гексозу-звичайні їх
форми; у будь-який момент
лише невелика частина
молекул існує у вигляді «відкритого ланцюга». Моносахариди дають реакції по напівацетальному
гідроксилу, який відрізняється більшою реакційною здатністю і може заміщатися іншими групами у реакціях із спиртами, карбоновими кислотами, фенолами тощо.
Продукт реакції називається
глікозидом.
Моносахариди реагують також по карбонільній групі. Хоч лінійна
форма моносахаридів присутня
у незначних кількостях, її участь забезпечує
моносахаридам всі властивості
альдегідів (в альдозах)
та кетонів (у кетозах). Альдози та кетози здатні: - приєднувати спирти; -
до
окислення альдегідної
групи в карбоксильну під час обробки слабими окислювачами, з утворенням альдонових кислот
(D-глюкоза окислюється в D-глюконову
кислоту, яка відіграє важливу
роль як проміжний продукт вуглеводного
обміну); - до відновлення
– легко гідруються по зв'язку
С-0 і при цьому перетворюються
в багатоатомні спирти.
Так, D-глюкоза утворює спирт сорбіт; - вступати в реакцію етерифікацї фосфорною кислотою з утворенням фосфорнокислих ефірів, що відіграють
важливу роль в обміні речовин. Так, 5-фосфорибозил-1-пірофосфат бере участь у синтезі пуринових та піримідинових нуклеотидів; глюкозо-1-фосфат, глюкозо-6-фосфат є проміжними продуктами гліколізу; - до утворення аміноцукрів
– похідних моноцукрів,
гідроксильна група яких заміщена аміногрупою. Представники: D-глюкозамін, D-ra-лактозамін, які входять до складу мукополісахаридів тваринного, рослинного та бактеріального походження, є вуглеводними
компонентами різних глікопротеїнів
та гліколіпідів. Окремі
представники
моносахаридів:
Ці
тріози у фосфорильованому
стані утворюються в процесі гліколізу.
β
-D-рибоза входить до складу РНК, коферментів, p-D-дезоксирибоза – до складу ДНК. Пентози рибоза, арабіноза,
ксилоза у насінні олійних культур у вільному вигляді майже не зустрічаються. У плодовій та насіннєвій оболонках ксилоза та арабіноза містяться у вигляді високомолекулярних полісахаридів,
які називаються пентозанами. При
дистиляції з сірчаною
кислотою пентози утворюють
фурфурол, який отримують,
наприклад, при гідролізі плодових оболонок насіння соняшнику. Вироблюваний з лушпиння
фурфурол використовуються у нафтопереробній
промисловості як селективний
розчинник припід час очищення мастил. Найбільше промислове значення в області органічного синтезу мають похідні фурфуролу, що утворюються в процесі гідрування та окислення. Фуриловий спирт, наприклад, застосовують для антикорозійного
покриття обладнання, як селективний розчинник (для екстрагування пеніциліну), та ініціатор горіння палива для реактивних двигунів тощо. Глюкоза (виноградний цукор) поширена в природі, у великій кількості міститься у винограді, є обов'язковою складовою крові людини і тварин. З неї побудовані крохмаль, глікоген, целюлоза. У фосфорильованому вигляді зустрічається у клітинах і
тканинах організму як проміжний
продукт розщеплення вуглеводів. Глюкоза
міститься у крові в кількості 0,1%, що становить
одну чайну ложку.
Якщо рівень цукру низький – спостерігається втома, апатія, тремтіння в руках і
ногах, якщо дуже низький – непритомність. Коли кількість глюкози більше від норми – цукровий діабет.
Може бути така висока концентрація глюкози, що вона частково починає виводитись з сечею. Галактоза в організмі людини і тварин зустрічається у складі дисахаридів лактози (молочного цукру), трисахаридарафінози, полісахаридів,
які використовують у кондитерській промисловості
(агар-агар). Входить до складу ліпідів нервової системи і головного мозку. Фруктоза
(плодовий цукор) досить поширена у природі.
Входить до складу
сахарози, а також високомолекулярних полісахаридів.
