Какие функции в пищевых продуктах выполняют полисахариды

Функции полисахаридов в пищевых продуктах

Структурно-функциональные свойства полисахаридов.

Полисахариды пищевых продуктов выполняют важную функцию обеспечения их качества и текстуры: твердости, хрупкости, плотности, загустевания, вязкости, липкости, гелеобразующей способности, ощущения во рту. Именно благодаря полисахаридам образуется структура пищевого продукта — мягкая или хрупкая, набухшая или желеобразная.

Полностью линейные молекулы полисахаридов, например, целлюлозы, не растворимы в воде. Здесь цепи полностью растянуты и могут тесно примыкать друг к другу вдоль всей длины, не давая возможности связаться воде.

В ряде случаев каждая полисахаридная молекула участвует в двух или более зонах соединения, образуя трехмерную сетку с включением молекул воды — гель. Гели образуются при быстром охлаждении концентрированных амилозных крахмальных клейстеров.

Слабые гели имеют небольшую протяженность зон связывания и слабые силы, удерживающие цепи соседних молекул. Такие гели термически не стабильны.

Твердые гели имеют большую протяженность зон связывания и достаточно сильные связи между молекулами. Они термостабильны.

Силой гелей можно управлять, контролируя зоны связывания.

Разветвленные полисахариды (амилопектин) или гетерополигликаны не могут тесно располагаться друг к другу и образовывать гель. Такие молекулы образуют вязкие стабильные растворы. Заряженные полисахариды, содержащие СООН-группы, не могут образовать зоны связывания цепей друг с другом из-за отрицательного заряда.

Все растворимые полисахариды дают вязкие растворы из-за большого размера их молекул. Вязкость зависит от размера молекулы, формы и заряда.

Как правило, растворы линейных полисахаридов имеют бόльшую вязкость, чем разветвленных. Это объясняется тем, что все линейные молекулы, независимо от заряда, требуют для вращения больше пространства, чем высокоразветвленные с той же молекулярной массой.

Присутствие сахара приводит к образованию геля (например, в пектине), т.к. сахар связывает молекулы воды, которые теперь не могут взаимодействовать с полисахаридами. В связи с этим полисахаридные молекулы сворачиваются из-за образования водородных связей — происходит желирование.

Крахмал — растительный полисахарид сложного строения, состоит из амилозы (15-30%) и амилопектина (70-85%). Важный компонент пищевых продуктов; выполняет роль загустителя и связывающего агента; используется при выработке пудингов, концентратов супов, киселей, соусов, салатных приправ, начинок, майонез.

Модифицированные крахмалы (клейстерированные, кислотно-модифицированные, этерифицированные, сшитые) используются в целом ряде производств.

Целлюлоза состоит из линейных цепей β-D-(1,4)-глюкопиранозных единиц.

▲ При производстве пищевых продуктов используется микро-кристаллическая целлюлоза (МКЦ), получаемая кислотным гидролизом целлюлозы. Используется МКЦ как наполнитель и реологический компонент в низкокалорийных пищевых продуктах.

▲ Обработкой целлюлозы щелочью и хлоруксусной кислотой получают Na-соль карбоксиметилцеллюлозы (Na-КМЦ):

NaКМЦ нетоксична, усваивается организмом, имеет хорошие реологические свойства, широко используется (особенно за рубежом) как загуститель в начинках, пудингах, мягких сырах, фруктовых желе.NaКМЦ способна удерживать влагу, поэтому используется в пекарских изделиях, мороженом, других замороженных десертах, где она ингибирует рост кристаллов сахара в кондитерских изделиях, глазури и сиропах; стабилизирует эмульсии в соусах и приправах; используется в составе низкокалорийных продуктов; способствует сохранения СО2 в газированных напитках.

▲ Метилцеллюлозу получают действием на целлюлозу метилхлорида в щелочной среде. С ростом температуры вязкость метилцеллюлозы снижается; гелеобразование происходит при определенной температуре; организмом не усваивается. В пищевых продуктах выполняет роль водоудерживающего агента, ингибитора синерезиса (замороженные продукты), умягчителя и стабилизатора эмульсий (соусы, приправы); наполнителя для низкобелковых пищевых продуктов; улучшает текстуру и структуру изделий; используется в составе съедобных оболочек.

