Властивості олігосахаридів

Ця група вуглеводів за своїми фізичними властивостями наближається до моносахаридів. Всі вони розчиняються у воді, а розчини оптично активні. Але ступінь розчинності олігосахаридів різний. Найменшою розчинністю відзначається лактоза. Це часто є причиною появи такого недоліку згущених молочних консервів, як піскуватість. При порушенні технології виробництва (зокрема охолодження) кристалики лактози через недостатню розчинність утворюють явища борошнистості або піскуватості.

Більшість олігосахаридів має нижчу солодкість, ніж моносахариди. Як уже відзначалося, згідно з Бістером Вудом і Валіном, за еталон солодкості взято сахарозу (100 одиниць солодкості). Солодкість мальтози дорівнює 32,5 одиниці, рафінози — 22, лактози — 16 одиницям.

Олігосахариди мають різну гігроскопічність. Наприклад, мальтоза дуже гігроскопічна, а хімічно чиста сахароза практично негігроскопічна. Тому для того, щоб відкрита карамель не зволожувалася, її обсипають цукром-піском.

Хімічні властивості олігосахаридів зумовлюються наявністю кисневоглікозидного зв'язку (гідроліз) і напівглікозидного гідроксилу (окиснення, відновлення, заміщення).

Усі олігосахариди здатні гідролізуватися, утворюючи при цьому ті моносахариди, із залишків яких вони складались. Наприклад, мальтоза утворює дві глюкози, лактоза — галактозу і глюкозу.

При гідролізі сахарози, яка має кут обертання з плюсом, тобто обертає площину поляризованого променя вправо, в одержаній суміші глюкози і фруктози знак обертання змінюється, оскільки фруктоза дужче обертає вліво, ніж глюкоза вправо. Це явище називається інверсією, а одержана суміш рівних кількостей глюкози і фруктози — інвертним цукром, який дуже гігроскопічний, солодший, ніж сахароза, менше здатний до кристалізації, тому вводиться до складу кондитерських виробів (варення, повидла, мармеладу) для запобігання зацукровуванню, в тісто — для зменшення швидкості черствіння.

Олігосахариди не можуть зброджуватися різними мікроорганізмами, але після гідролізу утворені моносахариди добре зброджуються.

Внаслідок особливостей утворення деякі олігосахариди (сахароза, трегалоза, рафіноза) нездатні вступати в окиснювально-відновні реакції, оскільки на утворення кисневоглікозидного зв'язку в молекулах цих цукрів використані напівглікозидні гідроксиди. Ті ж олігосахариди, при утворенні яких один напівглікозидний гідроксил залишився вільним (мальтоза, лактоза), здатні вступати в окисно-відновні реакції і називаються редукуючими цукрами.

Характерною властивістю цукрів є їхня здатність до карамелізації. При нагріванні цукру вище температури плавлення він спочатку перетворюється в ангідрид, а потім, при втраті приблизно 20% води, в речовину коричневого кольору, гіркого смаку — карамелей. Ця реакція має місце при смаженні кави, випіканні хліба. Карамель використовується як барвник в лікеро-горілчаній, безалкогольній та кондитерській промисловостях.

При виробництві деяких харчових продуктів (виготовлення ірису, випікання хліба, пастеризація молока), зберіганні (згущеного молока, концентратів, консервів у герметичній тарі) і обробці в хатніх умовах (смаження риби, м'яса, овочів) відбувається реакція меланоїдиноутворення (реакція Майєра), внаслідок чого продукт набуває темного забарвлення і специфічного смаку.

Реакція меланоїдиноутворення являє собою взаємодію глікозидного гідроксилу цукру з аміногрупою амінокислот, поліпептидів, білків. Цей процес є серією хімічних перетворень з утворенням складних сполук, серед яких провідне місце займають речовини коричневого кольору різних відтінків, які одержали назву меланоїдини.

Утворення меланоїдинів бажане при обсмажуванні риби, м'яса, овочів — з'являється характерний колір і аромат смажених продуктів.

Реакція меланоїдиноутворення не бажана при виготовленні та зберіганні соків, сушених плодів, овочів, бо при цьому змінюється не тільки колір продуктів, але й з'являється незвичний смак і запах, знижується їхня харчова цінність.

Інтенсивність реакції підвищується зі збільшенням загальної кількості сухих речовин у продукті, але зменшення вологи до 2% і нижче призводить до істотного зниження швидкості цієї реакції.

Чорні продукти, що утворюються внаслідок цієї реакції, токсичні. При виробництві деяких продуктів для запобігання меланоїдиноутворення використовують сировину з малою кількістю редукуючих цукрів.

Полісахариди — це високомолекулярні продукти поліконденсації моносахаридів, які зв'язані кисневоглікозидними зв'язками в лінійні або розгалужені ланцюжки.

