Углеводы в пищевой промышленности

Углеводы в пищевой промышленности

Для того, чтобы как можно дольше оставаться в хорошей форме и отличном самочувствии, нужно поддерживать в рационе здоровый баланс углеводов — как избыток, так и недостаток этой важной части рациона приводит к неблагоприятным последствиям. Контроль потребления углеводов вы легко осуществите с помощью нашего счетчика калорий, а необходимые знания по теме получите на этой странице.

Углеводы представляют собой макронутриенты, которые являются основной частью пищевого рациона человека.

Молекулы всех углеводов состоят из атомов углерода, кислорода и водорода. Углеводы пищи делятся на простые углеводы (сахара) и сложные углеводы (полисахариды).

Простые углеводы (сахара).

Молекулы простых сахаров состоят из неразветвленных углерод-углеродных цепей с различным числом атомов углерода. В пищевых продуктах наиболее широко представлены глюкоза, фруктоза и галактоза.

Глюкоза (виноградный сахар) содержится во многих фруктах, ягодах, меде, зеленых частях растений. Глюкоза входит в состав сахарозы, крахмала, клетчатки, высокомолекулярного полисахарида инулина.

Фруктоза (фруктовый сахар, левулеза) содержится в меде, фруктах, ягодах, семенах некоторых растений.

Галактоза — единственный моносахарид животного происхождения входит в состав лактозы (молочного сахара).

Наибольшее значение для питания человека имеют дисахариды — сахароза, лактоза и мальтоза. В состав молекулы каждого из этих дисахаридов входит глюкоза, вторым сахаром может быть глюкоза, галактоза или фруктоза.

Сахароза (тростниковый или свекловичный сахар) состоит из глюкозы и фруктозы.

Мальтоза (солодковый сахар) состоит из двух остатков глюкозы, является основным структурным компонентом крахмала и гликогена.

Лактоза (молочный сахар) состоит из глюкозы и галактозы, в свободном виде присутствует в молоке всех млекопитающих.

Сложные углеводы (полисахариды) делятся на усваиваемые (крахмальные) полисахариды и неусваиваемые (некрахмальные) полисахариды.

Усваиваемые (крахмальные) полисахариды представлены в основном крахмалом и гликогеном.

Крахмал — основной резервный полисахарид растений состоит из амилозы и разветвленного амилопектина; накапливается в виде крахмальных зерен в клетках луковиц, клубней, корневищ, семян растений.

Гликоген — разветвленный полисахарид, молекулы которого построены из остатков глюкозы, представляет собой быстро реализуемый резерв живых организмов.

Так же выделяют группу "модифицированных" крахмалов, все шире используемых в пищевой промышленности. Это крахмалы, чьи свойства модифицированы путем физических, химических или биологических воздействий. Модифицированные крахмалы используют в хлебобулочной и кондитерской промышленности, например, для получения безбелковых продуктов для диетического питания.

Неусваиваемые (некрахмальные) полисахариды — пищевые волокна, которые, в отличие от крахмала, не перевариваются пищеварительными ферментами. Источником пищевых волокон для организма являются зерна злаков, фрукты и овощи. Неусваиваемые углеводы не расщепляются ферментами, секретируемыми в пищеварительном тракте человека.

К неусваиваемым углеводам относятся, в первую очередь, глюкановые полисахариды: целлюлоза (клетчатка), гемицеллюлоза, пектиновые вещества, лигнин, камеди и слизи. Эту группу полисахаридов называют пищевыми волокнами, которые рассматриваются как вещества, необходимые для нормального функционирования желудочно-кишечного тракта.

Клетчатка (целлюлоза) — самый распространенный в природе некрахмальный полисахарид. Клетчатка входит в состав клеточных стенок всех растений, служит опорным материалом и придает им прочность. Клетчатка не растворима в воде, но может связывать значительное количество воды (до 0,4 г воды на 1 г клетчатки).

Гемицеллюлозы образуют вместе с целлюлозой клеточные стенки растительных тканей. Их содержание в растениях может достигать 40 %. В клеточных стенках гемицеллюлоза вместе с лигнином выполняет функции цементирующего материала. Она содержится в оболочках зерен, "корочках" некоторых фруктов, скорлупе семечек и орехов. Гемицеллюлозы также способны удерживать воду.

Пектиновые вещества, кислые полисахариды растений, присутствующие в клеточной стенке, межклеточном веществе, клеточном соке, накапливаются в плодах и корнеплодах. В большом количестве пектины содержатся в яблоках, лимонах, сахарной свекле. В присутствии сахаров и кислот пектины способны образовывать гели, что используется в пищевой промышленности при производстве желе, мармелада и джемов.