Гемицеллюлозы — полисахариды, не усваиваемые человеком. Основная гемицеллюлоза в пищевых продуктах — ксилан, состоящий из β-D-(1,4)-ксилопиранозных единиц, часто содержит β-L-арабинофуранозильные боковые цепи, а также метиловые эфиры D-глюкуроновой кислоты, D- и L- галактозу.

Гемицеллюлозы связывают воду, улучшают качество замеса при приготовлении пшеничного теста, уменьшают энергию перемешивания, участвуют в формировании структуры теста, в частности в формировании клейковины, тормозя черствение хлеба.

Гемицеллюлозы, как пищевые волокна, способны снизить риск сердечнососудистых заболеваний и рака прямой кишки; для диабетиков — снизить потребность в инсулине.

Пектиновые вещества относятся к пищевым волокнам и благодаря известным свойствам используются при производстве пищевых продуктов лечебно-профилактического назначения. Пектин обладает прекрасным желирующим свойством и широко используется при выработке кондитерских изделий, фруктовых желе и джемов.

Желирование пектинов зависит от степени этерификации (СЭ).

Пектин с СЭ = 50% лучше всего образуют гели при концентрации 1%.

Желирование высокоэтерифицированных пектинов — ВЭП (СЭ > 50%) происходит при добавлении сахара, вызывающего дегидратацию пектиновых молекул и их сближение, а также при снижении рН, когда подавляется диссоциация свободных СООН-групп и тем самым снижается электростатическое отталкивание цепей пектина. Этот процесс назван «сахарно-кислотным» желированием. Протекает оно при содержании сухих веществ в среде не менее 55% и рН 3.

Для желирования низкоэтерифицированных пектинов — НЭП (СЭ < 50%) не обязательно присутствие сахара, но бивалентные катионы (например, Са++) должны быть. Ионы Са++ образуют кальциевые мостики между молекулами пектина. Однако, передозировка Са приводит к тесному сближению пектиновых цепочек и пространственная структура не образуется. Кроме того, может выпасть осадок пектата Са. Низкоэтерифицированный пектин менее чувствителен к рН; используется в безсахарных и низкосахарных диетических джемах и желе. Добавление 10-20% сахара улучшает структуру геля из НЭП.

Влияние пектина на образование геля показано в табл.:

Желирование пектинов зависит также от молекулярной массы, распределения рамнозы по цепи пектина, наличия ацетильных групп, которые мешают образованию геля.

Источник

28. Какие функции в пищевых продуктах выполняют полисахариды?

Полисахариды, присутствующие в пищевых продуктах, выполняют ту или иную полезную роль, связанную с их молекулярной архитектурой, размером и наличием межмолекулярных взаимодействий, обусловленных, в первую очередь, водородными связями. Целый ряд полисахаридов являются неусваиваемыми. Это, главным образом, целлюлоза, гемицеллюлоза и пектиновые компоненты клеточных стенок овощей, фруктов и семян. Эти компоненты придают многим продуктам плотность, хрупкость, а также приятное ощущение во рту. И, кроме того, они важны (как пищевые волокна) в нормальной жизнедеятельности человеческого организма. Полисахариды, присутствующие в пищевых продуктах, выполняют важную функцию, которая заключается в обеспечении их качества и текстуры: твердости, хрупкости, плотности, загустевания, вязкости, липкости, гелеобразующей способности, ощущения во рту. Именно благодаря полисахаридам образуется структура пищевого продукта — мягкая или хрупкая, набухшая или желеобразная. Все растворимые полисахариды дают вязкие растворы из-за большого размера их молекул. Среди натуральных пищевых полисахаридов наименее вязкими являются растворы гуммиарабика. Вязкость зависит от размера молекулы, формы и заряда. Если молекула имеет заряд за счет ионизации присутствующих в ней карбоксильных групп, то эффект влияния заряда может быть очень большим во всех случаях, кроме очень кислых растворов. Для карбоксилсодержащих полисахаридов этот эффект минимален при рН 2,8, когда ионизация -СООН групп подавлена и полисахарид ведет себя как незаряженная молекула. Вязкость зависит от присутствия полиэлектролитов, поскольку они влияют на конфигурацию и размер молекулы, и природы посторонних присутствующих веществ, так как их наличие может оказывать тормозящее действие на истечение полимера. С точки зрения стерических причин, все линейные молекулы, несут они заряд или нет, требуют для вращения больше пространства, чем высокоразветвленные той же молекулярной массы. Таким образом, как правило, растворы линейных полисахаридов имеют большую вязкость, чем разветвленных. Отсюда, с точки зрения обеспечения вязкости, структуры или гелеобразования в пищевых продуктах, более полезны линейные полисахариды.

