Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
МОДУЛЬ № 3
«Ліпіди, гормони, вуглеводи» Лекція 9, 10 [ 1.с. 156-174; 2. с. 230-239; 4. с. 94-114 ] План 1. Біологічна роль і будова ліпідів 2. Прості ліпіди 3. Складні ліпіди 4. Властивості ліпідів 5. Біологічна цінність харчових ліпідів
1. Біологічна роль і будова ліпідів Ліпіди (від грец. lipos - жир) — група різних за складом нерозчинних у воді речовин, що відрізняються за ступенем розчинності в органічних розчинниках. Ліпіди здатні до розчинення в неполярних (гідрофобних) рідинах. Неполярні розчинники (діетиловий ефір, тетрахлорметан, хлороформ тощо) використовують для екстрагування ліпідів із біологічних об’єктів (крові, тканин тощо). За своєю хімічною структурою більшість ліпідів є складними ефірами вищих карбонових (жирних) кислот і спиртів (гліцеролу, сфінгозину, холестеролу тощо). До складу багатьох класів ліпідів (складних ліпідів) входять також залишки ортофоефатної кислоти, азотистих основ (коламіну, холіну), вуглеводів тощо. Ліпіди є похідними вищих жирних кислот, спиртів і альдегідів. Вони широко представлені в тканинах людини, тварин, рослин і мікроорганізмів. Вегетативні частини рослин накопичують не більш ніж 5% ліпідів, насіння - 50% і більше. Ліпіди виконують різноманітні функції. Серед них: 1. Енергетична. Ці речовини є джерелом енергії: при окис- ненні в організмі 1 г жиру виділяється 9 ккал. Так, за рахунок жирів забезпечується 25-35% добової потреби в енергії в жителів середніх широт, а в жителів півночі їх частка в енергетичній забезпеченості раціону ще більша. 2. Регуляторна. Ліпіди - важливі фактори регулювання обміну води в організмі. Кількість води, що утворюється в організмі при повній деградації жирів, досить велика: при окисненні 100 г жиру виділяється 107 г ендогенної води, що має особливе значення в екстремальних умовах (наприклад, у разі недостатнього надходження її ззовні). 3. Пластична. Ліпіди виконують структурно-пластичну роль, тому що входять до складу клітинних і позаклітинних мембран усіх тканин у вигляді ліпопротеїнів (комплексів з білками) і глі- коліпідів (ліпідів, що містять вуглеводи). Ліпопротеїни містяться в органелах клітин (мітохондрії та ін.) і, отже, беруть участь в окисно-відновних процесах, біосинтезі білків, транспорті речовин у клітини. З ліпідів утворюються деякі гормони (статеві, кори надниркових залоз), а також вітаміни групи D. 4. Захисна. Ліпіди шкіри і внутрішніх органів виконують захисну роль. Вони охороняють організм людини і тварин від переохолодження (перешкоджають віддачі теплоти) і від механічного ушкодження органів (наприклад, нирок). Ліпіди, які виділяються сальними залозами, додають шкірі еластичності й захищають її від висихання. Жири є розчинниками вітамінів A, D, Е, К, F і сприяють їх засвоєнню. З харчовими жирами в організм надходить низка біологічно активних речовин: фосфатиди, поліиенасичені жирні кислоти (ПНЖК), стерини та ін. Жири, що входять до складу їжі, поліпшують її смакові якості, а також підвищують поживну та енергетичну цінність. Вони - носії смакових і ароматичних речовин, а також викону ють роль емульгаторів. Ліпіди, які входять до складу нервових клітин та їх відростків, забезпечують керованість потоків нервових сигналів. Класифікацію ліпідів наведено на рис. 5.1
Жири становлять собою ефіри гліцеролу і вищих жирних кислот.
Ацилгліцероли (ацилгліцериди) - це ліпіди, що є складними ефірами гліцеролу (гліцерину) та жирних кислот. Ацилгліцероли (зокрема, триацилгліцеролп, або тригліцериди) мають емпіричну назву - нейтральні жири. Тригліцериди с основною складовою адипоцитів жирової тканини людини і тварини, являючи собою молекулярну форму зберігання вищих жирних кислот — найбільш енергоємного метаболічного палива. Природні тригліцериди є змішаними ліпідами, тобто до їх складу входять залишки різних жирних кислот. У природних жирах міститься також близько 2% супутніх речовин, від яких залежать їх забарвлення, аромат і смакові особливості. Розрізняють тваринні жири та рослинні олії, що відрізняються за складом та властивостями. За хімічним складом ліпіди поділяються на прості і складні. Прості ліпіди - де речовини, молекули яких складаються із залишків жирних кислот (або альдегідів) і спиртів. До них належать нейтральні жири (триацилгліцероли, інші гліцеролп) і во- ски. До цієї групи входять також ефіри вітамінів А і D з вищими жирними кислотами. Складні ліпіди, крім вищих жирних кислот і спиртів, містять похідні ортофосфатної кислоти (фосфоліпіди), залишки цукрів (гліколіпіди), азотисті сполуки (холін, коламін, серин).
