Ди- та полісахариди

Ди- та полісахариди

Олігосахариди – молекули яких містять від 2 до 10 залишків моносахаридів, які сполучені глікозидними зв’язком. Розрізняють дисахариди, три…

Дисахариди

Дисахариди – це вуглеводи, молекули яких складаються із двох залишків моносахаридів, з’єднаних один з одним за рахунок взаємодії гідроксильних груп (двох напівацетальних або однієї напівацетальної й однієї спиртової). Або дисахариди – це складні вуглеводи, кожна молекула яких при гідролізі розпадається  на дві молекули моносахаридів.

Прикладом найпоширеніших у природі дисахаридів є сахароза (бурячний або тростинний цукор). Молекула сахарози складається із залишків глюкози й фруктози, з’єднаних один з одним за рахунок взаємодії напівацетальних гідроксилів.

 

Найбільше значення в харчуванні людини мають дисахариди – сахароза, лактоза і мальтоза. До складу всіх три входить глюкоза в комбінації з однією з молекул – фруктози, галактозы або глюкози.

Для дисахаридів характерна реакція гідролізу, у результаті якої утворяться дві молекули моносахаридів:

C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O ® 2C₆H₁₂O₆

Вони поділяються на дві групи – відновлюючі та невідновлюючі залежно від способу сполучення двох залишків моносахаридів між собою. Відновлюючі проявляють окисно-відновні властивості. Дисахарид може утворювати відкриту форму, яка містить карбонільну групу, і вступати в окисно-відновні реакції.

Сахароза (тростинний або буряковий цукор) складається з глюкози і фруктоза, яка і утворюється при її гідролізі. Цей дисахарид складається із залишків D-глюкози і D-фруктози, сполучених зв’язком 1®2.

Гідроліз сахарози

Сахароза – найбільш відомий і широко вживаний в живленні і харчовій промисловості звичайний цукор. У цукровому бурякові міститься від 15 до 22% сахарози, в цукровому очереті – 12-15%. Це головні джерела її промислового отримання. Оскільки цукровий очерет і цукровий буряк накопичують більшу кількість енергії на одиницю площі зростання, чим будь-яка інша рослина, то цукор є одним з найбільш дешевих джерел енергії в їжі людини.

Сахароза, внаслідок своєї хімічної інертності, накопичується у великих кількостях в багатьох рослинах і служить в них формою транспорту. Найбільше її міститься в цукровому буряку і тростині. Невідновлюючий дисахарид трегалоза міститься в клітинних стінках спор і бактерій і забезпечує їх гідратований стан, що сприяє виживанню в екстремальних умовах.

Невідновлюючі дисахариди:

Сахароза, перебуваючи в розчині, не вступає в реакцію “срібного дзеркала”, тому що не здатна утворювати відкриту форму. Подібні дисахариди називають що не відновлюють, тобто не здатними окислятися.
Існують дисахариди, у молекулах яких є вільний напівацетальний гідроксил, у водяних розчинах таких цукрів існують рівновага між відкритою й циклічною формами молекул. Такі дисахариди легко окисляються, тобто є що відновлюють, наприклад, мальтоза.

Відновлюючі дисахариди:

Дисахариди, які не мають вільної глікозидної групи, а отже і не проявляють окисно-відновних властивостей. Їх називають невідновлюючими. Живими організмами вони використовуються як невеликі гідрофільні і хімічно стійкі молекули. Вони зв’язують воду, легко в ній розчиняються і, при цьому, хімічно не змінюються.

Мальтоза (солодовий цукор) складається з двох залишків глюкози. Мальтоза міститься в пророслому зерні і особливо у великих кількостях – в солоді і солодових екстрактах. При виробництві пива відбувається зброджування мальтози в етиловий спирт. Мальтоза – один з основних компонентів крохмальної патоки, широко використовуваної в харчовій промисловості. Вона є проміжним продуктом обміну полісахаридів крохмалю та глікогену.

Мальтоза (4-О-(a –D-глюкопіранозидо)- a –D-глюкопіраноза)

Молекула мальтози складається з двох залишків D-глюкопіранози,

зв”язаних 1,4-глікозидним зв”язком:

За участю напівацетального гідроксилу мальтоза утворює глікозиди.

За участю циклічних форм мальтоза, аналогічно моносахаридам, утворює прості і складні ефіри за участю всіх гідроксильних груп:

Лактоза 4-О-(b –D-галактопіранозидо)-b–D-глюкопіраноза

Хімічні властивості

Лактоза (молочний цукор) складається із залишків галактози і глюкози. Лактозу отримують з молочної сироватки – відходу при виробництві масла і сиру. У коров’ячому молоці міститься 4,6% лактози. Лактоза не бере участь в спиртному бродінні, але під впливом молочнокислих дріжджів піддається гідролізу з подальшим зброджуванням моносахаридів, що утворилися, в молочну кислоту (молочнокисле бродіння). Лактоза сприяє всмоктуванню кальцію і шлунково-кишковому тракті.

Лактоза, яка утворюється із залишків галактози і глюкози із зв’язком  b-1®4 між ними, міститься у молоці ссавців (2 – 6 %). Лактоза міститься у молоці та молочних продуктах, що складає 1/3 сухих речовин. Гідроліз лактози в кишечнику відбувається повільно, обмежуються процеси бродіння та нормалізується діяльність кишкової мікрофлори. Крім того, наявність лактози в КШТ сприяє розвитку молочнокислих бактерій, які є антагоністами патогенної мікрофлори, гнилісних мікро організмів.

Деякі люди не можуть вживати молоко через непереносимості лактози, тому що в кишечнику у них відсутній фермент лактаза, що розщеплює лактозу на глюкозу і галактозу. Особливо часто це спостерігається у жителів Азії, Африки і Близького Сходу. Національні кухні азіатських народів не мають молочних блюд або блюд, підготовлюваних з молоком. Непереносимість лактози зустрічається також серед дорослих європейців. Нерозщеплена лактоза потрапляє в товстий кишечник, де за участю бактерій відбувається її окислення з виділенням великої кількості газів і продуктів окислення. При цьому наголошуються дискомфорт, метеоризм, спазми і болі в животі, спостерігається пронос. Уникнути явищ, пов’язаних з непереносимістю лактози, дозволяють кисломолочні продукти (кисле молоко, кефір, йогурт, ацидофілін, ряжанка), в яких лактоза вже частково переварена молочнокислими бактеріями.

Целобіоза 4-О-(b –D-глюкопіранозидо)-b–D-глюкопіраноза

ХІМІЧНІ  ВЛАСТИВОСТІ

Целобіоза є безбарвною кристалічною речовиною. Целобіоза розчинна у воді, але не розщеплюєтьсяя в організмі людини і тому не може бути використана як продукт харчування.

Складні вуглеводи. Полісахариди.

Полісахариди – це природні високомолекулярні вуглеводи, макромолекули яких складаються із залишків моносахаридів.

Основні представники – крохмаль і целюлоза – побудовані із залишків одного моносахарида – глюкози. Крохмаль і целюлоза мають однакову молекулярну формулу:

(C₆H₁₀O₅)_n,

але зовсім різні властивості. Це пояснюється особливостями їхньої просторової будови.

Крохмаль складається із залишків a-глюкози, а целюлоза – з b-глюкози, які є просторовими ізомерами й відрізняються лише положенням однієї гідроксильної групи (виділена кольорами):

З урахуванням просторової будови шестичленного циклу формули цих ізомерів мають вигляд:

За будовою:

·                   Гомополісахариди, складаються з моносахаридних залишків одного типу;

·                   Гетерополісахариди, для яких характерна наявність двох або більше типів мономерних ланок.

