Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Углеводы – источник питания

Содержание.

Введение……………………………………………………….стр.3

Глава 1

Классификация углеводов и нахождение их в природе….…стр.

Глава 2

История открытия углеводов…………………………….…...стр.

Глава 3

Углеводы – источник питания………………………………..стр.

Заключение…………………………………………………….стр.

Используемая литература…………………………………….стр.

Приложение

Введение.

Предмет исследования: углеводы растительного происхождения, характеристика их строения, свойств и пищевая ценность.

Задачи:

Выявление строения молекул углеводов, их свойства.
Изменения углеводов в процессе технологической обработки пищи.

Цель работы: изучить теоретические воззрения по вопросу исследования строения углеводов и их свойств, прогнозировать пищевую ценность.

Углеводы – обширный класс органических соединений. В клетках живых организмов углеводы являются источниками и аккумуляторами энергии. В растениях (где на долю углеводов приходится 90% сухого вещества) и некоторых животных они выполняют роль опорного материала, входят в состав многих важнейших природных соединений, выступают в роли регуляторов важнейших биохимических реакций. Соединяясь с белками и липидами, углеводы образуют сложные высокомолекулярные комплексы, составляющие основу субклеточных структур, а следовательно основу живой материи.

Углеводы занимают исключительно важное место в питании. Их доля по калорийности в продуктах питания составляет от 50-80%.

Название «углеводы» предложил в 1884 году русский химик К.Г.Шмидт, исходя из того, что эти вещества по составу формально соответствуют соединению углерода с водой общей формулой С_m(Н₂О)_m . В дальнейшем стало известно много углеводов, не отвечающих этому условию, однако название «углеводы» прочно укоренилось в химии, биологии, медицине и других смежных науках.

Углеводы содержатся преимущественно в продуктах растительного происхождения. Образование углеводов в природе начинается со сложнейших биохимических реакций в процессе фотосинтеза растений из диоксида углерода и воды, который происходит в зеленых частях растений при участии хлорофилла. Этот процесс сопровождается поглощением тепловой энергии. Суммарный процесс фотосинтеза можно изобразить следующей схемой:

nCO₂ +nH₂O→ C_nH_2nO_n + n¹⁸O₂ – 2830Дж (676ккал)

Методом меченых атомов показано, что в процессе фотосинтеза кислород воды выделяется в атмосферу. В процессе ассимиляции углекислого газа растения ежегодно синтезируют до 1000 млрд. тонн биомассы, связывая до 150 млрд. тонн углерода и 25 млрд. тонн воды. При этом в атмосферу поступает до 400 млрд. тонн кислорода.

С углеводами мы встречаемся в домашнем быту буквально на каждом шагу. Во-первых, они содержатся в больших количествах в муке, крупах, картофеле, фруктах и ягодах. Во-вторых, применяется в кулинарии и в чистом виде: крахмал используется для приготовления киселей, сахар – для сладких блюд.

К углеводам относятся простые сахара (глюкоза – виноградный сахар, фруктоза – фруктовый сахар), а также сложные сахара, или дисахариды (свекловичный, молочный, солодовый, грибной) и полисахариды (крахмалы, клетчатка).

Углеводы – один из важнейших пищевых веществ. Они являются в нашем питании наряду с жирами основными поставщиками энергии. Каждый грамм углеводов дает 3,75 – 4 ккал, общая потребность в них для взрослого человека составляет 400 – 500 грамм в сутки с синтетическими заменителями.

Глава 1.

Классификация углеводов и нахождение их в природе.

Углеводы широко распространены в природе и играют большую роль в биологических процессах живых организмов и человека. В зависимости от их строения можно подразделить на моносахариды, дисахариды и полисахариды.

Углеводы

↓

Моносахариды Дисахариды Полисахариды

↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓

Глюкоза Фруктоза Рибоза Сахароза Мальтоза Крахмал Целлюлоза

Моносахариды. Молекулы моносахаридов построены из неразветвленных углерод-углеродных целей, содержащих различное число атомов углерода. В состав растений и животных входят главным образом монозы с 5, 4, 6 углеродными атомами – пентозы и гексозы. У атомов углерода расположены гидроксильные группы, а один из них окислен до альдегидной (альдозы) или кетонной (кетозы) группы.

