Слишком сложно? Тогда запросите консультацию специалиста!
Наша компания занимается тем, что помогает студентам выполнять различные учебные работы на заказ. Вы можете ознакомиться с перечнем выполняемых работ, а так же с их стоимостью на странице с ценами.
Сладость сахаров
Сладкий вкус — один из важнейших признаков сахаров и их производных. Причем они различаются по степени сладости. Составлены таблицы сладости сахаров и их производных. При этом стандартом для сравнения является сахароза, сладость которой принята за 100 единиц. Ниже приводятся показатели сладости некоторых сахаров и их производных.
сахароза — 100
фруктоза — 173
инвертный сахар — 130
глюкоза — 74
сорбит — 48
глицерин — 48
ксилоза — 40
мальтоза — 32
рамноза — 32
галактоза— 32
рафиноза — 23
лактоза —16
Следует сказать, что сладкий вкус — не абсолютный признак сахаров. Существует ряд соединений, которые не имеют ничего общего с сахарами по химической природе, но в то же время обладают сладким вкусом. Например, D-аминокислоты, соли свинца.
Существуют природные вещества и химические соединения, обладающие сильным сладким вкусом. Некоторые из них не вредны для человеческого организма и используются как заменители сахара в кондитерской промышленности, при изготовлении напитков и фруктовых вод, при лечении диабета. Обычно сладкий вкус таких веществ во много раз превышает сладость сахарозы.
Сахарин — это производное сульфобензойной кислоты, но чаще используется кристаллогидрат его натриевой соли, который по аналогии с сахарами называют кристаллозой.
Сахарин в 400-500 раз слаще сахарозы и не усваивается человеческим организмом, он используется в качестве заменителя сахара для придания сладкого вкуса без увеличения калорийности пищи, а также в тех случаях, когда употребление сахара недопустимо, например, при диабете.
В растениях встречаются вещества неуглеводной природы, сладость которых чрезвычайно велика. Примером может служить гликозид стевио-зид, или, по аналогии с сахаром, его называют стевиозой. Он содержится в листьях южноамериканского травянистого растения стевии. Он в 300 раз слаще сахарозы и используется как ее заменитель.
Другой гликозид — глицирризиновая кислота в 100 раз слаще сахарозы. Он содержится в корнях тропической лианы хекверити. Корень этой лианы называют «индийской лакрицей».
Полисахариды — высокомолекулярные вещества, молекулы которых содержат от нескольких десятков до многих тысяч остатков моносахаридов. Изучение этих полисахаридов осложняется трудностями их очистки и получения в чистом виде, поскольку в клетке они обычно связаны с другими углеводам, белками, минеральными веществами.
Полисахариды делят на 2 группы — гомо- и гетерополисахариды. Молекулы гомополисахаридов построены из остатков одного сахара. Из остатков глюкозы состоят крахмал, целлюлоза, гликоген, каллоза, лихенин, из остатков фруктозы — инулин, леван. В состав молекул гетеропо-лисахаридов входят остатки различных моносахаридов и их производных — гемицеллюлозы, гумми, слизи.
Молекулы полисахаридов могут быть как линейными, так и разветвленными.
Крахмал — главный запасный полисахарид растений, который откладывается в клетках запасающих органов в виде крахмальных зерен (семена, плоды, корни, клубни, корневища, стебли). Особенно много крахмала в семенах риса (60-80%), кукурузы (65-75%), пшеницы (60-70%), меньше в клубнях картофеля (12-22% ).
Крахмальные зерна не растворяются в воде, а только набухают. Если взвесь крахмальных зерен в воде постепенно нагревать, то может быть достигнута температура, при которой крахмал образует очень вязкий коллоидный раствор, называемый крахмальным клейстером. Температура клей-стеризации различна для крахмала разных растений. Крахмал картофеля клейстеризуется при температуре 55-65°, кукурузы — при 64-71% пшеницы —при 60-80о, риса — при 70-80°.
