Введение
Данная тема была актуальна во все времена, так как, полисахариды – это сложные углеводы. Углеводы имеют большое биологическое значение в организме человека и выполняют ряд жизненно важных функций. Углеводам в питании человека принадлежит чрезвычайно важная роль. Они являются главным источником энергии для человеческого организма, необходимой для жизнедеятельности всех клеток, тканей и органов, особенно мозга, сердца, мышц. Углеводные запасы человека очень ограничены, содержание их не превышает 1% массы тела. При интенсивной работе они быстро истощаются, поэтому углеводы должны поступать с пищей ежедневно. Продукты питания должны не только удовлетворять потребности человека в основных питательных веществах и энергии, но и выполнять профилактические и лечебные цели. Правильное питание необходимо потому, что сам организм человека вырабатывать витамины не способен, поэтому их содержание в организме целиком и полностью зависит от поступления пищи. Организация здорового питания – сложный и многофакторный процесс, который можно реализовать, только опираясь на глубокие знания, стройную научную концепцию и продуманную научно – техническую политику. Витаминизация позволяет повысить качество пищевых продуктов, сократить расходы на медицину, обеспечить социально незащищенные слои населения витаминами, восполнить их потери, происходящие при получении пищевого продукта на стадиях технологического процесса или кулинарной обработки.
1.Общая характеристика углеводов (полисахаридов)
Согласно принятой в настоящее время классификации углеводы подразделяются на три основные группы: моносахариды, олигосахариды, полисахариды. Полисахариды 1-го порядка: дисахариды, трисахариды. Дисахариды, наряду с полисахаридами, являются одним из основных источников углеводов в пищи человека и животных. Среди дисахаридов особенно широко известны мальтоза, сахароза и лактоза.[2] Одним из наиболее распространенных дисахаридов является сахароза – обычный пищевой сахар. Среди природных трисахаридов наиболее известна раффиноза. Она находится в значительных количествах в сахарной свекле и во многих других растениях, в частности в бобовых. Полисахариды 2-го порядка: гомополисахариды, гетерополисахариды. Полисахариды (полиозы, гликаны) – высоомолекулярные соединения, содержат в составе своей молекулы десятки и даже тысячи циклических моносахаридных звеньев, соединенных гликозидными связями, некоторые полисахариды содержат также остатки серной, фосфорной и жирных кислот. Присутствуют во всех организмах, выполняя функции запасных (крахмал, гликоген), опорных (целлюлоза, хитин), защитных (камеди, слизи) веществ.[1] Участвуют в иммунных реакциях, обеспечивают сцепление клеток в тканях растений и животных. Составляют основную массу органического вещества в биосфере. Полисахариды обычно являются смесями компонентов, различающихся степенью полимеризации. Химическая классификация полисахаридов основана на строении составляющих их моносахаридов - гексоз (глюкоза, галактоза, манноза), пентоз (арабиноза, ксилоза), а также аминосахаров (глюкозамин, галактозамин), дезоксисахаров (рамноза, фукоза), уроновых кислот и др. К гидроксильным (ОН) и аминогруппам (NH2) моносахаридов в молекулах природных полисахаридов могут быть присоединены остатки кислот (уксусной, пировиноградной, молочной, фосфорной, серной) или спиртов (обычно метилового). Гомополисахариды построены из остатков только одного моносахарида (например, глюканы, фруктаны), гетерополисахариды - из остатков двух и более различных моносахаридов (например, арабиногалактаны, глюкуроноксиланы). Многие распространённые полисахариды или группы полисахаридов носят давно укоренившиеся название: целлюлоза, крахмал, хитин, пектиновые вещества и др. (иногда название полисахариды связано с источником его выделения: нигеран - из гриба Aspergillus niger, одонталан - из водоросли Odontalia corymbifera). Полисахариды, в отличие от др. классов биополимеров, могут существовать как в виде линейных, так и разветвленных структур. К линейным полисахаридам относятся целлюлоза, амилоза, мукополисахариды. Тип структуры полисахаридов определяет в значительной степени их физико-химические свойства, в частности растворимость в воде. Такие линейные регулярные (т.е. содержащие лишь один тип межмоносахаридной связи) полисахариды, как целлюлоза и хитин, нерастворимы в воде, т.к. энергия межмолекулярного взаимодействия выше энергии гидратации. Высокоразветвлённые, не обладающие упорядоченной структурой полисахариды хорошо растворимы в воде. Химические реакции, известные в ряду моносахаридов, - ацилирование, алкилирование, окисление гидроксильных и восстановление карбоксильных, а также введение новых групп и др., осуществимы и в случае полисахариды, хотя степень протекания реакций, как правило, ниже.[1] Химически модифицированные полисахариды зачастую обладают новыми, ценными для практики свойствами, отсутствовавшими у исходного соединения. Большинство полисахаридов устойчиво к щелочам; при действии кислот происходит их деполимеризация - гидролиз. В зависимости от условий кислотного гидролиза получают или свободные моносахариды или олигосахариды. Молекулы гетерополисахаридов, содержащих разные по кислотоустойчивости типы гликозидных связей, удаётся расщеплять избирательно. Для этой цели используют и специфические ферменты. Установление строения низкомолекулярных продуктов расщепления облегчает задачу установления строения самого полисахарида. Она сводится к определению структуры т.