·                  

За функціональним значенням:

·                   Структурні – целюлоза.

·                   Резервні – глікоген, крохмаль.

Складні вуглеводи, або полісахариди, розділяють на групу засвоєних крохмальних полісахаридів і групу некрохмальних незасвоєних полісахаридів, або харчових волокон.

Полісахариди, що засвоюються

Крохмалем називається суміш двох полісахаридів, побудованих із залишків двох циклічних a-глюкоз.

Крохмалем є суміш полімерів двох типів, побудованих із залишків глюкози: амілози і амілопектину:

·                     амілоза (внутрішня частина крохмального зерна) – 10-20%

·                     амілопектин (оболонка крохмального зерна) – 80-90%

Ланцюг амілози включає 200 – 1000 залишків a-глюкози (середня мол.маса 160 000) і має нерозгалужену будову.

Крохмаль – резервний полісахарид, головний компонент зерна і продуктів його переробки, картоплі і овочів. Це найбільш важливий по своїй харчовій цінності вуглевод їжі.

Це полімер, утворений a-D-глюкопіранозою. Крохмаль складається з двох фракцій – амілози і амілопектину. Амілоза, на долю якої припадає біля 25% крохмалю, має молекулярну масу від 30 тис. до 500 тис. і утворює нерозгалужені ланцюги із зв’язками a-1®4:

Довгі ланцюги амілози укладаються у спіраль, на кожен виток якої припадає по 6-7 ланок.

Якісною реакцією на амілозу є взаємодія в розчині з йодом, молекули якого поміщаються у витках спіралі з утворенням комплексу синьо-фіолетового кольору. При нагріванні слабкі взаємодії комплексу руйнуються, спіраль розкручується і забарвлення зникає, а при охолодженні структура відтворюється і забарвлення з’являється знову.

Амілопектин, на долю якого припадає біля 75 % маси крохмалю, має молекулярну масу від 100 тис. до 1 млн. і,  на відміну від амілози, – розгалужену будову із додатковими зв’язками a-1®6 в точках галуження:

Точки галуження в амілопектині знаходяться через 20-30 ланок.

До високо крохмальних овочів належать картопля, батат, пастернак. При гідролізі амілоза і амілопектин утворюють коротші фрагменти – декстрини – корисний полісахарид, який н-д накопичує кукурудза цукрова. Ця речовина розчинна у воді і легко засвоюється організмом. Амілопектин і декстрини з йодом дають червоно-фіолетове забарвлення.

В рослинах, багатоклітинних водоростях, бактеріях існують інші резервні полісахариди, побудовані за подібним планом, наприклад інулін, який складається із залишків фруктози. Інуліноподібні речовини накопичуються в артишоку, вівсяному корені, скорцонері, цикорних салатах, топінамбурі, часнику та стахісі. Крохмаль та інулін під дією ферментів слини та шлунку перетворюється на глюкозу. Застосування цих овочів дуже важливе у профілактичному та лікувальному харчуванні людей із цукровим діабетом.

Під дією травних ферментів крохмаль не піддається гідролизу. В ході гідролізу послідовно здійснюється деполімеризація крохмалю з утворенням декстрину, потім мальтози, а при повному гідролізі – глюкози. Гідроліз крохмалю відбувається при отриманні багатьох харчових продуктів – патоки, глюкози, хлібобулочних виробів, спирту і так далі

Крохмаль сирих продуктів перетравлюється важко, оскільки знаходиться усередині рослинних клітин, що мають міцні стінки. При нагріванні у воді (приготування їжі) клітинні стінки розриваються набухаючим крохмалем, і він стає доступним травним ферментам.

Полісахариди поділяються  на гомополісахариди (побудовані тільки  із ланок моносахаридів одного типу) та  гетерополісахариди (побудовані із ланок моносахаридів різних типів.

Глікоген (тваринний крохмаль) також складається із залишків глюкози. Подібно амілопектину побудований глікоген (тваринний крохмаль).

У тварин формою відкладення поживних речовин є глікоген. Особливо багато його в печінці (до 15%) та м’язах (2 – 4%). Молекули глікогену нагадують за будовою амілопектин, але ще більш розгалужені. На схемі показано, що розгалужений полісахарид має один редукуючий кінець (1), кілька нередукуючих (2). Точки галуження (3) в глікогені розташовані через кожні 10-15 ланок:

Молекулярна маса глікогену становить від 270 тис. до 10 млн. Його зерна в тваринних тканинах значно менші, ніж у крохмалю. Тому він легко утворює колоїдний розчин, який з йодом дає червоно-фіолетове забарвлення.

 Глікоген – важливий запасний енергетичний матеріал організму тварин і людини, що відкладається в печінці і м’язах. При необхідності крохмаль перетворюється на глюкозу. У організмі дорослої людини може запасатися близько 350 г глікогену. Третя частина цієї кількості міститься в печінці, а 2/3 – в м’язах. Кількість енергії, запасеної в глікогені, невелика і достатньо для підтримки життєдіяльності протягом 6-8 ч.

У м’ясі і печінці як продуктах не міститься глікоген, оскільки він перетворюється на молочну кислоту в процесі забою тварин і зберігання продуктів.

Останніми роками все більш широке застосування в харчовій промисловості знаходять модифіковані крохмалі, властивості яких в результаті різноманітних видів дії (фізичного, хімічного, біологічного) відрізняються від властивостей натурального крохмалю харчових продуктів. Модифікація крохмалю дозволяє істотно змінити його властивості (гідрофільність, здатність до клейстеризації, гелеутворення), а отже, і його використання. Модифіковані крохмалі знайшли застосування в хлібопекарській і кондитерській промисловості, зокрема для отримання безбілкових продуктів харчування.

Некрохмальні полісахариди

Існує група полісахаридів, відмінних від крохмалю, які не перетравлюються травними ферментами і не засвоюються. У фізіологічному сенсі вони об’єднуються в групу харчових волокон.

Клітковина (целюлоза) – найпоширеніший високомолекулярний некрохмальний полісахарид. Це основний компонент і опорний матеріал клітинних стінок рослин. Клітковина нерозчинна у воді і в звичайних умовах не піддається гідролізу кислотами.

Целюлоза (клітковина) – найпоширеніший рослинний полісахарид.

Цей біополимер має велику механічну міцність і виконує роль опорного матеріалу рослин, утворюючи стінку рослинних клітин. Використається у виробництві волокон і паперу. У великій кількості целюлоза міститься в деревині й бавовні.

Ланцюги целюлози побудовані із залишків b-глюкози й мають лінійну будову.

Молекулярная масса целлюлози – від 400 000 до 2 млн.

Целлюлоза відноситься до найбільш пружнозв’язаних полімерів.

Целюлоза (клітковина), як і крохмаль чи глікоген, складається з ланок глюкози, однак, на відміну від них, містить залишки b–D-глюкопіранози. Тому, при утворенні зв’язків 1®4 між ланками, вони повертаються по відношенню одна до другої на 180°, як ми це бачили на прикладі целобіози. Наявність b-(1®4) зв’язків у молекулі полімеру і визначає принципову відмінність його властивостей та функцій від резервних полісахаридів:

Целюлоза має молекулярну масу від 100 тис. до 1 млн. Вона не розчиняється у воді. Завдяки своїй стійкості це найбільш поширений в світі біополімер.

Целюлоза виконує структурну функцію в рослинному світі – основна складова частина оболонок рослинних клітин. Деревина на 50% складається з целюлози, а льон, вовна – це майже чиста целюлоза.

