Общие сведения об углеводах

Углеводы широко распространены в животном и растительном мире и составляют до 80% общей сухой массы растений. Углеводы являются одними из главных пищевых продуктов и служат основным сырьем для производства ряда веществ, в том числе и пищевого этилового спирта. Название "углеводы" этим веществам предложил дать в 1844 году К.Шмидт, так как состав известных на то время углеводов мог быть выражен формулой Сm(Н20)п, где С — символ атома углерода, Н2О — молекулы воды (m, п — целые числа.)
В настоящее время понятие "углеводы" гораздо шире.

Углеводы обычно деляг на три группы: 1) моносахариды; 2) олигосахариды; 3) полисахариды.

1. Моносахариды классифицируют по числу атомов углерода в их молекуле. В состав моносахаридов входят триозы (Сз), •гетрозы (С4), пентозы (С5), гексозы (Сб) и т.д. Из моносахаридов наибольший интерес представляют гексозы, так как часть из них в процессе взаимодействия с ферментами дрожжей превращается в этиловый спирт и углекислый газ. Гексозы являются бесцветными кристаллическими веществами, хорошо растворяются в воде и имеют сладкий вкус. Наиболее распространенными представителями гексоз являются глюкоза и фруктоза, имеющие одинаковый химический состав и обозначение СбНпОб, но разное строение молекул. Смесь равных частей глюкозы и фруктозы называется инвертным сахаром.

2. Олигосахариды классифицируют по числу остатков молекул моносахаридов (от 2 до 10), входящих в состав их молекулы. Олигосахариды подразделяют на дисахариды, трисахариды, тетра-сахариды и т.д. Из олигосахаридов наиболее распространены в природе и представляют наибольший практический интерес дисахариды — сахароза и мальтоза; из трисахаридов — раффиноза. Сахароза, мальтоза и раффиноза под действием ферментов дрожжей также сбраживаются в этиловый спирт и углекислый газ. Химическое обозначение дисахаридов — С12Н22О11, трисахаридов — С18Н32О16. Моносахариды и олигосахариды называют также сахарами.

3. Полисахариды являются высокомолекулярными соединениями, макромолекулы которых образованы из остатков многих молекул моносахаридов. Из полисахаридов наиболее распространены в природе и представляют наибольший практический интерес крахмал и инулин. Их химическое обозначение — (С6Ню05)п. Крахмал и инулин, после их осахаривания, под действием ферментов дрожжей также сбраживаются в этиловый спирт и углекислый газ. Важнейшие представители: глюкоза (виноградный сахар) — самый распространенный моносахарид. В свободном виде со держится в фруктовых соках, в качестве составной части входит в молекулы дисахаридов и полисахаридов. Средняя плотность ее — 1,54 кг/л.

Фруктоза (плодовый сахар, левулоза) — содержится в помидорах, яблоках; больше всего фруктозы в пчелином меде (до 50%). В качестве составной части входит в молекулу сахарозы и в молекулы некоторых полисахаридов. Фруктоза является наиболее сладкой из всех cахаров, она в полтора раза слаще сахарозы и в три раза слаще глюкозы. Плотность — 1,6 кг/л.

Сахароза (тростниковый или свекловичный сахар) — самый распространенный дисахарид. Молекула сахарозы состоит из остатков молекулы глюкозы и молекулы фруктозы, соединенных вместе. (При образовании из них молекулы сахарозы от молекулы глюкозы отщепляется ион водорода Н , а от молекулы фруктозы отщепляется группа ОН , которые, объединившись, дают молекулу воды НгО). cахароза содержится в сахарной свекле, сахарном тростнике, стеблях сахарного сорго и недозрелой кукурузы. При нагревании с кислотой или под действием ферментов дрожжей сахароза присоединяет воду и распадается на фруктозу и глюкозу, образуя инвертный сахар. Плотность сахарозы — около 1,6 кг/л.

Мальтоза (солодовый сахар) — дисахарид, состоящий из двух остатков глюкозы. Содержится в солоде и в небольших количествах в некоторых растениях. Вырабатывается из крахмала при его обработке солодом или при кипячении крахмального клейстера в присутствии кислот. Средняя плотность — 1,54 кг/л.

Раффиноза встречается во многих растениях, в частности в корнях сахарной свеклы. Крахмал. Состоит из двух полисахаридов: амилозы и амило-пектина, которые состоят из остатков глюкозы. Крахмал не имеет вкуса и запаха, гигроскопичен. Плотность — около 1,5—1,6 кг/л. Представляет собой белый, несколько хрустящий при растирании порошок.

Частицы кахмала (картофеля, кукурузы, риса и др.), имеют размеры от единиц до многих десятков микрон и отличаются по форме.
Крахмал, амилоза и амилопектин не растворимы в холодной воде. В теплой воде крахмал набухает и постепенно превращается в вязкий раствор, называемый крахмальным клейстером. Температуры набухания и клейстеризации (температура клейстеризадии — температура, при которой крахмальный клейстер имеет наибольшую вязкость) различны для крахмалов из различного сырья (см.табл. 6).

При обработке клейстера солодом крахмал сначала растворяется, после чего осахаривается, превращаясь в сахар мальтозу и полисахариды с различной молекулярной массой, называемые декстринами. В среде воды в присутствии кислот, являющихся катализатором, крахмал распадается с образованием глюкозы, мальтозы и декстринов. Дрожжи крахмал и декстрины не сбраживают.

Инулин. Это вещество содержится в клубнях топинамбура (земляной груши), корнях цикория и др. По внешнему виду он представляет собой бесцветные кристаллы или белый порошок. В холодной воде инулин не растворим, но хорошо растворяется в теплой и горячей воде. Дрожжи инулин не сбраживают, ферменты солода не осахаривают. Инулин легко осахаривается ферментом инулазой, находящимся в самих клубнях топинамбура, а иногда и цикория. При температуре 55—60°С в среде воды под действием инулазы инулин претерпевает ряд превращений, в результате которых образуются сбраживаемые сахара. На Западе освоено промышленное производство спирта из топинамбура, в СССР промышленная технология получения спирта из топинамбура и цикория была успешно отработана еще в 30-е годы.

Таблица б.
Температуры заметного набухания, начала и полной клейстеризации крахмала из различного сырья.

Крахмал Температура в градусах Цельсия
заметного набухания начала клейстеризации полной клейстеризаци
Картофельный 46 59 65
Ржаной 45 50 55
Ячменный 37,5 57,5 62,5
Пшеничный 50 65 80
Кукурузный 50 55 75
Гречневый 55 69 71


Таким образом, в зависимости от того, непосредственно или после осахаривания углеводы способны сбраживаться ферментами дрожжей, все пищевые продукты можно разбить на две основные группы:
а) сахарсодержащие, углеводы которых (глюкоза, фруктоза, сахароза, мальтоза, раффиноза) сбраживаются ферментами дрожжей непосредственно;
б) крахмал- и инулинсо-держащие, углеводы которых (крахмал и инулин) сбраживаются ферментами дрожжей только после осахаривания.

Flag Counter