Мы порой и не подозреваем, какие важные превращения претерпевают некоторые моносахариды, например глюкоза.

При изучении состава глюкозы выяснили, что ее простейшая формула СН₂О, а молярная масса 180г/моль. Отсюда можно сделать вывод, что молекулярная формула глюкозы С₆Н₁₂О₆.

Для установления структурной формулы молекулы глюкозы необходимо знать ее химические свойства. Экспериментально доказали. Что один моль глюкозы реагирует с пятью молями уксусной кислоты с образованием сложного эфира. Это означает, что в молекуле глюкозы имеется пять гидроксильных групп. Так как глюкоза с аммиачным раствором оксида серебра дает реакцию «серебряного зеркала», то в ее молекуле должна быть альдегидная группа. Опытным путем также доказали, что глюкоза имеет неразветвленную углеродную.

На основании этих данных строение молекулы глюкозы можно выразить следующей формулой:

Н Н Н ОН Н

Н – С – С – С – С – С – С

ОН ОН ОН Н ОН

Как видно из структурной формулы, глюкоза является одновременно многоатомным спиртом и альдегидом, т. е. альдегидоспиртом. Так как в молекуле глюкозы С₆Н₁₂О₆ шесть атомов углерода, то она является представителем гексоз.

Дальнейшие исследования показали, что кроме молекул с открытой цепью для глюкозы характерны молекулы циклического строения. Это объясняется тем, что молекулы глюкозы вследствие вращения атомов углерода вокруг связей могут принимать изогнутую форму и гидроксильная группа пятого атома углерода может приблизиться к альдегидной группе. В последней под воздействием гидроксильной группы разрывается П – связь. К свободной связи присоединяется атом водорода, и образуется шестичленное кольцо, в котором альдегидная группа отсутствует. Доказано, что в водном растворе существуют обе формы молекул глюкозы – альдегидная и циклическая, между которыми устанавливается химическое равновесие:

В молекулах глюкозы с открытой цепью альдегидная группа может свободно вращаться вокруг - связи, которая находится между первым и вторым атомами углерода. В молекулах циклической формы такое вращение невозможно. По этой причине циклическая форма молекул глюкозы может иметь различное пространственное строение:

А) - форма глюкозы – гидроксильные группы при первом и втором углеродных атомах расположены по одну сторону кольца молекулы

Б) - форма глюкозы – гидроксильные группы находятся по разные стороны кольца молекулы:

Глюкоза – бесцветное кристаллическое вещество со сладким вкусом, хорошо растворимое в воде. Из водного раствора она выделяется в виде кристаллогидрата С₆Н₁₂О₆Н₂О. По сравнению со свекловичным сахаром она менее сладкая. О том, что моносахарид глюкоза – необходимый компонент пищи, один из главных участников обмена веществ в организме, сейчас знает каждый. Прежде всего при ее окислении выделяется больше трети используемой в организме энергии. Есть и другой важный энергетический ресурс – жиры, но роль глюкозы и жиров в энергетике разных органов различна. Сердце, например, использует в качестве топлива жирные кислоты – продукт распада жиров.

Фруктоза (фруктовый сахар) – находится в плодах, ягодах, овощах, меде. Она очень гигроскопична. Сладость ее в 2,2 раза выше сладости глюкозы.

Галактоза – составная часть молочного сахара. Она обладает незначительной сладостью, в свободном виде в природе не встречается.

Манноза – содержится во фруктах.

Дисахариды (С₁₂Н₂₂О₁₁)_n. Особое значение имеют дисахариды, молекулы которых построены из двух одинаковых или разных моноз. Одна из молекул моноз всегда участвует в построении молекулы дисахарида свом полуацетальным гидроксилом, другая – полуацетальным или одним из спиртовых гидроксилов. Если в образовании молекулы дисахарида монозы участвуют своими полуацетальными гидроксилами, образуется невосстанавливающий дисахарид. В восстанавливающем дисахариде циклическая форма одного остатка не является закрепленной, и оставшийся свободным полуацетальный гидроксил может перейти таутомерную альдегидную форму. Поэтому восстанавливающий дисахарид может восстанавливать гидроксиды металлов до чистых металлов.

