Углеводы

Углеводы

Функции углеводов

1. Энергетическая. Основная функция углеводов заключается в том, что они являются непременным компонентом рациона человека, при расщеплении 1г углеводов освобождается 17,6 кДж энергии. 2. Структурная. Клеточная стенка растений состоит из полисахарида целлюлозы. 3. Запасающая. Крахмал и гликоген являются запасными продуктами у растений и животных

Животные и человек не способны синтезировать углеводы и получают их с

различными продуктами растительного происхождения

Углеводами называют вещества с общей формулой Cx(H2O)y, где x и y –

натуральные числа. Название «углеводы» говорит о том, что в их молекулах водород и кислород находятся в том же отношении, что и в воде.

В животных клетках содержится небольшое количество углеводов, а в растительных – почти 70 % от общего количества органических веществ.

Классификация углеводов

ПРОСТЫЕ моносахариды

СЛОЖНЫЕ ( дисахариды, полисахариды)

Классификация углеводов

Группы углеводов

Особенности строения молекулы

Свойства углеводов

Моносахариды

Число атомов С С3-триозы С4-тетрозы С5-пентозы С6-гексозы

Бесцветны, хорошо растворимы в воде, имеют сладкий вкус.

Олигосахариды

Сложные углеводы. Содержат от 2 до 10 моносахаридных остатков

Хорошо растворяются в воде, имеют сладкий вкус.

Полисахариды

Сложные углеводы, состоящие из большого числа мономеров-простых сахаров и их производных

С увеличением числа мономерных звеньев растворимость уменьшается, исчезает сладкий вкус. Появляется способность ослизняться и набухать

М о н о с а х а р и д ы

Простыми углеводами (моносахаридами и мономинозами) называют углеводы, которые не способны гидролизоваться с образованием более простых углеводов, у них число атомов углерода равно числу атомов кислорода СпН2nОп.

К моносахаридам относятся:

Тетрозы С4Н8О4 (элитроза треоза) Пентозы С5Н10О5 (арабиноза, ксилоза, рибоза ) Гексозы С6Н12О6 (глюкоза, манноза, галактоза, фруктоза)

Моносахариды - твердые вещества, способные кристаллизоваться

Они гидроскопичны, очень легко растворимы в воде, легко образуют сиропы, из которых выделить их в кристаллическом виде бывает очень трудно.

Самые распространённые моносахариды – глюкоза и фруктоза, имеющие формулу (CH2O)6. Все моносахариды имеют сладкий вкус, кристаллизуются и легко растворяются в воде.

Глюкозу называют также виноградным сахаром, так как она содержится в

большом количестве в виноградном соке. Кроме винограда глюкоза находится и в других сладких плодах и даже в разных частях растений.

Распространена глюкоза и в животном мире: 0,1% ее находится в крови. Глюкоза разносится по всему телу и служит источником энергии для организма. Она также входит в состав сахарозы, лактозы, целлюлозы, крахмала.

Моносахариды

Рибоза С5Н10О5 Значение: Входит в состав РНК, АТФ, витаминов группы В, ферментов

Дезоксирибоза С5Н10О4 Значение: Входит в состав ДНК

Моносахариды

Фруктоза С6Н12О6 Значение: Входит в состав сахарозы, других олигосахаридов, полисахаридов

Галактоза С6Н12О6 Значение: Входит в состав полисахаридов, слизей, в состав дисахаридов, агар-агара

В растительном мире широко распространена фруктоза или фруктовый

(плодовый) сахар. Фруктоза содержится в сладких плодах, меде. Извлекая из цветов сладких плодов соки, пчелы приготавливают мед, который по химическому составу представляет собой в основном смесь глюкозы и фруктозы. Также фруктоза входит в состав сложных сахаров, например тростникового и свекловичного.

Значение моносахаридов

Моносахариды играют роль промежуточных продуктов в процессах дыхания и фотосинтеза, участвуют в синтезе нуклеиновых кислот, коферментов, АТФ и полисахаридов, служат источниками энергии, высвобождаемой при окислении в процессе дыхания. Производные моносахаридов – сахарные спирты, сахарные кислоты, дезоксисахара и аминосахара – имеют важное значение в процессе дыхания, а также используются при синтезе липидов, ДНК и других макромолекул.

Д и с а х а р и д ы

Дисахариды - это сложные сахара, каждая молекула которых при гидролизе распадается на 2 молекулы моносахарида. Иногда они используются в качестве запасных питательных веществ.

