Углеводы

Углеводы — это группа веществ, построенных из трех химических элементов: углерода, водорода и кислорода. Они играют важнейшую роль в обмене веществ и энергии в организме человека и животных. Углеводы служат основным источником энергии и являются выгодным энергетическим материалом: для их окисления требуется меньше кислорода, т.к. в углеводных молекулах в большем количестве, чем в молекулах других питательных веществ. Они входят в состав клеточных стенок, основного вещества соединительной ткани. Кроме того, в составе сложных биополимеров углеводы могут являться носителями биологической информации: принадлежность крови человека к той или иной группе, например, диктуется исключительно структурой и последовательностью углеводов.

По физическим и химическим свойствам углеводы делят на
- моносахариды (простые сахара),
- олигосахариды (сложные сахара), содержащие от 2-х (дисахариды) до 10 моносахаридных остатков, соединенных между собой гликозидной связью,
- полисахариды (несахароподобные) или высшие углеводы, построенные из многих моносахаридных остатков.

— Моносахариды имеют формулу С6Н12O6. По внешнему виду моносахариды — белые кристаллические вещества, сладкие на вкус, легко усваиваются организмом. К ним относят глюкозу, фруктозу, маннозу, галактозу, пентозу и др. В настоящее время известно около 70 моносахаридов, из них 20 найдены в природе, остальные искусственно синтезированы.
• Глюкоза (виноградный сахар) находится в плодах, овощах, меде. В организме человека является обязательным компонентом крови. Входит в качестве основного звена в состав многих природных олиго- и полисахаридов.
• Фруктоза (плодовый сахар) содержится в меде, семечковых плодах и арбузах.
• Манноза может встречаться в свободном виде, но чаще вместе с другими моносахаридами образует длинные полисахаридные цепи.
• Галактоза является составной частью молочного сахара, обладает незначительной сладостью.
• Пентоза ( углеводород, содержащий 5 углеродных атомов), ее разновидности рибоза и дезоксирибоза входят в состав рибонуклеиновых и дезоксирибонуклеиновых кислот (РНК и ДНК).
Глюкоза и фруктоза хорошо растворимы в воде, гигроскопичны (особенно фруктоза), легко сбраживаются дрожжами с образованием этилового спирта и углекислого газа.

— Дисахариды имеют общую формулу C12H22O11. Это белые кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде, сладкие на вкус. Однако сладость различных сахаров неодинакова (если сладость сахарозы принять за 100, то при одинаковой температуре сладость остальных сахаров составляет: фруктозы — 173, глюкозы —74, мальтозы и галактозы — 32, лактозы — 16. К ним относят сахарозу, мальтозу, лактозу и трегалозу.
• Сахароза (свекловичный сахар) содержится в сахарной свекле, сахарном тростнике, плодах, овощах. Состоит из остатков глюкозы и фруктозы, является основным пищевым углеводом. Под действием ферментов и при нагревании с растворами кислот легко гидролизуется с образованием глюкозы и фруктозы. Смесь, состоящая из равного количества глюкозы и фруктозы, называется инвертным сахаром, который очень гигроскопичен. Сахароза же хорошо растворяется в воде, но гигроскопичность ее незначительна. Поэтому, чтобы, например, предохранить открытую карамель от увлажнения, ее обсыпают сахаром. На растворимости сахарозы основано использование сахарной пудры для посылки поверхности киселей, форм для желе и кремов.
• Мальтоза (солодовый сахар) состоит из 2-х остатков глюкозы, образуется при частичном гидролитическом расщеплении крахмала и гликогена — основных резервных углеводов растений и животных. Содержится в проросшем зерне, патоке. При гидролизе мальтозы образуется глюкоза.
• Лактоза (молочный сахар) содержится в молоке, состоит из остатков галактозы и глюкозы. Под действием ферментов молочно-кислых бактерий лактоза сбраживается с образованием молочной кислоты. На этом основано получение кисло-молочных продуктов. При гидролизе лактозы образуются глюкоза и галактоза.
• Трегалоза находится в грибах, пекарских дрожжах.
Под действием ферментов пищеварительного тракта олигосахариды легко гидролизуются с образованием моносахаридов и поэтому хорошо усваиваются. Гидролиз олигосахаридов происходит также при нагревании их с раствором кислот, при варке варенья, киселей из плодов и ягод.
Под действием дрожжей сахароза и мальтоза сбраживаются с образованием этилового спирта и выделением углекислого газа.

