Какими свойствами обладают полисахариды хорошо растворимы в воде

Полисахариды
(полиозы) — природные полимерные высокомолекулярные углеводы, в состав которых
входят различные моносахариды (монозы): глюкоза, фруктоза, галактоза др.
Полисахариды чаще встречаются в виде клетчатки, пектиновых веществ, крахмала,
слизи, камеди.

Полисахариды в виде клетчатки, крахмала,
пектинов преобладают в овощах, фруктах, зерне, муке, хлебе и составляют
углеводную основу пищи и кормов. Потребность в этих продукта огромная.
Зерно на 50% состоит из клетчатки. На переработк клетчатки основаны
текстильная и бумажная промышленности. Микробиологическим путем из целлюлозы
получают спирты, кислоты, сахара. Вата, марля и бинты — почти чистая клетчатка
волокон хлопка. В медицине используются обволакивающие свойcтва крахмала,
камедей и слизей. Растительные камеди применяются как промышленный клей,
стабилизаторы и эмульгаторы длх производства искусственного
волокна.

Слизи часто образуются в водорослях, растениях
семейств мальвовых, подорожниковых, астровых, льновых. Ослизняются клетки
эпидермы (семена льна), паренхимных тканей (корень алтея), коры и древесины
(фруктовые деревья), где и накапливаются слизь и камедь. Слизи образуются в
результате перерождения живых клеток и тканей, то есть естественного
биологического процесса. Максимальное накопление слизи в подземных частях
растений приходится на фазу осеннего увядания, в семенах — на период их
созревания. Способствуют образованию слизи тепло, влага, световая энергия.
Сначала в «лаборатории хлорофилла» с помощью светового луча, воды и
углекислого газа синтезируются различные простые углеводы, которые
впоследствии превращаются в слизи и камеди. Слизи как полисахариды служат
для растений резервуаром воды, защитным биоколлоидом.

Полисахариды служат для растений резервуаром воды,
защитным биоколлоидом. Камедь образуется как ответная реакция на раздражение
ткани и покрывает поврежденные участки при ожогах, трещинах, проколах, надрезах
древесины.

Способы получения.

Извлекают слизи из сырья путем растворения в
воде. Это основной аптечный способ получения содержащих слизь лекарственных
форм. Крахмал не растворяется в воде, его вымывают из тканей холодной водой.
Камеди получают при искусственной подсечке растительных тканей с образованием
на месте повреждения натеков или сгустков камеди.

Физические свойства.

Слизи обычно бывают в виде водных, вязких и
клейких коллоидных растворов. Они бесцветные или желтоватые, без запаха,
слизистого, иногда сладковатого вкуса. Камеди — чаще твердые, аморфные куски.
По степени растворимости в воде полисахариды классифицируют на растворимые, или
арабиновые (аравийская камедь), полу растворимые, или бассориновые (камедь
сливы, вишни), нерастворимые, только набухающие (церазиновые) — камедь
лоха.

Химические свойства.

Полисахариды построены по типу длинной цепи
взаимосвязанных моносахаридов (глюкоза, галактоза, ксилоза и др.). В составе
слизей и камедей, кроме моносахаридов, содержатся остатки уроновых кислот и
их кальциевые, калиевые, магнивые соли. Камеди и слизи легко гидролизуются
под действием кислот и ферментов на отдельные моносахариды. При помощи
качественных реакций чаще выявляются слизи. Под влиянием раствора NaOH они
приобретают лимонно-желтоватый цвет, пoд метиленового синего — голубой. На
фоне черной туши слизь имеет вид бесцветных сгустков.

Заготовка.

Богаты слизью корни алтея, листья подорожника,
клубни салепа, семена льна, слоевища морской капусты ламинарии. Источником
камедей служат стволы абрикоса, астрагалов, некоторых акаций. Слизи и камеди
легко ослизняются в воде, поэтому сырье следует собирать в сухую погоду. При
необходимости его быстро моют в холодной проточной воде.

Сушка.