Ці полісахариди
отримали назву поліфруктозидів, зустрічаються
у цикорії, земляній
груші, кок-сагизі. Найвідомішим є інулін, що накопичується у клубнях топінамбура як запасна речовина. Суміш фруктози і глюкози становить основну частину меду. Глюкоза з
меду швидко всмоктується у кров, фруктоза – повільно,
тому вона підтримує постійну
концентрацію цукру в крові. Її фосфорні
ефіри є проміжними сполуками обміну вуглеводів в організмі. Серед усіх моносахаридів фруктоза – найсолодша
(в 2,5 рази солодша за глюкозу і в 1,7 рази – за
сахарозу). ОЛІГОСАХАРИДИ Олігосахариди – вуглеводи, які містять від
2 до 6 залишків моносахаридів,
що з'єднані глікозидними зв'язками. Відповідно до цього розрізняють дисахариди, трисахариди тощо. Найбільше значення мають дисахариди. Дисахариди – складні вуглеводи, кожна молекула яких побудована з двох молекул моносахаридів. Найширше відомі мальтоза, лактоза, цукроза. Існують два способи сполучення моносахаридів з утворенням дисахаридів. Перший
– взаємодія глікозидних гідроксилів обох молекул моносахаридів. Дисахариди, в
молекулах яких глікозидні
гідроксили зв'язані, існують лише у циклічній формі та не можуть ізомеризуватись в альдегідну форму. Вони не мають
відновних властивостей і їх часто називають невідновлюючими. Другий – взаємодія глікозидного гідроксилу однієї молекули моносахариди з одним із чотирьох не глікозидних гідроксилів іншої молекули. При цьому зберігається один глікозидний гідроксил, який легко ізомеризується в альдегідну групу. Такі дисахариди
існують у двох таутомерних формах – циклічній
та альдегідній, які пов'язані динамічною рівновагою. Вони мають відновні властивості та їх називають відновлюючими (редукуючими).
Прикладом реакції на відновлюючі
цукри є реакція з
реактивом Фелінга (відбувається
відновлення сульфату міді
до нерозчинного окису міді). Сахароза (буряковий або тростинний цукор) – звичайний харчовий цукор, складається з a-D-глюкози та β -D-фруктози. Немає вільного напівацетального гідроксилу та не відноситься до
відновлюючих цукрів.
Вихідний розчин сахарози має праве обертання, а гідролізат – ліве. У зв'язку з цим гідроліз сахарози дістав назву інверсії (від лат. inversia – перевертання), а суміш однакових кількостей cc-D-глюкози та З-В-фруктози, що утворюється після гідролізу сахарози, називають інвертованим
цукром. Природним інвертованим цукром є мед. Мальтоза (солодовий цукор) – продукт неповного гідролізу крохмалю, що відбувається під впливом ферменту амілази. Мальтоза містить два залишки oc-D-глюкози. В молекулі мальтози біля другого залишку глюкози є вільний напіваце-тальний гідроксил, тому в кристалічному
стані вона має циклічну будову, а в розчинах існує в двох таутомерних формах: циклічній та альдегідній.
Мальтоза знаходиться у насінні
сої.
Дисахарид
лактоза міститься в молоці
(у коров'ячому – 4–5%) і складається
з P-D-галактози та ct-D-глюкози. Відноситься до відновлюючих цукрів.
Целобіоза – це основна будівельна одиниця клітковини (целюлози). У вільному стані міститься у соку деяких дерев. Має вільний глікозидний
гідроксил. Целобіоза містить два залишки β-P-D-глюкози.
Серед природних трисахаридів найвідоміша рафіноза, що містить залишки фруктози, глюкози та галактози, яка знаходиться у великій кількості в буряку та інших рослинах. Під час зберігання буряку вміст сахарози збільшується. Накопичується у великій кількості у мелясі під час виробництва цукру. Рафіноза знаходиться у насінні сої.