Крахмал — растительный полисахарид со сложным строением. Он состоит из амилозы и амилопектина; их соотношение различно в различных крахмалах (амилозы 13-30%; амилопектина 70-85%). Крахмал является важным компонентом пищевых продуктов. Наиболее важное значение для пищевых продуктов имеют свойства крахмала: клейстеризация, вязкость клейстера, студнеобразование. В пищевой промышленности находят широкое применение модифицированные крахмалы — этерифицированные (монофосфатный, поперечно-сшитый), окисленные, модифицированные кислотой, предварительно клейстеризованные.

Амилоза и амилопектин (их свойства приведены в табл. 3.13) в растениях формируются в виде крахмальных зерен, структура которых до конца не выяснена. Крахмал является важным компонентом пищевых продуктов, исполняя роль загустителя и связывающего агента. В одних случаях он присутствует в сырье, которое перерабатывается в пищевые продукты (например, хлебобулочные изделия). В других его добавляют для придания продукту тех или иных свойств — он используется широко при производстве пудингов, концентратов супов, киселей, соусов, салатных приправ, начинок, майонеза; один из компонентов крахмала — амилоза — используется для пищевых оболочек и покрытий. Клейстеризация и другие свойства крахмала, имеющие важное значение для пищевых продуктов. Неповрежденные крахмальные зерна нерастворимы в холодной воде, но могут обратимо впитывать влагу и легко набухают. Увеличение диаметра зерен при набухании зависит от вида крахмала. Например, для обычного кукурузного крахмала — 9,1%, для восковидного — 22,7%.

При производстве пищевых продуктов находит применение микрокристаллическая целлюлоза, для получения которой используют кислотный гидролиз целлюлозы; натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы используется в качестве загустителя, стабилизатора эмульсий и др.

Метилцеллюлозу получают действием метилхлорида на целлюлозу в щелочной среде. Она выполняет функцию водоудерживающего и структурированного агента в пищевых продуктах, умягчителя и стабилизатора эмульсий и др.

Пектин широко применяется при производстве пищевых продуктов благодаря прекрасным желирующим свойствам (фруктовые желе, джемы, другие кондитерские изделия).

Соседние файлы в предмете Химия пищи

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Источник

Что относится к полисахаридам: химические свойства, состав, применение

Все сложные органические вещества делят на 4 группы: полинуклеотиды, жиры, белки, углеводы. К последнему классу относятся полисахариды. Сладость в названии полисахариды не предполагает у большинства из них кулинарное предназначение. Важно понять, какими свойствами — химическими и физическими — обладают эти полигликозы.

Химические свойства полисахаридов

Полисахариды — это сложные молекулярные углеводы, что образуются из остатков моносахаридов, объединенных гликозидной связью. Полисахариды, или гликаны (полигликозаны) продуцируются животными, растениями, человеком. Полигликозиды, или полиацеталии бывают линейными и разветвленными.

