В пищевом рационе человека встречаются только три основных источника углеводов: (1) сахароза, которая является дисахаридом и широко известна как тростниковый сахар; (2) лактоза, являющаяся дисахаридом молока; (3) крахмал — полисахарид, представленный практически во всей растительной пище, в особенности в картофеле и различных видах зерновых. Другими углеводами, усваиваемыми в небольшом количестве, являются амилоза, гликоген, алкоголь, молочная кислота, пировиноградная кислота, пектины, декстрины и в наименьшем количестве — производные углеводов в мясе. Переваривание, т.е. гидролиз углеводов пищи, осуществляется в ротовой полости и кишечнике. В результате последовательного действия ферментов, гидролизующих гликозидные связи. углеводы превращаются в моносахариды — глюкозу, галактозу и фруктозу, которые путем активного транспорта всасываются в клетки кишечника, а затем поступают в кровь и в дальнейшем могут использоваться как энергетическое топливо или на синтез резервных полисахаридов (гликогена) [1].
Целью работы является изучение гидролиза углеводов в пище. Для достижения цели необходимо выполнить следующие задачи:
- дать определение гидролиза;
- изучить гидролиз моносахаридов;
- изучить гидролиз олигосахаридов (сахароза);
- изучить гидролиз полисахаридов (крахмал);
- изучить ферментативный гидролиз (спиртовое брожение, молочно-кислое брожение, пропионово-кислое брожение, масляно-кислое брожение, анаэробное разложение клетчатки).
1.
Биологическая роль гидролиза в процессах жизнедеятельности
Гидролиз (греч. hydor вода + lysis разложение) – разложение веществ, проходящее с обязательным участием воды и протекающее по схеме:
AB + H-OH → AH + BOH
Реакции гидролиза подвергаются самые различные вещества. Так в процессе пищеварения высокомолекулярные вещества (белки, жиры, полисахариды и др.) подвергаются ферментативному гидролизу с образованием низкомолекулярных соединений (соответственно, аминокислот, жирных кислот и глицерина, глюкозы и др.).
Без этого процесса не было бы возможным усвоение пищевых продуктов, так как высасываться в кишечнике способны только относительно небольшие молекулы. Так, например, усвоение полисахаридов и дисахаридов становится возможным лишь после полного их гидролиза ферментами до моносахаридов [7].
2. Гидролиз углеводов
Пища также содержит большое количество целлюлозы, которая является углеводом. Однако в пищеварительном тракте человека не существует фермента, способного расщепить целлюлозу, поэтому целлюлоза не рассматривается как пищевой продукт, пригодный для человека.
Технология брожения
... других исходных продуктов в пиво, а углеводов в двуокись углерода при приготовлении хлебного теста. Широко используется человеком также молочнокислое брожение для приготовления кисломолочных продуктов, квашения овощей ... была отвергнута ведущими химиками того времени — Либихом, Берцелиусом и др. Брожение было подробно изучено во второй половине XIX века Луи Пастером. Пастер убедительно доказал, ...
Переваривание углеводов в ротовой полости и желудке. Когда пища пережевывается, она смешивается со слюной, которая содержит пищеварительный фермент птиалин (амилазу), секретирующийся в основном околоушными железами. Этот фермент гидролизует крахмал на дисахарид мальтозу и другие небольшие глюкозные полимеры, содержащие от 3 до 9 молекул глюкозы. Однако в ротовой полости пища находится короткое время, и, вероятно, до акта глотания гидролизуется не более 5% крахмала.
Тем не менее, переваривание крахмала иногда продолжается в теле и дне желудка еще в течение 1 ч до тех пор, пока пища не начнет перемешиваться с желудочным секретом. Затем активность амилазы слюны блокируется соляной кислотой желудочного секрета, т.к. амилаза как фермент в принципе не активна при снижении рН среды ниже 4,0. Несмотря на это, в среднем до 30-40% крахмала гидролизуется в мальтозу прежде, чем пища и сопутствующая ей слюна полностью перемешаются с желудочными секретами.