Систематичної хімічної номенклатури полісахаридів немає. Свою назву полісахариди одержали залежно від того, звідки їх виділили або у зв'язку з особливостями їхніх властивостей.

У складі харчових продуктів ми частіше зустрічаємося з такими полісахаридами, як крохмаль, целюлоза (клітковина), глікоген (тваринний крохмаль), інулін. Всі ці полісахариди в основі своєї молекули мають гексози, тому називаються гексозанами і мають загальну формулу (С₆Н₁₀0₅)_n.

Полісахариди зустрічаються переважно в рослинах. Деякі з них (целюлоза) утворюють опорні тканини, а інші (крохмаль, інулін) виконують роль запасних речовин.

Крохмаль — резервний полісахарид рослин. У значних кількостях міститься в зернових (60-80%), картоплі (до 30%). Потреби людини у вуглеводах майже на 70% покриваються завдяки крохмалю.

У клітинах рослин крохмаль міститься у вигляді крохмальних зерен, форма і розмір яких залежить від виду рослини. Так, наприклад, зерна рисового крохмалю маюто найменший розмір, дугастої форми, а зерна картопляного крохмалю овальні (яйцеподібні) і найбільші за розміром.

У зерні крохмалю є оболонка, яка складається з амілопектину і внутрішня частина, що складається з амілози. Співвідношення амілози і амілопектину залежить від виду рослини, ступеня стиглості зерна чи бульб. Звичайно амілози в крохмальному зерні міститься 17-24%, а амілопектину — 76-83%. Виняток становлять воскоподібна кукурудза і глютинозний рис, крохмаль яких майже повністю складається з амілопектину.

Амілоза і амілопектин складаються із залишків α-глюкопіранози, але відрізняються будовою своїх молекул та властивостями.

Амілоза — це нерозгалужені довгі ланцюги, які побудовані із 1000-1600 залишків глюкози. Вона розчиняється в гарячій воді (при температурі 70-80°С) й утворює слабков'язкі розчини. У присутності йоду вона синіє.

Молекули амілопектину також побудовані із залишків глюкози, але на відміну від молекул амілози ці ланцюги дуже розгалужені. Амілопектин має значно більшу молекулярну масу, бо до його складу входить понад 30 тис. залишків молекул глюкози. Амілопектин у воді не розчиняється, а тільки набухає, у гарячій воді утворює в'язкий клейстер, йодом забарвлюється у червоно-бурий колір.

Під дією ферменту α-амілази крохмаль гідролізується до декстринів. Спочатку утворюються амілодекстрини, які забарвлюються йодом у фіолетовий колір. Амілодекстрини переходять в еритродекстрини, які при дії йоду дають червоно-бурий колір. Далі з'являються архо- і мальтодекстрини, які не забарвлюються йодом. Фермент α-амілаза викликає гідроліз крохмалю з утворенням мальтози, яка під дією β-амілази перетворюється в кінцевий продукт гідролізу — глюкозу.

Гідроліз крохмалю можна викликати і дією кислот. При тривалому кип'ятінні крохмального клейстеру з кислотами одержують так звану глюкозну патоку, на відміну від мальтозної патоки, що утворюється при ферментативному гідролізі.

Глікоген (тваринний крохмаль) - відкладається в печінці людини (до 20%) і служить запасною речовиною. За будовою молекули дуже схожий з амілопектином, але більш розгалужений і містить меншу кількість залишків глюкопіранози.

При гідролізі глікогену спочатку утворюються декстрини, а потім мальтоза і глюкоза.

Целюлоза (клітковина) — основний будівельний матеріал рослинних тканин. Її кількість у різних рослинах коливається в межах — від 2,0% (в зернових) до 98% (у волосках насіння бавовни). Целюлоза — це нерозгалужений полісахарид, побудований із залишків β-глюкопіранози. Молекули целюлози витягнутої, ниткоподібної форми, з'єднані в пучки, які за допомогою водневих зв'язків утворюють волокна. Тому целюлоза має значну механічну міцність.

Целюлоза не розчиняється у воді і в більшості розчинників. Травними соками людини гідролізується лише частково ніжна нездерев'яніла клітковина картоплі, капусти й інших продуктів, а здерев'яніла, тобто просякнута мінеральними солями, лігніном, рутином, не засвоюється. Але наявність целюлози в раціоні харчування людини бажана, оскільки вона поліпшує перистальтику шлунка і допомагає проходженню їжі по шлунково-кишковому тракту. Крім того, целюлоза має властивість виводити з організму холестерин і тим самим запобігати розвитку атеросклерозу.

Інулін — полісахарид, який складається із залишків (38-45) фруктофуранози. Міститься в бульбах земляної груші (до 17%), цикорію (15-17%), в корінні кульбаби (17%). Інулін легко розчиняється у теплій воді, утворюючи колоїдні розчини. У медицині його використовують як замінник цукру і крохмалю в їжі хворих на цукровий діабет.

