Полисахариды и их свойства

Полисахариды построены из очень большого числа молекул моносахаридов с отдачей при конденсации последних воды. Такое усложнение молекул полисахаридов обусловливает их нерастворимость или только коллоидную растворимость. Они уже не обладают сладким вкусом, свойственным моно- и большинству дисахаридов, и не обладают до расщепления редуцирующими свойствами.

Полисахариды в различных формах чрезвычайно распространены в растительных и животных продуктах, так как являются в растениях и у животных резервными веществами и отчасти представляют собой основную составную часть опорных растительных тканей. Поэтому некоторые полисахариды входят в состав пищи в очень значительных количествах, являясь основным энергетическим материалом. При среднем составе рационов полисахариды входят в состав рационов в количестве 400—500 г, которые дают приблизительно около 2 000 калорий в сутки. Это делает понятным ту важную роль, которую играют полисахариды в питании.

Крахмал. Крахмал образуется в качестве запасного питательного вещества при ассимиляции углекислоты в зеленых листьях растений и откладывается в зернах, клубнях и корневищах. В зернах пшеницы он накапливается в количестве около 60—65% от всего зерна, в рисе даже в количестве около 75%, в сухом веществе картофеля тоже около 70—75%. В этих тканях крахмал откладывается в виде так называемых крахмальных зерен различной формы; при этом каждое растение имеет свою форму зерен, более или менее отличающуюся от формы зерен других растений. По виду этих крахмальных зерен в некоторых случаях можно определять растение, да которого получен исследуемый крахмал. Крахмальные зерна имеют слоистость, выраженную с различной интенсивностью, иногда расположенную эксцентрически. Слоистое строение зависит от разного содержания воды в отдельных участках зерен и от разной плотности этих зерен. Крахмал в зернах находится в кристаллическом состоянии в форме мельчайших игольчатых кристаллов, расположенных таким образом, что они расходятся от общего центра к периферии, образуя так называемые сферокристаллы, т. е. шаровидное скопление тонких кристаллов. Такое расположение кристаллов придает сферокристаллам капиллярные свойства, чем, повидимому, и обусловливается высокая гигроскопичность крахмала, способного в сухом виде впитывать очень значительные количества воды. Размеры крахмальных зерен разнообразны—от микрона до сотен микронов в диаметре. Они обладают большим удельным весом (около 1,5), что и используется при отмывании крахмала холодной водой из сырья при его получении.

При нагревании крахмала с водой его зерна разрушаются с образованием коллоидного раствора в форме клейкой массы, называемой клейстером. Температура, при которой суспензия крахмала превращается в клейстер, колеблется у различных крахмалов.

Крахмал представляет собой неоднородное вещество и состоит из двух компонентов, а именно: из амилозы (около 20—25%) и амилопектина (около 75—80%). Как крахмал, так и обе его составные части — амилоза и амилопектин — в холодной воде не растворяются, но в горячей воде амилоза растворяется, давая прозрачный коллоидный раствор, а амилопектин лишь набухает. Таким образом, клейстер представляет собой коллоидный жидкий раствор амилозы, в котором распределены набухшие частицы амилопектина, что и придает клейстеру вид густой клейкой массы.

Декстрины. Крахмал состоит из полимеризированных простейших молекул моносахаридов. Эта комплексная молекула способна упрощаться под влиянием кислот и специальных ферментов. Упрощение молекул крахмала происходит поэтапно, с образованием промежуточных продуктов. Сначала образуется растворимый крахмал, а затем несколько форм декстринов. Все декстрины хорошо растворимы в воде и под действием диастазы превращаются в мальтозу. Гидролиз декстринов кислотами дает глюкозу. Декстрины образуются из крахмала не только под влиянием действия ферментов и кислот, но и при нагревании крахмала в условиях высокой температуры (180—200°). Поэтому при воздействии на крахмалистые продукты высокой температуры получаются в некотором количестве декстрины, обычно в форме смеси. Эти декстрины образуют на хлебных изделиях своеобразную лакоподобную поверхность.

Гликоген. Гликоген играет в животном организме ту роль резервных веществ, которую в растениях играет крахмал. Он сосредоточен главным образом в печени. Содержание гликогена в печени достигает 38% общего его количества в организме, в мышцах — 44%, в костях — 9%; остальные 9% содержатся в других тканях тела (опыты на собаках Шендорфа). В заметных количествах он находится в различных тканях моллюсков и раков, в очень значительных количествах — в дрожжевых клетках; обнаружен в высших грибах, например, шампиньонах. Гликоген представляет собой порошок, не имеющий кристаллического строения; при растворении дает коллоидный раствор. Под влиянием кислот расщепляется до глюкозы, под влиянием ферментов расщепляется с образованием сначала декстринов, затем мальтозы.