Лигнин, слизи, смолы не являются полисахаридами, но представляют собой высокомолекулярные вещества, которые так же относят к группе пищевых волокон. Рекомендуемая среднесуточная норма потребления пищевых волокон — 20 г. Пищевые волокна положительно влияют на функции толстого кишечника, стимулируют перистальтику, а также способствуют усилению выделения желчи.

Углеводы в пищевых продуктах и в организме человека

Основная функция углеводов — обеспечение энергетических затрат организма (на углеводы приходится от 55 до 75 % калорийности пищи).

Количество и состав углеводных компонентов пищи очень важны для поддержания здоровья. Средний уровень углеводов в пищевом рационе людей составляет около 60 %.

Среднестатистический здоровый человек должен потреблять в сутки от 350 до 500 г углеводов, для людей с усиленной физической или умственной нагрузкой потребление углеводов может увеличиваться до 700 г и выше. Более половины углеводов поступает в организм с зерновыми продуктами, около четверти — с сахаром и сахаросодержащими продуктами, с овощами от 10 до 15 %, с фруктами от 5 до 10 %.

В растительных продуктах содержатся как простые углеводы (сахара), так и полисахариды — крахмал, гликоген и пищевые волокна. По мере созревания во фруктах увеличивается количество простых сахаров, а содержание крахмала уменьшается. Поэтому зрелые фрукты становятся более сладкими.

При попадании в организм человека переваривание и усвоение углеводов происходит с разной скоростью. Это связано с тем, что для утилизации их организмом все углеводы должны быть гидролизованы ферментами пищеварительного тракта до простых сахаров.

Простые сахара — глюкоза и фруктоза усваиваются быстро и легко.

Дисахариды — сахароза, лактоза, мальтоза усваиваются медленнее, т.к. предварительно должны быть гидролизованы до простых сахаров. Лактоза — наиболее важный углевод в питании новорожденных и детей младшего возраста.

Крахмал и гликоген до усвоения проходят еще более долгий путь гидролиза до глюкозы. Больше всего крахмала содержится в хлебопродуктах, семенах бобовых растений, картофеле. Наибольшей пищевой ценностью обладают альдозы (глюкоза, галактоза, манноза, ксилоза) и кетозы (фруктоза). Потребление глюкозы и фруктозы — двух наиболее распространенных в природе моносахаридов — достигает 20 % общего потребления углеводов.

Для оценки пищевой ценности углеводов используется гликемический индекс. Эта расчетная величина отражает способность поступивших в организм углеводов повышать уровень глюкозы в крови. Наиболее высокий гликемический индекс характерен для чистой глюкозы и мальтозы, а также для углеводов, содержащихся в картофеле, моркови, меде, кукурузных хлопьях, пшеничном хлебе.

Еще одной характеристикой углеводов является их сладость. В наибольшей мере сладкий вкус присущ фруктозе и глюкозе, сахарозе, некоторым сахароспиртам (мальтитол, маннит, сорбит). Искусственные заменители сахара (сахарин, аспартам) по "сладости" в сотни раз превосходят натуральные углеводы. Поэтому заменители сахара используют в тех случаях, когда необходимо придать продуктам сладкий вкус, не увеличивая их калорийность.

Пищевые волокна — целлюлоза, пектин, гемицеллюлоза организмом не усваиваются, но частично расщепляются под влияниям ферментов, вырабатываемых микрофлорой толстого кишечника.

Переваривание углеводов начинается в ротовой полости, где амилаза слюны частично расщепляет крахмал. Дисахариды расщепляются до глюкозы ферментами сахаразой, лактазой и мальтазой. После всасывания в кровь моносахара поступают в печень, где фруктоза и галактоза превращаются в глюкозу.

Глюкоза является основным источником энергии для мышц, нервной системы и других тканей. Энергия выделяется при окислении глюкозы. Если содержание глюкозы превышает уровень, необходимый для получения нужного количества энергии, то происходит ее резервирование в виде гликогена. Запасы гликогена в мышцах и печени человека могут достигать от 300 до 400 г.

Когда запасы гликогена достигают максимального уровня, из глюкозы синтезируются жиры, которые откладываются в жировых клетках. При повышении энергетических затрат гликоген снова превращается в глюкозу.

Хотя среднесуточное поступление глюкозы в чистом виде в организм человека относительно невелико (от 15 до 18 г), много глюкозы поступает в связанном виде — в составе дисахаридов, крахмала. Для выполнения своих функций центральная нервная система расходует около 140 г глюкозы за сутки, эритроциты крови — 40 г, мышечная ткань расходует глюкозу также в больших количествах, в зависимости от выполняемой физической работы.