Сушат тонким слоем при хорошей вентиляции и
частом перемешивании. Оптимальная температура сушки 50-60°С.

Хранение.

В сухом месте. При увлажнении сырье отсыревает,
плесневеет, прокисает, темнеет, поражается микроорганизмами.

Применение.

Обволакивающее, мягчительное,
противовоспалительное, ранозаживляющее действие. Применяются при болезнях
носоглотки, бронхитах, заболеваниях кишечника. Установлено, что некоторые
полисахариды повышают иммунитет, обладают крововосстанавливающим свойством.
Чаще их назначают в сочетании с другими лекарственными средствами. Камеди в
медицине обычно применяются в качестве эмульгаторов. Повышается интерес к
высокомолекулярным углеводам. Открыты новые биологически активные
полисахаридно-белковые комплексы с молекулярной массой до 3 млн.
противоопухолевого, противоязвенного, антивирусного действия.

Полисахариды — высокомолекулярные вещества, построенные из сотен и тысяч остатков моносахаридов или их производных. Химическое строение полисахаридов однообразно: они представля­ют собой линейные или разветвленные полимеры, мономеры кото­рых связаны глюкозид глюкозными связями.

Различают гомополисахариды и гетерополисахариды. Молеку­лы гомополисахаридов построены из множества одинаковых моносахаридных остатков. В составе гетерополисахаридов содержатся моносахаридные остатки нескольких видов.

Гомополисахариды. Это твердые, неплавкие, нелетучие вещест­ва, не обладающие выраженным кристаллическим строением, не обладающие сладким вкусом. Многие гомополисахариды не рас­творяются в воде или растворяются с образованием коллоидных растворов. Они широко распространены в растительном мире и в меньшей мере — в животном. Наиболее важное биологическое зна­чение имеют полимеры глюкозы — крахмал, гликоген и клетчатка Их состав может быть выражен формулой (С6Н1005)n, однако чис­ло мономеров в них различно. В растениях часто встречаются так­же полимер фруктозы — инулин и пектиновые вещества, постро­енные из многократно повторяющихся производных галактуроновой кислоты.

Крахмал в больших количествах содержится в зернах злаков, клубнях картофеля, во всех зеленых частях растений, где он обра­зуется как продукт фотосинтеза. Растительный крахмал неодноро­ден. Имеются две его разновидности: амилоза, составляющая 15—25% природного крахмала, и амилопектин — 75—85%- Они построены из одинаковых мономеров, но структура их различна.

В молекуле амилозы глюкозные остатки связаны кислородны­ми «мостиками», образовавшимися между первым углеродным атомом одного остатка и четвертым углеродным атомом другого.

Глюкозные остатки образуют неразветвленную цепь с молекулярным весом около 16000—160000 у.е. (100—1000 глюкозных остатков). Эта цепь в пространстве закручивается в спи­раль, а молекула в целом имеет фибриллярную (нитевидную) форму

Амилоза хорошо растворима в воде.

Амилопектин имеет молекулы с разветвленной цепью 1-4-глюкозныx остатков, образованной за счет связи между шестым углерод­ным атомом одного остатка и первым углеродным атомом другого.

Молекулярная масса амилопектина—100000—1000000 (600—3000 глюкозных остатков). В каждой ветви амилопектина 18-20 мономеров, тоже расположенных в пространстве по спирали.

Разветвленные цепи амилопектина дополнительно скручены в клубок так, что полярные гидроксильные группы, способные взаимодействовать с водой, на­ходятся внутри клубка, поэтому амилопектин в холодной воде не растворяется. В горячей воде клубок раскручивается, полярные группы оказываются на поверх­ности, и амилопектин образует коллоидный раствор — клейстер.

При частичном разрушении крахмала образуются хорошо растворимые декстрины, обладающие приятным запахом (при варке пищи, хлебопечении).

