Інші полісахариди харчових продуктів.

 

Целюлоза (клітковина). (С6Н10О5)п

Відноситься до нехарчових вуглеводів. Целюлоза не має практичного значення як джерело енергії в організмі людини, засвоюється приблизно на 25%, але сприяє нормальній функції кишковника: подразнює стінки кишок і викликає їх рух – перистальтику.

(При вживанні їжі, позбавленої целюлози, перистальтика слабшає. Тому потрібно щодня включати в меню хліб з борошна 2-го сорту, житній хліб, свіжі овочі, фрукти. У добу рекомендується вживати 10-15 г клітковини).

Целюлоза є основним структурним компонентом клітинної стінки вищих рослин. У волокнах бавовника - 98%, у волокнах льону - 80%, в деревині - 40-50%. Виявлена в деяких водоростях і бактеріях.

Молекули целюлози в основному лінійні, залишки D-глюкози зв'язані в них b-(1®4)-глікозидними зв'язками через кисневі містки. Ступінь полімеризації складає близько 10000.

Чиста целюлоза - біла гігроскопічна маса волокнистої будови без смаку і запаху. У воді не набухає і розчиняється, що пояснюється її будовою: розчинник не може проникнути всередину волокон клітковини, які представляють собою як би «пучки» паралельно розташованих ниткоподібних молекул, пов'язаних безліччю водневих зв'язків, утворених за рахунок гідроксильних груп.

Стійка до дії розбавлених кислот і лугів. При повному кислотному гідролізі перетворюється на глюкозу. Ця властивість целюлози - здатність гідролізуватись - є основою виробництва етилового спирту. Гідролізу піддається складніше, ніж крохмаль, глюкозу можна отримати тільки при тривалому кип'ятінні з сильними кислотами.

У харчовій промисловості як загусник застосовують метилцеллюлозу, яка завдяки наявності метильних груп набуває деяку розчинність у воді.

Галактани.Вони в різних кількостях формують клітинні стінки різних рослин. Для харчової промисловості особливий інтерес представляють сульфовані галактани, що виділяються з водоростей, що володіють значними желюючими властивостями і широко використовуваними в кондитерському виробництві.

Сульфовані галактани ділять на дві групи: агар і каррагінан.

Фруктани. До основних фруктанів відносяться резервні полісахариди інулін, що міститься в коренях і бульбах деяких рослин родини складноцвітих (жоржинах, артишоках, топінамбурі та ін.) і леван, виділені з трав.

Інулінвміщуючі продукти чинять позитивного впливу на регуляцію обміну речовин при захворюваннях цукровим діабетом, атеросклерозом, ожирінням.

Гетероглікани.

Пектинові речовини. Виявлені в клітинних стінках і міжклітинних тканинах всіх вищих рослин. Вміст пектинових речовин великий в яблуках, айві, абрикосах, сливі (до 1,5%) і особливо багато їх у шкірці лимонів і апельсинів (до 3,0%).

Під терміном "пектинові речовини" мають на увазі наступні сполуки: розчинні пектинові кислоти, пектові кислоти, пектин, і нерозчинний протопектин. До пектинових речовин відносяться і гомополісахаріди (D-галактани, L-арабінани, D-галактуронани).

Пектинові речовини побудовані з галактуронової кислоти і супутніх їй L-арабінози, D-галактози, L-рамнози, L-фрукози.

Протопектин складає значну частину пектинових речовин в рослинній сировині.

Молекулярна маса протопектину і його склад (кількість галактуронової і полігалактуронових кислот) досі невідомі, оскільки протопектин не вдалося виділити з рослинних тканин в незмінному стані. Очевидно, молекула протопектину сильно розгалужена, вона утворена з довгих ланцюгів пектинової кислоти.

У цій сполуці молекули полігалактуронових ланцюжків, частково етерифікованих метиловим спиртом, з'єднані між собою різними поперечними зв'язками. Ці зв'язки можуть бути водневими (- О ... Н -) за рахунок гідроксильних груп ланцюжків; ангідридні за рахунок карбоксильних груп; складноефірних за рахунок фосфорної кислоти, присутньої у складі плодів і овочів і гідроксильних груп полігалактуронових ланцюжків; і це можуть бути сольові містки через кальцій і магній (-СОО -Са -СОО -).

Під дією гарячої води можуть розриватися неміцні водневі зв'язки, ангідридні зв'язки також можуть руйнуватися, можливий гідроліз ефірних зв'язків.

Протопектин міститься у великій кількості в незрілих плодах і овочах. Під час їх дозрівання або при умовах теплової обробки нерозчинний протопектин переходить в розчинний пектин. При цьому відбувається розм'якшення плодів і овочів.