Читайте также:  Сколько времени набирает

При недостатке углеводов в организме появляются слабость, головокружение, головная боль, чувство голода, сонливость, потливость, дрожь в руках.

Избыточное (превышающее энергетические потребности организма) потребление углеводов также приводит к нежелательным последствиям. "Лишняя" глюкоза превращается в жир, что приводит к увеличению массы тел а .

Что касается не усваиваемых пищевых волокон, то, помимо их исключительной роли для процессов пищеварения, очень важна способность выводить из организма токсические вещества. Так, одним из важнейших свойств пектиновых веществ является образование молекулами пектина комплексов с ионами тяжелых металлов и радионуклидов. Поэтому дополнительные количества пектина рекомендуется включать в рацион питания лиц, контактирующих с соединениями тяжелых металлов или находящихся в среде, загрязненной радионуклидами.

Лигнины способны связывать соли желчной кислоты и другие органические вещества. Это детоксицирующее свойство позволяет использовать их в программах комплексной профилактики нарушений жирового обмена, атеросклероза, сахарного диабета, желчнокаменной болезни.

Материал подготовлен по учебному пособию "Основы здорового питания" А.В. Скального, И. А. Рудакова и др.

Углеводы составляют 3/4 сухой массы растений и водорослей, они содержатся в зерновых, фруктах, овощах и в других продуктах.

Главными усваиваемыми углеводами в питании человека являются крахмал и сахароза. Крахмал является главным энергетическим ресурсом человеческого организма. Источники крахмала – зерновые, бобовые, картофель. На долю крахмала приходится примерно 80% всех потребляемых человеком углеводов.

Моносахариды и олигосахариды (в том числе сахароза) присутствуют в зерновых в относительно малых количествах (см. табл. 3.1 и 3.2). Сахароза обычно поступает в человеческий организм с продуктами, в которые она добавляется (кондитерские изделия, напитки, мороженое и др.). Принимая во внимание то, что сахароза в значительной степени способствует росту глюкозы в крови, следует отметить, что продукты с высоким содержанием сахара (в первую очередь кондитерские изделия) являются наименее ценными из всех углеводных продуктов.

шеничные отруби, овощи, фрукты. Хлеб из цельного зерна, с точки зрения содержания пищевых волокон, гораздо более ценен, чем хлеб из муки высших сортов, не содержащих алейронового слоя и зародыша (табл. 3.3).

Углеводы плодов (см. табл. 3.4) представлены в основном сахарозой, глюкозой и фруктозой, а также клетчаткой и пектиновыми веществами (в черной смородине 1,1; в сливе 0,9; в клюкве 0,7; в корках цитрусовых 20–30; в корках яблок 8–20% пектиновых веществ).

Животные продукты содержат значительно меньше усваиваемых углеводов, чем растительные. Мясной и печеночный гликоген подобны

* Содержание крахмала – 0,2%.

по строению крахмальному амилопектину и усваиваются так же как крахмал.

3.3. Превращения углеводов при производстве пищевых продуктов Гидролиз углеводов

Во многих пищевых производствах имеет место гидролиз пищевых гликозидрв, олигосахаридов и полисахаридов. Гидролиз зависит от многих факторов: рН, температуры, аномерной конфигурации, комплекса ферментов. Он важен не только для процессов получения пищевых продуктов, но также и для процессов их хранения. В последнем случае реакции гидролиза могут приводить к нежелательным изменениям цвета или, в случае полисахаридов, могут приводить к неспособности их образовывать гели.

Большое внимание сейчас уделяется получению различных зерновых сахарных сиропов из дешевого крахмалсодержащего сырья и крахмала (рожь, кукуруза, сорго и др.). Их получение сводится к использованию разных комбинаций амилолитических ферментных препаратов (α-амилазы, глюкоамилазы, β-амилазы). Возможности ферментативного способа получения разных сахаристых продуктов видны на диаграммах (см. рис. 3.4). Получение глюкозы (с помощью глюкоамилазы), а затем действие глюкозоизомеразы дает возможность получения глюкозофруктозных и высокофруктозных сиропов, применение которых позволяет заменять во многих производствах сахарозу. В табл. 3.5 представлены данные по "сладости" различных сиропов.

Известно, что α-D-(1,4)-связи в крахмале легче гидролизуются, чем β-D-(1,4)-связи в целлюлозе. Кроме того, медленная реакция гидролиза целлюлозы связана с ее строением.