Дисахариды имеют формулу С12Н22О11 К дисахаридам относятся:

-Сахароза (глюкоза + фруктоза) , -лактоза (глюкоза + галактоза) , -мальтоза (глюкоза + глюкоза), , -целобиоза

Мальтоза

Лактоза

Сахароза

Важнейший из дисахаридов - сахароза - очень распространен в природе

Это химическое название обычного сахара, называемого тростниковым или свекловичным.

Свекловичный сахар широко применяется в пищевой промышленности, кулинарии, приготовлении вин, пива и т.д.

Олигосахариды

Сахароза Состав: Глюкоза + фруктоза Значение: Используется в питании человека

Из молока получают молочный сахар - лактозу

В молоке лактоза содержится в довольно значительном количестве.

Лактоза отличается от других сахаров отсутствием гидроскопичности - она не отсыревает. Это свойство имеет большое значение: если нужно приготовить с сахаром какой-либо порошок, содержащий легко гидролизующее лекарство, то берут молочный сахар. Значение лактозы очень велико, т.к. она является важным питательным веществом, особенно для растущих организмов человека и млекопитающихся животных.

Солодовый сахар - это промежуточный продукт при гидролизе крахмала

По другому его называют еще мальтоза, т.к. солодовый сахар получается из крахмала при действии солода (по лат. солод - maltum).

Мальтоза

Солодовый сахар широко распространен как в растительных, так и в животных организмах. Например, он образуется под влиянием ферментов пищеварительного канала, а также при многих технологических процессах бродильной промышленности: винокурения, пивоварении и т.д.

Олигосахариды

Мальтоза Состав: Глюкоза + Глюкоза Значение: Источник энергии в прорастающих зернах

Лактоза Состав: Глюкоза +Галактоза Значение: Источник энергии для детенышей млекопитающих и человека

П о л и с а х а р и д ы

Сложными углеводами (полисахаридами или полиозами) называют такие углеводы, которые способны гидролизоваться с образованием простых углеводов и у них число атомов углерода не равно числу атомов кислорода СмН2пОп.

К полисахаридам относятся:

(С5Н8О4)n - пентозаны; (С6Н10О5)n - целлюлоза, крахмал, гликоген

Полисахариды состоят из моносахаридов

Большие размеры делают их молекулы практически нерастворимыми в воде; они не оказывают влияние на клетку и потому удобны в качестве запасных веществ. При необходимости они могут быть превращены обратно в сахара путём гидролиза.

Важнейшие из полисахаридов - это крахмал, гликоген (животный крахмал), целлюлоза (клетчатка).

Крахмал (C6Н10О5)n - это биополимер, состоящий из остатков глюкозы -

первый видимый продукт фотосинтеза. При фотосинтезе крахмал образуется в растениях и откладывается в корнях, клубнях, семенах. Крахмал - это белое вещество, состоящее из мельчайших зерен, напоминающих муку, поэтому его второе название «картофельная мука».

Полисахариды

Крахмал- полимер. Мономеры молекулы глюкозы. Значение Резервный полисахарид растительных клеток

Значение крахмала:

1). В качестве пищевого продукта (хлеб, картофель, крупы и т. д.) 2). Для изготовления канцелярского клея 3). В медицине и фармации для приготовления присыпок, паст (густых мазей), а также при производстве таблеток.

Полисахариды

Гликоген - содержится в тканях животных, человека, бактериях, цианобактериях; выполняет роль резервного полисахарида Целлюлоза - входит в состав клеточных стенок растительных клеток Хитин - образует покровы тела членистоногих, компонент клеточной стенки грибов Муреин – входит в состав клеточной стенки бактерий

В животном мире роль «запасного крахмала» играет родственный крахмалу

полисахарид - гликоген. Гликоген содержится во всех животных тканях. Особенно много его в печени (до 20%) и в мышцах (4%). Гликоген представляет собой белый аморфный порошок, хорошо растворимый даже в холодной воде. Молекула животного крахмала построена по типу молекул амилопектина, отличаясь лишь большей ветвистостью. Молекулярная масса гликогена исчисляется миллионами.

Целлюлоза также является полимером глюкозы

В ней заключено около 50 % углерода, содержащегося в растениях. По общей массе на Земле целлюлоза занимает первое место среди органических соединений.

Целлюлоза (С6Н10О5)n

Целлюлоза – это биополимер, состоящий из остатков глюкозы - ценный источник глюкозы, однако для её расщепления необходим фермент целлюлаза, сравнительно редко встречающийся в природе. Поэтому в пищу целлюлозу употребляют только некоторые животные (например, жвачные). Велико и промышленное значение целлюлозы – из этого вещества изготовляют хлопчатобумажные ткани и бумагу.