Очень характерным свойством крахмала является его способность окрашиваться в синий цвет при добавлении раствора йода в йодистом калии.
Крахмал на 96-98% состоит из углеводов. Остальное составляют примеси — минеральные вещества и жирные кислоты.
Углеводная часть крахмала представлена двумя полисахаридами — амилозой и амилопектином. Амилоза представляет собой длинную неразветвленную цепочку из остатков глюкозы. Цепочки амилозы образуют спираль, каждый виток которой состоит из 6 остатков глюкозы. В молекуле амилозы обычно содержатся несколько параллельно расположенных спиралей. Молекулярная масса амилозы от 100 000 до 1 000 000. При обработке амилозы раствором йода его молекулы встраиваются в витки сдирали, образуя комплексное химическое соединение с полисахаридом, которое имеет синюю окраску.
Амилопектин построен из остатков глюкозы и имеет разветвленную структуру. Точки ветвления встречаются через 25-30 глюкозных остатков. Внешние цепи амилопектина, если они имеют более шести остатков глюкозы, могут образовывать витки спирали. Молекулярная масса амилопектина выше, чем амилозы, от одного до нескольких миллионов. Амилопектин с йодом дает красно-фиолетовое окрашивание, которое является результатом адсорбции молекул йода на полисахариде без образования химических связей.
Как правило, крахмал содержит 10-30% амилозы и 70—90% амилопектина. Однако это соотношение может изменяться в зависимости от вида или сорта растения, а также от органа, из которого получен крахмал. Так, в крахмале из клубней картофеля содержится 22% амилозы, а из молодых побегов— 46%. Крахмал из восковидных сортов кукурузы, риса, ячменя состоит почти полностью из амилопектина и окрашивается йодом в красно-коричневый цвет. В то же время крахмал некоторых сортов кукурузы, гороха и ряда видов лилейных содержит больше амилозы — 50-70-80%. Крахмал яблок состоит только из амилозы.
При кипячении с кислотами крахмал гидролизуется до глюкозы. При более слабом воздействии — 7,5% НСl при комнатной температуре в течение 7 дней — образуется так называемый «растворимый крахмал», часто применяемый в лабораториях.
Крахмал находит широкое практическое применение. Крахмал составляет большую часть пищи человека (хлеб, крупы, овощи, фрукты, кондитерские изделия) и кормов сельскохозяйственных животных. Он используется во многих отраслях пищевой промышленности. Из него получают глюкозу, спирт, клей, пластмассы. Его используют в текстильной промышленности.
Фруктозаны — полимерные соединения, состоящие из остатков фруктозы. Существует 2 типа фруктозанов — инулиноподобные и леваноподоб-ные. Они растворимы в воде и содержатся в клеточом соке вакуолей. Оба эти фруктозана в начале молекулы имеют остаток сахарозы.
Инулиноподобные фруктозаны запасаются в корневищах, корнях, клубнях растений из семейства сложноцветных, колокольчиковых (топинамбур, георгины, цикорий, артишоки, одуванчик). Главным фруктозаном этой группы является инулин, содержащий 30-35 остатков фруктозы. Инулин часто сопровождается более низкомолекулярными фруктозанами. Они образуют гомологический ряд, в начале которого находится дисахарид из двух остатков фруктозы — левулин, а в конце — инулин. Из инулина путем кислотного гидролиза получают фруктозу.
Леваноподобные фруктозаны характерны для однодольных, в том числе для растений из семейства лилейных и злаковых. Леваны содержатся в листьях, стеблях, корнях и семенах. У злаков леваны функционируют как временные запасные полисахариды.
В созревающих семенах злаков (рожь, пшеница, овес, ячмень) леваны содержатся в больших количествах (до 30% на сухое вещество), по мере созревания они постепенно превращаются в крахмал, что свидетельствует о легкости превращения в растениях фруктозы в глюкозу.