Крім целюлози відомі і інші структурні полісахариди. Міцні нерозчинні панцири багатьох комах, ракоподібних утворені хітином, який є полімером N-ацетил-D-глюкозаміну із зв’язками b-(1®4) між ланками:

В плодах рожкового дерева (каратах) міститься полігалактоманан, який зумовлює їх виняткову твердість і постійність маси (0,2 г), з чим пов’язане використання у давнину каратів як міри цих якостей.

Складну будову має структурний полісахарид стінок бактерій муреїн. В його молекулі чергуються залишки N-ацетил-D-глюкозаміну (Х) і N-ацетилмурамової кислоти (Y), з’єднаної з тетрапептидом (1). Між собою залишки сполучаються b(1®4)-зв’язками. Ланцюги з’єднуються між собою за допомогою поперечних пентапептидних зшивок (2):

При дії пеніциліну формування цих зшивок порушується, що робить клітинну стінку неповноцінною.

Геміцеллюлози – це група високомолекулярних полісахаридів, утворюючих спільно з целюлозою клітинні стінки рослинних тканин. Присутні в оболонках зерна, кукурудзяних качанах, соняшниковому лушпинні. Вони розчиняються в лужних розчинах і піддаються гідролізу під дією кислот легше, ніж целюлоза.

До геміцеллюлоз іноді відносять агар (суміш агарози і агаропектину) – полісахарид, присутній у водоростях і вживаний в кондитерській промисловості.

Пектини – група високомолекулярних полісахаридів, що входять до складу клітинних стінок і міжклітинних утворень рослин разом з целюлозою, гемицеллюлозой, лігніном. Міститься також в клітинному соку. Найбільша кількість пектинових речовин знаходиться в плодах і коренеплодах. Отримують пектини з яблучних вичавків, буряка, кошиків соняшнику, цитрусових. Розрізняють нерозчинні пектини (протопектин), які входять до складу первинної клітинної стінки і міжклітинної речовини, і розчинні, такі, що містяться в клітинному соку.

При дозріванні і зберіганні плодів нерозчинні форми пектину переходять в розчинні, з цим пов’язано розм’якшення плодів при дозріванні і зберіганні. Перехід нерозчинних форм пектину в розчинних відбувається при тепловій обробці рослинних продуктів.

Пектинові речовини здатні утворювати гелі у присутності кислоти і цукру, на чому засновано використання пектину як студнеобразующего речовина для виробництва мармеладу, пастили, желе і джемів, а також в хлібопеченні, сироварінні.

Некрохмальні полісахариди не перетравлюються ферментами, які знаходяться в шлунково-кишковому тракті. Проте смороду розглядаються не як баластні і даремні речовини їжі, а як що мають важливе значення для нормальної функції шлунково-кишкового тракту і профілактики багатьох захворювань людини.

Камеді. Речовини або суміші речовин вуглеводного характеру. Фруктові дерева у місці пошкодження кори виділя­ють камбіальний сік, з якого під дією світла, повітря та бактерій ут­ворюються клеєподібні речовини — камеді. Камеді при розчиненні у воді утворюють дуже в’язкі та клейкі розчини; камеді тропічної ака­ції — гуміарабік — застосовують як клей. Згущувачі, стабілізатори, желе утворюючі речовини

Слизи – дуже важлива група полісахаридів, джерелом є Овочі. Ці речовини мають рослинне, тваринне та мікробіологічне походження. У воді легко утворюють в’язкі розчини. Слизи рослин — це клеєподібні  речовини, що містяться у насінні злаків, бобових, масляних та інших рослин. За хімічним складом та будовою нагадують камеді. Багато слизів містять зерна жита та льону, звідки їх екстрагують водою. Слизи дуже набухають у воді і утворюють в’язкі розчини. Слиз овочевих рослин — гідрофільні полісахариди, які накопичуються в насінні, корінцях та інших продуктових органах у слизових ходах. За хімічним складом нейтральний слиз подібний до геміцелюлози, а кислий — до камеді. Слиз відіграє важливу роль під час набухання та проростання насіння. Наприклад, уже через декілька годин посіяне насіння кавуна покривається слизовою оболонкою і для такої насінини уже не страшні різкі перепади вологості ґрунту. Найбільшим шаром слизу покривається насіння васильків (базиліку), льону та подорожнику, що навіть перешкоджає висіванню намоченого насіння. Овочеві рослини з великою кількістю слизу дуже корисні для приготування дієтичних страв, які лікують гастрити та виразки шлунку. Такі овочі дає бамія (окра, гомбо) з родини Мальвові. Користь цього продукту добре розумів видатний російський письменник та лікар А.Чехов і тому він завіз бамію з середземноморських країн. Великі слизисті оболонки навколо насіння утворює кавун слизистонасінний та момордіка.

Пектинові речовини знаходяться в харчових продуктах, н-д фрукти, овочі. Назва походить від гр.» пектос» – желированний, застивший. Завдяки властивості утв. желеподібні продукти використовується під час виробництва конд.виробів, фруктових желе, мармелад, джемів. Пектин входить до групи харчових волокон, має детоксикуючі властивості – дуже цікаву фізіологічну особливість — набухають, зв’язують іони важких металів, радіонуклідів і виводять їх з організму. Ці властивості пектину надають можливість використовувати їх як цінну добавку під час виробництва харчових продуктів лікувально-профілактичного призначення. Для сучасних умов забруднення оточуючого середовища та їжі — це чудове багатство овочів! Профілактична норма пектину для пересічного мешканця України повинна становити 2—4 г на добу, а в важких умовах забруднення — до 10 г.

Глікозиди: (від грец. γλυκύς– солодкий та είδο – вигляд) – продукти конденсації циклічних форм вуглеводів (моно- або олігосахаридів) та компонента невуглеводної природи (аглікону), яким можуть бути стероїди, феноли або алкалоїди. Специфічна дія глікозиду зумовлена типом аглікону. Це здебільшого кристалічні сполуки, майже завжди гіркі на смак, мають специфіч. запах. Особливо багаті на глікозиди рослини, але виявлені вони і в opганізмах тварин. Беруть участь у процесах обміну речовин.

Найважливіші глікозиди:

амігдалін, який міститься в листках і кісточках гіркого мигдалю, абрикоса, персика, сливи;

синігрин – у гірчиці та хроні;

соланін – у картоплі, та антоціани — барвні речовини рослин.

До групи глікозидів в організмі тварин і людини належать цереброзиди мозку і нуклеозиди. Деякі глікозиди (стрептоміцин, азонін, строфантин) застосовують у медицині.

Гетерополісахариди — полімери, побудовані з великої кількості різних моносахаридних одиниць та їх похідних. У біохімії та фізіології людини і тварин найбільше значення мають гетерополісахариди глікозамінглікани.

Глікозамінглікани — гетерополісахариди, побудовані з дисахаридних залишків які повторюються. Моносахаридними компонентами дисахаридних залишкі глікозамінгліканів є найчастіше гексуронові кислоти (глюкуронован або іноді ідуронова тощо)та N-ацетилпохідні гексозамінів (глюкозаміну, галактозаміну).

До глікозамінгліканів належать численні тваринні біополімери, що складають міжклітинний матрикс сполучної тканини, який заповнює простір між окремими клітинами. Застаріла назва цих сполук — мукополісахариди — вказує, що сполук даного класу були вперше виділені з муцину— компоненту слизів, що є змазуючою речовиною, яка виконує функцію фізіологічного мастила. Найбільш вивченими гліюзамінгліканами є гіалуронова кислота, хондроїтинсульфати, дерматансульфати, кератансульфати, гепарансульфати, які входять до складу шкіри, сухожиль, хрящ суглобів, забезпечуючи механічну міцність та пружність органів, еластичність іх сполучень. Глікозамінглікан гепарин є природним антикоагулянтом.