Иногда простые сахара вступают в реакцию с сахарными спиртами и

кислотами. Образующиеся при этом вещества близки к полисахаридам и носят название мукополисахаридов. Муреин играет роль структурного компонента в клетках. Гликопротеины и гликолипиды определяют антигенные свойства клеток. Гиалуроновая кислота и хондроитинсульфат – важные компоненты соединительной ткани позвоночных. Камеди и слизи имеют важную защитную функцию в организмах растений и животных.

Хитин близок к целлюлозе; он встречается у некоторых форм грибов, а

также как важный компонент наружного скелета некоторых животных.

Углеводы при хранении и переработке пищевого сырья претер­певают

разнообразные и сложные превращения. Это в первую очередь: - набухание и клейстеризация; - сбраживание моносахаридов; - кислотный и ферментативный гидролиз ди- и полисахаридов; - меланоидинообразование; - карамелизация.

Набухание и клейстеризация

Набухание влияет на консистенцию, форму, объем и выход готовых изделий из крахмалосодержащих продуктов, являясь одним из важнейших его свойств. Степень набухания зависит от температуры среды и соотношения воды и крахмала. При повышении температуры до 550С вода проникает в гелеподобные участки крахмального зерна и вызывает их набухание, оставляя кристаллические участки не измененными. Набухание это обратимо, т.е. после охлаждения и сушки крахмал остается почти неизменным.

Деструкция

Под деструкцией крахмала понимают как разрушение крахмального зерна, так и деполимеризацию содержащихся в нем полисахаридов.

Модификации крахмала

Крахмальные полисахариды являются весьма лабильными, реакционноспособными соединениями. Они активно взаимодействуют с ионами металлов, кислотами, окислителями, поверхностно – активными веществами. Это позволяет модифицировать молекулы крахмала – изменять их гидрофобность, способность к клейстеризации и студнеобразованию, а также механические характеристики студней. Одни виды модификации способствуют повышению растворимости крахмала в воде, а другие ограничивают набухание.

Брожением называют расщепление сахаров под влиянием биологических

катализаторов, ферментов, вырабатываемых в процессе жизнедеятельности различными микроорганизмами. Процессы брожения протекают сложными путями – через ряд промежуточных продуктов.

Спиртовой вид брожения (производство спирта, вина, хлебобулочных

изделий, образуются побочные продукты: глицерин, янтарная кислота, уксусная кислота, изоамиловый и изопропиловый спирты):

Молочнокислое брожение (простокваша, кислая капуста):

Маслянокислое брожение:

Лимоннокислое брожение:

Гидролиз

При нагревании под действием кислот или ферментов сахароза распадается на равные количества глюкозы и фруктозы. Процесс распада носит название инверсии, а полученная смесь – инвертного сахара (более сладкий вкус, чем сахароза). Инвертный сахар, образуется например, при варке киселей, компотов, запекании яблок с сахаром, и т.д.

Степень инверсии сахарозы зависит: то времени ее обработки; от вида и

концентрации содержащейся в продукте кислоты.

Карамелизация

сахаров протекает с отщеплением молекул воды и образованием реакционноспособных веществ: оксиальдегидов, оксикетонов и оксиметилфурфурола, который может преобразовываться в мурвьиную и другие кислоты. Одновременно альдегиды и кетоны вступают в реакции полимеризации и поликонденсации, в результате которых и появляются окрашенные продукты.

Меланоидинообразование

При взаимодействии альдегидных групп сахаров с аминогруппами белков, аминокислот образуются различные карбонильные соединения и темноокрашенные продукты — меланоидины. Реакция была описана в 1912 г. Майаром.

Продукты реакции меланоидинообразования оказывают различное влияние на

органолептические свойства готовых изделий: заметно улучшают качество жареного и тушеного мяса, котлет, но ухудшают вкус, цвет и запах бульонных кубиков, мясных экстрактов и других концентратов. Продукты реакции Майара обусловливают аромат сыра, свежевыпеченного хлеба, обжаренных орехов. Образование тех или иных ароматических веществ зависит от природы аминокислот, вступающих в реакцию с сахарами, а также от стадии реакции. Каждая аминокислота может образовывать несколько веществ, участвующих в формировании аромата пищевых продуктов.

Чем выше интенсивность образования коричневой окраски, т.е. продуктов

меланоидинообразования, тем ниже пищевая ценность белковых продуктов. В результате этих реакций теряется от 20 до 50 % свободных аминокислот, при этом потери возрастают с увеличением продолжительности нагревания (особенно процесс обжаривания мяса).