Рис. 3.4. Возможность получения различных сахарных сиропов из кукурузного крахмала (кислотный, кислотно-ферментативный и ферментативный способы) [Reed, 1966]: а–б – кислотный гидролиз; в–г – действие грибной амилазы на кислотный гидролизат (ГЭ = 50); д-е – действие β-амилазы на кислотный гидролизат (ГЭ = 20); ж–з – действие β-амилазы на разжиженный а-амилазой (ГЭ =20) субстрат; и–к – дальнейшее действие грибной амилазы или в смеси с β-амилазой и глюкоамилазой

При получении сахарных сиропов из крахмала степень конверсии крахмала в D-глюкозу измеряют в единицах глюкозного эквивалента (ГЭ) – это содержание (в %) образующихся редуцирующих сахаров, выраженное в глюкозе на сухие вещества (СВ) сиропа.

Гидролиз крахмала. 1. При гидролизе крахмала под действием кислот сначала имеет место ослабление и разрыв ассоциативных связей между макромолекулами амилозы и амилопектина. Это сопровождается нарушением структуры крахмальных зерен и образованием гомогенной массы. Далее идет разрыв α-D-(l,4)- и α-D-(1,6)-связей с присоединением по месту разрыва молекулы воды. В процессе гидролиза нарастает число свободных альдегидных групп, уменьшается степень полимеризации. По мере гидролиза и нарастания редуцирующих (восстанавливающих) веществ содержание декстринов уменьшается, глюкозы – увеличивается, концентрация мальтозы, три- и тетрасахаров сначала увеличивается, затем их количество снижается (см. рис. 3.5). Конечным продуктом гидролиза является глюкоза. На промежуточных стадиях образуются декстрины, три- и тетрасахара, мальтоза. Определенному значению глюкозного эквивалента соответствует определенное соотношение этих продуктов, и, варьируя длительностью гидролиза и условиями его проведения, можно получать различные соотношения отдельных продуктов гидролиза при той или иной величине глюкозного эквивалента.

Рис. 3.5. Изменение содержания сахаров при кислотном гидролизе крахмала

Кислотный гидролиз долгое время был главным при получении глюкозы из крахмала. Этот способ имеет ряд существенных недостатков, которые связаны с использованием высоких концентраций кислот и высокой температуры, что приводит к образованию продуктов термической деградации и дегидратации углеводов и реакции трансгликозилирования.

2. Крахмал гидролизуется также и под действием амилолитических ферментов. К группе амилолитических ферментов относятся α- и β-амилаза, глюкоамилаза, пуллуланаза и некоторые другие ферменты. Амилазы бывают двух типов: эндо- и экзоамилазы.

Четко выраженной эндоамилазой является α-амилаза, способная к разрыву внутримолекулярных связей в высокополимерных цепях субстрата. Глюкоамилаза и β-амилаза являются экзоамилазами, т. е. ферментами, атакующими субстрат с нередуцирующего конца.

α-Амилаза, действуя на целое крахмальное зерно, атакует его, разрыхляя поверхность и образуя каналы и бороздки, то есть как бы раскалывает зерно на части (см. рис. 3.6). Клейстеризованный крахмал гидролизуется ею с образованием не окрашиваемых иодом продуктов – в основном низкомолекулярных декстринов. Процесс гидролиза крахмала многостадийный. В результате воздействия α-амилазы на первых стадиях процесса в гидролизате накапливаются декстрины, затем появляются неокрашиваемые иодом тетра- и тримальтоза, которые очень медленно гидролизуются α-амилазой до ди- и моносахаридов.

Схему гидролиза крахмала (гликогена) а-амилазой можно представить так:

β-Амилаза (α-1,4-глюканмальтогидролаза) является экзоамилазой, проявляющей сродство к предпоследней α-(1,4)-связи с нередуцирующего конца линейного участка амилозы или амилопектина (см. рис. 3.7). В отличие от α-амилазы, β-амилаза практически не гидролизует нативный крахмал; клейстеризованный крахмал гидролизуется до мальтозы в β-конфигурации. Схему можно записать следующим образом:

Глюкоамилаза α-(1,4)-глюканглюкогидролаза является экзоферментом, катализирующим последовательно отщепление концевых остатков α-D-глюкозы с нередуцирующего конца крахмальной цепи. Многие глюкоамилазы обладают способностью так же быстро, как и α-1,4-связь, гидролизовать α-1,6-глюкозидные связи. Но это происходит только в том случае, когда за α-1,6-связью следует α-1,4-связь, поэтому декстран ими не гидролизуется. Отличительной особенностью глюкоамилаз является способность в десятки раз быстрее гидролизовать высокополимеризованный субстрат, чем олиго- и дисахариды.