К дисахаридам относят сахарозу, мальтозу, лактозу, трегалозу. Это белые кристаллические вещества хорошо растворимые в воде, сладкие на вкус. Однако сладость без лишних сахаров не одинакова. Если сладость сахарозы принять за 100, то при одинаковой температуре сладость остальных сахаров составляет: фруктозы – 173, глюкозы – 74, мальтозы и галактозы – 32, лактозы – 16.

Под действием ферментов пищеварительного тракта они легко гидрализуются с образованием моносахаридов и поэтому хорошо усваиваются. Гидролиз дисахаридов 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. При нагревании кристаллов сахара до температуры 160-190 С происходит карамелизация с образованием темно – окрашенного вещества - карамелена, хорошо растворимого в воде. На этом явлении основано использование в кулинарии «жженки» для подкрашивания соусов и желе. Сахароза – это наиболее известный и широко применяемый в питании и пищевой промышленности сахар. Содержится в листьях, стеблях, семенах, плодах, клубнях растений. В сахарной свекле от 15-22% сахарозы, в сахарном тростнике 12-15%, это основные источники ее получения. Отсюда же возникли и ее названия – тростниковый или свекловичный сахар. В картофеле 0,65 сахарозы, луке 6,5%, моркови 3,5%, дыне 5,9%, абрикосах и персиках 6,0%, апельсинах 3,5%, винограде 0,5%. Ее содержится сравнительно много в кленовом соке и кукурузе 1,4-1,8%. Сахароза кристаллизуется без воды в виде больших моноклинных кристаллов. Подобно моносахаридам, ее водные растворы также способны вращать плоскость поляризации проходящего через нее плоскополяризованного луча света. Гидролиз сахарозы сопровождается образованием глюкозы и фрактозы. Последняя обладает более сильным вращением (-92*), чем глюкоза правым (+52,5*), поэтому при гидролизе сахарозы угол вращения изменяется. Гидролиз сахарозы получил название «инверсия», а смесь образующихся равных количеств глюкозы и фрактозы – «инвертный сахар», или «искусственный мед». Природным инвертным сахаром является мед, состоящий в основном из глюкозы и фруктозы. Сахароза после гидролиза сбраживается дрожжами, а при нагревании выше температуры плавления (160-186 С) карамелизуется, т. е. превращается в смесь сложных продуктов: карамелана, карамелена и других, теряя при этом воду. Процесс карамелизации можно выразить следующей схемой:

С₁₂Н₂₂О₁₁ → С₆Н₁₂О₆ + Н₂О

Все эти продукты темно – бурого цвета под названием «колер» используют при изготовлении напитков и в коньячном производстве для окраски готовых продуктов.

Мальтоза (С₁₂Н₂₂О_n)_n. Молекула мальтозы состоит из двух остатков глюкозы.

Мальтоза довольно широко распространена в природе, она содержится в проросшем зерне и особенно в больших количествах в солоде и солодовых экстрактах; отсюда и ее название. Образуется при неполном гидролизе крахмала разбавленными кислотами или аминолитическими ферментами, является одним из основных компонентов крахмальной патоки, широко используемой в пищевой отрасли промышленности. При гидролезе мальтозы получаются две молекулы глюкозы. Этот процесс играет роль в пищевой технологии, например при брожении теста как источник сбраживаемых сахаров.

Лактоза. Ее молекула состоит из остатков галактозы и глюкозы и обладает восстанавливающими свойствами. В коровьем молоке содержится до 6% лактозы, в женском молоке 7,7%. Отсюда и возникло ее название (от лат. Lactum – молоко). Лактоза способствует развитию молочно-кислых бактерий в пищеварительном тракте, антагонистов гнилостных микроорганизмов. Лактозу получают из молочной сыворотки – отхода при производстве масла и сыра. Она не участвует в спиртовом брожении, но под влиянием молочно-кислых дрожжей гидролизуется с последующим сбраживанием молочных продуктов в молочную кислоту.