Переваривание панкреатической амилазой. Секрет поджелудочной железы, как и слюна, содержит большое количество амилазы, т.е. он почти полностью схож в своих функциях с амилазой слюны, но в несколько раз эффективнее. Таким образом, не более чем через 15-30 мин после того, как химус из желудка попадет в двенадцатиперстную кишку и смешается с соком поджелудочной железы, фактически все углеводы оказываются переваренными.
В результате прежде чем углеводы выйдут за пределы двенадцатиперстной кишки или верхнего отдела тощей кишки, они почти полностью превращаются в мальтозу и/или в другие очень небольшие полимеры глюкозы.
Гидролиз дисахаридов и небольших полимеров глюкозы в моносахариды ферментами кишечного эпителия. Энтероциты, выстилающие ворсинки тонкого кишечника, содержат четыре фермента (лактазу, сахаразу, мальтазуи декстриназу), способных расщеплять дисахариды лактозу, сахарозу и мальтозу, а также другие небольшие глюкозные полимеры на их конечные моносахариды. Эти ферменты локализованы в микроворсинках щеточной каемки, покрывающей энтероциты, поэтому дисахариды перевариваются сразу, как только соприкасаются с этими энтероцитами.
Лактоза расщепляется на молекулу галактозы и молекулу глюкозы. Сахароза расщепляется на молекулу фруктозы и молекулу глюкозы. Мальтоза и другие небольшие глюкозные полимеры расщепляются на многочисленные молекулы глюкозы. Таким образом, конечными продуктами переваривания углеводов являются моносахариды. Все они растворяются в воде и мгновенно всасываются в портальный кровоток.
В обычной пище, в которой из всех углеводов больше всего крахмала, более 80% конечного продукта переваривания углеводов составляет глюкоза, а галактоза и фруктоза — редко более 10% [8].
В зависимости от способности к гидролизу все углеводы делятся на: моносахариды — углеводы, молекулы которых не подвержены гидролизу; олигосахариды — углеводы, из молекул которых при гидролизе образуется от двух до десяти одинаковых или различных моносахаридов; полисахариды — углеводы, из молекул которых при гидролизе образуется от десятков тысяч и выше одинаковых или различных моносахаридов [7].
Крахмал, его свойства и использование в производстве продуктов питания
... в-предельный декстрин Продукты действия глюкоамилазы D-глюкоза D-глюкоза Форма молекулы Линейная Разветвленная Крахмал является важным компонентом пищевых продуктов, исполняя роль загустителя и связывающего ... чем моносахариды. Кроме того, сахара уменьшают силу крахмальных гелей, играя роль пластификатора и вмешиваясь в образование зон связывания. На клейстеризацию крахмала при производстве пищевых ...
2.1 Гидролиз моносахаридов
Моносахариды (от греческого monos: единственный, sacchar: сахар), — органические соединения, одна из основных группуглеводов; самая простая форма сахара; являются обычно бесцветными, растворимыми в воде, прозрачными твердыми веществами. Некоторые моносахариды обладают сладким вкусом. Моносахариды — стандартные блоки, из которых синтезируютсядисахариды (
Каждый углеродный атом, с которым соединена гидроксильная группа (за исключением первого и последнего) является хиральным, давая начало многим изомерным формам. Например, галактоза и глюкоза
Моносахариды входят в состав сложных углеводов (гликозиды, олигосахариды, пол
При этом моносахариды связаны друг с другом и с неуглеводной частью молекулы гликозидными связями.
При гидролизе под действием кислот или ферментов
2.2 Гидролиз олигосахаридов
Углеводы встречаются в природе чаще всего в виде олигосахаридов (полимеров, содержащих от двух до десяти моносахаридных единиц) либо полисахаридов (полимеров, включающих в свой состав более десяти мономеров).
Дисахариды построены из двух простых сахаров, соединеннных гликозидной связью. Чаще всего в образовании связи участвуют аномерный атом углерода одного сахара и неаномерный атом углерода другого сахара.
Примером наиболее распространенных в природе дисахаридов является сахароза (свекловичный или тростниковый сахар).
Мальтоза является основным продуктом гидролиза крахмала под действием амилазы — фермента, выделяемого слюнной железой.
Своим названием мальтоза обязана тому, что она образуется при ферментативном гидролизе крахмала, содержащегося в солоде, почему ее называют также солодовым сахаром.
Для дисахаридов характерна реакция гидролиза (в кислой среде или под действием ферментов), в результате которой образуются моносахариды:
При гидролизе различные дисахариды расщепляются на составляющие их моносахариды за счёт разрыва связей между ними (гликозидных связей):
Гидролиз сахарозы. Поскольку сахароза как сырье используется во многих производствах, необходимо учитывать ее исключительную способность к гидролизу. Это может иметь место при нагревании в присутствии небольшого количества пищевых кислот. Образующиеся при этом редуцирующие сахара (глюкоза, фруктоза) могут участвовать в реакциях дегидратации, карамелизации и меланоидинообразования, образуя окрашенные и ароматические вещества. В ряде случаев это может быть нежелательно.
Исследование действия шампуней на волосы
... решим следующие задачи: представить химический состав шампуней; 2)рассмотреть механизм действия шампуней на волосы; )рассмотреть состав шампуней в зависимости от типа волос. 1. ... четвертичных аммониевых соединений, катионные полимеры, кватернизованные гидролизаты белка, производные растительных полисахаридов и другие. Группу амфотерных (амфолитических) ПАВ представляют алкиламидопропил бетаины ...
Ферментативный гидролиз сахарозы под действием β-фруктофуранозидазы (сахаразы, инвертазы) играет положительную роль в ряде пищевых технологий. При действии β-фруктофуранозидазы на сахарозу образуются глюкоза и фруктоза. Благодаря этому в кондитерских изделиях (в частности, в помадных конфетах) добавление β-фруктофуранозидазы предупреждает черствение конфет, в хлебопекарных изделиях – способствует улучшению аромата. Инверсия сахарозы под действием β-фруктофуранозидазы имеет место на начальной стадии производства виноградных вин. Инвертные сиропы, полученные действием β-фруктофуранозидазы на сахарозу, используется при производстве безалкогольных напитков [9].
2.3 Гидролиз полисахаридов
Полисахариды – это природные высокомолекулярные углеводы, макромолекулы которых состоят из остатков моносахаридов.
Полисахариды необходимы для жизнедеятельности животных и растительных организмов. Они являются одним из основных источников энергии, образующейся в результате обмена веществ организма. Они принимают участие в иммунных процессах, обеспечивают сцепление клеток в тканях, являются основной массой органического вещества в биосфере.
Основные представители полисахаридов – крахмал и целлюлоза – построены из остатков одного моносахарида – глюкозы.
К важнейшим полисахаридам относится также гликоген, образующийся в организмах человека и животных в результате биохимических превращений из растительных углеводов. Как и крахмал, гликоген состоит из остатков α-глюкозы и выполняет подобные функции (поэтому часто называется животным крахмалом).
Гидролиз полисахаридов происходит в разбавленных растворах минеральных кислот (или под действием ферментов).
При этом в макромолекулах разрываются связи, соединяющие моносахаридные звенья — гликозидные связи (аналогично гидролизу дисахаридов).
Реакция гидролиза полисахаридов является обратной процессу их образования из моносахаридов.
Полный гидролиз полисахаридов приводит к образованию моносахаридов (целюллоза, крахмал и гликоген гидролизуются до глюкозы):
(C6H10O5)n + nH2O (H+) → nC6H12O6
При неполном гидролизе образуются олигосахариды (в том числе, дисахариды).
Способность полисахаридов к гидролизу увеличивается в ряду:
- целлюлоза <
- крахмал <
- гликоген
Гидролиз крахмала и целлюлозы до глюкозы («осахаривание») и ее брожение используются в производстве этанола, молочной, масляной и лимонной кислот, ацетона, бутанола [3].