Пектинові речовини - побудовані із залишків галактуронової кислоти, яка є продуктом окиснення глюкози. Вони здебільшого містяться у продуктах рослинного походження — плодах, ягодах, овочах.

Значна кількість пектинових речовин знаходиться в яблуках 0,3-1,5%, в абрикосах 0,5-1,2%, в аґрусі 0,3-1,4%. Особливо велика кількість їх міститься у шкірці лимонів та помаранчів (до 30%).

Пектинові речовини у харчових продуктах знаходяться у вигляді протопектину, пектину, пектинової та пектової кислот.

Пектинові речовини відіграють важливу роль як регулятори водного обміну в рослинних організмах. Завдяки тому, що вони мають гідрофільні властивості, вони добре набухають у воді і утворюють колоїдні розчини, тим самим запобігають надмірному випаровуванню вологи з тканин рослини.

Протопектин — це високомолекулярна, нерозчинна у воді сполука. Молекула протопектину складається з пектину та арабану, які утворюються внаслідок гідролізу протопектину. Він надає твердість рослинним клітинам і тканинам. Протопектин переважно міститься у недозрілих плодах та овочах.

Під дією пектолітичного ферменту протопектинази з протопектину утворюється пектин. За хімічною природою пектин — це складний ефір метилового спирту та пектинової кислоти. Він має меншу молекулярну масу, ніж протопектин, розчиняється у воді і клітинному соку. Внаслідок цього тканини плодів стають більш м'якими, ніжними та соковитими. Саме це відбувається при достиганні плодів і плодових овочів, а також при нагріванні з розбавленими кислотами і лугами (розварювання плодів і овочів при кулінарній обробці).

При перезріванні плодів пектин під впливом ферменту пектази перетворюється в пектинову кислоту та метиловий спирт. Внаслідок цього процесу плоди втрачають соковитість, змінюється їхня консистенція (вони стають м'якими та пухкими).

Пектин у присутності достатньої кількості цукру і кислоти (у середньому 60% цукру, 1% кислоти і 0,5-1,5% пектину) здатний утворювати міцне желе. Ця властивість пектину широко використовується при виробництві деяких фруктово-ягідних кондитерських виробів (мармеладу, пастили, желе).

Пектин використовують при виробництві кисломолочних продуктів, як добавку, завдяки якій збільшується термін їхнього зберігання, а також у хлібопекарній промисловості для покращення якості хліба.

Пектинові речовини широко використовуються в медицині, тому що вони мають широкий спектр біологічної дії на тваринний організм. Висока здатність до набухання і поглинання токсичних речовин та мікроорганізмів роблять пектин хорошим засобом від шлункових розладів. Пектинові препарати використовують як засоби, що здатні зупиняти кровотечу. Пектини можуть використовуватися для виготовлення замінників плазми крові, регуляторів холестерину і цукру в крові людини.

Ліпіди

Ліпіди (від грецького lipos — жир) - являють собою складні органічні сполуки, до складу яких входять жирні кислоти. За хімічною природою більшість ліпідів (за винятком стеринів) є складними ефірами, вони не розчиняються у воді, а розчиняються в органічних розчинниках (ефір, бензол).

Ліпіди входять до складу будь-яких тканин як структурний елемент клітини, а також як запасний матеріал сполучної тканини, насіння рослин, м'якоті плодів та ін. Кількість ліпідів досягає в насінні деяких рослин до 55-60%, у жирових тканинах до 95%.

До складу ліпідів входять жири (суміш тригліцеридів) та ліпоїди (жироподібні речовини).

Жири беруть активну участь у пластичних процесах і виступають джерелом енергії. При повному окиснюванні 1 г жиру виділяється близько 39 Кдж енергії, що у два рази більше, ніж з такої ж кількості білків чи вуглеводів. Жири — це носії жиророзчинних вітамінів та біологічно активних ліпоїдів (фосфогліцеридів). Людині на добу потрібно від 80 до 100 г жирів.

Серед харчових продуктів важко знайти такі, які б у своєму складі не мали жиру (виняток становлять кухонна сіль і цукор). Кількість жирів в окремих продуктах неоднакова (табл.2.5).

Таблиця 2.5

Вміст жиру в окремих харчових продуктах, %

Продукт	Кількість	Продукт	Кількість
Рослинні олії	99,6-99,8	Палтус	14-16
Вершкове масло	62,5-82,5	Тріска	0,6-1,2
Свинина	28-50	Молоко	1-6
Ковбаси варені	18-25	Хліб	1-1,4
Ковбаси напівкопчені	25-40	Борошно	1,1-2,2
Яловичина	10-16	Овочі свіжі	0,3-0,6