Тетрасахарид стахіоза
міститься у насінні олійних культур (соя). Під час гідролізу утворює дві молекули галактози, глюкозу та фруктозу. За
ступенем солодкості вуглеводи та їх похідні розподіляються таким
чином: сахароза, фруктоза, інвертований цукор, глюкоза, сорбіт, гліцерин, ксилоза, мальтоза, рамноза,
галактоза, рафіноза, лактоза (молочний
цукор). У продуктах переробки насіння олійних культур (жмих і шрот) вміст олігосахаридів може досягати 12% на сухі знежирені речовини. У рослинах розповсюджені, головним чином, похідні вуглеводів – глікозиди,
які складаються з двох частин – вуглеводу та аглікону
(нецукрового компоненту). Серед
глікозидів олійних культур
поширені: - цианглікозиди: лінамарин,
який міститься у насінні льону. Смак дуже гіркий. Складається з глюкози та аглікону (синильна кислота та
ацетон). Під впливом
ферменту β -глюкозидази лінамарин
розпадається на глюкозу, ацетон та синильну кислоту. Отруйні властивості зумовлені вмістом синильної кислоти, що утворюється
під час гідролізу. Вміст лінамарину в насінні залежить від сорту льону та умов вирощування. У рослині, що нормально розвивається, ферментативний гідроліз не відбувається. Це спостерігається у свіжозібраному
насінні, якщо воно знаходиться в купах та під час самозігрівання Також до ціанглікозидів належить амігдалин кісточок абрикосу, мигдалю, вишні; - тіоглікозиди: синігрін – міститься у насінні чорної та сарептської гірчиці та рапсу, надає їм гіркий
смак і специфічний запах. Під
впливом ферменту тіоглюказидази,
синігрін розкладається на
глюкозу, гірчичне масло та бісульфат
калію. Гірчичні жмихи застосовують для медичних цілей (у вигляді гірчичників), а також як приправи та смакові речовини, що зумовлено наявністю в них гірчичного
масла; - стеролглікозиди містять глюкозу та суміш
стеролів. Містяться у соєвій олії (до 0,04% від маси олії); - флавонглікозиди містять забарвлений алюконовий компонент – похідні
флавону. Вони зумовлюють специфічне
забарвлення продуктів переробки олійного насіння. Представники: геністин, дандзин у
насінні сої, які зумовлюють блідо-жовте забарвлення ядра насіння сої; - фенолглікозиди: сезамолін – насіння кунжута та кунжутної
олії. За кислотного гідролізу
утворюються сезамом та самін.
Сезамом є інгібітором окислення
жирів; - сапонінглікозиди містять глюкозу, галактозу та похідне фенантрену. Сапоніни мають поверхнево активні властивості. Містяться у багатьох насіннях олійних рослин, деякі отруйні. Значна кількість сапонінів міститься у насінні тунга, внаслідок чого і насіння, і продукти їх переробки отруйні для тварин. ПОЛІСАХАРИДИ Полісахариди – це природні високомолекулярні речовини, молекули яких складаються з сотень або навіть
тисяч залишків моносахаридів, Пов'язаних глікозидними зв'язками. Поділяються на гомополісахариди
(складаються з однакових залишків моносахаридів) та гетерополісахариди (побудовані
з різних залишків моносахаридів). З
точки зору функціонального
призначення, полісахариди
можуть бути поділені на дві групи: структурні
(целюлоза) та резервні (глікоген у тварин та крохмаль у
рослин). Крохмаль – це представляє собою суміш двох гомополісахаридів: лінійного – амілози та розгалуженого – амілопектину. Вміст амілози 10–30%, амілопектину 70–90%. Полісахариди
крохмалю збудовані із залишків cc-D-глюкози, що поєднані
в амілозі та лінійних ланцюгах амілопектину
а-1,4-зв'язками, а в точках розгалуження амілопектину міжланцюговими
а-1,6-зв'язками. Під час додавання йоду амілоза забарвлюється в синій колір, амілопектин – червоно-фіолетовий. Молекулярна маса крохмалю 105 – 107 Да. Амілоза розчиняється у гарячій воді, амілопектин у воді утворює клейстер. За
часткового кислотного гідролізу
крохмалю утворюються полісахариди меншого ступеня полімеризації – декстрини, за повного гідролізу – глюкоза. Вміст крохмалю в борошні – до 80%, в картоплі –25%.
Деструкція крохмалю, яка починається з набухання та руйнування крохмальних зерен та супроводжується де
полімеризацією, відбувається
під час отримання багатьох харчових продуктів – патоки, глюкози, хлібобулочних
виробів, спирту тощо.
У
дозрілому олійному насінні, як правило, крохмалю небагато. Виключенням є арахіс та кедровий горіх (до 3%). Є крохмаль також у насінні сої. Що менш
дозрілим є насіння, то більшез них міститься крохмалю. За
температуріи що наближається до 0°С, картопля стає солодкою, оскільки відбувається процес перетворення крохмалю в цукор. Швидкість проходження цих реакцій визначається
температурою. Із її зниженням температури до 0°С швидкість синтезу крохмалю зменшується у 20 разів, а швидкість його розпаду лише на 1/3, тому у картоплі збільшується вміст цукру. Глікоген ( тваринний крохмаль) – головний резервний полісахарид вищих тварин та людини, збудований із залишків oc-D-глюкози. Найбільша його кількість знаходиться
в печінці та м'язах.
