Полисахариды растений крахмал выполняет функцию

6.3. Полисахариды

В природе большинство углеводов представляют собой полимеры с высокой молекулярной массой.

Полисахариды – биополимеры, молекулы которых состоят из остатков моносахаридов, связанных гликозидными связями.

6.3.1. Классификация полисахаридов

Классификацию полисахаридов проводят:

1) по функциям, которые полисахариды выполняют в организме: различают структурные и резервные полисахариды;

2) по составу мономерных звеньев: различают гомополисахариды и гетерополисахариды.

Гомополисахариды характеризуются наличием в составе молекулы только одного вида моносахарида в качестве мономерного звена, хотя типы связей гликозидной связи между звеньями при этом могут быть различными.

Гетерополисахариды характеризуются наличием двух или более типов мономерных звеньев.

3) В отличие от других классов биополимеров полисахариды могут существовать как в виде линейных, так и разветвлённых структур.

4) Молекулярные массы полисахаридов лежат в пределах от нескольких тыс. до нескольких млн. дальтон и могут быть определены лишь приблизительно.

6.3.2. Структурные полисахариды

Целлюлоза – наиболее распространённый в природе растительный структурный полисахарид. Она обладает большой механической прочностью и исполняет роль опорного материала растений.

Древесина содержит 50-70% целлюлозы, хлопок представляет собой почти чистую целлюлозу.

Структурной единицей целлюлозы является β-D-глюкоза, звенья которой связаны β(1→4)-гликозидными связями:

Рис. 6.11. Остаток β-D-глюкозы — мономерного элемента структурной формулы целлюлозы

Целлюлоза состоит из нитевидных молекул, которые водородными связями гидроксильных групп внутри цепи, а также между соседними цепями собраны в пучки.

Именно такая упаковка цепей обеспечивает высокую механическую прочность, волокнистость, нерастворимость в воде и химическую инертность, что делает целлюлозу идеальным материалом для построения клеточных стенок.

В организме позвоночных нет фермента, способного гидролизовать β(1→4)-гликозидные связи. Следовательно, D-глюкозные остатки целлюлозы не могут служить пищей для большинства высших организмов.

6.3.3. Резервные полисахариды

Основным резервным полисахаридом в клетках растений является крахмал. Крахмал образуется в растениях при фотосинтезе и откладывается в виде «резервного» углевода в корнях, клубнях и семенах.

Например, зерна риса, пшеницы, ржи и других злаков содержат 60-80% крахмала, клубни картофеля – 15-20%.

Родственную роль в животном мире выполняет полисахарид гликоген, «запасающийся», в основном, в печени.

Крахмал – это белый порошок, состоящий из мелких зерен, не растворимый в холодной воде. При обработке крахмала теплой водой удается выделить две фракции:

— фракцию, растворимую в теплой воде и состоящую из полисахарида амилозы;

— фракцию, лишь набухающую в теплой воде с образованием клейстера и состоящую из полисахарида амилопектина.

Крахмал представляет собой смесь двух полисахаридов, построенных из α-D— глюкозных звеньев:

Структура молекулы амилозы представляет собой линейную цепь, состоящую из остатков α-D-глюкозы, связанных α(1→4)-гликозидными связями:

Рис. 6.12. Мономерный элемент структурной формулы амилозы

Молекулярная масса a—D—амилозы колеблется от нескольких тысяч до полумиллиона.

Рис. 6.13 Фрагмент структуры амилозы

Молекула амилопектина построена аналогичным образом, однако имеет в цепи разветвления, что обусловливает возникновение пространственной структуры.

В точках разветвления остатки моносахаридов связаны α(1→6)-гликозидными связями.

Рис. 6.14. Структурный элемент молекулы амилопектина в точке ветвления

Между точками разветвления располагаются обычно 20-25 глюкозных остатков.

Рис. 6.15. Фрагмент структуры крахмала

Крахмал является ценным пищевым продуктом. Для облегчения его усвоения продукты, содержащие крахмал, подвергают термообработке, т.е. картофель и крупы варят, хлеб пекут.