Леваны содержат меньше остатков фруктозы, чем инулин (от 7-8 до 13-24). Некоторые леваны слабо ветвятся. Их молекулы состоят из 2-3 цепей.
Целлюлоза (клетчатка) — полисахарид, который является основным компонентом клеточной оболочки, образующим ее каркас.
В растениях клетчатка всегда связана с другими веществами — гемицеллюлозами, лигнином, пектином, липидами, смолами и т. д. Для отделе-
Основными источниками получения целлюлозы являются волокно хлопчатника, лубяные волокна прядильных растений (льна, конопли, джута, рами), и древесина. Хлопковое волокно содержит 95-98% клетчатки, лен — 80-90%, древесина — 40-50%.
Целлюлоза нерастворима в воде, в ней она только набухает. Она является очень стойким веществом: не изменяется под действием слабых кислот и щелочей даже при кипячении, не растворяется в большинстве обычных растворителей.
Гидролизуется клетчатка до глюкозы при кипячении с концентрированной НСl или H2SO4.
Молекула целлюлозы состоит из остатков глюкозы. Причем каждый второй остаток глюкозы повернут относительно предыдущего на 180°. Это препятствует вращению расположенных рядом глюкозных остатков вокруг связывающих их гликозидных связей и делает невозможным образование спирали, подобной амилозе. В результате получается жесткая линейная одноплоскостная структура.
В клеточных стенках молекулы целлюлозы собраны в пучки — микрофибриллы, в которых они расположены параллельно друг другу и связаны водородными связями. На поперечном разрезе микрофибрилла имеет овальную форму.
В центре микрофибриллы молекулы (их примерно 50) составляют так называемое «ядро». В нем молекулы расположены упорядочение, образуя кристаллическую решетку. Вокруг «ядра» примерно 100 молекул также расположены параллельно, но не столь упорядочение. Это паракристаллическая область. В ней находится некоторое количество молекул матрикса оболочки, чаще гемицеллюлоз. Причем содержание их увеличивается от «ядра» к периферии паракристаллической зоны. В эту зону могут проникать и молекулы воды.
Целлюлоза находит самое широкое применение. Ее используют в целлюлозно-бумажной промышленности. В текстильной промышленности из нее изготавливают хлопчатобумажные и льняные ткани. Целлюлозу растворяют в медно-аммиачном растворе, а затем раствор продавливают сквозь сито в кислую среду, где она выпадает в осадок в виде тончайших нитей. Из них получают натуральный шелк — вискозу. Правда, шелковые нити состоят не из белка, а из углевода — целлюлозы.
В молекулы целлюлозы вводят различные радикалы и получают метил-ацетил- или нитроцеллюлозу, которые служат сырьем для многих отраслей химической промышленности. Из них изготавливают искусственные волокна и ткани, кожу, пластмассы, краски, лаки, взрывчатые вещества и т. д.
Целлюлозу начали использовать для изготовления целлюлозобетона, который получают смешиванием цемента с волокнистым растительным сырьем — рисовой соломой, бамбуком, сезалем, кокосовыми волокнами, коноплей, джутом. Из смеси готовят панели, которые обладают всеми качествами железобетона, но дешевле, легче и удобней для строительства жилых домов.
Гемицеллюлозы (полуклетчатка) — это группа полисахаридов, которые наряду с целлюлозой входят в состав клеточных оболочек, образуя их матрикс, и могут в семенах частично использоваться в качестве запасных питательных веществ. Много гемицеллюлоз в семенах, в соломе, древесине, кукурузных кочерыжках, отрубях.
Гемицеллюлозы нерастворимы в воде, но растворяются в щелочах и гидролизуются кислотами легче, чем клетчатка. При кислотном гидролизе гемицеллюлоз образуются глюкоза, галактоза, манноза, ксилоза, L-арабиноза и уроновые кислоты. Молекулярная масса гемицеллюлоз — несколько десятков тысяч. Они являются компонентами матрикса клеточной оболочки.