Добре розчиняється навіть
у холодній воді. Його молекула побудована з розгалужених іоліглюкозидних ланцюгів, в яких залишки глюкози з'єднані а-1,4-зв'язками, в точках розгалуження
є сс-1,6-зв'язки. За будовою близький
до амілопектину, але його
ланцюги розгалужуються ще сильніше. За гідролізіурозщепляється з утворенням
спочатку декстринів, потім мальтози, і в кінці-глюкози. Останнім часом у
харчовій промисловості
широко використовуються модифіковані
крохмалі, властивості яких в результаті фізичного, хімічного чи біологічного впливу відрізняються від властивостей звичайних крохмалів. Модифіковані крохмалі використовують у хлібопекарній,
кондитерській галузі. Целюлоза (клітковина)
– найширше розповсюджений
структурний полісахарид рослинного світу. Складається з глюкозних залишків, з'єднаних
3-1,4-зв'язками. Ниткоподібні молекули целюлози, орієнтуючись паралельно одна одній, укладаються у пучки, де між ними виникають водневі зв'язки. Певна кількість пучків з'єднується у волокна. Ці особливості будови і є причиною нерозчинності
целюлози у воді та органічних розчинниках, механічної міцності волокон. При
часткового гідролізу утворюється дисахарид целобіоза,
а за повного – D-глюкоза. Концентрована
сірчана кислота перетворює
целюлозу на амілоїд (частково гідролізована целюлоза), яку використовують під час виготовлення
пергаментного паперу. Гідроліз
целюлози відбувається з утворенням проміжних сполук і має важливе значення у виробництві гідролізного
спирту. Молекулярна маса целюлози – 1–2 млн Да. У всіх рослин з неї побудовані клітинні стінки: 20–40% матеріалу клітинної стінки складає саме целюлоза. Крім того целюлоза служить їжею для деяких тварин, бактерій, грибів. Фермент целюлаза, що розщепляє целюлозу до глюкози, порівняно рідко зустрічається в природі. Тому більшість тварин, зокрема людина, не можуть засвоювати целюлозу. Разом з тим відомо, що
присутність оптимальної кількості клітковини в їжі сприяє формуванню
калу. За повного виключення
клітковини з їжі порушується формування калових мас. У жуйних тварин (корови) в кишечнику знаходяться бактерії, які переварюють целюлозу. Промислове значення целюлози – з неї виготовляють бавовняні тканини та папір. У чистому вигляді целюлоза відома у вигляді вати та фільтрувального паперу. В ядрі насіння соняшнику міститься до 2% целюлози, насіння бавовни – 2,17%. У соняшниковому
лушпинні – 40% целюлози. Геміцелюлоза (напівклітковина)
– велика група високомолекулярних
полісахаридів, що не розчиняються у воді, але розчинні у лужних розчинах. Містяться в значній кількості у одерев'янілих частинах рослин: соломі, насінні, горіхах, деревині, кукурудзяних стрижнях. Гідролізуються
кислотами легше, ніж клітковина. Утворюють маннозу,
галактозу, арабінозу, ксилозу. Ферменти, що каталізують гідроліз геміцелюлоз – геміцелюлази. Знайдені у пророслому насінні та пліснявих грибах (Aspergillus niger). У лушпинні соняшнику геміцелюлоз – 28–30%, бавовниковій
оболонці – 24–26%.
Окрім целюлози та геміцелюлози, оболонки насіння містять лігнін. Лігнін – аморфна речовина,
невелику частину якої розчиняють у органічних розчинниках. За хімічною природою – полімер фенольної природи. Він не є індивідуальною сполукою, а інкрустує целюлозні фібрили і цим бере участь у створенні опірних елементів рослинних тканин. Мікроорганізми набагато краще переробляють рослинні відходи, що містять целюлозу,
якщо вони звільнені від лігніну. Лігнін може бути переведений у розчинний стан обробкою деревини гідросульфітом та сірчистою кислотою. На цьому базується спосіб видалення лігніну з деревини, що йде на приготування целюлози та паперової маси, як відхід утворюються сульфітні луги. Лігнін використовують
як паливо, у ливарному виробництві для виготовлення формовочних сумішей, намагаються використовувати як
субстрат. На сульфітних лугах можливо
вирощувати мікроорганізми
для отримання мікробного білка. Лігнін дуже стійкий до дії мікроорганізмів, лиш деякі з них повільно руйнують лігнін. Слизі
та гумі – це розчинні у воді вуглеводи, що утворюють дуже в'язкі та клейкі розчини. Представники – гумі, що виділяються
у вигляді напливів вишневими, сливовими чи мигдальними деревами у місцях пошкодження гілок чи стовбурів.