Источник

Вопрос 1. Полисахариды: характеристика, строение, классификация и функции.

Полисахариды — высокомолекулярные продукты поликонденсации моносахаридов, связанных с друг другом гликозидными связями и образующих линейные или разветвленные цепи.

Полисахариды широко распространены в природе и составляют преобладающую массу биополимеров на земле. Растения содержат 80-90% всех полисахаридов и являются основными источниками их получения.

Полисахариды разнообразны по своему строению:

-полисахариды, построенные из моносахаридных звеньев одного типа, называются гомогликаны (крахмал, целлюлоза, инулин),

— полисахариды построенные из различных моносахаридных звеньев — гетерогликаны (пектиновые вещества, камеди, слизи). Оба полимера могут быть линейными или разветвленными.

По функциональным свойствам полисахариды подразделяются на три группы:

— структурные — придают клеткам, oрганам и целым организмам механическую прочность;

— водорастворимые — высоко гидратированы и предохраняют от высыхания клетки и ткани;

— резервные — служат энергетическим ресурсом, из которого по мере необходимости в организм поступают моносахариды, являющиеся клеточным «топливом».

Благодаря полимерной природе резервные полисахариды осмотически неактивны и поэтому могут накапливаться в клетках в больших количествах. В таблице приведены важнейшие представители полисахаридов:

Вопрос 2. Крахмал. Гидролиз крахмала (кислотный и ферментативный). Технология производства крахмала. Модифицированные крахмала и их применение.

Крахмал – это главный резервный полисахарид растений, являющийся наиболее важным углеводным компонентом пищевого рациона. Запасается крахмал в семенах хлебных злаков, клубнях, корневищах в виде крахмальных зерен, которые в зависимости от вида растения имеют различную форму (сферическая, яйцевидная, чечевицеобразная или неправильная) и размер (1 до 150 мкм, в среднем 30-50 мкм).

Крахмальные зерна различных видов растений:

А — картофель; Б — пшеница; В — овес; Г — рис; Д — кукуруза; Е — гречиха.

1 — простое крахмальное зерно, 2 — сложное, 3 — полусложное.

Крахмал имеет сложное строение и состоит из двух гомополисахаридов: растворимой в воде амилозы и нерастворимого амилопектина. Их соотношение в крахмале может различаться в зависимости от растения и типа ткани, из которой он был выделен (амилоза 13-30%; амилопектина 70-85%).

Амилоза состоит из неразветвленных (линейных) цепей, включающих 200-300 остатков глюкозы, связанных α(1→4) гликозидной связью. Благодаря α-конфигурации при С-1, цепи образуют спираль диаметром 13 нм, в которой на один виток приходится 6-8 остатков глюкозы. Молекулярная масса составляет 50000Да.

Амилопектин имеет разветвленную структуру, у которой в среднем один из 20-25 остатков глюкозы содержит боковую цепь, присоединенную α(1→6) гликозидной связью. При этом формируется древовидная структура. Молекулярная масса составляет достигает 1-6 млн. Да.

Гидролиз крахмала присутствует во многих пищевых технологиях как один из необходимых процессов, обеспечивающих качество конечного продукта. Например:

— в хлебопечении – процесс тестоприготовления и выпечки хлеба;

— в производстве пива – получение пивного сусла и сушка солода;

— в производстве спирта – подготовка сырья для брожения;

— в получении различных сахаристых крахмалопродуктов – глюкозы, патоки, сахарных сиропов.

Существует два метода гидролиза крахмала:

— кислотный – под действием минеральных кислот;

— ферментативный — под действием ферментных препаратов.

При гидролизе крахмала под действием кислот сначала имеет место ослабление и разрыв ассоциативных связей между макромолекулами амилозы и амилопектина. Это сопровождается нарушением структуры крахмальных зерен и образованием гомогенной массы. Далее идет разрыв α(1→4) и α(1→6)-гликозидных связей с присоединением по месту разрыва молекулы воды. В процессе гидролиза нарастает число свободных альдегидных групп, уменьшается степень полимеризации. На промежуточных стадиях образуются декстрины, три и тетрасахара, мальтоза. Конечным продуктом гидролиза является глюкоза. Кислотный гидролиз имеет ряд существенных недостатков, обуславливаемых использованием высоких концентраций кислот и высокой температуры (свыше 100 °С), что приводить к образованию продуктов термической деградации и дегидратации углеводов, реакциям трансгликозилирования и реверсии.