н. повторяющихся звеньев, из которых, как полагают (это доказано на ряде примеров), построены все полисахариды. Исследование вторичной структуры полисахаридов проводится с помощью физико-химических методов, в частности рентгеноструктурного анализа, который с успехом был применен, например, при исследовании целлюлозы. Весьма разнообразны биологические функции полисахаридов: крахмал и гликоген - резервные полисахариды растений и животных; целлюлоза растений и хитин насекомых и грибов - опорные полисахариды; гиалуроновая кислота, присутствующая в оболочке яйцеклетки, синовиальной жидкости, стекловидном теле глаза, - высокоэффективный «смазочный материал»; камеди и слизи растений и капсулярные полисахариды микроорганизмов выполняют защитную функцию; высокосульфатированный полисахарид гепарин - ингибитор свёртывания крови. Фрагменты полисахаридов в смешанных углеводсодержащих биополимерах (гликопротеидах, липополисахаридах), присутствующих в поверхностном слое клетки, обусловливают специфические иммунные реакции организма. Внеклеточные полисахариды и др. углеводсодержащие биополимеры обеспечивают межклеточное взаимодействие, скрепление клеток растений (пектиновые вещества) и животных (гиалин). Биосинтез полисахариды протекает главным образом с участием нуклеозиддифосфатсахаров, служащих донорами моносахаридных (реже - дисахаридных) остатков, которые переносятся на соответствующие олигосахаридные фрагменты строящегося полисахарида. Биосинтез гетерополисахаридов происходит путём последовательного включения моносахаридов из соответствующих нуклеозиддифосфатсахаров в полисахаридную цепь.[1] Известен и др. механизм, реализующийся при построении полисахаридов бактериальных антигенов; вначале с участием липидных и нуклеотидных переносчиков сахаров синтезируются специфические, т.н. повторяющиеся звенья, из которых под действием фермента полимеразы происходит синтез полисахаридов. Разветвленные полисахариды типа гликогена и амилопектина образуются путём внутримолекулярной ферментативной перестройки линейного полисахарида. В живых организмах полисахариды, служащие основными резервами энергии, расщепляются внутри и внеклеточными ферментами с образованием моносахаридов и их производных, распадающихся далее с высвобождением энергии. Накопление и распад гликогена в печени человека и высших животных - способ регулирования уровня глюкозы в крови. Мономерные продукты образуются или непосредственно путём последовательного отщепления от молекулы полисахарида, или в результате ступенчатого распада полисахариды с промежуточным образованием олигосахаридов. Основные представители полисахаридов – крахмал и целлюлоза, построены из остатков одного моносахарида – глюкозы. Крахмал и целлюлоза имеют одинаковую молекулярную формулу: (C6H10O5)n, но совершенно различные свойства. Это объясняется особенностями их пространственного строения.[1] Крахмал состоит из остатков a-глюкозы, а целлюлоза - из b-глюкозы, которые являются пространственными изомерами и отличаются лишь положением одной гидроксильной группы. Крахмал - белый под микроскопом зернистый порошок, нерастворимый в холодной воде, в горячей воде набухает, образует коллоидный раствор (крахмальный клейстер); с раствором йода дает синюю окраску. Крахмал является главным запасным питательным веществом. Крахмал образуется в результате фотосинтеза в листьях растений, откладывается «про запас» в клубнях, корневищах, зернах. В желудочном тракте человека и животного крахмал поддается гидролизу и превращается в глюкозу, которая усваивается организмом. Крахмал является составной частью пищи человека. Пищеварительные соки содержат несколько разных ферментов, которые при низкой температуре и доводят гидролиз крахмала до глюкозы:
(С6Н10О5) -------(С6Н10О5)х---------С12Н22О11 ---------С6Н12О6
крахмал ряд декстрин мальтоза глюкоза
Еще быстрее декстринизация идет в присутствии кислоты:
Н2SО4 t
(С6Н10О5)n------------n Н2О---------------n С6Н12О6
Ферментативный гидролиз (разложение путем брожения) крахмала имеет промышленное значение в производстве этилового спирта из зерна и картофеля. Процесс начинается с превращением крахмала в глюкозу, которую затем сбраживают. Используя специальные культуры, дрожжей и изменяя условия, можно направить брожение и в сторону получения бутилового спирта, ацетона, молочной, лимонной и глюконовой кислот. Подвергая крахмал гидролизу кислотами, можно получить глюкозу в виде чистого кристаллического препарата или в виде патоки - окрашенного нескристаллизирующего сиропа.[1] Наибольшее значение крахмал имеет в качестве пищевого продукта: в виде хлеба, картофеля, круп, являясь главным источником в нашем рационе питания. Кроме того, чистый крахмал применяется в пищевой промышленности в производстве кондитерских и кулинарных изделий, колбас. Значительное количество крахмала употребляется для приклеивания тканей, бумаги, картона, производства канцелярского клея. В аналитической химии крахмал служит индикатором в йодометрическом методе титрования. Для этих случаев лучше применять очищенную амилозу, т.к. ее растворы не загустевают, а образуемая с йодом окраска более интенсивна. При нагревании сухого крахмала до 200-250°С происходит частичное его разложение и получается смесь менее сложных чем крахмал полисахаридов (декстрин и другие). Целлюлоза - (клетчатка) (от лат. cellula -- клетка) - главная составная часть клеточных оболочек растений. Целлюлоза высокомолекулярный углевод, являющийся главной составной частью оболочек растительных клеток.[1] Целлюлоза состоит из остатков молекул глюкозы, которая и образуется при кислотном гидролизе целлюлоза: