Клітковина

Клітковина (целюлоза) складається із залишків -D-глюкопіранози, що поєднані 1,4-глікозидним зв'язком:

Фрагмент молекули клітковини

Клітковина має молекулярну масу від 100 тис. до 1 млн. Вона не розчиняється у воді. Завдяки своїй стійкості це найбільш поширений в світі біополімер. Характерною особливістю клітковини, яка визначає в основному її механічні, фізико-хімічні та хімічні властивості, є лінійна конформація її молекул, яка зміцнена внутрішньо молекулярними водневими зв'язками. Лінійна макромолекули клітковини, розташовуючись приблизно паралельними пучками, утворюють за рахунок додаткових міжмолекулярних водневих зв'язків структури, регулярні у трьох вимірах, що характерно для кристалів. У волокні клітковини між кристалічними фрагментами розташовуються аморфні, наявністю яких обумовлена висока механічні міцність і нерозчинність волокон, проте як набрякання і реакційна здатність пов'язані з більш легко проникними для хімічних реагентів аморфними фрагментами.

Клітковина виконує роль опорного матеріалу і є складовою частиною оболонок рослинних клітин. Клітковина має високу механічну міцність, розщеплюється спеціальним ферментом целюлазою в організмі травоїдних тварин. Ферменти шлунково-кишкового тракту людини не розщеплюють клітковину, тому її відносять до баластних речовин або харчових волокон. Клітковина посилює виділення жовчі, що сприяє кращому виведенню з організму холестерину. Ця її властивість використовується в лікувальному харчуванні при захворюваннях печінки, жовчного міхура, а також при атеросклерозі. Тому що клітковина викликає відчуття ситості після їжі і знижує засвоюваність основних харчових речовин, її у вигляді овочів, ягід та виробів з висівок призначають при надмірній повноті та цукровому діабеті.

Макромолекули клітковини мають лінійну волокнисту будову.

Це волокниста речовина, міцна, без кольору, без запаху, не дає забарвлення з йодом, не розчиняється у воді і органічних розчинниках. Розчиняється в деяких розчинниках (наприклад, реактив Швейцера). Клітковина стимулює перистальтику кишківника, нормалізує життєдіяльність корисної кишкової мікрофлори, сприяє виведенню з організму холестерину.

Геміцелюлози — гетерополісахариди із порівняно невисокою молекулярною масою. Вони мають більш менш лінійну структуру молекул, але не утворюють фібрилярних структур і разом з пектиновими речовинами, які побудовані в основному з залишків уронових кислот, відіграють у клітинній стінці рослини роль матеріалу-цементу. До геміцелюлоз відносяться такі гетерополісахариди, як глюкомананщ галактоманани ксилани що містять у бокових ланцюгах залишки манози, галактози, арабінози, ксилоли, глюкози та інших моносахаридів. Геміцелюлози широко використовуються для одержання кормових та харчових продуктів, серед яких слід відмітити агар, агарозу, ксиліт. Геміцелюлози відносяться до групи харчових волокон, які необхідні для нормального травлення.

Фрагмент молекули геміцелюлози глюкоманану

До пектинових речовин відносяться поліуроніди, які присутні у розчинній або нерозчинній формі практично у всіх наземних рослинах і деяких водоростей. Нерозчинні пектинові речовини, такі як протопектин, скидають більшу частину міжклітинної речовини і первинної стінки молодих рослинних клітин. Особливо багаті протопектином тканини, клітини Яких не мають вторинної стінки, наприклад м'якоть плодів. Розчинні пектинові речовини містяться в основному у соках рослин. При дозріванні і зберіганні плодів нерозчинні форми пектину переходять в розчинні, з цим пов'язано пом'якшення плодів при дозріванні і зберіганні. Перехід нерозчинних форм пектину в розчинні відбувається під час теплової обробки рослинних продуктів. '

Найбільша кількість пектинових речовин знаходиться в плодах і коренеплодах. Отримують пектини з яблучних вичавків, буряка, кошиків соняшнику, цитрусових.

Головним моносахаридом, який входить до складу пектинових речовин, є D-галактуронова кислота, присутніми у меншій кількості є L-арабіноза і D-галактоза, рідко – D-ксилоза, L-фруктоза та ін. Частина залишків уронових кислот у пектинових речовинах етерифікована метиловим спиртом. Такі частково етерифіковані поліуроніди називають пектиновими кислотами, а полікарбоксильні сполуки – пектовкми кислотами.

Фрагмент молекули пектинової кислоти

Фрагмент молекули пектової кислоти

Важливою властивістю пектинових речовин е утворення їх розчинами міцних гелів або драглів. Драглеутворення обумовлено міжмолекулярною асоціацією. Цьому процесу сприяє наявність у розчині сахарози і органічних кислот (лимонної, винної та ін.), що пов'язано з порушенням сольватації полімерних молекул у присутності цих сполук. Сильний вплив на властивість до драглеутворення має наявність у розчині неорганічних солей і ступінь етерифікації карбоксильних груп полісахаридів.

Пектинові речовини як драглеутворювачі широко використовуються у виробництві мармеладу, пастили, желе і джемів, а також в хлібопеченні, сироварінні. У харчовому виробництві джерелом пектинових речовин є яблука або лимони.

До фітополісахаридів відносяться також слизи, гуми (камеді). Камеді – це полісахариди, які виділяються у вигляді в'язких розчинів і утворюють склоподібну масу при порушенні цілісності кори багатьох дерев, оболонки рослин. Властивість утворювати камеді розповсюджена у рослин дуже широко. Найбільш відомі камедоносні рослини відносяться до родини бобових, трояндоквітним та ін. Камеді є гетерополісахаридами, які складаються з декількох моносахаридів, серед яких може бути одна або кілька уронових кислот. Завдяки підвищеній в'язкості, клейкості, набряканню та іншим цінним властивостям камеді широко використовуються у харчовому виробництві як емульгаторц, згущувачі, зв'язуючи речовини та стабілізатори.

Слизи – полісахариди, подібні до камедей, але містяться у непошкоджених рослинах. Джерелом слиз є кора, корні, листя, насіння та ін. Значну кількість слизів містять зерна жита та льону, звідки їх екстрагують водою. На сьогоднішній день слизи і камеді практично не розрізняють за хімічною будовою, але відмічають, що серед слизів більше полісахаридів з відносно простою структурою. Серед слизів зустрічаються багато нейтральних гетеро- і гомополісахаридів. Слизи набухають у воді і утворюють в'язкі розчини, Слизи овочевих рослин – гідрофільні полісахариди, які накопичуються 8 варінні, корінцях та інших продуктових органах у слизових ходах. За хімічним складом нейтральні слизи подібні до геміцелюлози, а кислі – до камеді.

Слизи відіграють важливу роль під час набухання та проростання насіння, Наприклад, вже 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. Товсті слизові оболонки навколо насіння утворює кавун слизистонасінний та момордіка. Овочеві рослини з великою кількістю слизу дуже корисні для приготування дієтичних страв, які лікують гастрити та виразки шлунку.

Полісахариди морських водоростей за своєю будовою суттєво відрізняються від полісахаридів наземних рослинних організмів. Хоча клітковина, яка приймає участь у побудові клітинних стінок водоростей, подібна звичайній клітковині, основну масу цих стінок і міжклітинної речовини складають так звані слизи водоростей — агар, карагінан та альгінова кислота та ін. Агар і карагінан одержують у промисловому масштабі з багатьох видів червоних водоростей. Агар є сумішшю полісахаридів агарози та агаро- пектину. Агароза побудована з D-галактози і 3,6-ангідро-L-галактози. Альгінову кислоту одержують з бурих водоростей.

Фрагмент молекули альгінової кислоти

Полісахариди водоростей широко використовуються у харчовому, текстильному та ін. виробництвах.

Поєднуючи тканина тваринних організмів містить значну кількість кислих мукополісахаридів. Це лінійні полімери з молекулами, які побудовані із залишків аміноцукрів та уронових кислот. Кислі властивості багатьох з них обумовлені наявністю карбоксильних груп і присутністю залишків сульфатної кислоти. Кислі мукополісахариди у поєднуючій тканині утворюють комплекси з білками. До таких полісахаридів відносяться гіалуронова кислота. Повний кислотний гідроліз цього полісахариду дає глюкозамін, оцтову кислоту, оксид карбону в результаті декарбоксилування уронової кислоти.

Фрагмент молекули гіалуронової кислоти

Важливою властивістю гіалуронової кислоти є утворення розчинів високої в'язкості. На цю властивість сильно впливає іонна сила і рН розчину.

Бродіння вуглеводів

Процеси бродіння моносахаридів широко використовуються у харчових технологіях у виробництві хліба, пива, квасу, спирту, вина тощо. Бродіння – це процес розщеплення моносахаридів під дією різних факторів, мікроорганізмів. Бродіння розрізняють – спиртове, молочнокисле, маслянокисле і лимоннокисле.

Спиртове бродіння протікає під впливом мікроорганізмів і відіграє важливу роль у виробництві спирту, вина, хлібобулочних виробів. Поряд з основними продуктами, які одержують під час спиртового бродіння, спирту і діоксидом карбону, в результаті бродіння утворюються такі сполуки, як гліцерин, янтарна кислота, оцтова кислота, ізоаміловий та ізопропіловий спирти та інші. Ці продукти суттєво впливають на смак і аромат харчових продуктів.

Молочнокисле бродіння відбувається під час одержання кефіру та інших молочнокислих продуктів, сиру, квашенні капусти. Відомі дві групи молочнокислих бактерій. У першу з них входять гомоферментативні бактерії, які утворять тільки молочну кислоту. Молочнокислі бактерії другої групи (гетероферментативні бактерії) утворюють, крім молочної, ще й оцтову кислоту, а також етиловий спирт (нерідко в досить значних кількостях), вуглекислий газ, мурашину кислоту та інші продукти. Співвідношення між цими продуктами залежить від багатьох умов (температура, рН середовища та ін.). Найчастіше це обумовлено спільною діяльністю молочнокислих бактерій із дріжджами. Такого роду спільні «закваски» часто створюються штучно і широко використовуються при випіканні хлібу, у виробництві хлібного квасу і ряду молочнокислих продуктів (сир, кефір, кисляк, кумис тощо).

Широко застосовується молочнокисле бродіння у виробництві молочної кислоти, яка використовується у ряді галузей харчової промисловості.

В результаті маслянокислого бродіння утворюється масляна кислота. Цей процес відбувається під час тривалого зберігання харчових продуктів. Масляна кислота має гіркий присмак. Накопичення цієї кислоти у складі продуктів погіршує їх смакові якості.

Лимоннокисле бродіння відбувається під дією пліснявих грибків. Промислове одержання лимонної кислоти відбувається шляхом зброджування грибом Aspergillus піgег розчину сахарози.