Гемицеллюлозы делят на 3 группы, каждая из которых различается по составу в структуре полисахарида. Группы получили название по доминирующему в них моносахариду: маннаны, галактаны, ксиланы. Все они гетерополисахариды.
Маннаны содержат маннозу, глюкозу и галактозу в отношении 3:1:1. Такие маннаны встречаются, например, в древесине хвойных и папоротников.
Галактаны в основной цепи имеют остатки галактозы.. Галактаны обычно содержатся в древесине.
Ксиланы разнообразны по структуре, в них преобладает ксилоза, независимо от того составляет ли она главную цепь или ее разветвления. Существует несколько групп ксиланов.
1. Основная цепь состоит из ксилозы. К некоторым ксилозным остаткам присоединена галактуроновая кислота. Иногда такие ксиланы в виде ответвлений имеют L-арабинозу. Подобные ксиланы встречаются у хвойных и папоротников.
2. Другой вид ксиланов содержит ксилозу в основном в боковых ветвях. Такие ксиланы характерны для клеточных стенок двудольных. Они подразделяются на следующие подгруппы:
Пектины— компоненты матрикса первичных клеточных оболочек. Обычно они также являются межклеточным веществом, образуют срединную пластинку, которая склеивает стенки соседних клеток. Содержание пектинов в клеточной оболочке обычно невелико — менее 5%.
Содержание пектинов в %:
яблоки - 0,82-1,29
абрикосы - 1,03
сливы - 0,96-1,14
черная смородина 1,52
морковь - 2,5
сахарная свекла - 2,5
Характерным свойством пектинов является их способность образовывать гели при низкой концентрации. Поэтому их используют в пищевой промышленности в качестве желирующих агентов при изготовлении фруктовых желе, мармелада, пастилы, джемов, фруктовых карамельных начинок и в домашних условиях при варке варенья и повидла. Для образования пектинового желе необходимы определенные условия: 65-70% сахара (сахарозы или гексозы), рН 3,1-3,5 и от 0,2 до 1,5% пектина.
В стеблях льна, как и у некоторых других прядильных растений, лубяные волокна склеены пектинами. Для их разделения пектин необходимо разрушить, что достигается в процессе мочки. На растениях при этом развиваются бактерии, которые выделяют ферменты, расщепляющие пектины.
В основе структуры молекул пектиновых веществ лежит пектиновая кислота. Она состоит из остатков галактуроновой кислоты.
Пектиновая кислота может содержаться в клеточных стенках в свободном состоянии или в виде солей и сложных эфиров. В свободном состоянии пектиновая кислота желирующими свойствами не обладает. Соли пектиновой кислоты чаще всего являются пектатами Са и Mg. Причем связи карбоксильных групп с металлами могут образовываться в одной молекуле и в двух рядом расположенных молекулах. Тогда связываются две цепи пектиновых кислот.
Карбоксильные группы в пектиновой кислоте легко образуют эфиры с метиловым спиртом. Метилированная пектиновая кислота называется растворимым пектином. Именно растворимый пектин и обладает желирующими свойствами. Его получают в больших количествах и используют в кондитерской промышленности.
Среди пектиновых веществ есть также рамногалактуроны — пектины, содержащие рамнозу. Рамногалактуроны состоят из фрагментов, содержащих 8 остатков галактуроновой кислоты, которые соединены трисахаридом из двух остатков галактуроновой кислоты и рамнозы. Присутствие в полисахариде рамнозы заставляет цепь изгибаться.
В пектинах в небольших количествах встречаются арабинаны и галактаны. Арабинаны состоят из арабинозы. Основная цепь имеет единичные ответвления из остатков арабинозы. Галактаны — линейные цепи из галактозы. Обычно арабинаны и галактаны связаны с рамногалактуроном.