Классификация полисахаридов предусматривает подразделение на олигосахариды и полиозиды. Под воздействием высоких температур в кислотной среде осуществляется гидролиз полисахаридов. Появляются олигосахариды вместе с дисахаридами при неполном процессе. При полном — исходные моносахариды, а также их производные. Среди химических свойств этого класса углеводов отмечают:

• слабые восстановительные свойства полисахаридов;
• устойчивые свойства к действию щелочей;
• возможность получать сложные эфиры.

По химической природе среди полисахаридов отмечают гомополисахариды и гетерополисахариды. К широко распространенным представителям гомополисахаридов, состоящих из моновеществ одного вида, относят клетчатку (целлюлозу), крахмал, гликоген. У общей формулы полисахаридов следующий вид: (С6Н10О5)n.

К гетерополисахаридам, или гликозаминогликанам, включающим моносахариды различного типа, относятся хондроитин сульфаты, гепарин, инулин, пектины, камеди.

По функциональному назначению углеводы классифицируют на:

• структурные полисахариды: хитин, целлюлоза;
• резервные: животный гликоген, растительный крахмал.

По кислотности среди полиозов отмечают:

1. Кислые сахара: кислоты — галактуроновая, глюкуроновая, маннуроновая. К представителям относятся пектины, ксантан, альгинаты.
2. Нейтральные полигликозы: ксиланы, β-глюканы, маннаны.

Какова роль полиголозидов? Функции полисахаридов разнообразны:

Частично выработка гликана осуществляется в эпидермисе человека, что замедляет возрастные изменения. Отсюда активное применение в косметологической промышленности полисахаридов.

Физические свойства полисахаридов

Вид полиголосахаридов обуславливает физические свойства. Большинство веществ отличается:

• белой окраской;
• формой порошка;
• большой молекулярной массой;
• нерастворимостью в спиртах.

Растворимость в воде гликанов видоизменяется. Хитин и клетчатка — полиозиды, которые не растворимы в воде, но разбухают. Вещества агар-агар, пектины, альгиновые кислоты при реакции с водой образуют гели. Получают коллоидные растворы, если активные компоненты — слизи, арабин, амилоза, пектовые кислоты.

Отличие и применение наиболее популярных видов

Полезно понять, какие вещества в составе полисахаридов.

Крахмал

Включает смесь амилопектина (80 %) и амилозы (20 %). Форма молекул амилозы — спираль, в 1 витке насчитывается 6 остатков моносахарида. В структуре амилопектина — ответвления.

Этот многокомпонентный углевод синтезируется в растениях в ходе фотосинтеза и запасается в семенах, клубнях либо корешках, злаковых зернах, луковицах.

Характерные свойства биополимера:

• белый окрас вещества;
• порошковидная форма;
• мягкая структура;
• скрипение при растирании;
• отсутствие вкуса и запаха.

При разведении вещества холодной водой выпадает осадок. Если нагревают раствор и равномерно помешивают, осуществляется набухание массы, превращение вещества в киселеобразное состояние.

Источники вещества:

• корнеплоды: картофель;
• бобовые: горох, фасоль, чечевица;
• зерновые: рис, кукуруза, овес, пшеница, ячмень.

Чтобы определить присутствие крахмала в продуктах, пользуются йодом: придает этому полисахариду синий оттенок.

Пищевой продукт ценится благодаря усвояемости и насыщению организма энергией. Вещество применяется в быту для подкрахмаливания одежды, наклеивания обоев, в качестве детской присыпки. В пищевой индустрии из него получают патоку, глюкозу, этиловый спирт. Производство колбасных изделий, кетчупа, майонеза не обходится без крахмала. Он востребован в текстильной и бумажно-целлюлозной промышленности, фармакологии.

Гликоген

В составе полисахаридов — это крахмал животного происхождения. Вещество обладает ветвистой структурой, походит на амилопектин, однако в цепи гликогена насчитывается до 12 звеньев. Молекулярная масса вещества достигает 100 млн у. е. Запасной углевод встречается у человека, животных, отдельных бактерий, грибов, дрожжей. Печень и мышцы содержат до 5 и 2 % соответственно. Основное свойство гликогена — поставлять в кровь глюкозу.