Инулин. Инулин, подобно крахмалу, является резервным веществом некоторых растений, но из пищевых продуктов встречается лишь в корнях цикория, в клубнях топинамбура и в артишоках. Это белый гигроскопический мелкокристаллический порошок, при растворении в воде образующий коллоидный раствор. Усваивается человеком, хотя в организме пока не обнаружен фермент, расщепляющий инулин. Повидимому, в организме он расщепляется соляной кислотой.

Клетчатка. Клетчатка (целлюлоза) – кристаллическое вещество. Представляет собой соединение с той же формулой (С₆Н₁₀С₆), как и другие сложные углеводы типа полисахаридов. Этот полисахарид составляет основную массу органических веществ на земном шаре, так как является составной частью древесных растений, а также присутствует во всем травянистом покрове земли. Клетчатка в значительных количествах поступает в пищевые рационы с растительными продуктами и играет большую роль в механизме пищеварения, способствуя перистальтике кишечника.

Весь железистый аппарат кишечника человека и высших животных не вырабатывает ферментов, расщепляющих клетчатку, но многие бактерии вырабатывают весьма активные ферменты, легко расщепляющие клетчатку вплоть до простейших соединений.

Микроорганизмы, расщепляющие клетчатку, весьма распространены в природе и встречаются в кишечнике человека и животных.

Фруктоза. Активно процессы расщепления клетчатки протекают в желудочно-кишечном тракте жвачных животных, где они начинаются уже в передних отделах желудка.

Клетчатка пищевых продуктов в кишечнике человека частично разлагается бактериями только в конце пищеварительного процесса, в нижней части тонких кишок и главным образом в слепой кишке. Под действием фермента целлюлазы, выделяемой бактериями, клетчатка расщепляется с образованием растворимых соединений, которые частично всасываются. Чем нежнее клетчатка, тем полнее она расщепляется. Поэтому нежная клетчатка муки легче превращается в растворимые соединения. В питании человека энергетическая ценность может не иметь серьезного значения.

Гемицеллюлозы. К этой группе полисахаридов относятся соединения, сходные с клетчаткой. Как и клетчатка, они являются главным образом в растениях опорными веществами.

Пектиновые вещества. Пектиновые вещества близки к углеводам и представляют собой три отдельных вещества, а именно: протопектин, пектин и пектиновую кислоту. Пектиновые вещества образуют межклеточную прослойку в растительных тканях, являясь цементирующим материалом между отдельными клетками; кроме того, они инкрустируют клеточные стенки растений, тем самым утолщая их. Таким образом, пектиновые вещества являются как бы спутниками клетчатки, но присутствуют только в ткани плодов, корней, листьев и стеблей.

В незрелых плодах содержится протопектин, нерастворимый в воде и как межклеточное цементирующее вещество обусловливающий плотность незрелых плодов. При созревании плодов протопектин переходит в пектин.

Пектин — вещество высокого молекулярного веса. При растворении образует желеобразную коллоидную массу. В его состав входят моле кулы метилового спирта, образуя эфироподобное соединение с пектиновой кислотой, входящей в состав пектина. Образование растворимого пектина из протопектина вызывает размягчение межклеточного вещества и обусловливает мягкость плодов, свойственную зрелым фруктам.

Протопектин, находящийся в межклеточном веществе, может быть превращен в пектин действием фермента протопектиназы, а также путем длительного кипячения. При отщеплении под действием фермента пектиназы от пектина метоксильной группы (ОСН₃) образуется метиловый спирт и пектиновая кислота. Этим и объясняется присутствие в перезрелых и испорченных плодах и ягодах метилового спирта, который присутствует также иногда в некотором количестве в плодовых и виноградных винах.

Фермент пектиназа гидролизирует пектин (и, возможно, пектиновую кислоту) до простейших его компонентов — сахара и тетрагалактуроновой кислоты. Эти ферменты находятся в ряде грибков и бактерий и обусловливают изменения, наблюдающиеся при порче плодов.

Хорошими источниками получения пектина, применяемого в пищевой промышленности для желирования продуктов, являются яблоки, лимоны, апельсины, свекла и морковь.

Пищеварительный тракт не продуцирует ферментов, расщепляющих пектин. Но пектин, как показали опыты, все же способен несколько усваиваться, очевидно, в результате расщепления ферментами кишечной микрофлоры с образованием Сахаров. Однако, ввиду малого содержания в рационах пектина, энергетической ценности он не представляет.

Грибная клетчатка. Грибы содержат особое вещество, по своему составу близкое с хитином, образующим наружный жесткий покров ракообразных и насекомых. Это вещество (грибная клетчатка) является высшим полисахаридом и, как хитин, содержит азот (до 6%). Хитин входит в состав защитной и опорной ткани крабов, омаров, раков.

Агар-агар. Является полисахаридом еще не совсем выясненного строения. Углеводы агар-агара близки к пектину.

Агар-агар дает прочный студень, а поэтому широко применяется в пищевой промышленности и при изготовлении плотных питательных сред для бактериологических целей.