Слизі містяться у великій кількості у насінні льону та зерні жита. Їх наявність пояснює високу в'язкість відвару з насіння льону, яку використовують у медицині або водної бовтанки житнього борошна. Гумі складаються з галактози, занози, арабінози тощо; слизі – з пентозанів. В'язкість гумів і слизів значно вище в'язкості
розчинів желатину, крохмального
клейстеру. Міцні панцирі, скелети раків, крабів, омарів, а також багатьох комах збудовані з полісахарида хітину – лінійного
полімеру, що утворений залишками
г^-ацетил-Б-глюкозаміну, які
з'єднуються р-зв'язками. Хітиновий каркас у омарів та крабів посилений за рахунок включення карбонату кальцію. Пектинові речовини – це високомолекулярні сполуки вуглеводної природи, що містяться
у великій кількості в
ягодах, фруктах, клубнях та стеблах рослин.
У рослинах пектинові речовині присутні у вигляді нерозчинного
протопектину, що є сполукою
метоксильованої полігалактуронової
кислоти з галактаном (полімер галактози) або арабаном клітинної стінки. Дозрівання та зберігання плодів характеризується перетворенням протопектину у розчинний
пектин.
Найбільший вміст пектинових речовин у моркві, цукровому буряку, абрикосах, чорній смородині. Важлива властивість
пектину – здатність утворювати
драглі у присутності кислоти та цукрів, які використовують у кондитерській промисловості для
виробництва желе, джемів,
мармеладу, пастіли. Пектинові речовини розщеплюються під впливом низки ферментів. Такі ферментні препарати отримують зазвичай з пліснявих грибів. Їх застосовують
у харчовій промисловості
для освітлення соків підвищення їх виходу, освітлення плодових та виноградних вин, які містять велику кількість розчинного пектину, що ускладнює фільтрування та є причиною недостатньої
прозорості вин. Пектинові речовини можуть розкладатись особливими бактеріями, наприклад, Clostridium pectinovorum (анаеробна спороутворююча паличка, спори в
ній утворюються на кінці, тому має форму «барабанної» палички). Бактерії, що зброджують пектинові речовини, обумовлюють процес мочки прядильних рослин (льон, конопля тощо). Глікозаміноглікани (мукополісахариди)
– це лінійні нерозгалужені полімери, що побудовані з повторення цих одиниць. В організмі вони зв'язані з білками, тому називаються протеогліканами. До
їх складу обов'язково входять залишки мономеру або глюкозаміну, або галактозаміну. Другим головним мономером дисахаридних
одиниць є або D-глюкуронова, або L-ідуронова кислота. Назва «муко» вказує на
те, що ці полісахариди були вперше отримані з муцину слизької змазуючої речовини, що міститься в слизу. Протеоглікани містяться в
хрящах, сухожиллях, шкірі.
Представники: гіалуронова
кислота, гепарин тощо. 3.3. Харчові виробництва
як основна сфера використання
вуглеводів Важливе
значення відіграють вуглеводи у харчуванні людини.