Трегалоза находится в грибах, пекарских дрожжах.

Полисахариды. Они состоят из большого числа (6000-10000) остатков маноз. Они делятся на гомополисахариды, построенные из молекул моносахаридов только одного вида (крахмал, гликоген, клетчатка), и гетерополисахариды, состоящие из остатков различных моносахаридов (гемицеллюлоза, пектиновые вещества). Полисахариды не обладают сладким вкусом и называются несахароподобными углеводами. Эти вещества, кроме клетчатки, являются резервным источником энергии для организма.

Крахмал (С₆Н₁₀О₅)_n – наиболее важный углевод для человека, в питании которого он составляет 80% общего количества употребляемых углеводов, представляет собой цепь, состоящую из многих молекул глюкозы. Крахмал содержится во многих растительных продуктах: в зерне пшеницы 54%, риса 55%, гороха 47%, в картофеле 18%. В них он откладывается в качестве запасного вещества в виде своеобразных зерен, имеющих слоистое строение, различных по форме и величине. Различают крахмал картофельный, пшеничный, рисовый и кукурузный. Самые крупные зерна у картофельного крахмала, а самые мелкие у рисового. Крахмал не растворяется в воде. В горячей воде зерна крахмала набухают, связывая большое количество воды и образуя коллоидный раствор в виде густой массы – клейстера. 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. Харкатерной реакцией для определения крахмала в пищевых продуктах является действие йода, который окрашивается крахмалом в синий цвет.

Клетчатка-полисахарид, называемый целлюлозой и входящий в состав оболочек клеток растительных тканей. Клетчатка в воде не растворяется, организмом человека почти не усваивается. Она относится к группе балластных веществ, но необходима для регулирования двигательной функции кишечника. Много клетчатки (до 2%) в овощах, плодах, крупах, мучных изделиях низших сортов. В последнее время в лабораторных условиях производят гидролиз клейчатки с помощью кислот до получения простых сахаров, что в будущем найдет промышленное применение.

Гликоген – животный крахмал, содержащийся в основном в печени и мышцах. В организме человека гликоген участвует в образовании энергии, расщепляясь до глюкозы. Гликоген пищевых продуктов не является энергетическим источником, так как его содержится в них очень мало (0,5%). Гликоген растворим в воде, окрашивается йодом в буро-красный цвет, клейстера не образует.

Инулин содержится в земляной груше, цикории. При гидролизе превращается во фруктозу, растворяется в горячей воде, образуя коллоидный раствор.

Гемицеллюлозы – группа высокомолекулярных полисахаридов. Образующих вместе с клетчаткой клеточные стенки растительных тканей.

Эти полисахариды присутствуют главным образом в периферийных оболоченных частях зерна, соломе, кукурузных початков и подсолнечной лузге. Содержание их зависит от вида сырья: в кукурузных початках 40%, в зерне пшеницы и ржи 10% гемицеллюлоз. Их молекулы имеют линейное строение и состоят из остатков моноз (пентозы и гексозы), на которые и распадаются при гидролизе. Гемицеллюлозы широко применяют также для получения разнообразных технических, медицинских и пищевых продуктов.

Пектиновые вещества являются производными углеводов и входят в состав овощей и плодов. К ним относят протопектин, пектин, пектиновую и пектовую кислоты. Протопектин входит в состав межклеточных пластин, соединяющих клетку между собой. Его много в незрелых плодах и овощах, при созревании которых протопектин под действием ферментов переходит в пектин, что приводит к размягчению плодов и овощей. Пектин растворим в воде, находится в клеточном соке плодов и овощей. При кипячении с сахаром (65%) и кислотами (1%) он способен образовывать желе. Это свойство пектина используют в производстве мармелада, желе, джема, варенья, пастилы и др. Пектиновыми веществами богаты яблоки, абрикосы, сливы, алыча, черная смородина. В среднем в них содержится 0,01-2% пектиновых веществ.

Глава 2.

История открытия углеводов.

В 1747 году в Берлине произошло событие, на которое никто не обратил внимания. Немецкий алхимик Маргграф, проводя опыты со свеклой, получил из нее сахар. Открытие было столь ошеломляющим, что даже сам автор и его ученик поверить в происходящее не решались. В Европе в то время шли бесконечные войны, и об этом удивительном химическом опыте со свеклой вскоре забыли. Забыли на целых 50 лет, пока ученик Маргграфа однажды не решился построить маленький кустарный заводик, где стали ежедневно изготовлять светло-коричневые куски сахара. Но сахару опять не повезло. Во-первых, заводик оказался нерентабельным, а, во-вторых началась эпоха наполеоновских войн. И только в первой четверти 19 века сахар из свеклы стал производиться в разных странах. До этого сахар вырабатывали только лишь из тростника. Из него делали порошок, имевший лекарственное значение. Считалось, что сахар обладает чудодейственными свойствами – восстанавливает силы. Снимает боль. Благодаря этим качествам он пользовался большим спросом далеко за пределами Индии. По морям, океанам, берегам Египта и Европы спешили караваны судов, груженные сладкими сочными стеблями. Там купцы скупали их и везли дальше на север. Сладкий «индийский гость» вместе с другими восточными яствами был редкостью в заснеженных российских краях. Поэтому даже царские вельможи потребляли его чрезвычайно экономно. Древние ученые во многих странах упорно искали сахар в составе винограда, арбуза, кленового сока, солода. Столетиями бились они над разрешением сахарной проблемы. И только в середине 18 века в Германии было обнаружено, что он содержится в свекле. Первый сахарный завод в России начал работать в селе Алябьево Тульской губернии в 1802 году. Делали сахар из свеклы, выращиваемой в этих местах в небольшом количестве. Отечественное же рафинадное производство возникло во второй половине 18 века – за полтора столетия до того, как начало развиваться производство сахара из свеклы. Когда в начале 19 века Франция оказалась в блокаде и лишилась привозного сахара. Министры Наполеона забили тревогу. Начались лихорадочные поиски нового сырья для получения сахара. Вот тогда-то и вспомнили о тульском опыте, о русском сахаре. С этой поры и началось триумфальное шествие сахарной свеклы по странам Европы.

Самым древнем видом сахара был тростниковый. Древняя Бенгалия (Индия) – первое место на земле, откуда сахар начал свое шествие по континентам. Первыми европейцами, познакомившимися с сахарным тростником, были полководцы Александра Македонского. Они сообщали, что нашли мед, который можно приготовлять без участия пчел. В дальнейшем, во время первого крестового похода, европейцы обнаружили огромные плантации тростника в Сирии. Местные жители варили из него сахар в глиняных горшочках.

Сахар-песок бывает двух видов – обычный и рафинированный. Само название «рафинированный» говорит о том, что этот продукт высокой очистки, Он не содержит никаких посторонних примесей. Поэтому раствор его в воде совершенно прозрачен. Рафинированный сахар прессованный вырабатывается нескольких видов: кусковой, быстрорастворимый, дорожный и др.

Целая эпоха отделяет нас от жизни, описанной в одном дореволюционном издании. Там, например, приводилась такая статистика: 115 фунтов сахара потребляли жители населенного пункта, где 70 семей и 520 душ населения: 2/10 фунта в год на человека – количество почти невесомое, допустимое лишь в том случае, если чай, например, пить не «внакладку» и даже не «вприкуску», а «вприглядку»…