Гликоген, или животный крахмал. По своей структуре близок к амилопектину. Молекулярный вес его 1000000 – 5000000 у.е. (6000—30 000 глюкозных остатков). Степень ветвления у него больше, чем у амилопектина, а сами ветви короче: они содержат 10—12 глюкозных остатков. Гликоген растворяется в горячей воде с образованием коллоидных растворов. Гликоген не однородное вещество, а смесь полисахаридов разного молекулярного веса и разной степени ветвления. Часть его находится в соеди­нении с белками. Наибольшее количество гликогена содержится в печени и мышцах.

Крахмал и гликоген могут депонироваться в организме и использоваться как источники энергии для процессов жизнедея­тельности. Молекулы их постоянно меняют свои размеры. При не­хватке в организме свободной глюкозы от концов цепи отщепля­ются глюкозные остатки, и молекула сильно уменьшается. При избытке свободной глюкозы длина полимерных цепей увеличива­ется путем присоединения к их концам глюкозных остатков.

Клетчатка (целлюлоза) — главная составная часть клеточных стенок растений. Почти чистой клетчаткой является вата, льня­ное волокно, фильтровальная бумага. Молекула клетчатки пред­ставляет собой длинную неразветвленную цепь глюкозных остатков с молекулярным весом от 100 000 до 500 000 у.е. Между цепями молекул образуются водородные связи при участии гидроксильных групп, в результате чего возникают волокнистые структуры, не растворимые ни в холодной, ни в горячей воде.

Гетерополисахариды. В организмах животных и человека гете-рополисахариды содержатся в основном в соединительных тканях, хрящах, слизистых выделениях, оболочках клеток. К ним относят­ся гиалуроновая кислота, хондроитинсерная кислота, гепарин.

Гиалуроновая кислота — линейный полимер глюкуроновой кис­лоты и ацетилглюкозамина. Она является склеивающим вещест­вом для клеточных стенок, входит в их состав, участвуя в распре­делении жизненно необходимых веществ в тканях, обнаруживается в синовиальной жидкости и стекловидном теле глаза.

Хондроитинсерная кислота содержит в своем составе глюкуро-новую кислоту и сернокислый эфир ацетилгалактозамина. Она об­наружена в составе клеточных оболочек, хрящей, костной ткани, роговицы глаза.

Гепарин состоит из тех же компонентов, что и хондроитинсерная кислота, но имеет иную структуру. Он содержится во внеклеточ­ном веществе печени, легких, стенок артерий, препятствует свер­тыванию крови, принимает участие в защите организма от ин­фекций.

Химические свойства полисахаридов определяются свободными спиртовыми группами и особенностями глюкозидных связей между остатками моносахаридов. Свободных карбонильных групп в поли­сахаридах практически нет, поэтому реакции альдегидов и кетонов им не свойственны. Благодаря спиртовым группам они могут образовывать сложные эфиры с кислотами, что находит примене­ние в производстве искусственных волокон. Глюкозидные связи между остатками моносахаридов могут подвергаться гидролизу или фосфоролизу, т. е. расщепляться водой или фосфорной кисло­той. И гидролиз, и фосфоролиз протекают ступенчато. Промежу­точными продуктами гидролиза крахмала и гликогена являются декстрины и мальтоза, конечным — глюкоза. При фосфоролизе от молекулы полисахарида отщепляются моносахаридные остатки в виде фосфорных эфиров:

Путем гидролиза протекают главным образом процессы пище­варения, путем фосфоролиза — внутриклеточный распад полисаха­ридов. Специфической реакцией крахмалов является является образование цветных комплексов с йодом. У амилозы они окрашены в синий, у амилопектина — в фиолетовый, у гликогена — в красно-бурый цвет.

Углеводы служат источниками энергии: при окислении 1 г уг­левода освобождается 17,1 кДж энергии. Такие сложные углеводы, как сахароза, лактоза, крахмал, инулин, гликоген, являются за­пасными питательными веществами. Клетчатка у растений, хитин у насекомых и ракообразных, гиалуроновая кислота и некоторые другие углеводы у животных и человека придают живым тканям механическую прочность. Углеводы используются также как строи­тельный материал для более сложных молекул нуклеиновых кис­лот, сложных белков и жироподобных веществ — гликолипидов. В отсутствие углеводов невозможно нормальное окисление жиров и белков в живых организмах.

