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. 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 C x (H 2 O) 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 моносахаридыСЛОЖНЫЕ ( дисахариды, полисахариды) полисахариды)
Классификация углеводов Группы углеводов Особенности строения молекулы Свойства углеводов Моносахариды Число атомов С С3-триозыС4-тетрозыС5-пентозыС6-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 К моносахаридам относятся: Тетрозы С 4 Н 8 О 4 (элитроза треоза) Пентозы С 5 Н 10 О 5 (арабиноза, ксилоза, рибоза ) Гексозы С 6 Н 12 О 6 (глюкоза, манноза, галактоза, фруктоза) 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 С п Н 2n О п.
Самые распространённые моносахариды – глюкоза и фруктоза, имеющие формулу (CH 2 O) 6. Все моносахариды имеют сладкий вкус, кристаллизуются и легко растворяются в воде. 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.
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 Рибоза С 5 Н 10 О 5 С 5 Н 10 О 5Значение: Входит в состав РНК, АТФ, витаминов группы В, ферментов Дезоксирибоза С 5 Н 10 О 4 Значение: Входит в состав ДНК
Моносахариды Фруктоза Фруктоза С 6 Н 12 О 6 С 6 Н 12 О 6Значение: Входит в состав сахарозы, других олигосахаридов, полисахаридов Галактоза С 6 Н 12 О 6 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.ДНК
Д И С А Х А Р И Д Ы Дисахариды имеют формулу С 12 Н 22 О 11 К дисахаридам относятся: -сахароза (глюкоза + фруктоза), -лактоза (глюкоза + галактоза), -мальтоза (глюкоза + глюкоза),, -целобиоза Дисахариды - это сложные сахара, каждая молекула которых при гидролизе распадается на 2 молекулы моносахарида. Иногда они используются в качестве запасных питательных веществ.
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 СахарозаСостав: 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.
Мальтоза 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). 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 МальтозаСостав: 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 С м Н 2п О п. К полисахаридам относятся: (С 5 Н 8 О 4 ) n - пентозаны; (С 6 Н 10 О 5 ) 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 (C 6 Н 10 О 5 ) 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».
Крахмал - полимер. Мономеры молекулы глюкозы. Значение Резервный полисахарид растительных клеток Полисахариды
ЗНАЧЕНИЕ КРАХМАЛА: 1). В качестве пищевого продукта (хлеб, картофель, крупы и т. д.) 2). Для изготовления канцелярского клея 3). 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 Гликоген - содержится в тканях животных, человека, бактериях, цианобактериях; выполняет роль резервного полисахарида Целлюлоза - входит в состав клеточных стенок растительных клеток Целлюлоза - входит в состав клеточных стенок растительных клеток Хитин - образует покровы тела членистоногих, компонент клеточной стенки грибов Хитин - образует покровы тела членистоногих, компонент клеточной стенки грибов Муреин – входит в состав клеточной стенки бактерий 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 (С 6 Н 10 О 5 ) 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. 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: 1. то времени ее обработки; 2. от вида и концентрации содержащейся в продукте кислоты.
Карамелизация. 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).