Вреден ли сахар? В последние годы по этому вопросу ведется множество дискуссий. А человечество между тем по прежнему ест торты и конфеты, лакомится мороженым, с наслаждением пьет сладкий чай. Возможно, неумеренные дозы сладкого (как, впрочем, и все в неумеренном количестве) – и в самом деле вредны. Однако без углеводов, имеющихся в сахаре, людям не обойтись. Итак, сахар мы потребляем в основном в виде рафинада, характеризующего повышенной чистотой. Никакой другой пищевой продукт не имеет такой степени химической чистоты, как сахар. Белизну в некоторых странах считают даже основном критерием качества при определении сортности сахара. Поэтому на заводах большое внимание уделяют очистке его от различных примесей. После Великой Отечественной войны основным сортом сахара был литой рафинад. Объяснить сокращении его выпуска можно тем, что раньше было довольно широко распространено чаепитие «вприкуску», для которого как раз и был наиболее пригоден литой рафинад. Однако такое применение рафинада резко сократилось, поскольку чай и кофе пьют в основном сладкими. При этом медленное растворение кускового рафинада или рафинированного песка становится нежелательным. Известно, что сахар – высокоэнергетический продукт. Распадаясь при нагревании с водой в присутствии кислот или под действием ферментов на глюкозу и фруктозу, он буквально через минуту попадает в кровь и способствует быстрому восстановлению сил. Недаром его рекомендуют скалолазам, летчикам, студентам.

Благодаря быстрой и легкой усвояемости сахаров при избыточном поступлении в организм они откладывают «про запас»: вначале в печени в виде гликогена, а затем и в виде жира, приводя к тучности и ожирению. Поэтому суточное потребление сахаров для взрослого человека не должно превышать 80-100 грамм. В это количество включаются и все виды сахара, которые мы потребляем с чаем, и те, которые входят в кондитерские изделия, фрукты и другие продукты.

Глава 3.

Углеводы – источник питания.

Углеводы имеют главным образом энергетическую ценность: при окислении 1 гр. Углеводов в организме высвобождается 4,0 – 4,2 ккал. Поэтому за их счет легче всего регулировать калорийность дневного рациона. Какие же продукты следует считать главным источником углеводов? Наиболее богаты углеводами многие растительные продукты: хлеб. Крупы, макароны, картофель, в которых содержится большое количество крахмала. Относительная сладость углеводов в уловных единицах: инертный сахар – 130, сахароза – 100, глюкоза – 74, мальтоза – 32,5, галактозы – 32,1, лактозы – 16, фруктоза – 1,73. Отдельные углеводы выполняют свои, присущие только им функции. Например, мукополисахаридгепарин препятствует свертыванию крови. Конфеты, пироженые, торты. Варенье, мороженое и другие сладости 0- наиболее привлекательные источники углеводов, представляющие собой несомненную опасность для полнеющих людей. Относительной особенностью этих продуктов является их высокая калорийность и низкое содержание факторов питания. Эти рафинированные лакомства, резко отличающие по составу от природных продуктов, нередко называются «носители пустых калорий». Основными углеводами пищи являются – крахмал и гликоген, распадающиеся на глюкозу. Обычный сахар (сахароза), который мы покупаем в магазинах, превращается, прежде всего, в глюкозу, и конечно, во фруктозу. Принципиальное же отличие сахара от крахмала, содержащегося в хлебе, в крупах и т.д., состоит лишь в скорости расщепления и поступления в кровь. Для сахара эта скорость гораздо выше, в силу чего при одновременном приеме 50-1—гр. Сахара его содержание в крови может существенно повыситься. Повышенное содержание сахара в крови возбуждает секреторный аппарат поджелудочной железы и приводит к выбросу больших больших количествах инсулина. Инсулин, в свою очередь, активирует многие синтетические процессы, способствуя и превращению сахара в жир, и при определенных обстоятельствах - в холестерин.

Потребление 80-100 гр. Сахара в день здоровому человеку, как правило. Может принести только пользу. Людям же зрелого и пожилого возраста, а также людям, ведущим малоподвижных образ жизни, потребление сахара в виде моно – и дисахаридов рекомендуется сократить до 50 гр. в день При меньшем суточном потреблении углеводов в организме усиливаются окислительные процессы с побочным образованием нежелательных для него кетоновых тел, а также для энергетических нужд начинают расходоваться мышечные и некоторые другие белки организма, часть аминокислот, поступивших с пищей.