2. Прості ліпіди Якщо в гліцеролі (гліцерині) етерифікована жирною кислотою одна гідроксильна група, то утворюється моноацилгліцерол, якщо дві - діацилгліцерол, якщо три - триацилгліцерол. Основна маса природних жирів припа дає на триацилгліцероли. До їх складу входять насичені і ненасичені жирні кислоти (найбільш часто пальмітинова, стеаринова і олеїнова кислота). Якщо триацилгліцерол містить одну жирну кислоту, то він називається простим (наприклад, тристеарин, трипальмітин), якщо ж кислотні радикали належать різним жирним кислотам, то утворюються змішані тригліцероли. їхні назви залежать від вхідних жирних кислот (наприклад, 1-пальміто-2-стеарино-8- олеїн). Воски є ефірами вищих жирних кислот і вищих одноатомних або двоатомних спиртів, що містять від 20 до 70 вуглецевих атомі в. Ця група жирів виконує здебільшого захисну роль. Природні воски (бджолиний, ланолін, спермацет), крім складних ефірів, містять вільні жирні кислоти, спирти та ін. Вони входять до складу сала, що покриває шкіру людини. Жирні кислоти містять, як правило, парну кількість карбонових атомів і нерозгалужений ланцюг. Вони поділяються на дві великі групи: насичені (граничні) і ненасичені (неграничні), іцо містять подвійні зв’язки. Саме від подвійних зв’язків у молекулі залежать всі основні властивості ненасичених жирних кислот.
Найбільше значення за ступенем поширення і властивостями мають такі жирні кислоти: 1) насичені: - масляна (С4) СН3-(СН2)2-СООН (С3Н7СООН); - пальмітинова (С16) СН3-(СН2)14-СООН (С15Н31СООН); - стеаринова (С18) СН3-(СН2)16 СООН (С17Н35СООН); 2) ненасичені моноєнові (з одним подвійним зв’язком): - олеїнова (С18)СН3-(СН2)7-СН=СН-(СН2)7-СООН(С17Н33СООН); 3) ненасичені полієнові (із двома і більше подвійними зв’язками): - лінолева (С18) СН3-(СН2)4-СН=СН-СН2-СН=СН-(СН2)7-СООН (С17Н31С00Н); - ліноленова (С18) СН3-(СН2)4-(СН=СН-СН2)2-СІІ=СН-(СН2)7- СООН(С17Н29СООН); - арахідонова (С20) СН3-(СН2)4-(СН=СН-СН2)3-СН=СН-(СН2)3- СООН(С19Н31СООН). Ненасичені жирні кислоти поширені в рідких жирах (оліях). У багатьох рослинних оліях їх вміст становить 80-90% (соняшникова, кукурудзяна, льняна, маслинова). Завдяки неміцним подвійним зв’язкам між атомами Карбону ненасичені жирні кислоти легко вступають у хімічні реакції. Шляхом гідрогенізації рослинних жирів у промисловості одержують маргарини. Легка окисненість ненасичених жирних кислот є однією з причин накопичення в жирах продуктів окиснення та їх подальшого їхнього псування (прогірканкя).
3. Складні ліпіди Гліцерофосфо ліпіди (складні ліпіди) є ефірами гліцеролу, жирних кислот, фосфатної кислоти і нітрогенвмісних сполук. Характерною рисою їх будови є наявність у молекулі гідрофобних (радикали жирних кислот) і гідрофільних (фосфатна кислота, азотиста основа) груп. Завдяки цьому гліцерофосфоліпіди взаємодіють з жирами та водорозчинними сполуками.
У комплексі з білками ці речовини входять до складу нервової тканини, печінки, серцевого м’яза, статевих залоз. Вони беруть участь у побудові мембран клітин, визначають ступінь їх проникності для жиророзчинних речовин, беруть участь в активному транспорті складних речовин і окремих іонів у клітині і з неї, підвищують активність протромбіну в процесах згортання крові. Гліцерофосфоліиіди поділяються на такі групи (підкласи): 1) фосфатидилхоліни (лецитини); 2) фосфатидилетаноламіни (кефаліни); 3) фосфатидилсерини; У молекулі фосфатидилхолінів дві карбоксильні групи гліцерину (у першому і другому положеннях) заміщені радикалами жирних кислот (насиченою і ненасиченої), а одна - фосфатною кислотою, сполученою з азотистою основою - холіном.
Фосфатидилетаноламіни (кефаліни) відрізняються від фосфатидилхолінів тим, що замість холіну в них міститься етаноламін (коламін).