Читайте также:  Пурпурный чай из чего состоит

Ферментативный гидролиз крахмала присутствует во многих пищевых технологиях как один из необходимых процессов, обеспечивающих качество конечного продукта – в хлебопечении (процесс тестоприготовления и выпечки хлеба), производстве пива (получение пивного сусла, сушка солода), кваса (получение квасных хлебцев), спирта (подготовка сырья для брожения), различных сахаристых крахмалопродуктов (глюкозы, патоки, сахарных сиропов). На рис. 3.9 представлен состав различных сахарных сиропов, полученных кислотно-ферментативным способом – предварительная обработка кислотой, а затем действием ферментов α-, β- и (или) глюкоамилазы. Использование такого комбинированного способа гидролиза крахмала открывает широкие возможности для получения сиропов заданного состава.

Гидролиз сахарозы. Поскольку сахароза как сырье используется во многих производствах, необходимо учитывать ее исключительную способность к гидролизу. Это может иметь место при нагревании в присутствии небольшого количества пищевых кислот. Образующиеся при этом редуцирующие сахара (глюкоза, фруктоза) могут участвовать в реакциях дегидратации, карамелизации и меланоидинообразования, образуя окрашенные и ароматические вещества. В ряде случаев это может быть нежелательно.

Ферментативный гидролиз сахарозы под действием β-фруктофуранозидазы (сахаразы, инвертазы) играет положительную роль в ряде пищевых технологий. При действии β-фруктофуранозидазы на сахарозу образуются глюкоза и фруктоза. Благодаря этому в кондитерских изделиях (в частности, в помадных конфетах) добавление β-фруктофуранозидазы предупреждает черствение конфет, в хлебопекарных изделиях – способствует улучшению аромата. Инверсия сахарозы под действием β-фруктофуранозидазы имеет место на начальной стадии производства виноградных вин. Инвертные сиропы, полученные действием β-фруктофуранозидазы на сахарозу, используются при производстве безалкогольных напитков.

Ферментативный гидролиз некрахмалистых полисахаридов. Этот гидролиз имеет место под действием ферментов целлюлолитического, гемицеллюлазного и пектолитического комплекса. Используется в пищевой технологии для более полной переработки сырья и улучшения качества продукции. Например, гидролиз некрахмалистых полисахаридов (пентозанов и др.) при солодоращении имеет значение в последующем для образования окрашенных и ароматических продуктов (при сушке солода и создании определенных органолептических свойств пива). В производстве соков и в виноделии – для осветления, увеличения выхода сока, улучшения условий фильтрации.

Гидролиз целлюлозы происходит под действием комплекса целлюлолитических ферментов.

По современным представлениям гидролиз целлюлозы под действием ферментов целлюлолитического комплекса можно представить следующим образом:

Гемицеллюлозы вместе с пектиновыми веществами образуют основное вещество клеточных оболочек растений. Гидролиз гемицеллюлоз имеет место под действием обширного комплекса гемицеллюлазных ферментов. Эта группа полисахаридов, разнородная по строению, молекулярной массе и составу, при гидролизе дает довольно разнообразный набор соединений: глюкозу, фруктозу, маннозу, галактозу, ксилозу, арабинозу, глюкуроновую и галактуроновую кислоты.

Гидролиз пектиновых веществ имеет место под действием пектолитических ферментов.

Пектинэстераза гидролизует сложные эфирные связи в пектиновой кислоте и пектине и отщепляет метиловый спирт. Механизм действия пектинэстеразы можно представить следующим образом:

Полигалактуроназа осуществляет гидролитическое расщепление α-1,4-гликозидных связей в цепи пектиновых веществ и по своему действию на пектиновые вещества разделяется на эндо- и экзоферменты (подробно см. гл. 8).

Протопектиназа – это фермент, действующий на протопектин. Однако вопрос о существовании протопектиназы до последнего времени остается спорным, хотя нельзя отрицать, что при воздействии комплекса пектолитических ферментов на срединные пластинки растительной ткани резко снижается вязкость раствора, уменьшается молекулярная масса пектина без нарастания отщепленных редуцирующих групп. С пектиновыми веществами происходят какие-то превращения, существенно отличающиеся от тех, которые возникают при воздействии известных пектолитических ферментов.

Углеводы составляют до 80% сухого вещества растений и около 2% сухого вещества животных, поэтому они являются составной частью многих пищевых продуктов. Ряд продуктов состоит почти целиком из углеводов (сахар, мед, крахмал, патока), в других они составляют наибольшую часть всех органических веществ (хлеб, крупа, макаронные изделия, плоды, овощи и др.).