Клетчатка растительная целлюлоза

Для представителя гликанов характерна прочность и эластичность. Составляющая полисахариды — нерастворимая клетчатка формирует скелет растений. Растительные волокна представляют собой пучок удлиненных нитей из фрагментов глюкозы, которые соединяются водородными связями. Особенность этого инертного вещества, не обладающего цветом и запахом, — волокнистое образование, нерастворимость в нейтральной среде. Вещество растворяется в реактиве Швейцера — аммиачном растворе Cu(ОН)2.

Полисахарид целлюлоза в организме человека впитывает воду и облегчает продвижение отходов по толстому кишечнику. В продуктах питания — это капуста (белокочанная, брюссельская, брокколи). Сюда входят отруби, яблоки, огуречная кожура, морковь. Целлюлоза используется для домашнего скота — коров, коней — как питательный ингредиент.

Растворимая клетчатка — содержимое растительных клеток в виде студня, что входит в овес, фруктовые, бобовые культуры. Свойство вещества — при контакте с жидкостью становится гелеобразным элементом. Перевариваемая клетчатка не насыщает энергией, но придает ощущение сытости, предохраняет от перепадов глюкозы в крови. Проникая в толстый кишечник, это вещество расщепляется полезными микроорганизмами, вырабатывает кислоты — масляную, уксусную. Полисахарид служит натуральным пребиотиком, его свойства отвечают за поддержку кислотного равновесия пищеварения.

Среди растворимой клетчатки отмечают вещества инулин, пектины, камеди, слизи, гиалуроновую кислоту. У каждого компонента свои характеристики и свойства.

Гепарин

Вещество относится к структурным элементам внутренней оболочки кровеносных сосудов. Накапливается в печени, легких, мышцах. Предохраняет от гемокоагуляции (свертывания крови) человека и животного. У аморфного порошка белый окрас. Состоит из фрагментов идуроновой и глюкуроновой кислоты, глюкозамина, что соединяются в цепочку при помощи α-гликозидной связи. Вес молекулы гепарина равняется 20 000 у.е. Она насчитывает не одну полисахаридную цепь, которая связывается с ядром белка. Длина цепей варьируется в диапазоне 3000-40000 Da. В лекарствах составляет 12000-16000 Да.

Химические свойства гетерополисахарида:

• синтезируется в тучных клетках (базофилах) человека и животных;
• растворяется в воде;
• сохраняется при нагревании.

Требуется в организме человека для снижения холестерина в крови, уменьшения АД. Локализуется в печени (на 1 кг веса — 1000 мг). Форма выпуска средства — раствор для инъекций и мазь для наружного применения. Ему присущи антикоагулянтные свойства.

В лечении применяется:

• для профилактики и терапии тромбоэмболии;
• при оперативном вмешательстве на сосудах и сердце для предотвращения образования кровяных сгустков в оборудовании для гемодиализа и искусственного кровотока;
• при анализе крови в медицинских лабораториях;
• в гематологии при гемотрансфузии (переливании крови).

Пектины

Открытие датируется 1825 годом. В переводе с греческого pectos означает скрутившийся, застывший. К важнейшим мономерам пектинов относят α-галактуроновую кислоту.

Желирующие и клейкие свойства вещества используются в кулинарии. Высоко их содержание в растительном сырье, фруктах. Выпускается в жидкой и порошкообразной форме. Е440 — так маркируют пектин в продуктах.

Для получения этого средства необходим фруктовый либо свекольный жмых. Добавка для консервирования в ответе за срок хранения заготовки.

Отличают пектиновые вещества с различными степенями этерификации:

• высокой — больше 50 %;
• низкой — меньше 50 %.

В человеческий организм пектиновые соединения проникают с продуктами питания растительного происхождения.

Пектин вырабатывается в большем количестве во фруктах и овощах при засухе и жаре.

Биологическая роль полисахарида:

• очистка организма;
• сохранение бактериального паритета;
• омолаживающие свойства;
• нормализация обменных процессов;
• улучшение гемодинамики и полезной микрофлоры ЖКТ.