Фосфатидилсерини містять амінокислоту серин.
Сфінголіпіди (ефінгомієліни) складаються з двох молекул жирних кислот, однієї молекули аміноспирту ефіпгозину, азотистої основи і фосфатної кислоти. Ці ліпіди містяться в мембрані тваринних і рослинних клітин, на них багаті нервова тканина, нирки, печінка. Ліпопротеїни — комплекси ліпідів різної хімічної будови з білками. В утворенні ліпопротеїнів беруть участь нековалентні зв’язки та фізико-хімічні взаємодії (водневі, іонні, ван-дер-ваальсові, гідрофобні). Найбільш вагомими в біохімії є ліпопротеїни, у складі яких ліпіди містяться в плазмі крові людини, та ліпопротеїни, що є інтегральними компонентами біологічних мембран. Стероїди. Це група ефірів, утворених при взаємодії високо- молекулярних циклічних спиртів (стеролів або стеринів) і вищих жирних кислот. Найбільш важливим представником стероїдів є холестерол (холестерин). В організмі вія виконує такі функції: є попередником багатьох біологічно важливих сполук (стероїд них гормонів, жовчних кислот, вітаміну D); входить до складу клітинних мембран; підвищує стійкість еритроцитів до гемолізу; бере участь у проведенні нервових імпульсів; становить со бою своєрідний ізолятор для нервових кліток. За хімічною природою стероїди є похідними циклічного спирту - циклопентанпергідрофенантрену.
Природні жири - складна суміш гліцеридів, вільних жирних кислот, вітамінів, пігментів, білків, вуглеводів, восків. Одні супутні гліцеридам речовини, наприклад вітаміни, підвищують харчову цінність жиру, інші -- погіршують (вільні жирні кислоти, віски)
4. Властивості ліпідів При дослідженні хімічної природи і якості жиру визначають його фізичні (температура плавлення, застигання, в’язкість) і хімічні (кислотне, йодне, пероксидне число, число омилення) константи. Кислотне число характеризується вмістом у жирі вільних жирних кислот. Його визначають за кількістю міліграмів калій гідроксиду, яка потрібно для нейтралізації вільних жирних кислот в 1 г жиру. Кислотне число - важливий показник якості жирів, тому що при зберіганні жирів або багатих на жир продуктів, при їх термічній обробці воно збільшується в результаті гідролізу гліцеридів. Йодне число - показник кількості подвійних зв’язків у молекулах жирних кислот. Його визначають за кількістю грамів йоду, які ідуть на титрування 100 г жиру. Чим більше жир має ненасичених жирних кислот і чим більше в цих кислотах подвійних зв’язків, тим вище значення йодного числа. Чим вище йодне число, тим легше жир окиснюється. Отже, при окисненні жирів у процесах зберігання і термічної обробки йодне число зменшується. Число омилення характеризує вміст в 1 г жиру вільних і зв’язаних із гліцерином жирних кислот. Його виражають в міліграмах калій гідроксиду, необхідних для нейтралізації всіх жирних кислот 1 г жиру (табл. 5.6). Тверді жири постійної температури плавлення не мають. При нагріванні вони поступово переходять із твердого стану в рідкий.
5. Біологічна цінність харчових ліпідів Цінність жиру визначається такими важливими показниками, як незамінність, перетравлення та всмоктування, які залежать віл температури плавлення. Жири, які містять незамінну лінолеву кислоту та інші ПНЖК, мають найбільшу біологічну цінністі, оскільки в організмі вони практично не синтезуються. Важливим показником біологічної цінності жирів є їхнє перетравлення, яке визначається кількістю тригліцеридів, що всмокталися в лімфу та кров. Більшість природних жирів в організмі людини характеризується високим коефіцієнтом перетравлення. Усмоктуваність жиру залежить від складу жирних кислот. Засвоюваність жирів з температурою плавлення, нижчою ніж температура людського тіла, дорівнює 97- 98%. Якщо цей показник вищий за 37 С, то засвоюваність жирів дорівнює 90%. Жири з температурою плавлення 50.., 60 С засвоюються тільки на 70-80%. При змішаному харчуванні засвоюється 96-98% свинячого жиру, 94-98% маргарину, 93-98% вершкового масла, 86-90% соняшникової олії, 80-94% яловичого жиру. Показниками біологічної цінності жирів є також наявність и їх складі вітамінів A, D, Е, Тому вершкове масло, яке містить ці вітаміни, незважаючи на низький рівень ПНЖК, є продуктом високої біологічної цінності. Воно може бути замінене тільки риб'ячим жиром, бо до його складу також входять ретинол та кальциферол. В оліях містяться токофероли, в інших жирах вони практично відсутні. Отже, не існує природного харчового жиру, який мав би у своєму складі всі корисні компоненти. При тривалому зберіганні жири під дією сонячного світла, кисню і вологи набувають неприємного смаку і запаху. Цей процес, що відбувається внаслідок окиснення й гідролізу жирів, називається згіркненням. Найлегше окиснюються ПНЖК. При цьому кисень приєднується на місця подвійних зв’язків і утворюються пероксиди. Пізніше на місці колишнього подвійного зв’язку виникає розрив вуглеводного ланцюга і утворюються альдегіди й кетони з короткими ланцюгами типу масляної кислоти з неприємними запахом і смаком. У процесі згіркнення жирів беруть участь окиснювальні ферменти бактеріального походження, зокрема ліпоксигенази. Для запобігання окисному згіркненню жирів або продуктів, що містять жири, до них додають антиоксиданти, які затримують процес окиснення. Найбільш активним антиоксидантом є вітамін Е. Зберігання жирів у темряві, на холоді або в умовах вакууму також затримує їх окиснення. Наявність металів, навпаки, прискорює окиснення жирів.