Камеди (гумми) и слизи. Это полисахариды, растворимые в воде и образующие очень вязкие коллоидные растворы.
Камеди (гумми), например, выделяются на ветвях и стволах вишневых, сливовых, абрикосовых деревьев при их повреждении, образуя так называемый клей. Слизи содержатся в большом количестве в семенах ряда растений (льна, ржи, клевера, люпина, люцерны и др.).
Строение полисахаридов еще не установлено. Известно, что при гидролизе они образуют глюкозу, галактозу, маннозу, ксилозу, арабинозу и уроновые кислоты. Причем состав разных камедей и слизей значительно различается. Так, полисахариды вишневого клея состоят из остатков галактозы, маннозы, арабинозы, глюкуроновой кислоты и незначительного количества ксилозы. Слизи ржаного зерна почти на 90% состоят из ксилозы и арабинозы и очень небольшого количества галактозы.
Именно наличием слизей объясняется высокая вязкость отвара из льняных семян и водной болтушки ржаной муки, которые используются в медицине как кровоостанавливающие и вяжущие средства.
Каллоза — полисахарид, содержащийся в ситовидных трубках флоэмы. Он откладывается на ситовидных пластинках и в перфорациях, превращая последние в узкие канальцы. К осени канальцы полностью закупориваются и образуется наплыв каллозы — каллюс. Если ситовидные трубки данного растения функционируют не один, а два-три сезона, весной каллюс растворяется.
Каллоза состоит из остатков глюкозы. Каллоза откладывается в стенках клеток развивающегося семени и пыльцевых зерен, когда идет формирование генеративных ядер (яйцеклетка, генеративная клетка пыльцевого зерна). При этом каллоза выполняет защитную и изолирующую функции до завершения формирования генеративной клетки, А затем полисахарид гидролизуется и исчезает. Откладывается каллоза и в оболочке пыльцевого зерна, которое попало на рыльце несовместимого с ним пестика. Каллоза изолирует пыльцу и делает невозможным ее прорастание. Она также образуется при заживлении поврежденных тканей.
Лихенин — запасный полисахарид лишайников. Содержание его в некоторых видах достигает 45-50% («исландский мох»). Молекулярная масса лихенина около одного миллиона. Он растворяется в горячей воде и обладает желирующими свойствами. Мономеров лихенина является глюкоза.
Лишайники и их полисахарид лихенин являются основным кормом северных оленей. Их желудочно-кишечный тракт переваривает лихенин благодаря присутствию в нем микрофлоры, выделяющей специальные расщепляющие его ферменты. Человеческий организм лихенин не усваивает.
Полисахариды водорослей. Агар-агар — высокомолекулярный полисахарид, содержащийся в некоторых водорослях, в основном в красных. Агар состоит по крайней мере издвух полисахаридов — агарозы и агаропектина. Считают, что агароза состоит из галактозы. Совсем мало известно о строении агаропектина. Предполагают, что он состоит из цепочек галактозы.
Агар-агар растворяется в воде при нагревании, а при последующем охлаждении образует гель. Этот полисахарид в качестве желирующего агента используется в кондитерской промышленности при изготовлении желе, пастилы, мармелада, джемов, в парфюмерной промышленности при изготовлении кремов, в хлебо-булочной — для предотвращения быстрого черствления изделий, в микробиологической и биотехнологической — для приготовления твердых питательных сред.
Альгиновая кислота — компонент клеточной стенки многих водорослей, особенно бурых. Она, по-видимому, является аналогом пектиновой кислоты, но содержание ее в клеточной оболочке выше — до 30%. Состоит альгиновая кислота из остатков маннуроновой и гулуроновой кислот. Альгиновая кислота и ее соли — альгинаты, особенно натриевая, находят широкое применение в качестве стабилизаторов эмульсий при изготовлении мороженого, лаков, красок.