Зеленые растения способны синтезировать углеводы из угле­кислого газа и воды в процессе фотосинтеза с использованием энергии солнечного света. Животные и человек такой способно­стью не обладают, поэтому должны получать углеводы с пищей, около 65% пищевого рациона.

30 ноября 2012 г. 13:41

Углеводы, моносахариды, полисахариды, мальтоза, глюкоза, фруктоза.

Углеводы

Углеводы — это обширная группа органических соединений, которые играют большую роль в жизнедеятельности организма. Распространены углеводы главным образом в растительном мире.

Организму человека требуется 400-500 г углеводов в сутки (в том числе не менее 80 г сахаров). Они являются важным источником энергии. Усвояемость углеводов, содержащихся в фруктах, составляет 90 %; в молоке и молочных продуктах — 98; в столовом сахаре — 99 %.

Примерами углеводов могут служить глюкоза (С6Н2О6), или виноградный сахар, названный так из-за его большого содержания в винограде; тростниковый или свекловичный сахар (С6Н22011); крахмал и целлюлоза (СбН10О5). Эти вещества состоят из углерода, водорода и кислорода. Причем соотношение двух последних элементов такое же, как в воде, т. е. на два атома водорода приходится один атом кислорода. Таким образом, углеводы как бы построены из углерода и воды, отсюда и произошло их название.

Углеводы делятся на моносахариды (например, глюкоза) и полисахариды. Полисахариды в свою очередь разделяются на низкомолекулярные, или олигосахариды (представителем их является свекловичный сахар), и высокомолекулярные, например крах — мал и целлюлоза. Молекулы полисахаридов построены из остатков молекул моносахаридов и при гидролизе расщепляются на более простые углеводы.

Моносахариды. Из моносахаридов наибольшее значение для организма человека — имеют глюкоза, фруктоза, галактоза и др. Все они кристаллические вещества, растворимые в воде.

Глюкоза в свободном состоянии распространена в плодах многих растений. В связанном состоянии она находится в растениях в виде полисахаридов (сахарозы, мальтозы, крахмала, декстрина, целлюлозы и др.). В промышленности глюкозу получают из крахмала.

Безводная глюкоза плавится при температуре 146 С , она хорошо растворима в воде Глюкоза примерно в 2 раза менее сладкая, чем сахароза.               —

При действии на глюкозу сильных окислителей образуется сахарная кислота. При восстановлении она переходит в шестиатомный спирт — сорбит. Сорбит обнаружен в ягодах рябины, соке вишен, слив, яблок, груш и других плодов, плавится при температуре 110-111 С, обладает сладким вкусом Применяется в кондитерской промышленности для изготовления диетических кондитерских изделий.

Фруктоза ( плодовый сахар) содержится вместе с глюкозой во многих сладких плодах. смесь равных количеств фруктозы и глюкозы составляет преобладающую часть (80 %) меда. Фруктоза значительно слаще сахарозы, входит в состав тростникового сахара и инулина (полисахарида). В кондитерской промышленности фруктоза мало применяется в чистом виде, но она является компонентом почти всех кондитерских изделий, так как входит в состав инвертного сиропа.

Галактоза — часть молочного сахара (лактозы), из которого ее — получают гидролизом. Галактоза в чистом виде — кристаллическое вещество сладкого вкуса, плавится при температуре 165 ° С , хорошо растворима в воде. Входит в кондитерские изделия как составная часть молочного сахара.

Характерным свойством моносахаридов является их способность сбраживаться под влиянием дрожжей до этилового спирта (и диоксида углерода сО2).

Полисахариды. Это группа углеводов, молекулы которых, присоединяя воду, расщепляются до моносахаридов. Низкомолекулярные полисахариды большей частью хорошо кристаллизуются, растворимы в воде, обладают сладким вкусом. Простейшими из них являются дисахариды.