Лекція №11 [ 1.с. 1582-220; 2. с. 208-229; 4. с. 78-93 ] План 1. Біологічна роль, будова, властивості вуглеводів та їх похідних 2. Утворення вуглеводів в процесі фотосинтезу 3. Використання вуглеводів у харчовій промисловості
1. Біологічна роль, будова, властивості вуглеводів та їх похідних Вуглеводи - біохімічні сполуки, що утворюються в рослинах як первинні продукти фотосинтезу. їхня назва походить від загальної формули цієї групи речовин – Сn(Н20)n, до якої входять Карбон, Гідроген і Оксиген (співвідношення атомів Гідрогену й Окси- гену в них таке саме, як у воді). Уперше термін «вуглеводи» був запропонований професором Дерптського (Тартуського) університету К. Шмідтом у 1844 роді. Виявилося, однак, що склад не всіх вуглеводів відповідає наведеній вище формулі, унаслідок чого Міжнародна комісія з реформи хімічної номенклатури запропонувала термін «вуглеводи» замінити на «гліциди». Проте він не набув значного поширення і назва «вуглеводи» залишилася загальновизнаною. Вуглеводи (глюдиди, цукри) - біоорганічні сполуки, що за своєю хімічною будовою є альдегіде- та кетопохідними багатоатомних спиртів, або поліоксиальдегідами та поліоксикетонами. Вуглеводи, що відповідають зазначеним хімічним структурам і не підлягають гідролізу (тобто розщепленню водою на більш прості сполуки), є простими вуглеводами, або моносахаридами. Вуглеводи, що гідролізуються до моносахаридів, мають назву складних вуглеводів - олігосахаридів та полісахаридів. Джерелами вуглеводів у харчуванні є рослини, де вони становлять 80-90% сухої маси. Процес утворення цих речовин відбувається завдяки асиміляції хлорофілом вуглекислого газу з повітря під дією енергії сонячних променів (фотосинтез). Кисень, що утворюється при цьому, виділяється в атмосферу, а з Карбону синтезуються низка органічних речовин, у тому числі крохмаль, який накопичується у коріннях, плодах та інших частинах рослин. Вивільнення кисню в процесі фотосинтезу - найважливіше джерело його утворення в атмосфері. Для людини вуглеводи - це основне джерело енергії, яка легко утилізується і є необхідною для життєдіяльності всіх клітин тканин та органів, особливо мозку, серця, м’язів. Найчастіше вуглеводи в організми вищих тварин надходять у вигляді глюкози, глікогену, ксилози та рибози, а в організм людини - у вигляді глюкози, дезоксирибози, рибози. Солодкий смак мають моно-, ди- та трисахариди. У рослинах вуглеводи становлять 80-90% маси, причому в різних частинах вміст їх різний. Так, у зелених частинах рослин він становить 2, 5-6%, у бульбах картоплі і коренеплодах 10- 20%, у зернах злаків - близько 70%. У складі організму людини і тварин вуглеводи містяться в меншій кількості, ніж білки та ліпіди, і становлять усього 2% маси сухих речовин. Однак вони мають велике значення для людини. Про це свідчать важливі різноманітні функції, які виконують вуглеводи: 1. Енергетична. Вуглеводи на 60% забезпечують організм енергією. При окисненні 1 г вуглеводів виділяється близько 4 ккал енергії. 2. Пластична. Вуглеводи беру ть участь у синтезі багатьох речовин, необхідних для життедія л ьн ості організму, таких, як нуклеопротеїни, ліпоїди, складні ферменти, мукогхо ліса х а ряди та ін. 3. Функція поживних речовин. Вуглеводи мають здатність відкладатися в організмі у вигляді глікогену - запасного вуглеводу, що витрачається в міру необхідності. Глікоген в основному зосереджений у печінці й м’язах. при повноцінному харчуванні в печінці може накопичуватися до 10% глікогену її маси, у м’язах - до 2%. При голодуванні запаси глікогену знижуються до 0, 2%. 