Вуглеводи знайшли широке застосування у всіх сферах харчового виробництва, бо виконують низку важливих функцій. Гідрофільність
– здатність зв'язувати
воду і контролювати активність
води в харчових продуктах – одна з головних властивостей вуглеводів, корисних для харчування. Гідрофільність обумовлена наявністю значної кількості гідроксильних груп. Ці групи взаємодіють
з молекулами води, що призводить
до сольватації та розчинення
вуглеводів та інших полімерів. Ця властивість обумовлює необхідність у контролі надходження вологи до продукту, що містить вуглеводи. Наприклад, заморожені пекарські продукти не повинні містити значної кількості вологи, тому доцільно замість сахарози використовувати мальтозу, лактозу. В інших
випадках потрібний
контроль активності води, щоб
запобігти втраті вологи під час зберігання (це застосування гігроскопічних вуглеводів, фруктових сиропів, інвертного цукру). Вуглеводи
мають властивість зв'язувати ароматичні речовини. Для більшості харчових речовин, під час одержання яких використовують різні види сушіння,
вуглеводи є важливими
компонентом, вміст яких сприяє збереженню кольору та летких ароматичних речовин. Це обумовлено заміною взаємодії сахароза-вода
на взаємодію сахароза-ароматична
речовина. Леткі
ароматичні речовини –
велика група карбонільних
сполук, похідних карбонових кислот. Здатність зв'язувати ароматичних речовин більш виявляють дисахариди. Ефективними фіксаторами аромату
є великі вуглеводневі молекули гуміарабіку. Утворюючи плівку навколо ароматичних речовин, він запобігає витрачанню вологи за рахунок випарування та хімічного окиснення. Вуглеводи надають солодкий присмак продуктам. У багатьох харчових виробництвах використовується гідроліз олігосахаридів та полісахаридів. Гідроліз важливий як для процесів одержання харчових продуктів, так і для процесів їх зберігання. Процес мелаїдиноутворення пов'язаний із взаємодією відновлювальних цукрів (монози та відновлювальні дисахариди, які містяться у продукті та утворюються під час гідролізу більш складних вуглеводів) з амінокислотами, пептидами та білками,
в результаті утворюються
темно-забарвлені продукти
– мелаідини (меланос (грецьк.) – темний). Реакції мелаїдиноутворення
мають важливе значення у процесах переробки харчової сировини і впливають на якість готових продуктів. Особливо інтенсивно такі процеси відбуваються за високих температур,
наприклад, під час випікання хліба, сушіння овочів, фруктів, одержання сухого
молока тощо. Утворення смачної, хрусткої, золотисто-коричневої скоринки хліба, зовнішній вигляд, смак і запах готових м'ясних продуктів пов'язані з мелаїдиноутворенням,
а також потемніння сиропу
під час упарювання, зниження виходу спирту під час переробки кукурудзи низької якості, формування кольору і аромату під час «томління» червоного солоду і
затору в пивоварінні. Продукти,
які утворюються під час одержання вина, виготовленні коньяку та шампанського
в результаті процесу мелаїдиноутворення, впливають
на колір, смак і аромат напоїв.
У результаті дуже тривалого протікання процесів мелаїдиноутворення під час довготривалої витримки вино втрачає свої первинні органолептичні властивості. З реакціями мелаїдиноутворення пов'язане потемніння фруктових соків під час зберігання, зовнішній вигляд, смак і запах готових м'ясних продуктів. Під час мелаїдиноутворення
можуть зв'язуватися до
25% білків, вітамінів, амінокислот, знижується активність ферментів і багатьох біологічно активних сполук, тим самим знижується харчова цінність готових продуктів. Нагрівання моносахаридів
і дисахаридів до 100°С і вище
призводить до змін їх хімічного складу, стає яскравішим колір продуктів, збільшується кількість редуційованих речовин. У харчовому виробництві важливе місце займає карамелізація сахарози, глюкози та фруктози. Основний вуглеводний компонент кондитерських
виробів – сахароза, під
час нагрівання в ході технологічного процесу у слабкокислому або нейтральному середовищі підлягає частковій інверсії з утворенням глюкози та фруктози, які далі також підлягають
перетворенню. Під час відщеплення двох молекул води від сахарози утворюється карамелан (розчинна у воді сполука жовтого кольору), трьох молекул води –
карамелей (має яскраво-коричневий
колір) і потім – карамелин (важкорозчинна у воді сполука). Здатність вуглеводів зброджуватись під дією мікроорганізмів лежить в основі всіх бродильних процесів. ПИТАННЯ ДЛЯ САМОПЕРЕВІРКИ 1. Які речовини називаються вуглеводами? 2. Назвіть сучасну класифікацію
вуглеводів. 3. Охарактризуйте властивості вуглеводів. 4. Які вуглеводами називають моносахаридами? 5. Які вуглеводи називають
дисахаридами? 6. Дайте характеристику пектиновим
речовинам. 7. Які вуглеводи називаються
полісахаридами? Назвіть найважливіші з них. 8. З яких моносахаридів
складається крохмаль ? |
||||||||||||||
|
|
||||||||||||||