Молекули пектину являють собою ланцюжки рамногалактуронана (пектинової кислоти), який містять 20 і більше залишків галактуронової кислоти, частково метоксильованих, частково нейтралізованих. Кількість заміщених карбоксильних груп визначає ступінь етерифікації пектину. Якщо більше 50% карбоксильних груп містять залишки етилового спирту - це високоетерифікований (вісокометоксильований) пектин, якщо ступінь етерифікації нижче 50% – низькоетерифікований. Пектин утворюється з протопектину під дією кислот, лугів або ферменту протопектінази.

Ланцюг пектинової кислоти (яка називається рамногалактуронан) складається з рамнози і залишків молекул галактуронової і полігалактуронових кислот, карбоксильні групи яких частково етерифіковані метиловим спиртом. До головного ланцюга ковалентними зв'язками приєднуються бічні ланцюги геміцелюлоз – галактанів і арабінанів (рис. 4.7).

 

 
Н
ОН
Н
Н
ОН
Н
 
Н
СООН
О
O
O
 
Н
ОН
Н
Н
ОН
Н
 
Н
СООСН3
О
O

 

 


Рис. 4.7 – Фрагмент структурної формули пектинової кислоти

 

Солі пектинової кислоти мають назву пектинати. Пектова кислота утворюється з пектинової внаслідок її повного деметоксилювання. Тобто в пектовій кислоті полігалактуронова кислота не метоксильована (рис. 4.8). Розчинність пектової кислоти менша, ніж пектинової. Солі пектової кислоти називають пектатами.

Н
ОН
Н
Н
ОН
Н
 
Н
СООН
О
O
O

 


Рис. 4.8 – Фрагмент структурної формули пектової кислоти.

 

Пектинові речовини локалізовані в різних частинах рослинної клітини і виконують різні функції. Протопектин входить до складу клітинної оболонки, з нього в основному складаються серединні пластинки. Розчинний пектин знаходиться в соку вакуолі і міжклітинних пластах тканини зрілих плодів. Загальний вміст пектинових речовин, їх співвідношення різняться в залежності від виду, віку, умов росту і розвитку рослин фізичні властивості

Пектини розчиняються в холодній і теплій воді і утворюють розчини 4-5%-вої концентрації. Розчини мають кислу реакцію (рН 2,9-3,2), в'язкі. У більшості органічних розчинників пектини не розчиняються. Осідають нижчими спиртами.

Пектини чутливі до дії кислот і лугів, у присутності цукру в кислому середовищі утворюють студні. Желюючі властивості пектину тим значніше, чим більше в його молекулі метоксильних груп. Оптимальні умови для утворення міцного драглю з високоетерифікованого пектину: пектин - 0,5-1,0%, цукор - 60%, рН - 2,6-3,1.

Низькоетерифіковані пектини утворюють драглі під дією солей металів з валентністю 2 і вище. Часто для цього використовують солі кальцію.

Харчові волокна формують клітинні стінки різних рослин. Їх називають також дієтичними, рослинними, грубими, сирими волокнами або баластними речовинами. Харчові волокна являють собою комплекс полісахаридів (целюлози, геміцелюлози, пектинових речовин) з лігніном і пов'язаними з ними білковими речовинами. Геміцелюлози частково ковалентно пов'язані з лігніном, білком, а целюлоза і частина інших високомолекулярних речовин взаємодіють за рахунок водневих зв'язків.

Особливість харчових волокон в тому, що вони погано перетравлюються в травному тракті людини і руйнуються в товстій кишці. Приблизно 1/3 харчових волокон в рослинах становить целюлоза. Вона виконує структурну роль. Молекули целюлози розташовані паралельно і об'єднані водневими зв'язками в волокна (фібрили). Простір між фібрилами целюлози заповнюють лігнін і геміцелюлози.

Геміцелюлозами називають групу гомо- і гетерополісахаридів арабінанов, ксиланів, мананів, галактанів, арабіногалактанів, арабіноксиланів та ін., що відрізняються розчинністю в розведених лугах і здатністю вступати в реакції гідролізу при порівняно низьких температурах у присутності іонів водню.

Роль харчових волокон в харчуванні різноманітна:

- Регуляція фізіологічних і біохімічних процесів в органах травлення;

- Часткове постачання енергії;

- Виведення з травного тракту людини метаболітів їжі і забруднюючих її речовин, в т.ч. токсичних речовин.

У міру розвитку технології виробництва харчових продуктів вони все більшою мірою рафінуються, очищаються від харчових волокон. Зниження їх в щоденних раціонах харчування призвело до розвитку ряду хвороб, названих "хворобами століття" (колітів, запорів, цукрового діабету, ожиріння та ін.), А також до зниження опірності організму людини впливу екологічно шкідливим речовинам. Основними шляхами надходження харчових волокон до раціону є:

1) введення в щоденні раціони продуктів, багатих харчовими волокнами (овочів, фруктів, зерна, ягід); 2) вилучення їх з рослинної сировини (в основному з відходів переробки зерна, фруктів, овочів) і виробництво концентратів з них; 3) створення нових комплексних продуктів харчування, збагачених на волокна.