Глікозамінглікани є поліаніонними молекулами. Щонайменше один із моносахаридних компонентів у молекулах глікозамінгліканів несе кислотне угруповання – карбоксильну або сульфатну групу, що забезпечує їх високу гідрофільність, тобто здатність утримувати в біологічних тканинах значну кількість води.

Усі глікозамінглікани виконують свої біохімічні та фізіологічні функції будучи зв”язаними з білками. Ковалентні комплекси глікозамінгліканів сполучної тканини (гіалуронової кислоти, хондроїтинсульфатів тощо) з білками отримали назву – протеогчіканів, що є представниками мішаних біополімерів (глікокон”югатів).

Структурні компоненти глікозамінгліканів

Найбільше значення мають кислі ГАГ: гіалуронова і хондроітинсульфатна кислоти і гепарин.

Гіалуронова кислота.

Молекула цього гетерополісахариду побудована з великої кількості залишків глюкуронової кислоти і N-ацетилглюкозаміну в співвідношенні 1:1, зв”язаних між собою 1,3-глікозидними зв”язками, тобто структурною оди­ницею гіалуронової кислоти є дисахарид, який складається з глюкуронової кислоти і N-ацетилглюкозаміну:

(1,4)-O–b–D-Глюкоріранозилуронова кислота(1,3)-2-ацетиламідо-2-дезокси-b–D-глюкопіраноза.

Гіалуронова кислота – містить N-ацетилглюкозамін і глюкуронову кислоту зв’язані  b(1 – 3) і b (1-4) глікозидними зв’язками .

Ці фрагменти, з”єднуючись один з одним зв”язком 1,4, утво­рюють високомолекулярну молекулу гіалуронової кислоти лі­нійної будови з молекулярною масою від 270 до 500 тис.

Ця кислота поширена в тканинах і органах людини і тва­рин. Особливо багато її в склоподібному тілі ока, сухожиллях, синовіальній рідині суглобів. Вона входить до складу оболонки клітин, зокрема жіночої статевої клітини – яйцеклітини. Тому проникнення в яйцеклітину,а отже і запліднення її можливе лише у випадку розщеплення гіалуронової кислоти. Таку здат­ність має чоловіча статева клітина – сперматозоїд, який містить фермент гіалуронідазу (гіалуронат-ліазу), за допомогою якого і руйнується оболонка.

Гіалуронова кислота здатна зв“язувати воду і тим самим утримувати її в міжклітинному просторі. Вона надає також си­новіальній рідині мастильні властивості, зменшуючи тертя при згинанні суглобів.

Гіалуронова кислота входить до складу основної речовини сполучної тканини, надаючи їй високу міцність і захисні власти­вості, оскільки одним із механізмів проникнення бактерій в орга­нізм людини або тварин є розщеплення бактеріальними фермен­тами гіалуронової кислоти клітинної оболонки. Це спостеріга­ється також при дії на організм різних фізичних чинників, на­приклад, радіоактивного випромінювання. У результаті посилю­ється розщеплення гіалуронової кислоти, що веде до підвищення проникності тканин і зниження опірності органі .

Хондроїтинсульфатна кислота також є гетерополісахаридом. Молекула її побудована з фрагментів глюкуроно­вої кислоти і N-ацетилгалактозамінсульфату, сполучених між собою 1,3-глікозидними зв“язками:

Такі фрагменти, так само як і в гіалуроновій кислоті, з”єдну­ються між собою 1,4-зв”язками, створюючи молекулу хондроїтинсульфатної кислоти з молекулярною масою 50-100 тис.

Складається N-ацетил глюгозамін-6 сульфату і глюкуронової кислоти або L-ідуронової кислоти.

(1,4)-O–b–D-глюкопіранозилуронова кислота-(1,3)-2-ацетоаміно-2-дезокси-6-O-сульфо-b–D-галактопіраноза.

Хондроїтинсульфатна кислота – обов”язкова складова частина хрящів (до 40% у перерахунку на суху масу), кісток, осно­вної речовини сполучної тканини, серцевих клапанів, стінок кровоносних судин, шкіри й ін., тобто в організмі вона виконує опорні функції. Крім того, хондроїтинсульфатна кислота бере участь в іонному обміні і регуляції надходження в клітину поживних речовин.

Гепарин – кислий гетерополісахарид, що складається із залишків глюкуронової кислоти і глюкозаміну, із молекулярною масою до 20 000. Він міститься у різних органах і тканинах тварин. Особливо багато його в печінці (до 100 мг на 1 кг ткани­ни), легенях, серці, селезінці, щитовидній залозі, крові.

Гепарин є потужним антикоагулянтом, у мізерно малих кількостях запобігає зсіданню крові. Його використовують у медицині для профілактики і лікування тромбозів, а також як стабілізатор крові при її збереженні і переливанні.

Кератансульфати (англ. keratan sulfate, KS) – полімерні сульфатовані глікозаміноглікани. Містяться в кістковій і хрящовій тканини, рогівці. Глікановий ланцюг кератансульфатів являє собою сульфований по оксиметильній групі полі-N-ацетиллактозамін. Одним кінцем глікановий ланцюг пов’язаний з білком, який називають основним; він зазвичай є частиною клітинної поверхні або компонентом позаклітинного матриксу.

За типом зв’язку з білком кератансульфати діляться на два типи: кератансульфати I типу, що утворюють N-глікозільний зв’язок з аспарагіновим залишком білка (N-глікани), і кератинсульфати II типу, що утворюють O-глікозильного зв’язок з сериновим або треоніновим залишками білка (O-глікани ).

У різних тканинах описано безліч основних білків, до яких приєднується кератансульфати; подібне об’єднання білка з ланцюжком глікозаміноглікану називають протеогліканами. Вперше кератансульфат був виділений в 1939 році з екстрактів рогівки. На початку 1950х років було вивчено його хімічну будову, і один з дослідників, Карл Мейер, назвав речовина кератосульфат.

Подібно іншим глікозаміногліканам, кератансульфат є лінійним полімером. Основна дисахаридна структура, складова кератансульфатів:

[-3Galβ1-4GlcNAcβ1-]. На відміну від інших глікозаміногліканів, до складу дисахаридної ланки у кератансульфатів не належать уронові кислоти, їх місце займає D-галактоза. Другим компонентом є ​​N-ацетилглюкозамін.

Спочатку кератансульфати підрозділили на два класи за місцем виявлення в організмі: клас I (KSI) знаходили в рогівці, клас II (KSII) – в хрящі. Було відзначено, що рогівковий кератансульфат відрізняється від хрящового за способом зв’язку з основним білком. Проте пізніше виявилося, що і в рогівці, і в хрящі, і в інших тканинах зустрічаються обидва типи зв’язку, і тепер кератансульфати класифікують не за локалізації, а саме за структурою зв’язку: KSI зв’язаний через азот з аспарагіновоим залишком білка, KSII зв’язаний через кисень з сериновим або треоніновим залишком. При аналізі протеогліканів мозку відзначений третій тип з’єднання: KSIII, який зв’язується з основним білком через манозу (KS-Man-O-Ser).У рогівці, за даними одного порівняльного дослідження, міститься в 10 разів більше кератансульфатів, ніж в хрящі, і в 2-4 рази більше, ніж у будь-якій іншій тканині.

Дерматансульфат по розчинності і ряду властивостей близький іншим хондроітінсульфатам. Дерматансульфат являє собою ізомер хондроїтин-4 – сульфату, до якого замість залишків D-глюкуронової кислоти входять залишки L-ідуронової кислоти, однак абсолютна конфігурація зв’язків залишається тією ж самою. Періодична ланка (43) цього полісахариду відрізняється від повторюваної ланки хондроітин-4-сульфату тільки конфігурацією карбоксигрупи при С-5 у кожному другій моносахаридній ланці. Несульфатована форма дерматансульфата (ізомер хондроїтину і гіалуронової кислоти) і дерматан-6-сульфат (ізомер хондроїтин-6-сульфату) в природі не виявлені, але це не виключає можливості їх існування. Дерматан може бути отриманий хімічним десульфуруванням дерматансульфата.

Отримання дерматансульфату у великих масштабах проводиться з легеневої тканини великої рогатої худоби, причому вихідною сировиною служать залишкові розчинів одержувані при промисловому виробництві гепарину. Про біологічну роль дерматансульфату майже нічого невідомо. Роль цього глікозаміноглікану не може бути зведена тільки до стабілізації колагенових волокон, так як дерматансульфат виявляється і в тканинах ектодермального походження, що не містять колагену.

Хондроітінсульфат В, або дерматансульфат, спочатку був виділений зі шкіри свині, а потім виявлений в сухожиллях, клапанах серця і аорті. Він міститься також у селезінці, мозку,  де становить 50% загальної кількості кислих полісахаридів. Вміст дерматансульфату, мабуть, збільшується з віком.

Хондроітинсульфат В XI, званий також дерматансульфат І: (3-гепарином, відрізняється від хондроітинсульфатів А і С моносахаридним складом: замість D-глюкуронової кислоти він містить її епімер по С5 – L-ідуроноу кислоту; в іншому будова хондроітінсульфата В схожа з хондроітинсульфатом А IX, що доведено отриманням з цих двох полісахаридів однієї і тієї ж 4 5-ненасиченої альдобіоуронової кислоти. Остаточним доказом присутності ідуронової кислоти стало десульфатування дерматансульфату і відновлення карбоксильної групи, що призвело до утворення полімеру L-ідози tfD – галактозамін (II), звідки було виділено похідне ідози. Однак пізніше було виявлено в дерматансульфаті поряд з ідуроновою кислотою малі кількості D-глюкуронової кислоти. [

Вуглеводи в харчових продуктах.

З точки зору харчової цінності вуглеводи поділяють на

– ті, що засвоюються:  моно та олігосахариди.

– не засвоюються: целюлоза, геміцелюлоза,  інулін, пектин, камеді, слизи.

В травному тракті вуглеводи, які засвоюються – розщеплюються, всмоктується, а потім або утилізуються (глюкоза) або перетворюються на жир, або відкладаються на тимчасове зберігання (глікоген). Накопичення жиру особливо характерно під час надлишку в дієті простих ВВ та відсутності витрати енергії. Засвоювані швидко перетравлюються в шлунку. Це — моноцукри (глюкоза, галактоза, маноза, ксилоза, фруктоза), дисахариди (цукроза, або сахароза, лактоза, мальтоза) та α-глюканові полісахариди (крохмаль, декстрин і глікоген). Споживання рафінованих вуглеводів призводить до однієї з найпоширеніших хвороб світу — цукрового діабету, яку ще називають „хворобою кондитерів“.

Моносахариди та олігосахариди потрапляють в організм людини з продуктами: кондвироби, напої, морозиво.  Беручи до уваги, що сахароза сприяє зростанню вмісту в  крові  глюкози, конд.вироби є найменш цінними із вуглеводневих продуктів.

Вуглеводи, які не засвоюються в організмі людини не утилізуються, але вони досить важливі для травлення і складають так звані харчові волокна (ХВ).

Роль ХВ в травленні:

–                     стимулюють моторну функцію кишечнику;

–                     запобігають всмоктуванню холестерину;

–                     позитивно впливають на нормалізацію складу мікрофлори кишечнику, уповільнюють гнілістні процеси;

–                     впливають на ліпідний обмін, порушення якого призводить до ожиріння; адсорбують жовчні кислоти;

–                     сприяють зниженню вмісту  та видалення токсичних речовин.

Серед незасвоюваних вуглеводів важливе значення мають клітковина (целюлоза), геміцелюлоза, протопектин, лігнін, пектини, слиз та камеді. Вони складають основу харчових волокон. Клітковина і геміцелюлоза є структурними компонентами оболонки клітин. Вони мають здатність зв’язувати воду (0,4 г води на 1 г клітковини) і є наповнювачами їжі. Добова норма харчових волокон для дорослої людини становить 25—30 г.  Недостатність у раціоні овочів із високим вмістом харчових волокон призводить до порушення обміну речовин, погіршення травлення та загального ослаблення організму. Характерними хворобами при дефіциті харчових волокон є виразкова хвороба шлунку і дванадцятипалої кишки, сечокам’яна хвороба та подагра. Водночас переважання грубої овочевої їжі також небажане і призводить до неповного перетравлення їжі, порушення всмоктування мінеральних речовин та вітамінів. Це призводить до утворення надлишкових газів у кишечнику, проносу та болів у шлунку. Тут дуже важливе почуття міри і мудрість у використання грубої овочевої їжі.

При недостатній кількості в їжі не засвоюваних вуглеводів спостерігається збільшення серцево-судинних захв., злоякісних утворювань товстої кишки. Добова норма ХВ 20-25г. джерело ХВ: пшеничні висівки, овочі, фрукти.

Функції вуглеводів у харчових продуктах.

Гідрофільність – здатність зв’язувати воду і контролювати активність води в харчових продуктах – одна із головних властивостей вуглеводів, корисних для харчування. Гідрофільність обумовлена наявністю багато чисельних ОН-груп. Ці групи взаємодіють з молекулою води, що приводить до сольватації та розчиненню вуглеводів та інших їх полімерів. Завдяки цій властивості вирішується питання потрібно лімітувати надходження вологи чи контролювати її втрату. Н-д, заморожені пекарські продукти не повинні містити великої кількості вологи, тому доцільно замість сахарози використовувати мальтозу, лактозу. В інших випадках потрібний  контроль активності води, щоб запобігти втраті вологи під час зберігання . (це застосування гігроскопічних вуглеводів, фруктових сиропів, інвертного цукру.)

Зв’язування ароматичних речовин. Для більшості харчових речовин, під час добування яких використовуються різні види сушіння, вуглеводи є важливими компонентом, що сприяє збереженню кольору та летких ароматичних речовин (АР), сутність цього пояснюється заміною взаємодії сахароз-вода на взаємодію сахароза-ароматична речовина.

Сахароза-вода + ароматична речовина + сахароза-ароматична речовин + вода.

Леткі АР – багато чисельна група карбонільних сполук, похідних карбонових кислот. Здатність зв’язувати ароматичних речовин більш виявляють дисахариди. Ефективним фіксатори аромату є великі вуглеводневі молекули, гуміарабік. Утворюючи плівку навколо АР він запобігає витрачанню вологи за рахунок випарування та хім. Окиснення. Також фіксує аромати желатин.

Солодкість. Відчуття солодкого смаку під час вживання вуглеводів характеризує ще одну важливу функцію їх в харчових продуктах

 Хоч вуглеводи не належать до незамінних чинників харчового раціону, зниження їх споживання до 50-60 г за добу може спричинити порушення метаболічних процесів: посилення окислення ендогенних ліпідів, що пов’язане з накопиченням кетонових тіл, збільшення розщеплення м’язових білків, що витрачаються на глюконеогенез; зниження детоксикаційної функції печінки. Необхідно враховувати, що використання у харчовому раціоні рафінованих моно- і дисахаридів веде до: надходження «порожніх»  калорій, які не збагачують раціон вітамінами, мінеральними елементами та іншими біологічно активними речовинами; гіперхолестеринемії; розвитку карієсу внаслідок зменшення рН слини.

Обмін вуглеводів.

Вуглеводи надходять до нас в організм у вигляді складних полісахаридів – крохмалю, дисахаридів і моносахаридів. Основна кількість вуглеводів надходить у вигляді крохмалю. Розщепившись до глюкози, вуглеводи всмоктуються й через ряд проміжних реакцій розпадаються на вуглекислий газ і воду. Ці перетворення вуглеводів і остаточне окислювання супроводжуються звільненням енергії, що і використовується організмом. Розщеплення складних вуглеводів – крохмалю й солодового цукру, починається вже в порожнині рота, де під впливом птіаліну й мальтози крохмаль розщеплюється до глюкози. У тонких кишках всі вуглеводи розщеплюються до моносахаридів.

В результаті розщеплювання різних дисахаридов утворюються три моносахариди — глюкоза, фруктоза і галактоза, які і всмоктуються в КШ тракті. Вони поступають в печінку, де фруктоза і галактоза перетворюються на глюкозу, що накопичується у вигляді глікогену.

 Глікоген — це не що інше, як скупчення молекул глюкози, які хімічно з’єднуються між собою і у такому вигляді зберігаються в організмі. Роль печінки у накопиченні вуглеводів встановив французький фізіолог Клод Бернар. Він визначив вміст глюкози в крові, що входить в печінку і виходить з неї  після їди, і знайшов, що концентрація цукру в крові, що притікає, набагато вища, ніж в тій, що відтікала. Аналіз печінки показав, що одночасно з цим з’являється новий глікоген. Пізніше печінка знову перетворює глікоген на глюкозу, і тоді концентрація глюкози в крові, що відтікала, стає вищою, ніж в крові, що притікає до печінки. Таким чином, Клод Бернар встановив, що печінка підтримує концентрацію глюкози в крові на більш менш постійному рівні у будь-який час доби.

Печінка може містити достатній запас глікогену для постачання крові глюкозою протягом 12—24 година; після цього печінка для підтримки нормального рівня глюкози в крові повинна перетворювати на глюкозу інші речовини, головним чином амінокислоти. При достатньому надходженні в організм білків печінка здатна перетворювати на глюкозу до 60 % амінокислот їжі. Оскільки глюкоза служить основним джерелом енергії для всіх кліток, її вміст в крові повинен підтримуватися вище певного мінімального рівня, що становить близько 60 міліграма на 100 мл крові. При падінні змісту глюкози нижче за цей рівень першим починає страждати головний мозок, оскільки його клітини на відміну від більшості інших клітин організму не здатні запасати скільки-небудь істотні кількості глюкози і не можуть використовувати як джерела енергії жири і амінокислоти. Коли рівень глюкози у крові низький, дифузія цієї речовини з крові в клітини, де вона піддається окисленню, відбувається недостатньо швидко, щоб забезпечити мозок необхідним «паливом». Це приводить до симптомів, схожих на ті, які спостерігаються при недоліку кисню: до запоморочення свідомості, судом, втрати свідомості і смерті. Всякий раз, коли клітини головного мозку (або будь-які інші клітки) виявляються позбавленими глюкози або кисню, вони не можуть здійснювати процеси обміну, що доставляють енергію для нормального функціонування цих кліток. Решта тканин зазвичай теж отримує для цієї мети глюкозу з крові, але вони здатні у разі потреби використовувати і інші речовини. М’язові клітини, подібно до клітин печінки, також можуть перетворювати глюкозу на резервний глікоген, але глікоген м’язів служить тільки місцевим запасом «палива»: він витрачається для м’язової роботи, але не може бути використаний для регулювання рівня глюкози в крові. У печінці міститься фермент — глю-козо-6-фосфатаза, перетворюючий глюкозо-6-фо-сфат у вільну глюкозу, що поступає в кров. У м‘язових клітках цей фермент відсутній. Глюкоза не тільки накопичується у вигляді глікогену або окислюється для отримання енергії, але і може бути перетворена на резервний жир. Коли надходження глюкози перевищує безпосередню потребу в цій речовині, печінка перетворює глюкозу на жир, який може бути використаний як джерело енергії коли-небудь потім. Давно відомо, що споживання великих кількостей крохмалю або дисахаридів сприяє відкладенню жиру; наприклад, згодовувавши великій рогатій худобі і свиням крохмаль у вигляді кукурудзи і пшениці, людина отримує жири — вершкове масло і сало. Але лише недавно завдяки використанню радіоактивних або стабільних ізотопів вдалося точно показати, що певний вуглецевий або водневий атом, введений в організм у складі вуглеводу, може бути виявлений у складі жирів адипозної (жирової) тканини і печінці. Як гліцерин, так і жирні кислоти, що входять до складу молекули ліпідів, можуть синтезуватися з вуглецевого ланцюга глюкози. Функція печінки у вуглеводному обміні регулюється складною взаємодією чотирьох гормонів, що виробляються відповідно підшлунковою залозою, мозковою речовиною наднирків, корою наднирків і гіпофізом.

Перетворення вуглеводів під час виробництва харчових продуктів:

Реакції утворення коричневих продуктів. Під час смаження овочів на поверхні утворюється рум’яна кірочка внаслідок декстринізації (розщеплювання) крохмалю, карамелізації (глибокого розщеплювання) вуглеводів і меланоїдових утворень.

Крохмаль розщеплюється з утворенням розчинних у воді речовин – піродекстринів коричневого кольору, вуглеводи – з утворенням темнозабарвлених речовин – Меланіни (темнозабарвлені речовини) утворюються внаслідок сполучення азо­тистих речовин з цурками. Внаслідок карамелізації кількість цукру в овочах зменшується, а на поверхні утворюється добре підсмажена кірочка. Потемніння харчових продуктів відбувається в результаті реакцій окиснення і не окиснення. Окислювальне або ферментативне потемніння – це реакція між фенольним субстратом та киснем, що каталізується ферментом поліфенолоксидазою. Потемніння на зрізах яблук, груш, бананів – не пов’язано з вуглеводами. Неокислювальне або не ферментативне потемніння в харчових продуктах відбувається достатньо поширено. Це явище пов’язано з реакціями вуглеводів – карамелізація та взаємодією вуглеводів з білками або амінами – реакція Майяра

У сирих овочах клітини рослинної тканини зв’язані між собою протопектином, який при тепловій обробці переходить у розчинну речовину – пектин. При цьому зв’язок між клітинами послаблюється й овочі розм’якшуються. Тривалість теплової обробки овочів залежить від стійкості протопектину, а також навколишнього середовища. Так, наприклад, у кислому середовищі і середовищі з великою кількістю солей кальцію перехід протопектину в пектин сповільнюється і овочі погано розм’якшуються. Овочі краще варити у м’якій воді, яка містить незначну кількість солей кальцію.

Гідроліз вуглеводів. Гідроліз  має важливе значення не тільки для процесів одержання харчових продуктів, а також і для процесів зберігання. В останньому випадку реакції гідролізу викликають небажані зміни кольору або у випадку полісахаридів приводять до недієздатності утворювати гелі (драглі).