4. Захисна. Густі секрети (слизи), що утворюються в ілзних залозах, багаті на мукополісахариди. Вони охороняють стінки порожніх органів від механічних ушкоджень та проникнення патогенних бактерій і вірусів, 5. Регуляторна. Представник вуглеводів — клітковина має грубу структуру. Потрапляючи з їжею в шлунково-кишковий тракт, вона викликає механічне роздратування стінок шлунка і кишечнику, підвищує їхню активність і сприяє спорожненню. 6. Специфічна. Окремі представники вуглеводів виконують особливі функції в організмі, наприклад беруть участь у проведенні нервових імпульсів, утворенні антитіл, забезпеченні специфічності груп крові, нормальної діяльності центральної нервової системи. За харчовою цінністю вуглеводи поділяються на засвоювані та незасвоювані. Засвоювані вуглеводи перетравлюються в трав ному тракті людини, продукти гідролізу всмоктуються в тонкому кишечнику і включаються до метаболічних процесів. До зо своюваних вуглеводів належать моносахариди (глюкоза. фруктоза, галактоза, маноза), олігосахариди (сахароза, лактоза, маль тоза), полісахариди (крохмаль, декстрини, глікоген). Незасвою fani вуглеводи - це харчові волокна. Моносахариди (монози). Вуглеводи цієї групи містять карбонільну групу (альдегідну або кетонну), є похідними багатоато мних спиртів. Молекули моносахаридів містять кілька асиметричних атомів Карбону, і тому вони існують у вигляді різних просторових ізомерів. Моносахариди відрізняються захарактером будовиі просторовимрозташуванням функціональнихгруп. За характеромостанніх вони поділяються на альдози і кетони. Залежно відкількості карбонових атомів моносахариди(монози) поділяються на тріози, тетрози, пентози, гексози, гептози та ін. Найбільш поширенимиу тваринних організмах моносахаридамиє гексози та пентози, які знаходяться в клітинах як учасникиобміну речовин - метаболіти та виконують певні, структурніфункції, входячи до складу інших біомолекул. Із моносахаридів найбільшу поживну цінність мають глюкоза, фруктоза, галактоза, маяоза, ксилоза. Моносахариди можуть існувати у.цзох формах- лінійній (ациклічній) з відкритим вуглецевим ланцюгом і циклічній (кільцевій). Обидвіформи перебуваютьу динамічній рівновазі, їх взаємоперехід називається кільчасто-ланцюговоютаутомерією. При утворенні циклічної форми глюкози відбувається реакція між спиртовою гідроксильною групою при 05 і Карбоном альдегідної групи С-1, замикається кисневий місток й утворю ється шестичленний гетероцикл типу пірана. Моносахариди існують переважно у напівацетальнихформах. Надівацетальяийгідроксил має велику реакційну здатність. У реакціях зі спиртом, карбоновими кислотами, фенолами вінможе заміщатись інтими групами. Сполуки, що діють на напівацетальний гідроксил моносахариду, називається агліконом, а продукт реакції - глікозидам. Глікозиди - фізіологічно активні речовини, а-і ß ізомерам моносахаридів відповідають а- і ß -глікозиди. Глікозиди відіграють важливу роль в обміні речовин. Вони є продуктами розщеплення нуклеїнових кислот і нуклеопротеїнів (нуклеотиди і нуклеозиди), АТФ, НАД, НАДФ; до них належать деякі антибіотики, рослинні пігменти, алкалоїди та ін. Гексози поділяються на дві групи: 1. альдогексози, до яких належать: D-глюкоза і ЇЇ епімери; D-галактоза, D-маноза, D-фукоза тощо; 2. кетогексози, представником яких є D-фруктоза. а- D-глюкоза (декстроза, виноградний цукор) має як ациклічну, так і циклічну форму.