К дисахаридам относятся свекловичный сахар (сахароза), солодовый сахар (мальтоза), — молочный сахар (лактоза) и др.

Сахароза широко распространена в растительном мире. В соке сахарной свеклы и сахарного тростника ее содержание достигает 25% . Из этих растений сахарозу получают в виде сахара.

Мальтоза в свободном виде не встречается, она содержится в солоде — продукте, получаемом из проросших и смолотых зерен хлебных злаков. При гидролизе мальтоза распадается на две молекулы глюкозы. В промышленности мальтозу получают осахариванием крахмала ферментами и кислотой. Температура плавления мальтозы 108 °С. Мальтоза входит в состав многих кондитерских изделий как составная часть патоки.

Лактоза (молочный сахар) находится в молоке (4-5 %). Молочно — кислые бактерии сбраживают этот сахар в молочную кислоту. Являясь составной частью молока, лактоза входит во все кондитерские изделия, содержащие молоко. При нагревании растворов лактозы она разлагается и повышает цветность раствора.

Низкомолекулярные полисахариды обладают различной степенью сладости. Степень сладости определяют органолептическим путем. Если принять степень сладости сахарозы за 100 единиц, то сладость других сахаров может быть выражена следующими величинами: фруктозы — 173, глюкозы — 74, мальтозы и галактозы — 32, лактозы — 16. Следовательно, наиболее сладким сахаром из перечисленных является фруктоза, а наименее — лактоза.

Высокомолекулярные полисахариды широко распространены в растительных организмах. Одни из них, такие как крахмал, инулин, гликоген, являются запасными питательными веществами, другие, к примеру целлюлоза, образуют остов растений. К полисахаридам относятся и пектиновые вещества. Общим признаком всех полисахаридов является то, что они представляют собой высокомолекулярные соединения.

Крахмал накапливается в виде запасного вещества в семенах, клубнях, луковицах, а иногда в стеблях и листьях растений. Он состоит из амилопектина и амилозы. Амилопектин дает клейстер, амилоза образует коллоидный раствор. Присоединяя воду, крахмал постепенно расщепляется до более простых углеводов. Вначале он превращается в растворимый крахмал (растворяется в горячей воде без образования клейстера), затем расщепляется на декстрины — твердые вещества, растворимые вводе.

Декстрины являются полисахаридами, но менее сложного строения, чем крахмал. При гидролизе декстринов получается мальтоза, которая, как было сказано выше, расщепляется на две молекулы глюкозы. Таким образом, конечным продуктом гидролиза крахмала является глюкоза. В кондитерской промышленности крахмал не только входит в состав кондитерских изделий, но и широко применяется как вспомогательный материал для изготовления форм при отливке корпусов конфет.

Гликоген содержится в печени и различных тканях животных и человека в виде запасного вещества, поэтому его называют иногда животным крахмалом.

Инулин содержится в клубнях ряда растений. Он легко растворяется в воде, образуя коллоидные растворы. При кислотном или ферментативном гидролизе инулин полностью превращается во фруктозу.

Целлюлоза, или клетчатка, является главной составной частью оболочек растительных клеток.

Пектиновые вещества в большом количестве содержатся в плодах некоторых растений (крыжовнике, землянике, яблоках). Пектиновые вещества являются кальциевыми и магниевыми солями полигалактуроновой кислоты; они подразделяются на протопектин и пектин. Протопектин откладывается преимущественно в стенках клеток и в процессе созревания плодов и овощей превращается в растворимый пектин , чем и объясняется размягчение тканей. Благодаря присутствию пектиновых веществ сахарные фруктовые сиропы, нагретые до кипения и затем охлажденные, способны образовывать желеобразные массы. Это свойство пектиновых веществ используют в производстве мармелада, желе, пастилы.

     
Следующая >

Обсудить на сельскохозяйственном форуме