По сравнению с кислотным гидролизом ферментативный гидролиз является более перспективным и имеет следующие преимущества:

1. Высокое качество изготовляемого продукта, т.к. образуется меньше побочных продуктов;
2. Специфичность действия ферментов позволяет получить продукт с заданными физическими свойствами (например сладостью);
3. Достигается высокий выход продукта с меньшими экономическими затратами.

Ферментативный гидролиз крахмала осуществляется с помощью амилолитических ферментов. К этой группе относятся α-амилаза, β-амилаза, глюкоамилаза, пуллуланаза и некоторые другие ферменты. Каждый из них имеет свои специфические особенности.

α-амилаза – эндофермент, гидролизующий α (1-4)-гликозидные связи внутри молекулы амилозы или амилопектина, в результате образуются декстрины – продукты неполного гидролиза крахмала и малое количество глюкозы и мальтозы:

α-амилаза найдена у животных (слюна и поджелудочная железа), у высших растений (проросшие семена ячменя, пшеницы, ржи, проса) и у микроорганизмов (грибов рода Aspergillus, Rhizopus, бактерий рода Bacillus subtilis).

β-амилаза – экзофермент, гидролизует α (1-4)-гликозидные связи с нередуцирующих концов молекулы амилозы, амилопектина с образованием мальтозы (54-58%), т.е. проявляет выраженную осахаривающую активность. Другим продуктом реакции является β-декстрин (42-46%). Данный фермент распространен в тканях высших растений.

Глюкоамилаза является экзоферментом, действуя с нередуцирующих концов молекулы амилозы и амилопектина, отщепляет молекулы глюкозы гидролизуя α (1-4)- и α (1-6)-гликозидные связи. Данный фермент наиболее часто встречается у микромицетов рода Aspergillus, Rhizopus.

Источник

1. Крахмал

Крахмал — самый распространённый полисахарид. Он образуется в клетках растений из глюкозы и выполняет функцию запасного углевода. Больше всего крахмала содержат клубни картофеля, зерно риса и кукурузы.

Состав крахмала выражает молекулярная формула ( C 6 H 10 O 5 ) n , а его молекулы образованы остатками α -глюкозы. В каждом структурном звене есть три гидроксильные группы, а альдегидная группа отсутствует.

Крахмал состоит из двух полисахаридов — амилозы и амилопектина. Молекулы амилозы линейные, а молекулы амилопектина имеют разветвлённое строение. Молекулы амилозы меньше (степень полимеризации \(100\)–\(1400\)) по сравнению с амилопектином (степень полимеризации до \(6000\)).

Крахмал представляет собой белый аморфный порошок. Это вещество не растворяется в холодной воде, а в горячей образует клейстер.

При нагревании крахмального клейстера с серной кислотой происходит гидролиз. Этот процесс идёт ступенчато с образованием декстринов, мальтозы и глюкозы:

При действии на крахмал или на крахмальный клейстер спиртового раствора йода наблюдается характерное синее окрашивание, реакцию используют для обнаружения крахмала. При нагревании синий цвет исчезает, а при охлаждении опять проявляется.

В промышленности крахмал получают из природного сырья — картофеля, риса или кукурузы. Сырьё измельчают, промывают водой, отстаивают полученную взвесь и выделяют из неё крахмал.

Крахмал входит в состав продуктов питания — хлеба, картофеля, макарон, разных круп. В организме он расщепляется до глюкозы под действием ферментов. Избыток глюкозы превращается в животный крахмал гликоген и откладывается в печени и мышцах.

Крахмал находит применение в целлюлозно-бумажной, пищевой, фармацевтической промышленности. Из него получают глюкозу, патоку, клей, этанол, молочную кислоту.

Источник