Глюкоза міститься в крові, лімфі, церебральні рідині. З фізіологічного погляду глюкоза е найважливішим представником вуглеводів. Де основне енергетичне джерело для всіх клітин і тканин організму. Використовується для біосинтезу багатьох життєво важливих сполук (рибоза і дезоксирибоза, глікопротеїни, гліколіпіди та ін.). Необхідна для тканин мозку, працюючих м’язів, зокрема серця. У здорової людини надлишок глюкози в крові перетворюється на глікоген в печінці або на резервні жири. Глюкоза міститься у винограді, черешнях, вишнях, малині, ягодах, а також у бджолиному меді (близько 35%). В організмі людини вона утворюється внаслідок гідролізу крохмалю, глікогену, сахарози, мальтози і лактози. Глюкоза входить до складу полісахаридів (глікогену, крохмалю, клітковини), дисахаридів (мальтози, сахарози, лактози, целобіози). Ііри окисненні первинної спиртової групи із глюкози утворюється глюкуронова кислота, а при відновленні - шестиатомний спирт D сорбіт. Цю реакцію використовують при промисловому виробництві сорбіту - замінника солодких вуглеводів у харчуванні людей, що страждають на ожиріння і цукровий діабет. Із глюкози одержують також препарати аскорбінової кислоти. Олігосахариди. У складі молекул олігосахаридів міститься від 2 до 10 залнінків моносахаридів, сполучених глікозидними зв’язками. До цієї групи входять дисахариди, трисахариди і т.п. Олігосахариди разом із дисахаридами виконують важливу фізіологічну функцію - метаболічну та харчову. Дисахариди - складні цукри, кожна молекула яких під час гідролізу розпадається на дві молекули моносахаридів. Емпірична формула С12Н22О11. Серед дисахаридів найбільше значення мають мальтоза, лактоза, сахароза, целобіоза. Поряд з полісахаридами дисахариди є основними вуглеводами в їжі людини і тварин. Мальтоза - солодовий цукор містить два залишки a-D-глюкози. Мальтоза утворюється як проміжний продукт при дії амілаз на крохмаль або глікоген. Наявність вільного напівацетального гідроксилу в другому залишку глюкози, що входить до складу мальтози, дозволяє віднести цей дисахарид до цукрів, що відновлюються (мають редукуючі властивості). Мальтоза утворюється в травному каналі людини під дією на харчовий крохмаль ферменту ß -амілази. Міститься у значній кількості в солоді та солодових екстрактах. Під дією ферменту вона розщеплюється з утворенням двох молекул глюкози. У вільному стані мальтоза міститься в пророслих зернах ячменю (солоді), жита, пшениці та інших злаків, а також у помідорах та нектарі багатьох рослин. Сахароза (a-глюкопіранозил (1 → 2)- а-фруктофуранозид — харчовий (бурячний, тростинний) цукор - найбільш важливий і досить поширений дисахарид. Сахароза складається з a-D-глю- кози і P-D-фруктози.
Через відсутність вільного напівацетального гідроксилу цей дисахарид не має редукуючих властивостей. Сахарози багато в стеблах, коріннях, бульбах і плодах рослин. У цукровому буряку її накопичується до 24%, у стеблах тростини до 20%. Процес розщеплення сахарози на глюкозу й фруктозу дістав назву інверсії цукру, а гідролізована сахароза - інвертного цукру. Полісахариди. Це високомолекулярні вуглеводи, що складаються з великої кількості моносахаридів. Воіїи мають гідро фільні властивості і при розчиненні у воді утворюють колоїдні розчини. Полісахариди поділяються на гомо- і гетерополісахариди. До складу гомополісахаридів входять моносахариди одного типу. Наприклад, крохмаль і глікоген побудовані тільки з молекул глюкози, інулін - із фруктози. Найбільш важливими гомополісахаридами є крохмаль, глікоген, клітковина (целюлоза), що складаються із залишків молекул глюкози, а також пектинові речовини. Із залишків молекул фруктози побудований полісахарид інулін, манани містять залишки молекул манози, галактани галактози. Крохмаль є сумішшю лінійного полісахариду - амілози (10- 30%) і амілопектину (70-90%), загальна формула яких (С(.Н10О5)п. Цей полісахарид побудований із залишків глюкози, сполучених в амілозі й лінійних ланцюгах амілопектину сс-1, 4- зв’язками, у точках розгалуження амілопектину - міждланцю- говими а-1, 6-зв’язками (рис. 6.1). Крохмаль - це продукт фотосинтезу та основна поживна речовина рослин. Він накопичується у вигляді крохмальних зерен у листках, бульбах, плодах. Великий вміст крохмалю в насіннях пшениці (75-80%), значно нижчий у рисі (30%), бульбах картоплі (25%). Амілоза - лінійний полісахарид, молекули якого містять від 200 до 1000 мономерів (залишків глюкози); м. м. амілози 40- 160 кД. У складі амілози мономери сполучені а-1, 4-глікозидни- ми зв’язками. Гомополімери амілози формують спіральні структури, кожний виток яких містить шість молекул глюкози. Специфічна кольорова реакція на крохмаль із йодом (синє забарвлення) зумовлена включенням молекул йоду в молекулярні ка - нали всередині спіралей амілози. Декстрини - це уламки молекул крохмалю і глікогену, є розчинними речовинами, що легко засвоюються організмом людини. Частковий гідроліз крохмалю відбувається при варінні продуктів рослинного походження і при хлібопеченні. Процеси декстринізації й оцукрювання крохмалю використовують у харчовій і спиртовій промисловості. При ферментативному гідролізі крохмалю в травному тракті також утворюються декстрини, частина їх (після вживання їжі, багатої на вуглеводи) всмоктується стінками тонкого кишечнику і надходить у кров воротної вени людини. Амілоза гідролізується а-амілазою слини і підшлункової залози. Амілопектин піддається гідролізу ɑ - і ß -амілазами. Глікоген («тваринний крохмаль») - головний резервний полісахарид людини і вищих тварин, який виконує енергетичну функцію. За своєю будовою він близький до амілопектину і складається із залишків глюкози. Целюлоза (клітковина) С6Н10О5 досить поширена в рослинному світі. Вона є основною структурою стінок клітин, обумовлюючи їх міцність і еластичність. Целюлоза складається з а- и P-D-глюкозних залишків у (З-піранозній формі, лінійно сполучених між собою (1—> 4)-зв’язками. Ці лінійні молекули розташовуються паралельно, між ними виникають водневі зв’язки й утворюються мікрофібріли. При частковому гідролізі целюлози виділяється дисахарид целобіоза, а при повному гідролізі утворюється D-глюкоза. Клітковина не перетравлюється в шлунково-кишковому тракті людини через відсутність у ньому а-глюкозид аз и. Однак вона необхідна для нормального травлення, оскільки стимулює рухову активність кишечнику і жовчного міхура, поліпшує про суваяня харчової кашки травним каналом, посилює процес виділення жовчі з жовчного міхура, сприяє формуванню калових мас і виведенню їх з кишечнику.