Процеси глікозування. Карбонільні групи ланцюгових форм моносахаридів вступають без участі каталізаторів (неферментативно) в реакції з аміногрупами білків. Цей процес відбувається в декілька стадій і приводить до утворення продуктів з характерним кольором смаженого м’яса, названих продуктами Майара на честь біохіміка, який відкрив їх у 1912 р. Процеси глікозування приводять у хворих діабетом до порушення згортання крові, еластичності сполучної тканини та багатьох інших функцій. Завдяки продуктам Майара шкіра діабетиків та людей похилого віку має буруватий відтінок. Вони утворюють скоринку при смаженні.

Процеси бродіння – процес, який використовується в харчових технологіях при виробництві хліба, пива, квасу, спирту, вина та інших продуктів

Спиртове бродіння

 Бродіння під впливом дріжджових грибів. Так добувають етиловий спирт і спирти з великою кількістю атомів вуглецю в молекулі (включаючи ізомери амілового спирту,  або пентанолу, С5Н11ОН). Етиловий спирт утворюється з вуглеводів (глюкози), а вищі спирти — з білків:

§     Молочнокисле  із однієї молекули гексози –  дві молекули молочної кислоти.

§      Відомі дві групи молочнокислих бактерій.

Ø    У першу з них входять гомоферментативні бактерії, які утворять тільки молочну кислоту.

Ø    Молочнокислі бактерії другої групи (гетероферментативні бактерії) утворять, крім молочної, ще й оцтову кислоту, а також етиловий спирт (нерідко в досить значних кількостях), вуглекислий газ, мурашину кислоту і деякі інші продукти.

§     Співвідношення між цими продуктами залежить від багатьох умов (температура, рН середовища і т.д.). Найчастіше це обумовлено спільною діяльністю молочнокислих бактерій із дріжджами. Такого роду спільні «закваски» часто створюються штучно і широко використовуються у випічці  хлібу — при готуванні житнього хліба, у виробництві хлібного квасу і ряду молочнокислих продуктів (сир, кефір, кисляк, кумис і ін.).

§     Велике застосування знаходить молочнокисле бродіння у виробництві молочної кислоти, використовуваної в ряді галузей харчової промисловості.

  Методи визначення вуглеводів у харчових продуктах.

Моно- та олігосахариди. Для визначення використовують відновлюючи здатність. Спочатку екстрагують з харчових продуктів 80% етанолом. Спиртові екстракти випарюють під вакуумом, розводять гарячою водою та фільтрують. Продукти, збагачені білками та фенольними сполуками, додатково обробляють нейтральним розчином ацетату свинцю. Осад відфільтровують, а у фільтраті визначають відновлюючі вуглеводи з використанням реактиву Фелінга, гексаціаноферрату калію або йодометричним методом.  Для визначення сахарози проводять спочатку її гідроліз. Якісний та кількісний аналіз окремих вуглеводів проводять методом газорідинної, іонообмінної або рідинної хроматографією.

Полісахариди, які засвоюються. Визначення крохмалю, як правило, базується на визначенні глюкози, яку одержують під час гідролізу хімічними методами, або на здатності розчинів обертати площину поляризації світла. Крохмаль вивільняють від моно- та олігосахаридів екстракцією 80% етанолу, потім проводять видалення крохмалю з продуктів будь-яким способом(розчинення спочатку в холодній, потів у гарячій воді), звільняють від білків білковими осаджувачами. Якісне визначення крохмалю проводять шляхом визначення глюкози після ферментативного або кислотного гідролізу. Можна застосовувати поляриметричний метод.

Для визначення декстринів їх вилучають теплою (40С) водою, осаджують 80% розчином етанолу, проводять гідроліз та визначають глюкозу.

Полісахариди, які не засвоюються. Загальну кількість харчових волокон (лігнін + Полісахариди, які засвоюються) визначають гравіметрично. Спочатку розчиняють крохмаль та білки за допомогою ферментів, імітуючи розщеплення їх у КШТ людини (А-амілаз, пепсин, панкреатин), розчинні ХВ осаджують спиртом, фільтрують, осад зважують.

Пектин. Визначення засновано на вилученні із харчового продукту (екстракція з наступним кип’ятінням), осадженні (хлоридом кальцію) та зважуванні. Крім зважування можна також визначати комплексометрично з трилоном Б і за отриманими даними розраховувати вміст пектину.

Клітковина. Гідроліз при певних умовах та отримання  залишку, який не піддається гідролізу зважують.

З точки зору харчової хімії всі вуглеводи, незалежно від того прості чи складні, мають велике значення не тільки як ті що засвоюються чи не засвоюються людиною речовини. Але і у відношенні їх важливого значення в харчових продуктах та харчових технологіях. Вуглеводи, особливо крохмаль та сахароза, забезпечують основну частину калорійності раціону та суттєво впливають на сенсорне оцінювання харчових продуктів. Вуглеводи вносять вагомий вклад в текстуру продуктів, оскільки вони здатні впливати на в’язкість, кристалізацію, гелеутворення, стабільність. Вони впливають на приємні відчуття у ротовій порожнині завдяки солодкості, на колір та аромат харчових продуктів завдяки їх здатності вступати в хімічні перетворення з утворенням зафарбованих та ароматичних речовин. Під час виробництва багатьох харчових продуктів вуглеводи складають один із головних сировинних ресурсів для фізичних, хімічних, біохімічних та мікробіологічних процесів, керування якими надасть можливостей отримати широкий спектр продуктів харчування різного призначення та з різними властивостями.

Якісні реакції на альдегідну групу

* реакція срібного дзеркала (реакція Тромера)

При взаємодії альдегідів з аміачним комплексом Аргентуму спостерігається утворення осаду срібла у вигляді блискучого шару на поверхні хімічного посуду:

В дану реакцію (на відміну від інших карбонових кислот) вступає і метанова (мурашина) кислота:

В реакцію срібного дзеркала вступають також глюкоза і фруктоза

* реакція з гідроксидом Купруму(ІІ) (реакція Фелінга)

При нагріванні гідроксиду Купруму(ІІ) з альдегідами блакитний осад замінює забарвлення на червоний в наслідок утворення оксиду Купруму(І):

Реактив Фелінга – розчин купрум(ІІ) сульфату і сегнетової солі в 10 %-му розчині натрій гідроксиду. Його готують безпосередньо перед використанням.

У пробірку вносять 2 краплі водного розчину купрум(ІІ) сульфату (розчин А) та 2 краплі лужного розчину сегнетової солі – калій натрій тартрату (розчин Б). Спостерігають виділення блакитного осаду ку-прум(ІІ) гідроксиду, який зі сегнетовою сіллю утворює водорозчинний комплекс синього кольору:

Далі в пробірку додають 3 краплі 5 %-го розчину глюкози і нагрівають суміш до кипіння. Спостерігають поступове знебарвлення розчину та утворення червоно-коричневого осаду купрум(І) оксиду:

Якісна реакція на крохмаль

 

* реакція зі спиртовим розчином йоду

При взаємодії крохмалю зі спиртовим розчином йоду спостерігається поява темно-синього забарвлення. Дану реакцію використовують як для визначення крохмалю, так і для визначення йоду.