В харчових технологіях необхідно знати будову клітинних стінок картоплі, овочів і плодів з метою регулювання змін, що відбуваються в них під час механічної та теплової кулінарної обробки. Тканина (м’якіть) картоплі, овочів та плодів складається з тонкостінних клітин, що розростаються приблизно однаково у всіх напрямках. Таку тканину називають паренхімною. Вміст окремих клітин має соболю напіврідку масу – цитоплазму, в яку занурені різні клітинні елементи (органели) – вакуолі, пластиди, ядра, крохмальні зерна та інші. Всі органели клітини оточені мембранами. Кожна клітина вкрита оболонкою, яка має собою первинну клітинну стінку.

Будову первинної клітинної стінки наведено на рис. 4.9.

 

Рис. 4.9 – Структура первинної клітинної стінки (по Альберсхейму):

1 – мікрофібрила целюлози; 2 – ксилоглюкан; 3 – головні рамногалактуронові ланцюги пектинових речовин; 4 – бокові галактанові ланцюги пектинових речовин; 5 – структурний білок з арабінозними тетрасахаридами; 6 – арабіногалактан.

 

Первинна клітинна стінка складається з волокон (міофібрил) целюлози, які займають не менше 20 % об’єму гідратованої стінки. Розташовуючись в клітинних стінках паралельно, целюлозні волокна за допомогою водневих зв¢язків утворюють міцели, які мають правильну майже кристалічну упаковку. Одна міцела целюлози може відстояти від іншої на відстані, що дорівнює десяти її діаметрам. Простір між міцелами целюлози заповнено аморфною основою речовиною (матриксом), який складається з пектинових речовин, геміцелюлоз (ксилоглюкан та арабіногалктан) і структурного білка, що зв’язаний з тетрасахаридами.

Клітинні оболонки в сукупності зі серединними пластинками називають клітинними стінками. До їх складу входять в основному полісахариди (80…95 %) – клітковина, геміцелюлози і протопектин, тому їх часто називають вуглеводами клітинних стінок. З азотистих речовин вони містять структурний білок – екстенсин (полімер з групи глікопротеїдів). Розм’якшення картоплі, овочів і плодів при тепловій кулінарній обробці пов’язують з послабленням зв’язків між клітинами, що обумовлено частковою деструкцією клітинних стінок. При цьому відбувається: деструкція протопектину; деструкція геміцелюлоз; деструкція білка екстенсину.

Деструкція протопектину обумовлена:

– розпадом водневих зв’язків та послабленням гідрофобної взаємодії між етерифікованими залишками галактуронової кислоти;

– руйнуванням хелатних зв’язків за участі іонів Ca2+ та Mg2+ між неетерифікованими залишками галактуронової кислоти в ланцюгах рамногалактуронану.

Важливо, що розпад водневих зв’язків між етерифікованими залишками галактуронової кислоти різних ланцюгів рамногалактуронану можливий лише за наявності певної кількості вологи, яка може надходити в клітинні стінки після денатурації білків мембранних клітинних структур.

Деструкція протопектину починається при 60 °С, з підвищенням температури процес інтенсифікується.

При тепловій кулінарній обробці овочів поряд і паралельно з деструкцією протопектину відбувається деструкція геміцелюлоз з утворення розчинних продуктів – арабінози, галактози тощо. Деструкція геміцелюлоз починається при більш високих температурах , ніж при деструкції протопектину (70…80) °С.

Одночасно відбувається процес деструкції білка екстенсину за температур початку процесу (50…60) °С.

Для доведення до кулінарної готовності овочів, що містять високоетерифікований протопектин, потрібна відносно тривала дія теплоти. Оскільки високоетерифікований протопектин руйнується при нагріванні в результаті гідролізу рамногалактуронану, руйнування водневих зв’язків та послаблення гідрофобної взаємодії, то для цього потрібна певна кількість вологи. Для цього застосовують гідротермічні способи нагрівання.

4.3. Контрольні запитання.

1. Класифікація крохмаленосіїв.

2. Будова крохмалевого зерна.

3. Властивості крохмальних полісахаридів.

4. Модифіковані крохмалі: характеристика та призначення.

5. Властивості амілози та амілопектину.

6. Перетворення крохмалю в ході технологічного процесу.

7. В чому полягає сутність процесу кислотного і ферментативного гідролізу полісахаридів?

8. Сутність процесу ретроградації крохмалю.

9. Будова клітинних стінок.

10. Властивості полісахаридів клітинних стінок.

11. Перетворення тканин овочів та картоплі в ході технологічного процесу.

Рекомендована література [1–5].