Медики полагают: пектиновые медпрепараты помогают оздоровить человека. 15 г ежедневно — норма потребления. Их свойства ценятся в диетпитании: сжигают жир. Поглощение 25 г этого гетерополисахарида из цельных яблок приводит к потере в сутки 300 г жира.

Кондитерские изделия не обходятся без загустителя. Желирующая добавка — составляющая большинства кремов в косметологии. Ценность вещества заключается в следующих свойствах:

• разглаживание морщинок;
• повышение впитываемости компонентов в кожный покров;
• отбеливающее свойство — воздействие на эпидермис;
• защита от УФ-излучения.

Хитин

Структурные полисахариды представляет хитин. Вещество участвует в формировании скелета членистоногих, насекомых. Входит в состав клеток пивных дрожжей, различных грибов. Полисахарид походит на целлюлозу: у него неразветвленная цепочка фрагментов глюкозы, однако с дополнительными группами.

Свойства хитина используются, чтобы усилить аромат и вкус пищевых продуктов. Востребован в качестве консерванта, улучшает вид еды.

Терапевтические свойства полисахарида:

• защита от радиации;
• усиливают свойства медпрепаратов, которые снижают свертываемость и разжижают кровь;
• блокировка развития новообразований;
• повышение иммунитета;
• профилактика сердечно-сосудистых патологий — инсультов, инфарктов;
• стимуляция роста бифидобактерий;
• восстановление тканей и органов.

Области применения полисахаридов

Со средины прошлого столетия полигликозаны выпускают для пищевой отрасли и фармакологии. Но ценные свойства полисахаридов нашли применение в других сферах производства:

• на химзаводах;
• на текстильных фабриках при изготовлении искусственных материалов;
• в гидрометаллургической и микробиологической промышленности;
• при добыче нефти и газа;
• в ядерной энергетике.

Индустрию красоты трудно представить без полисахаридов — гиалуроновой кислоты и инъекционных методов: мизотерапии, биоревитализации, контурной пластики, редермализации, биоармирования.

Использование в области здравоохранения

Ценятся природные соединения полисахаридов за полезные свойства:

• повышают устойчивость организма к инфекциям;
• борются с опухолями.

Полисахариды быстрее заживляют травмы, регенерируют ткани. К тому же уменьшают вред от побочных эффектов лекарственных средств.

Во врачебной практике использование полисахаридов помогает диагностировать сальмонеллез и кандидоз. Декстраны, что вырабатываются отдельными видами микроорганизмов, относятся к заменителям плазмы. Сульфат декстрана применяется для замены гепарина в качестве антикоагулянта. Хондроитинсульфаты входят в состав хондропротекторов, укрепляют хрящи и связки, усиливают подвижность больных суставов.

Востребованы разработки медикаментов, которые содержат хитин — соединение из группы полисахаридов, как наполнитель и действующий компонент. Выпускаются ферментативные средства пролонгированного действия, содержащие декстраны с пониженной аллергичностью. Гликаны — основа при производстве зубных паст.

Полисахариды отвечают за очищение организма от радионуклидов, токсинов. Активизируют работу ЖКТ. Инулин сокращает содержание глюкозы в крови. Показан при диабете и излишнем весе. В хирургии не обойтись без крахмала. Делают специальные повязки, присыпки, обволакивающие лекарственные препараты.

Применение в пищевой промышленности

Популярны гликаны, что добывают из бактерий. Выпуск пищевых пленок предохраняет продукцию от загрязнения, плесени, усыхания, поражения патогенными микроорганизмами. Производятся как стабилизаторы:

• желе;
• мороженого;
• джема;
• сока;
• заправок для салатов;
• сиропа.

Экзополисахариды улучшают качество и свойство пищевых изделий. Добавка в хлеб обеспечивает объем, предохраняет от быстрого зачерствения. Ксантан незаменим в изготовлении молочной продукции.

Полисахариды принадлежат классу органических соединений, применяемых в разных промышленных областях. Многообразие химической природы полисахаридов обуславливает широкий перечень фармакологических свойств и востребованность в косметологии.

Источник