У пробірку вносять 5 крапель 0,5 %-го розчину крохмального клейстеру та 1 краплю розчину йоду в калій іодиді. Спостерігають появу інтенсивно-синього забарвлення розчину. Вважають, що крохмаль утворює з йодом сполуки-включення (клатрати), забарвлені в характерні кольори – синій (λмакс = 620 – 680 нм) для амілози та червоний (λмакс = 520 – 555 нм) для амілопектину. Молекули амілози в цих комплексах утворюють навколо молекули йоду спіраль, кожний виток якої містить 6 залишків глюкози. При нагріванні забарвленого розчину крохмалю з йодом забарвлення зникає, а при охолодженні з’являється знову, що пов’язано, очевидно, з розкручуванням спіралі амілози (зміни просторової будови клатрату).

Реакція Барфеда (відмінність відновних дисахаридів від моносахаридів).

За допомогою цієї реакції можна відрізнити моносахариди і відновлювані дисахариди. Реакція ґрунтується на тому, що при рН близько 7 окиснюються тільки моносахариди.

Глюкоза відновлює реактив до Cu₂O, а мальтоза реакції не дає. В цій реакції має значення тривалість нагрівання (треба стежити, щоб не відбувся гідроліз мальтози).

Якісні реакції на сахарозу.

Спостерігають у пробірці з сіллю кобальту за фіолетовим забарвленням, а в пробірці із сіллю ніколу – за зеленим забарвленням внаслідок утворення розчинних у воді комплексних сахаратів кобальту і ніколу.

Реакція дисахаридів з фелінговою рідиною.

Розчини мальтози і лактози, утворюють червоний осад купрум(І) оксиду, а реакційна суміш, яка містить розчин сахарози, свого кольору в процесі нагрівання не змінює (має як і до початку нагрівання синій колір). Отже, на відміну від сахарози, розчини мальтози і лактози мають відновні властивості.

Гідроліз сахарози.

Із даної схеми випливає, що в результаті гідролізу сахароза перетворюється на суміш рівних кількостей глюкози і фруктози. Реакційна суміш, яка містить сахарозу, обертає площину поляризації світла до гідролізу і після нього. Оскільки фруктоза має більший кут лівого обертання (-92°), ніж глюкоза – правого (+52.5°), то суміш, яка утворилася в результаті гідролізу сахарози, має ліве обертання (-39.5°), тоді як вихідний продукт – сахароза – обертає площину поляризації світла вправо (+66,5°). У процесі гідролізу сахарози утворюється суміш рівних кількостей глюкози і фруктози, яка називається інвертним цукром, або штучним медом. Інвертний цукор широко використовують у кондитерській промисловості.

В процесі гідролізу сахарози утворюється глюкоза, тому реакційна суміш після гідролізу відновлює фелінгову рідину. Крім глюкози, в процесі гідролізу сахарози утворюється також фруктоза. Як її виявити?

В пробірку вносять 1 мл розчину, який містить продукти гідролізу сахарози, і 2 мл свіжоприготовленого реактиву Селіванова. Одержану реакційну суміш нагрівають на киплячій водяній бані. З’являється яскраво-червоне забарвлення, яке підтверджує наявність у реакційній суміші фруктози.

Реакція крохмалю і глікогену з йодом.

Вважається, що крохмаль з йодом утворює сполуки-включення (клатрати), забарвлені в характерні кольори – синій (l_макс = 620-680 нм) для амілози і червоний (l_макс = 520-555 нм) для амілопектину. Молекули амілозив цих комплексах туворюють навколо молекули йоду спіраль, кожний виток якої містить 6 залишків глюкози. При нагріванні забарвленого розчину крохмалю з йодом забарвлення зникає, а при охолодженні з’являється знову, що пов’язано, мабуть, з розкручуванням спіралі.

Які особливості будови глікогену обумовлюють його забарвлення з йодом.

Кислотний гідроліз крохмалю.

Отже, у процесі гідролізу крохмаль утворює вуглеводи, які відновлюють реактив Фелінга.

Розчинення клітковини.

Целюлоза виділяється з розчину у вигляді ниток.

Здатність целюлози розчинятися в реактиві Швейцера, а потім виділятись у розчині сульфатної кислоти з розчину в реактиві Швейцера у вигляді нитки використовують у процесі виробництва купрум-амоніачного шовку.

Купрум-амоніачний реактив, запропонований Швейцером, містить комплексну основу [Cu(NH₃)₄]²⁺(OH^–)₂. Молекула целюлози (C₆H₁₀O₅)_n або [C₆H₇O₂(OH)₃]_n побудована з великої кількості з’єднаних між собою залишків b-D-глюкопіранози, кожний з яких має по три гідроксильні групи, атоми гідрогену яких при додаванні реактиву Швейцера заміщуються на атом купруму (як у багатоатомних спиртах) і утворюють розчинні у воді комплексні купрум целюлозати.

При розчиненні целюлози в купрум-амоніачному комплексі атоми гідрогену двох гідроксильних груп заміщуються атомом купруму, а атом гідрогену третьої гідроксильної групи іонізується. Тому залишки глюкози в целюлозі, зберігаючи зв’язок між собою, утворюють аніони складу (С₆H₇O₅Cu)^–, які сполучаються з амоніаком. Це приводить до розчинення целюлози.

Добування і властивості нітратів целюлози.

Добування і властивості триацетату целюлози.

Ацетати целюлози одержують у промислових масштабах. Найбільше практичне значення має діацетат целюлози, його використовують для добування ацетатного шовку, фото- і кіноплівки.

Список рекомендованої літератури:

Основна:

1.    Черних В.П., Зіменковський Б.С., Гриценко І.С. Органічна хімія /За заг. ред. В.П. Черних. – 2-ге вид., випр. і доп. – X: Вид-во НФаУ; Оригінал, 2008. – 752 с.

2.    Ю.О. Ластухін, С.А. Воронов. Органічна хімія. – Львів “Центр Європи”, 2006. – 864 с. 3. В.П.Черних, I.С.Гриценко, М.О.Лозинський, З.І.Коваленко Загальний практикум з органічної хімії: Навч. посіб. для студ. ВНЗ III -IV рівнів акредитації /Під загальн. ред. В.П.Черних. – X.: Вид-во НФаУ; Золоті сторінки, 2003. – 592 с.

3.    В.Л. Белобородов, С.Е. Зурабян, А.П.Лузин, Н.А. Тюкавкина. Органическая химия. – Москва «Дрофа», 2003. – 639 с.

4.    Н.Н. Артемьева, В.Л. Белобородов, С.Е. Зурабян, А.А.Кост, А.П.Лузин, В.Е. Ручкин, И.А.Селиванова, Н.А. Тюкавкина  Руководство к лабораторным занятиям по органической химии. – Москва «Дрофа», 2002. – 384 с.

Додаткова:

1.    Березин Б. Д. Курс современной органической химии. – М.: Высшая школа, 2003.–768 с.

2.    Робертс Дж., Касерио М. Основы органической химии: В 2 кн. /Пер. с англ. /Под ред. А.Н. Несмеянова. – М.: Мир. 1968.

3.    Марч Дж. Органическая химия: В 4 т. – М.: Мир, 1987,

4.    Гауптман З., Грефе Ю., Ремане Х. Органическая химия. – М.: Химия, 1979. – 832 с.

5.    Шабаров Ю.С. Органическая химия: В 2 кн. – М.: Химия, 1996. – 847 с.

6.    Физер Л., Физер М. Органическая химия: В 2 кн. – М.: Химия, 1969.

7.    Найдан В.М. Органічна хімія (Малий лабораторний практикум). – Київ, 1994. – 336 с.

8.    Некрасов В.В. Руководство к малому практикуму по органической химии. – М.: Химия, 1964.

9.    Голодников Г.В., Мандельштам Т.В. Практикум по органическому синтезу. – Издательство ЛГУ имени А.А. Жданова, 1976.