Образование органических веществ в природе начинается с фотосинтеза углеводов в зеленых частях растений, при участии биологически активного хлорофилла за счет использования углекислоты воздуха, воды почвы и световой энергии.

Суммарное уравнение фотосинтеза имеет следующий вид:

6СO5 + 12Н2 755 →С6Н12O6 + 6Н2O+ 6O2

Фотосинтез представляет собой сложный сопряженный окислительно-восстановительный процесс.

При участии хлорофилла происходит разложение воды и выделение свободного кислорода, превращение части световой энергии в химическую, запасаемую в макроэргических связях АТФ (аденизинтрифосфата).

С помощью метода меченых атомов установлено, что под действием ферментов углекислый газ присоединяется к рибулозодифосфату (СН2ОР — СО — СНОН — СНОН — СН2ОР) и получаются две молекулы фосфорглицериновой кислоты (СН2ОР —СНОН — СООН), которые восстанавливаются водородом воды до фосфоглицеринового альдегида (СН2ОР— СНОН —СОН).

Последний частично превращается в фосфодиоксиацетон (СН2ОР — СО — СН2ОН). Под действием фермента альдолазы фосфоглицериновый альдегид и фосфодиацетон, соединяясь, образуют молекулу фруктозодифосфата, из которого далее синтезируются сахароза и различные полисахариды. (Рибулозодифс)сфат образуется в результате ряда ферментативных превращений фоcфоглицеринового альдегида, фосфодиоксиацетона и фруктозодифосфата.).

В клетках и тканях животных биосинтез углеводов происходит из глюкозы, которая входит в состав углеводов пищи.

Углеводы являются одним из источников энергии в растительных и животных клетках. Они легко окисляются с выделением энергии, которая используется клетками для биохимических процессов. Так, при окислении граммолекулы глюкозы до углекислого газа и воды выделяется 2705 кДж. Углеводы входят в состав важнейших соединений клеток (нуклеиновых кислот, гликозидов, глюкопротеидов и др.).

Оболочки клеток и опорные ткани растений состоят в основном из углеводов.

Углеводы являются одной из главных составных частей питания людей. Взрослый человек должен получать с пищей ежедневно 430— 630 г углеводов. В пищеварительном тракте человека сложные углеводы под действием ферментов расщепляются до моносахаридов, которые через стенки кишечника всасываются в кровь и разносятся по всему телу. Часть моносахаридов в виде гликогена откладывается в печени как запасный источник энергии.

Свойства углеводов и их превращения имеют большое значение при хранении и производстве пищевых продуктов. Так, во время хранения плодов и овощей происходит потеря массы в результате расхода углеводов на процессы дыхания. Превращения пектиновых веществ обусловливают изменение консистенции плодов и сигнализируют об их зрелости.

Углеводы, которые находятся в пищевых продуктах, в зависимости от строения молекул подразделяют на три класса: моносахариды, или простые сахара (монозы), олигосахариды (сахароподобные сложные углеводы) и полисахариды (несахароподобные сложные углеводы).

Моносахариды — углеводы, в молекулу которых входят три (триозы), четыре (тетрозы), пять (пентозы) или шесть (гексозы) атомов углерода. Моносахариды представляют собой основные структурные единицы, из которых образуются сложные углеводы.

Олигосахариды — углеводы, в молекулы которых входят от двух до шести остатков моносахаридов. Они называются дисахаридами, трисахаридами и т. д.

Полисахариды— углеводы, в состав которых входит значительное количество остатков моносахаридов.

Моносахариды

Из моносахаридов в пищевых продуктах находятся тетрозы (С4Н8О4), пентозы (C5H10O5) и гексозы (C6H12O5).

Тетрозы. Из тетроз обнаружена D-эритрулоза в виде фосфорного эфира, участвующего в процессе обмена углеводов в растениях и животных.

Пентозы. Из альдопентоз распространены D-рибоза, L-apaбиноза и D-ксилоза, из кетопентоз — D-рибулоза. В свободном виде они находятся только в растениях. Пентозы в животных и растительных тканях находятся в составе гликозидов и полисахаридов — пентозанов.

D-рибоза входит в состав нуклеиновых кислот, нуклеотидов, некоторых глнкозндов, витаминов, ферментов и других соединений.

L-арабиноза и D-ксилоза в растительных продуктах находятся главным образом в виде ангидридов.

В чистом виде пентозы представляют собой кристаллическое вещество, растворимое в воде, сладкое на вкус, оптически активное. Они обладают восстанавливающими свойствами, хлебопекарными дрожжами не сбраживаются.