2. Утворення вуглеводів в процесі фотосинтезу Вуглеводи відіграють винятково важливу роль у природі. Вони є продуктами асиміляції СО, рослинами. Органічні речовини утворюютьтея з неорганічних у зелених частинах рослин під дією червоних і синьо-фіолетових променів сонячного спектра. Цей процес дістав назву фотосинтезу. Фотосинтез - це сукупність процесів, у ході яких у вигляді хімічних зв’язків органічних сполук запасається сонячна енергія. Фотосинтез у живій природі відбувається в спеціальних ор- ганелах рослинних клітин - хлоропластах. Вони містять кілька видів забарвлених пігментів - хлорофілів, які пов’язані з білками і ліпідами. За своєю будовою хлорофіли нагадують гем гемоглобіну, але до його складу входить не Ферум, а Магній. Великий внесок у вивчення фотосинтезу зробив російський вчений К.А. Тимірязєв. Він довів, що зелене забарвлення рослин, що виникло в ході еволюції, можна розглядати як корисне пристосування, яке сприяє найкращому акумулюванню сонячної енергії в умовах нашої планети. Сонячна енергія поглинається хлорофілом і потім використовується в реакції розкладання води (фотоліз). При цьому вивільняється кисень, а активований Гідроген переноситься на фосфогліцеринову кислоту, що з’являється при поглинанні рослинами СО,; потім з неї утворюються глюкоза, крохмаль й інші вуглеводи. Вивільнення кисню в процесі фотосинтезу є найважливішим джерелом його утворення в атмосфері. У такий спосіб зелені рослини виконують найважливішу біохімічну роль - зв’язують вуглекислоту й вивільняють Оксиген. У фотосинтезі розрізняють три серії реакцій: 1. фотохімічне розщеплення Н20 під дією світла на Оксиген і Гідроген; 2. транспорт Гідрогену через серію переносників на НАДФ і синтез АТФ; 3. фіксація С02 на рецепторі і його відновлення Гідрогеном з утворенням гексоз та їх похідних.
У цих реакціях хлорофіл є донатором електронів, а роль переносників електронів і протонів виконують залізовмісний білок феродоксин, цитохроми, флавопротеїни. Завдяки світловій енергії одночасно з відновленням НАДФ Гідрогеном води відбувається синтез АТФ, потім - синтез вуглеводів шляхом фіксації С02 з використанням коферментів, що відновлюють, і АТФ. Фотосинтез - єдине джерело молекулярного Оксигену на нашій планеті. Продукти фотосинтезуючих організмів потім використовуються аеробними нефотосинтезуючими організмами, які витягають хімічну енергію відновленого Карбону, який входить до складу органічних сполук, що утворилися при фотосинтезі, окиснюючи їх знову до С02. Сумарна реакція фотосинтезу є такою: світло, хлорофіл 6Н20 + 6СО2 → С6 Н12 О6 + 6 О2 3.Використання вуглеводів у харчовій промисловості Вуглеводи є важливим субстратом переробки рослинної сировини і харчових продуктів, мікробіологічних синтезів. До деяких вуглеводів тваринного походження відносять: лактозу, глікоген, хітин, гіалуронову ки слоту, декстрини, гепарин, хондроїтинсірчану кислоту. Рослинне походження мають фруктоза, глюкоза, сахароза, амілоза, амілопектин та ін. Так, D глюкоза (виноградний цукор, декстроза) зброджується пивними, пекарськими і винними дріжджами. Це сировина, і одержувані з неї соки використовують на підприємствах виноробної та спиртоводочної промисловості як джерело цукру, що зброджується. Для ферментації субстратів, у яких глюкоза знаходиться у зв’язанії формі, необхідний їх попередній гідроліз із відщепленням глюкози. D фруктозу (плодовий, фруктовий цукор, левулеза) використовують як субстрат бродіння під час приготування плодово-ягідних вин. У складі сахарози вона міститься в мелясі бурячного і очеретяного цукрів, що є основною сировиною при проведенні ферментативних реакцій у промислових масштабах. Сахарозу широко застосовують у технології виробництва харчових продуктів і при різних ферментаціях. Цей дисахарид, поряд зі спиртом, єдиний харчовий продукт, що одержують у великій кількості в чистому вигляді. Лактозу