— Полисахариды имеют общую формулу (С6Н10О5)n. К ним относят крахмал, гликоген, инулин, клетчатку.
• Крахмал содержится в продуктах растительного происхождения: муке, крупе, макаронных изделиях (70 —80%), картофеле (12—24%) и др. Зерна крахмала различных растений по строению и размеру неодинаковы: самые крупные зерна овальной формы у картофельного крахмала, самые мелкие угловатой формы— у рисового. Наружная часть зерна крахмала состоит из амилопектина, внутренняя —из амилозы. Амилопектин при нагревании с водой набухает и клейстеризуется, в результате происходит увеличение объема при варке круп и макаронных изделий. При хранении продуктов (хлеба, вареного картофеля и др.) наблюдается ретроградация (старение) клейстеризованного крахмала с выделением капелек воды. В холодной воде крахмал нерастворим. Под действием фермента -амилазы крахмал расщепляется до декстринов, под действием -амилазы – до мальтозы, которая в свою очередь под действием фермента мальтазы превращается в глюкозу. Гидролизом крахмала получают патоку. При потреблении крахмалистых продуктов крахмал под действием осахаривающих ферментов слюны и пищеварительных соков осахаривается и хорошо усваивается. Усвоение крахмала происходит постепенно, по мере его расщепления. Характерной реакцией для определения крахмала в пищевых продуктах является действие йода, который окрашивает крахмал в синий цвет.
• Гликоген (животный крахмал)- важный резервный полисахарид животных и человека, откладывается в печени(до 20 %) и мышцах(до 4 %). Растворим в воде, конечным продуктом гидролиза является глюкоза.
• Инулин содержится в земляной груше, цикории. Хорошо растворим в горячей воде, конечным продуктом гидролиза является фруктоза.
• Клетчатка (Целлюлоза)— главный компонент клеточных стенок растений. Состоит только из остатков глюкозы, соединенных друг с другом в длинные прямые цепи. Неодревесневевшая клетчатка, содержащаяся в листьях капусты и некоторых овощей, растворяется пищеварительными соками. Одревесневевшая, содержащаяся, например, в оболочках зерна, кожуре картофеля, организмом не усваивается. Плохо перевариваясь, клетчатка положительно действует на процесс пищеварения, усиливая перистальтику кишечника. Человеку требуется около 25 г. клетчатки в сутки.

При нагревании кристаллов сахара до температуры 160 — 190 С происходит карамелизация с образованием темноокрашенного вещества — карамелена, хорошо растворимого в воде. На этом явлении основано использование в кулинарии «жженки» для подкрашивания соусов и желе.
При кипячении молока, выпечке хлеба происходит взаимодействие сахаров с аминокислотами белков. В результате этой реакции образуются меланоидины, придающие кремовый цвет топленому молоку и коричневый — корочке выпеченного хлеба.
Являясь основным компонентом пищи человека, углеводы поставляют большую часть энергии, необходимой для жизнедеятельности организма. В организме человека более половины энергии образуется за счет углеводов. Энергетическая ценность усвояемых углеводов равна 15,7 кДж, или 3,75 ккал тепла (при окислении 1 г.) Человеку в сутки необходимо 400 — 500 г. углеводов, из них 50 — 100 г. моно— и дисахаридов. Из-за ограниченной способности накапливаться в организме под влиянием инсулина избыток углеводов превращается в жир и накапливается в жировом депо. Избыток углеводов в питании приводит к появлению лишнего веса и тучности. При физической работе роль углеводов в энергообеспечении организма повышается. Они расщепляются первыми, когда возникает необходимость в срочном образовании энергии. Например, при максимальной и субмаксимальной мощности около 70 – 90% всей расходуемой энергии обеспечивается за счет гликолиза, т.е. путем расщепления глюкозы.