Читайте также:  Слабость после бега

Арабинозу получают при гидролизе арабана, ксилозу — гидролизом ксилана. Арабиноза в виде арабана является составной частью пектиновых веществ и камедей растений; ксилоза в виде ксилана находится в оболочках зерен, косточках плодов, початках кукурузы и др. Пентозанами богаты отруби (16,6%), просо (6,4%), некоторые овощи (до 3,1%). Пентозаны пищевого значения не имеют, так как в кишечнике человека отсутствуют ферменты, катализирующие их гидролиз.

При нагревании пентозанов или пентоз с концентрированными минеральными кислотами образуется альдегид фурфурол. Фурфурол образуется при вышечке в хлебе из обойной муки и придает ему специфический запах. Он находится в спирте и ухудшает его вкус, участвует в образований аромата и букета виски.

D-рибулоза в чистом виде в продуктах не найдена. Дифосфат рибулозы участвует в процессе фотосинтеза.

В растительных продуктах в составе слизей и гликозидов встречается сахар рамноза СН3С5Н9О5 (метилпентоза).

Гексозы. К гексозам относятся: D-глюкоза, D-фруктоза, D-галактоза, D-манноза, D-сарбоза. В пищевых продуктах гек-созы находятся в свободном, (глюкоза, фруктоза и манноза) и в связанном состоянии. Глюкоза и фруктоза образуют сложные эфиры с фосфорной кислотой при дыхании и брожении в растительных и животных тканях.

Гексозы в чистом виде представляют собой кристаллическое вещество, гигроскопичны (особенно фруктоза), легко растворяются в воде, сладкие на вкус. Растворы их имеют нейтральную реакцию и оптически активны, т. е. вращают плоскость поляризованного луча вправо (глюкоза, галактоза, манноза) или влево (фруктоза, сорбоза), сбраживаются дрожжами и молочнокислыми бактериями.

Олигосахариды

Из олигосахаридов в пищевых продуктах находятся дисахариды (С12Н22О11) — сахароза, мяльтоза, лактоза, трегалоза, цедлобиоза, состоящие из двух молекул моносахаридов, и трисахариды (С18H32О16)—рафиноза, трифруктозан. Олигосахариды оптически активны, растворяются в воде и спирте (за исключением рафннозы), сладкие на вкус.

Сахароза (свекловичный, тростниковый сахар) находится во многих пищевых продуктах: сахаре (99,9%), плодах и овощах.

Молекула сахарозы построена из а-глюкопиранозы и p-фруктофуранозы (первый атом углерода глюкозы соединен кислородным мостиком со вторым углеродным атомом фруктозы).

Сахароза не обладает восстанавливающими свойствами, так как у нее отсутствует гликозидный гидроксил. Она сбраживается дрожжами в спирт после расщепления ее ферментом дрожжей до моносахаридов. При нагревании раствора сахарозы с кислотами, а также под действием фермента сахарозы происходит ее расщепление (инверсия).

Образующаяся в результате инверсии смесь глюкозы и фруктозы называется инвертным сахаром. Инвертный сахар более сладкий, чем сахароза, менее способен к кристаллизации, очень гигроскопичен. Он вводится в состав многих кондитерских изделий (варенья, мармелада, повидла, помадной массы) для предупреждения засахаривания, в тесто — для замедления черствения хлеба.

В промышленности сахарозу получают из сахарной свеклы и сахарного тростника.

Мальтоза (солодовый сахар) находится в патоке мальтозной (60%) и крахмальной, проросшем зерне. Она получается при гидролизе крахмала и гликогена ферментом амилапой, находящейся в солоде, слюне и поджелудочном соке. Под действием кислот и ферментов мальтоза расщепляется на две молекулы глюкозы.

Молекула ее состоит из двух остатков молекул глюкопиранозы, соединенных кислородным мостиком первого углеродного атома одной молекулы с четвертым углеродным атомом второго остатка. Мальтоза обладает восстанавливающими свойствами, так как в ее молекуле есть свободный гликозидный гидроксил.

В связи с этим мальтоза может таутомерно переходить в ациклическую форму. При взаимодействии с жидкостью Фелинга из нее образуется в два раза меньше закиси меди, чем при реакции такого же количества глюкозы. Мальтоза сбраживается дрожжами.

Лактоза (молочный сахар) входит в состав молока животных. Ее молекула состоит из остатков глюкопиранозы и галактопиранозы. Она обладает восстанавливающими свойствами, так как в ней сохраняется гликозидный гидроксил. Лактоза сбраживается молочнокислыми бактериями и пивными дрожжами. Это свойство лактозы используется при изготовлении кефира, кумыса.