частково використовують для виготовлення кормових дріжджів, а також для одержання молочної кислоти у ферментаційному процесі. Крохмаль є вихідним субстратом для вироблення багатьох важливих продуктів. У результаті нагрівання (вище ніж температура утворення клейстеру) і висушування одержують продукти, здатні набухати у воді. їх використовують як суху суміш для пудингів, кремів, покраіцувачів тіста в хлібопекарській промисловості. При кислотному гідролізі крохмалю під тиском одержують крохмальну патоку і крохмальний цукор. Рідка крохмальна патока йде на виготовлення мальтози, маринадів, лікерів, морозива. Кристалічний крохмальний цукор застосовують у виробництві цукрових виробів і карамелі. Крохмальну сировину використовують у бродильному виробництві для виготовлення спирту й алкогольних напоїв. Пектини завдяки особливим колоїдно-хімічним властивостям широко використовують при виготовленні желе і начинок для карамелі. Пектини відіграють негативну роль при виготовленні соків, оскільки погіршують умови фільтрації і прозорість готового продукту. Крім того, вони спричиняють утворення у фруктових соках і плодово-ягідних винах метанолу. Інулін використовують у спиртовому бродінні. Важливе значення мають глікозиди. Залежно від агліконів, що містяться в них, вони поділяються аа такі групи: алкоголь- глікозиди, флавон- або енолглікозиди, глікозиди синильної кислоти, глікозиди гірчичного масла, азотовмісні глюкозиди й ін. Вони використовуються як підсилювачі аромату. ß -Глікозид-глікованілін міститься в плодах ванілі, розщеплюється ß -глюкозидазою на ароматичну речовину ванілін і глюкозу. Ванілін застосовують у технології приготування низки харчових продуктів. Антоціани - барвники крові і плодів. Вони являють собою глікозиди, у яких залишки глюкози або галактози сполучені і:; забарвленим агліконом із групи антоцианідину. Антоціани забарвлені в червоний, пурпурний, фіолетовий або синій колір, які залежать від наявності того чи іншого антоціану. Наявність у плодах та ягодах різних антотоціанів в поєднанні з іншими пігментами зумовлює ті чи інші відтінки їх забарвлення. Забарвлення антоціанів залежить від pH середовища. Так, у кислому середовищі вони червоні, у нейтральному - фіолетові, у лужному - сині. При промисловій та кулінарній обробці плодів та ягід антоціани можуть зазнавати окисної деградації та реагувати з металами, унаслідок чого забарвлення продуктів змінюватиметься. Наприклад, при виготовленні солодких страв (киселів, желе, мусів) з ягід і плодів віджимають сік і деякий час зберігають. Це може спричинити послаблення інтенсивності його забарвлення, тобто антоціани здатні руйнуватися під дією світла й окиснення на повітрі з участю поліфенолоксидаз. Найменші зміни забарвлення спостерігаються при pH 2. Найбільш стабільними при зберіганні соків с пігменти вишні, черешні та полуниці. Зміни в забарвленні соків можуть викликати іони деяких металів (Fe, Cu, Zn), які потрапляють з водопровідної води при промиванні ягід і плодів або із матеріалу обладнання під час подрібнення продуктів і віджимання соків. У процесі варіння ягід і плодів також відбуваються помітні зміни їх забарвлення. Вважають, що стабілізація забарвлення відбувається за температури 70 °С, коли ферменти інактивовані, а термічної деградації антоціанів практично не відбувається. Червоно-фіолетове забарвлення буряку зумовлюють два пігменти - пурпурний і жовтий. Кількісний вміст і співвідношення цих пігментів зумовлюють відмінності у відтінках сортів буряку. Під час теплової обробки ці пігменти руйнуються, що змінює інтенсивність його забарвлення і переважання бурого відтінку. Ступінь руйнування забарвлення залежить від концентрації пігментів і реакції середовищі. Цим пояснюється рекомендація щодо варіння буряку к шкірці і тушіння нарізаного сирого буряку в кислому середовищі при додаванні оцту та томату.
|