Трегалоза (грибной сахар, микоза) содержится в грибах, дрожжах, состоит из двух остатков глюкопиранозы, не обладает восстанавливающими свойствами.

Целлобиоза получается при полном гидролизе клетчатки, состоит из двух остатков глюкопиранозы, почти не сладкая, в организме человека не усваивается, дрожжами не сбраживается, обладает восстанавливающими свойствами.

Генциобиоза — изомер целлобнозы, входит в состав гли-козида амигдалина и красящего вещества шафрана.

Рафиноза — трисахарид, находится в небольших количествах в свекле, зерне. Молекула ее состоит из остатков глюкозы, фруктозы и галактозы.

Трифруктозан находится в ржаной муке. Молекула его состоит из трех остатков фруктозы.

Стахиоза — тетрасахарид, молекула его состоит из остатков глюкозы, фруктозы и двух остатков галактозы, находится в семенах бобовых, сахар невосстанавливающий, сладковатый на вкус.

Химическое строение моно- и олигосахаридов определяет их потребительные свойства и в первую очередь такие, как сладость, гигроскопичность, усвояемость и др.

Сахара обладают неодинаковой сладостью. Если сладость сахарозы принять за 100, то сладость фруктозы составит 173, глюкозы —74, мальтозы и галактозы — 32, рафинозы — 23, лактозы — 16. Степень сладости сахаров зависит от температуры раствора и концентрации сахара в нем.

Так, при 18° 5%-ный раствор фруктозы слаще в 1,3 раза такого же раствора сахарозы и в 2,4 раза слаще раствора глюкозы, при 40° сладость растворов фруктозы и сахарозы одинакова, а глюкозы почти в 2 раза меньше и т. д.

Гигроскопичность сахаров различна. Химически чистые глюкоза и сахароза практически негигроскопийны. Большой гигроскопичностью обладают мальтоза, фруктоза, инвертный сахар. Это свойство сахаров учитывается при изготовлении продуктов.

Например, сахаром-песком обсыпают карамель для предохранения ее от увлажнения, так как в состав карамельной массы входит инвертный сахар.

При нагревании сахаров выше температуры плавления они сначала превращаются в ангидриды, а затем в химические вещества темного цвета и горького вкуса — карамелен. Такое изменение сахаров называется карамелизацией. Карамелизация сахаров происходит при обжарке зерен кофе. Пережженный сахар используют для подкрашивания в коричневый цвет ликеров, настоек и др.

Полисахариды

В группу полисахаридов входят гексозаны (C6H10O5)n, образованные остатками гексоз, и пентозаны (C5H8O4)n, образованные остатками пентоз. К гексозанам относятся крахмал, гликоген, инулин, целлюлоза, галактан, маннан, к пентозанам — арабан и ксилан.

Полисахариды галактан, маннан-арабан и ксилан объединяют в группу гемицеллюлоз, так как они сопутствуют целлюлозе. Все несахароподобные полисахариды гидролизуются кислотами до моносахаридов.

Крахмальные зерна растений различаются размером и формой. Они округлой или неправильной овальной формы с концентрическим рисунком па поверхности.

Зерна пшеничного крахмала чечевицеобразной формы меньше размером (5—30 мкм). Самые мелкие, угловатой формы зерна рисового крахмала (2—6 мкм).

По размеру и форме крахмальных зерен можно определить вид муки и крахмала.

Зерна крахмала всех растений построены однотипно и состоят из ряда слоев. Эти слои включают радиально расположенные кристаллы амилопектина и амилозы. Наружная часть каждого слоя содержит в основном высокомолекулярные амилозу и амилопектин, тогда как внутренняя часть — главным образом низкомолекулярную амилозу. Соотношение амилозы и амилопектина в зернах крахмала различных видов растений неодинаково.

В крахмале зерен злаков содержится 17—24% амилозы, в восковидных сортах кукурузы — 5 и в некоторых сортах бобовых и кукурузы 50— 75%. Остальное приходится на амилопектин.

Макромолекула амилозы представляет собой линейную или слабо разветвленную цепь, состоящую из 200—1000 остатков глюкозы. Глюкозные остатки, как и в мальтозе, связаны 1—4 связями. Рентгеноструктурные исследования амилозы доказывают спиралевидное строение ее макромолекулы с содержанием шести остатков глюкозы в витке.

Макромолекула амилопектина отличается от амилозы большей степенью поликонденсации и значительной разветвленностью. В ней содержится 36 000 остатков глюкозы. Молекулярная масса амилопектина находится в пределах 100000— 6 000 000, амилозы — от 36 000 до 180 000.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector