Каковы биологические функции липидов


Функции липидов

Образовака Биология 9 класс Молекулярный уровень

Липиды наряду с белками и углеводами играют важную роль в живом организме. Функции липидов в клетке зависят от их структуры и нахождения.

Липиды – органические вещества, имеющие сложное строение. Они образованы спиртами и жирными кислотами и являются гидрофобными соединениями без запаха и вкуса.

Жирные кислоты не имеют циклическую структуру взаимосвязей атомов углерода, относятся к карбоновым кислотам и содержат карбоксильную группу -СООН. В природе найдено более 200 видов жирных кислот. Однако в организме человека, в тканях растений и животных обнаружено только 70 видов.

Жирные кислоты подразделяются по наличию двойной связи на две группы:

  • ненасыщенные – содержат двойные связи;
  • насыщенные – не имеют двойных связей.

Рис. 1. Строение жирных кислот.

Жиры могут быть растительного или животного происхождения, твёрдые или в виде жидкостей – масел.

Все жиры делятся на две основные группы:

  • омыляемые – при гидролизе образуют мыло;
  • неомыляемые – не подвержены гидролизу.

К омыляемым относятся простые и сложные липиды. В состав молекулы простых липидов входят только жирные кислоты и спирты. Сложные образуются при присоединении дополнительной группы, например, азотистого основания.

Простые липиды делятся на две группы:

  • глицериды – образованы спиртом глицерина и жирными кислотами;
  • воски – включают высшие жирные кислоты (содержат не менее 6 атомов углерода) и одноатомных или двухатомных спиртов.

К сложным липидам относятся:

  • фосфолипиды – содержат липиды и остатки фосфорной кислоты;
  • гликолипиды – состоят из липидов и углеводов.

Неомыляемые жиры – стероиды. К ним относятся жизненно важные вещества – стерины, желчные кислоты, стероидные гормоны.

Рис. 2. Виды липидов.

Липиды образуют с белками липопротеины, входящие в состав разных тканей животных и растений. Хорошо изучены липопротеины плазмы крови. Они также присутствуют в молоке, желтке, входят в состав хлоропластов и плазмалеммы.

Липиды участвуют в метаболизме и постройке организма, дают энергию и регулируют рост. Список общих функций липидов и их описание представлены в таблице.

Функция

Описание

Энергетическая

Триглицериды при полном расщеплении дают больше энергии, чем белки и углеводы. Из 1 г жира высвобождается 38,9 кДж энергии

Запасающая

Жиры способны накапливаться в организме, создавая энергетический резерв. Особенно это важно для животных, впадающих в спячку. Жиры расходуются медленно, особенно при пассивном образе жизни, что помогает пережить неблагоприятные условия. Кроме того, запасаются как резерв воды (горб верблюда, хвост тушканчика). При окислении 1 кг жира выделяется 1,1 л воды

Защитная

Жировая прослойка защищает от механического повреждения внутренние органы

Структурная

Входят в состав плазмалеммы клетки. Фосфолипиды выстраивают двойной слой, обеспечивая естественный барьер. Холестерин придаёт жёсткость, гликолипиды обеспечивают взаимосвязь клеток

Теплоизоляционная

Жиры обладают низкой теплопроводностью, поэтому у многих животных, живущих в холодной среде, он откладывается в значительном количестве. Например, подкожный жир кита может достигать 1 метра

Водоотталкивающая

Кожа животных, в том числе человека, листья, плоды, стволы растений, перья птиц смазываются жиром (восками), чтобы отталкивать лишнюю влагу

Регуляторная

Входят в состав гормонов, фитогормонов, жирорастворимых витаминов (D, Е, К, А), регулирующих деятельность организма. Гиббереллин – гормон роста растений. Тестостерон, эстроген – половые гормоны. Альдостерон регулирует водно-соляной баланс. Желчные липиды контролируют пищеварение

Рис. 3. Строение плазмалеммы.

У человека и высших позвоночных животных жир накапливают специальные клетки – адипоциты, которые образуют жировую ткань.

Из урока биологии узнали, какую функцию выполняют липиды в клеточной мембране и в организме в целом. Липиды – сложно устроенные вещества, состоящие из спиртов и жирных кислот. Различные модификации жиров позволяют липидам участвовать в различной деятельности организма. Липиды входят в состав гормонов, плазмалеммы, витаминов, способны накапливаться в жировых тканях и служить источником энергии, воды, защищать от повреждений и холода.

Средняя оценка: 4.8. Всего получено оценок: 211.

Будь в числе первых на доске почета

obrazovaka.ru

Функции липидов и их характеристика

Липиды выступают важнейшим источником энергетического запаса организма. Факт очевиден даже на номенклатурном уровне: греческое «липос» переводится как жир. Соответственно, категория липидов объединяет жироподобные вещества биологического происхождения. Функционал соединений достаточно разнообразен, что обусловлено неоднородностью состава данной категории био-объектов.

Какие функции выполняют липиды

Перечислите основные функции липидов в организме, которые являются основными. На ознакомительном этапе целесообразно выделить ключевые роли жироподобных веществ в клетках организма человека. Базовый перечень – это пять функций липидов:

  1. резервно-энергетическая;
  2. структурообразующая;
  3. транспортная;
  4. изолирующая;
  5. сигнальная.

К второстепенным задачам, которые липиды выполняют в сочетании с другими соединениями можно отнести регуляторную и ферментативную роль.

Энергетический запас организма

Это не только одна из важных, но приоритетная роль жироподобных соединений. По сути, часть липидов является.источником энергии всей клеточной массы. Действительно, жир для клеток – аналог топлива в баке автомобиля. Реализуется энергетическая функция липидами следующим образом. Жиры и подобные им вещества окисляются в митохондриях, расщепляясь до уровня воды и двуокиси углерода. Процесс сопровождается выделением значительного количества АТФ – высокоэнергетических метаболитов. Их запас позволяет клетке участвовать в энергозависимых реакциях.

Структурные блоки

Одновременно, липиды осуществляют строительную функцию: с их помощью формируется мембрана клетки. В процессе участвуют следующие группы жироподобных веществ:

  1. холестерин – липофильный спирт;
  2. гликолипиды – соединения липидов с углеводами;
  3. фосфолипиды – эфиры сложных спиртов и высших карбоновых кислот.

Следует отметить, что в сформировавшейся мембране, непосредственно жиры не содержатся. Образовавшаяся стенка между клеткой и внешней средой оказывается двухслойной. Это достигается вследствие бифильности. Подобная характеристика липидов указывает, что одна часть молекулы – гидрофобна, то есть нерастворима в воде, вторая, напротив – гидрофильна. Как результат, бислой клеточной стенки формируется вследствие упорядоченного расположения простых липидов. Молекулы разворачиваются гидрофобными участками друг к другу, тогда как гидрофильные хвосты направлены внутрь и вне клетки.

Это определяет защитные функции мембранных липидов. Во-первых, мембрана придает клетке форму и даже сохраняет ее. Во-вторых, двойная стенка – своеобразный пункт паспортного контроля, не пропускающий через себя нежелательных визитеров.

Автономная система отопления

Конечно, это наименование достаточно условно, но вполне применимо, если рассматривать какие функции выполняют липиды. Соединения не столько отапливают организм сколько удерживают тепло внутри. Подобная роль отведена жировым отложениям, формирующимся вокруг различных органов и в подкожной ткани. Этот класс липидов характеризуется высокими теплоизолирующими свойствами, что предохраняет жизненно-важные органы от переохлаждения.

«Золотой» запас индивидуума

Дополнительно, жировые отложения выполняют резервную функцию. Это фактически кладезь энергии, используемый организмом при необходимости, Как пример, голодание или интенсивные физические нагрузки. Весь механизм осуществляется при содействии адипоциты. Это специальные клетки, строение и функции которых тесно связаны с триглицеридами. Жир занимает подавляющий объем адипоцитов.

Такси заказывали?

Транспортную роль липидов относят к второстепенной функции. Действительно, перенос веществ (преимущественно триглицеридов и холестерина) осуществляется отдельными структурами. Это связанные комплексы липидов и белков, именуемые липопротеины. Как известно, жироподобные вещества нерастворимы в воде, соответственно плазме крови. Напротив, функции белков включают гидрофильность. Как результат, ядро липопротеида – скопление триглицеридов и эфиров холестерина, тогда как оболочка – смесь молекул протеина и свободного холестерола. В таком виде, липиды доставляются к тканям или обратно в печень для вывода из организма.

Второстепенные факторы

Список уже перечисленных 5 функций липидов, дополняет ряд не менее важных ролей:

  • ферментативная;
  • сигнальная;
  • регуляторная

Сигнальная функция

Некоторые сложные липиды, в частности их строение, позволяют передавать нервные импульсы между клетками. Посредником в подобном процесс выступают гликолипиды. Не менее важным оказывается способность распознавать внутриклеточные импульсы, также реализуемая жироподобными структурами. Это позволяет отбирать из крови необходимые клетке вещества.

Ферментативная функция

Липиды, независимо от расположения в мембране или вне ее – не входят в состав ферментов. Однако, их биоснтез происходит с присутствием жироподобных соединений. Дополнительно, липиды участвуют в выполнении защиты стенок кишечника от ферментов поджелудочной железы. Избыток последних нейтрализуется желчью, где в значительных количествах включены холестерин и фосфолипиды.

Регуляторная функция

Еще одна роль, которую для называют второстепенной. Не участвуя непосредственно в регулирующих процессах, липиды входят в состав соединений, осуществляющих подобные функции. В частности, это мембрана клетки, выполняющая пропускной режим. Другим примером выступают стероидные гормоны, регулирующие обмен веществ, репродуктивную способность, и иммунную защиту организма.

Перечень функций липидов не ограничивается рассмотренными случаями, но позволяет понять уровень важности веществ для человека.

sosudportal.ru

Функции липидов:

Липиды принимают участие в выполнении следующий функций:

1. Структурная или пластическая роль липидов состоит в том, что они входят в состав структурных компонентов клетки (фосфо- и гликолипиды), ядра, цитоплазмы, мембраны и в значительной степени определяют их свойства (в нервной ткани содержится до 25% , в клеточных мембранах до 40% жиров).

2. Энергетическая функция – обеспечивает 25—30% всей энергии необходимой организму (при расщеплении 1г жира образуется 38,9 кДж.). У взрослой женщины доля жировой ткани в организме составляет в среднем 20—25% массы тела, что почти вдовое больше, чем у мужчины (соответственно 12— 14%). Следует полагать, что жир выполняет в женском организме еще и специфические функции. В частности, жировая ткань обеспечивает женщине резерв энергии, необходимый для вынашивания плода и грудного вскармливания.

3. Жиры являются источником образования эндогенной воды. При окислении 100 г жира выделяется 107 мл Н2О.

4. Функция запасания питательных веществ (жировое депо). Жиры являются своего рода «энергетическими консервами».

5.Защитная. Жиры защищают органы от повреждений (подушка около глаз, околопочечная капсула).

6. Выполняют транспортную функцию – носители жирорастворимых витаминов.

7. Терморегуляционная. Жиры предохраняют организм от потери тепла.

8. Жиры являются источником синтеза стероидных гормонов.

9. Участвуют в синтезе тромбопластина и миелина нервной ткани, желчных кислот, простагландинов и витамина D.

10. Существуют данные о том, что часть мужских половых стероидных гормонов в жировой ткани преобразуется в женские гормоны, что является основой косвенного участия жировой ткани в гуморальной регуляции функций организма.

Метаболизм жиров в организме.

Нейтральные жиры являются важнейшим источником энергии. За счет окисления образуется 50% всей энергии необходимой организму. Нейтральные жиры, составляющие основную массу животной пищи и липидов организма (10—20% массы тела), являются источником эндо­генной воды. Физиологическое депонирование нейтральных жиров выполняют липоциты, накапливая их в подкожной жировой клетчатке, сальнике, жировых капсулах различных органов – увеличиваясь в объеме. Считают, что количество жировых клеток закладывается в детском возрасте и в дальнейшем может лишь увеличиваться в размерах. Жиры, депонированные в подкожной клетчатке, предохраняют организм от потерь тепла, а окружающие внутренние органы – от механических повреждений. Жир может депонироваться в печени и мышцах. Количество жира отложенного в депо зависит от характера питания, особенностей конституции, пола, возраста, вида деятельности, образа жизни и т.д.

Фосфо- и гликолипиды входят в состав всех клеток (клеточные липиды), особенно нервных. Этот вид жиров – непременный компонент биологических мембран. Фосфолипиды синтезируются в печени и в кишечной стенке, однако только гепатоциты способны выделять их в кровь. Поэтому печень является единственным органом, определяющим уровень фосфолипидов крови.

Бурый жир представлен особой жировой тканью, располагающейся у новорожденных и грудных детей в области шеи и верхней части спины (его количество в организме 1—2% от общей массы тела). В небольшом количестве (0,1—0,2% от общей массы тела) бурый жир имеется и у взрослого человека. Особенностью состава бурого жира является огромное количество митохондрий с красновато-бурыми пигментами в которых происходят интенсивные процессы окисления, не сопряженные с образованием АТФ. Важнейшую роль в механизмах этого явления играет белок термогенин, составляющий 10—15% общего белка митохондрий бурого жира. Продукция тепла бурым жиром (на единицу массы его ткани) в 20 и более раз превышает таковую обычной жировой ткани.

У новорожденных низкая функциональная активность организма и незрелость центральных и периферических механизмов терморегуляции не обеспечивают достаточную теплопродукцию, поэтому функцию дополнительного специфического генератора тепла выполняет бурый жир. У взрослых же необходимость в дополнительном источнике тепла отпадает, так как теплопродукция обеспечивается иными, более совершенными, механизмами.

Следует отметить, что бурый жир является также источником эндогенной воды.

Высшие жирные кислоты являются основным продуктом гидролиза липидов в кишечнике. Всасывание их в кровь происходит в виде мицелярных комплексов, состоящих из жирных и желчных кислот, фосфолипидов и холестерола.

Для нормальной жизнедеятельности необходимо присутствие в пище незаменимых жирных кислот, которые не синтезируются в организме. К таким кислотам относятся олеиновая, линолевая, линоленовая и арахидоновая. Суточная потребность в них составляет 10—12 г. Линолевая и линоленовая кислоты содержатся в основном в растительных жирах, арахидоновая – только в животных. Дефицит незаменимых жирных кислот в пище приводит к замедлению роста и развития организма, снижению репродуктивной функции и различным поражениям кожи. Полиненасыщенные жирные кислоты необходимы для построения и сохранения липопротеидных клеточных мембран, для синтеза простагландинов и половых гормонов.

Жиры могут образовываться в организме из углеводов и белков при их избыточном поступлении извне. Значительное количество жиров человек получает с колбасами – от 20—40%, салом – 90% , сливочным маслом – 72—82% , сырами – 15—50%, сметаной – 20—30%.

В среднем человеку требуется 70—125 г жира в сутки, из которого 70% животного, а 30% растительного. Лишний жир откладывается в организме в определенных частях тела в виде жирового депо.

Холестерол относится к классу стеринов, включающему также стероидные гормоны, витамин D и желчные кислоты. Холестерол, поступает в организм с пищей и синтезируется в самом организме. При этом значительная его часть синтезируется в печени, где происходит и его расщепление на желчные кислоты, выделяемых в составе желчи в кишечник. Транспорт холестерола в крови осуществляется в составе липопротеидов высокой, низкой и очень низкой плотности.

Повышение фракции липопротеидов низкой плотности несет опасность развития атеросклероза вследствие их накопления в сосудистой стенке. Липопротеиды высокой плотности, напротив, способствуют удалению холестерола из клеток,

Суммарное количество жиров в организме человека составляет 10—20% массы тела. Увеличение массы тела на 20—25% считается предельно допустимой физиологической границей. Более чем у 30% населения экономически развитых стран масса тела превышает нормальные показатели.

studfiles.net

Биологические функции липидов

Роль липидов в процессах жизнедеятельности организма разнообразна.

Структурная. В комплексе с белками липиды являются структурными компонентами всех биологических мембран клеток, а следовательно, влияют на их проницаемость, участвуют в передаче нервного импульса в создании межклеточного взаимодействия.

Энергетическая. Липиды являются наиболее энергоемким клеточным топливом. При окислении 1 г жира выделяется 39 кДж энергии, что в два раза больше, чем при окислении 1 г углеводов.

Резервная. Липиды – наиболее компактная форма депонирования энергии в клетке. Содержание жира в организме взрослого человека от 6 до 10 кг.

Защитная. Обладая выраженными термоизоляционными свойствами, липиды предохраняют организм от термических воздействий, жировая прокладка защищает тело и органы животных от механических и физических повреждений; защитные оболочки в растениях (восковой налет на листьях и плодах) защищают от инфекций и излишне интенсивного водообмена.

Регуляторная. Некоторые липиды являются предшественниками витаминов, гормонов, вторичных метаболитов – простагландинов, лейкотриенов, тромбоксанов. У бактерий липиды определяют таксономическую индивидуальность, тип патогенеза и многие другие особенности. Нарушение липидного обмена у человека приводит к развитию таких патологических состояний как атеросклероз, ожирение, желчнокаменная болезнь.

Классификация липидов. Липиды представляют собой разнородные в химическом отношении вещества. В связи с этим существуют разные подходы к их классификации. Но прежде всего они делятся на простые и сложные.

К простым (нейтральным) липидам относят в первую очередь производные высших жирных кислот и спиртов – ицилглицеролипиды, воски, эфиры холестерина, гликолипиды и другие подобного рода соединения. В их молекулах не содержится атомов азота, фосфора и серы.

В качестве другого определяющегося признака используются природа связующего звена соединяющего между собой гидрофильный и гидрофобный участки молекулы. Таким звеном обычно являются многоатомные алифотические спирты, содержащие две или гидроксильные группы или соединенные с другим остатком сложные липиды содержат гетероатом, к ним относятся фосфолипиды, гликолипиды, стероиды.

Простые липиды можно подразделить на нейтральные и полярные.

Нейтральные липиды на 95-96% представлены ацилглицеринами и по существу именно их и называют жирами.

В полярных глицеролипидах третья гидроксильная группа или свободна (могут быть свободны и две ОН-группы – это диацил или моноацилглицерины). В полярных глицеролипидах третья гидроксильная группа также может быть связана с гидрофильной головкой.

В качестве остатков входят жирные кислоты. Структурное многообразие липидов в основном обусловлено многообразием входящих в них жирных кислот, отличающихся по степени и характеру разветвления углеродной цепи, числу и положению двойной связи, природе и количеству прочих функциональных групп и наконец по длине углеродной цепи. Жирные кислоты, входящие в состав липидов высших растений и животных, как правило, имеют четное число углеродных атомов, причем преобладающими являются кислоты с 16—20 атомами углерода в молекуле.

К простейшим представителям природных жирных кислот относятся насыщенные кислоты с длиной неразветвленной углеводородной цепью общей формулы.

СН3(СН2) и СООН, основные их представители приведены в таблице.

Таблица

Наиболее распространенные природные жирные кислоты

Кодовое Обозн-е* Структура Систематическое название Тривиальное название
  С12:0 С14:0 С16:0 С18:0 С20:0 С22:0 С24:0   С14:1 С16:1 С18:1 С18:1 С18:1 С18:1 С22:1       С18:2   С18:3   С20:3   С20:4   СН3(СН2)10СООН СН3(СН2)12СООН СН3(СН2)14СООН СН3(СН2)16СООН СН3(СН2)18СООН СН3(СН2)20СООН СН3(СН2)22СООН   СН3(СН2)3СН=СН(СН2)7СООН СН3(СН2)5СН=СН(СН2)7СООН СН3(СН2)7СН=СН(СН2)7СООН СН3(СН2)5СН=СН(СН2)9СООН СН3(СН2)5СН=СН(СН2)9СООН СН3(СН2)10СН=СН(СН2)4СООН СН3(СН2)7СН=СН(СН2)11СООН   СН3(СН2)4(СН=СНСН2)2(СН2)6СООН   СН3СН2(СН=СНСН2)3(СН2)6СООН   СН3(СН2)4(СН=СНСН2)3(СН2)5СООН   СН3(СН2)4(СН=СНСН2)4(СН2)2СООН   Насыщенные н-Додекановая н-Тетрадекановая н-Гексадекановая н-Октадекановая н-Эйкозановая н-Докозановая н-Тетракозановая   Моноеновые   цис-Тетрадецен-9-овая цис-Гексадецен-9-овая цис-Октадецен-9-овая цис-Октадецен-11-овая транс-Октадецен-11-овая цис-Октадецен-6-овая цис-Докозен-13-овая   Полиеновые   цис, цис-Октадекадиен-9,12-овая цис, цис, цис-Октадекатриен-9, 12, 15-овая цис, цис, цис-Эйкозатриен-8,11,14-овая цис, цис, цис, цис-Эйкозатетраен-5,8,11,14-овая   Лауриновая Миристиновая Пальмитиновая Стеариновая Арахиновая Бегеновая Лигноцериновая   Миристолеиновая Пальмитолеиновая Олеиновая Вакценовая транс-Вакценовая Петроселиновая Эруковая   Линолевая   Линоленовая   Дигомо-γ-линолевая Арахидоновая

____________

*Цифры обозначают число атомов углерода и двойных связей в цепи

Среди них особое положение занимает пальмитиновая кислота (С16:0), ее могут синтезировать все организмы являющаяся первичным продуктом, образующимся под действием синтетазы жирных кислот, и исходным материалом для биосинтеза других кислот группы – стеариновой, лауриновой, миристиновой и т.д.

Биосинтез жирных кислот как насыщенных, так и ненасыщенных происходит за счет удлинения цепи на две СН2-группы под действием ферментов ЭЛОН газов.

Для высших растений характерно в основном С18-ненасыщенные кислоты, биосинтетически получаемые из С18:0 стеариновой кислоты под действием фермента десатуразы.

У млекопитающих и ряда бактерий пальмитиновая и стеариновая

кислоты служат предшественниками двух широко распространен-

ных моноеновых (мононенасыщенных) жирных кислот – пальмитиновой и олеиновой. Практически все природные моноеновые кислоты являются цис-изомерами

СН3(СН2)mСН=СН(СН2)nСООН общая формула моноеновых жирных кислот

В жирах млекопитающих и липидах растений содержится заметное количество полиеновых жирных кислот. Все природные полиеновые кислоты являются несопряженными: цис-двойные связи в их углеводородных цепях разделены, как правило, одной метиленовой группой. В результате в молекулах кислот образуется одна или несколько повторяющихся группировок

–СН=СН-СН2-СН=СН-, поэтому они называются кислотами дивинилметанового ряда, они изображаются общей формулой

Линолевая (n=2) и линоленовая (n=3) кислоты не синтезируются в организме высших животных и человека, а поступают с пищей, их часто называют незаменимыми или эсенциальными жирными кислотами. Арахидоновая и дигомо-γ-линолевая кислоты являются предшественниками в биосинтезе простогландинов и лейкотриенов.

Наряду с насыщенными и ненасыщенными кислотами с прямой цепью углеродных атомов, в природе встречаются жирные кислоты с разветвленной цепью. В частности, к ним относится наиболее широко распространенная природная туберкулостеариновая кислота, впервые выделенная из туберкулезной палочки

В некоторых растениях и бактериях были найдены жирные кислоты, содержащие циклопропановое кольцо, например, лактобацилловая и стрекуловая. Биосинтез таких кислот происходит путем переноса метиленовой группы от S-аденозилметионина на двойную связь моноеновой кислоты

В природных липидах содержатся и гидроксикислоты, входящие в состав липидов бактериальных клеток. Например, 2(3)-гидрокистеариновая, 2(3)-гидроксипальметиновая, 2-гидроксилигноцериновая, рицинолевая

Исследования состава липидов и их жирнокислотного состава в зависимости от условий произрастания их источникам показали, что гидроксикислоты накапливаются в значительных количествах стрессовой ситуации (заморозки, засушливые годы и т.д.)

Ацилглицериды могут быть простыми – образованными только одной кислотой и сложными или смешанными, когда в их состав входят остатки различных кислот. Кроме того функциональной группы в триацилглицеридах могут быть по разному ориентированы в пространстве. Эти разные ориентации имеют форму вилки, кресла, стержня

Чистые ацилглицирины- это бесцветные вещества без вкуса и запаха. Окраска, запах и вкус жиров определяются наличием в них специфических примесей. Температура плавления и застывания ацилглицеринов не совпадают. Это может быть следствием переохлаждения или существование нескольких кристаллических модификаций. температура плавления триацилглицеринов, содержащих остатки транс-ненасыщенных кислот выше, чем у ацилглицеринов, содержащих остатки цис-ненасыщенных жирных кислот с тем же числом углеродных атомов.

Помимо того, что триглицериды используются по своему прямому назначению в виде жиров, они могут служить источником для индивидуальных или почти индивидуальных компонентов, например получение хлопкового пальметина в результате демаргаринизации . Выделение основано на ризницах в температурах плавления и кипения не только насыщенных и ненасыщенных триглицеридов, но и цис- и транс-изомеров непредельных глицеридов.

Воски - это жироподобные вещества, твердые при комнатной температуре. В состав воска входят сложные эфиры жирных кислот и высших одноатомных (реже - двухатомных) спиртов, причем кислоты и спирты большей частью содержат четное число атомов углерода (С13-С36). Кроме того, воски всегда содержат свободные кислоты, и часто углеводы, в них в качестве сопутствующих соединений присутствуют стерины и красящие вещества.

Воски подразделяются на растительные и животные. В растениях воски в основном содержатся в наружном слое и играют главным образом защитную роль. Покрывая тонким слоем листья стебли, плоды и сами растения восковой налет предохраняет растения от повреждения, поражения вредителями, замедляется потеря воды. К растительным воскам относятся воск пальмовых листьев (карнаубский воск), воск стеблей льна, кандеильский воск, получаемый в промышленности.

К животным воскам относятся спермацет, его выделяют из спермацетового масла, содержащегося в черепной полости кашалота. В спермацете преобладает цетиловый эфир пальмитиновой кислоты С15Н31СООС16Н33.

Пчелиный воск содержит спирты С24-С34, этерифицированные высшими кислотами (пальмитиновой С15Н31СООН, церотиновой С25Н51СООН).

Китайский воск выделяемый насекомыми в основном состоит из церилового эфира церотиновой кислоты (С25Н51СООС26Н53).

По сравнению с глицеридами сложные эфиры восков труднее поддаются омылению, они также хуже растворяются в обычных растворителях жиров.

Воски находят разнообразное применение в качестве добавок к кремам, мазям, помадам, используются при изготовлен свечей, мыла, пластырей, шампуней. Например карнаубский воск.

Состав восков у разных растений различен. Уникальный воск обнаружен в плодах и семенах симондзии калифорнийской (хохобы). Этот воск жидкий. Его индейцы употребляли его в пищу и использовали его лечебные свойства (заживление ран и др.). Особенностью его является то, что он выполняет роль запасного питательного вещества используемого при прорастании семян. Не имея в своем составе триацил глицеридов этот воск не горит и не разлагается как обычное масло. Это дает возможность использовать его для смазки скоростных моторов, что удлиняет время их работы в 5-6 раз. Вынозеленый кустарник хохобы неприхотлив, произрастает на бедных и засоленных почвах, а его плоды и семена содержат до 50% жидкого воска.

К жироподобным веществам относятся кутин и суберин.

Кутин покрывает сверху эпидерму тонким слоем……………..

ткани от высыхания и проникновения микроорганизмов. В его состав входят С16 и С18 ω-гидроксикарбоновые кислоты, связанные друг с другом сложноэфирными связями в полимерную сетку.

Суберин – полимер, который пропитывает клеточные стенки первичной коры корня. Это делает клеточные стенки прочными и непроницаемыми для воды и газов, что повышает защитные свойства покровной ткани. Суберин похож на Кутин, но кроме гидроксикислот в него входят дикарбоновые кислоты и двухатомные спирты.

Гликолипиды. Этот термин относится к разнообразной и обширной группе липидов у которых гидрофобная часть липидной молекулы соединена с гидрофильной полярной головкой состоящей из одного или нескольких остатков углеводов. В качестве основных углеводных компонентов в составе гликолипидов чаще всего встречаются глюкоза и галактоза или их сульфатированные производные (обычно галактозилсульфат), аминосахара (галактозалин и глюкозалин) либо их ацетильные производные. Глицерогликолипиды представлены в природе главным образом гликозилдиацил глицеринами.

Лекция № 2

Сложные липиды.

Глицерофосфолипиды общим структурным фрагментом всех глицерофосфолипидов является фосфолипидная кислота (1,2-диацил-3-фосфоглицерол)

Фосфатидная кислота образуется в организме в процессе биосинтеза триацилглицеридов и глицерофосфолипидов как общий промежуточный метаболит. Все природные глицерофосфолипиды относятся к L-ряду, имеют один асимметрический атом. Состав жирных кислот различных глицерофосфолипидов различается даже в пределах одного организма, что и определяет специфичность фосфолипидов.

Фосфолипиды являются обязательными компонентами большинства мембран животных, растительных и бактериальных клеток.

В зависимости от заместителей НОR выделяют различные группы фосфолипидов

Название глицерофосфолипида HOR-группа
Тривиальное название Строение
Не содержащие азот
Фосфатилглицерид глицерол
Фосфатидилглицерид кардиолипин
Фосфатидилинозитол инозитол
Содержащие азот
Фосфатидилэтаноламин кефалин
Фосфатидилхолин холин (лецитин)
Фосфатидилсерин серин

Лецитин в своем составе содержит аминоспирт в виде триметиламмонийной соли. В зависимости от того с каким углеродным атомом связана фосфорная кислота различают его α и β-формы

α-лецитин β-лецитин

Лецитин содержится в клетках, особенно в мозговых тканях человека и животных, в растениях он в основном в соевых бобах, семенах подсолнечника, зародышах пшеницы. В бактериях его содержание крайне невелико.

Кефалин также содержится в мембранах клеток высших растений и животных.

Помимо фосфолипидов, относящихся к классу диацилглицеридов во многих природных объектах в небольшом количестве присутствуют моноацилглицериды, называемые лизофосфолипидами

х - остатки холина, этаноламина, серина

В мозге млекопитающих и в оболочках нервных клеток присутствуют глицерофосфолипиды с циклическими полигидроксипроизводными и свободной ОН-группой.

Они образуются при гидролизе в фосфатидиадихоной связи во втором положении под действием специфического фермента-фосфолипазы А2. Лизофосфолипиды образуют сильным гемолитическим действием.

лизофосфолипиды

Плазмалогены. Они отличаются от приведенных выше глицерофосфолипидов тем, что вместо остатка кислоты при первом углеродном атоме содержат α, β-непредельный спирт, связанной простой эфирной связью с ОН-группой……………

При гидролизе этой группы образуются альдегиды, отсюда и название –фосфатидали. На долю плазмалогенов приходится до 10% фосфалипидов мозга и мышечной ткани.

пример плазмалогена

(фосфатидольэтаноламин)

Они обнаружены также в эритроцитах (до 25%), входят в состав бактериальных мембран но практически не встречаются в растениях. Гидрированный аналог носит название трангоцит. Он ускоряет агрегацию.

Кардиолипин практически локализован в листохондриях и играет важную роль в структурной организации и функционировании дыхательных комплексов.

Среди гликоглицеролипидов обнаружена небольшая группа фосфорсодержащих гликолипидов, найденных в основном в бактериальных клетках. Например

В остатках глицерофосфолипидов в качестве спиртовой компоненты Н3РО4 могут быть остатки углеводов.

Сложными липидами являются и производные сфингозина или его насыщенного аналога – дигидрофосфингозина

сфингозин Д-сфинганин

(Д-и-сфингенин)

При ацилировании Nh3-группы сфингозина жирной кислоты образуется церамид, фосфохолиновое производное которого называется сфингомиелином, то есть ОН- группа может содержать остаток Н3РО4.

Сфинголипидами особенно богаты мозг и нервные ткани. Сфингомиелины обнаружены в тканях почек, печени, в лимфе крови.

В общем виде природные длинноцепочные основания (сфингозины) являются С12-С22 соединениями двух типов. Ненасыщенные молекулы с тремя функциональными группами (азотацилированные представители) в основном имеют животное происхождение, а их насыщенные аналоги с четырьмя группами - растительное происхождение:

Со свободной Nh3- группой – сфингозины с ацилированной Nh3 – группой – церамиды, содержащие остаток фосфорной кислоты и холина – сфингомиелинами.

Гликосфинголипиды – производные церамидов, спиртовая группа которых гликозилирована остатками одного или нескольких углеводов.

Цереброзиды

галактозилцерамиды

Ганглиозиды – углеводная часть олигомерная - разветвленная. Этим они отличаются от цереброзидов.

Также как и в ацилглицеридах, состав фосфолипидов, выделенных из одного и того же сырья неидентичен, в растениях, в зависимости от вида культуры содержится от 0,3 до 1,8% фосфолипидов.

Таблица

Содержание фосфолипидов в различных культурах

Культура % фосфолипидов Культура % фосфолипидов
соя 1,8 лен 0,6
хлопчатник 1,7 пшеница 0,54
подсолнечник 1,7 рожь 0,6
клещивина 0,3 кукуруза 0,9

Церамиды встречаются во многих животных и растительных тканях, свингомиелины характерны только для животных клеток. Сфинголипиды входят в состав многих лекарственных форм, поэтому освоен их химический синтез. На основе сфинголипидов созданы фармакологические активные препараты антибактериальным средством, косметические средства, позволяющие защищать от вирусов, бактерий и грибов.

В качестве природных источников сфингосоединений используют красные водоросли, морские губки, морские звезды.

Цереброзиды можно выделить из соевых бобов, но природные представители сфинголипидов в следствии малого содержания объектов дороги. И для фармакологических целей их получают синтетически. В основном используют биохимические подходы.

Функциональные свойства липидов

По своим функциям в организме липиды делятся на две основные группы – запасные или резервные и структурные или протоплазматические.

Запасные липиды (в основном это ацилглицериды) являются высококалорийными и составляют энергетический и строительный резерв организма, который им используется в период недостатка питания и во время болезни. Высокая калорийность жира позволяет организму в экстремальных ситуациях существовать за счет его запасов в течение длительного времени (от нескольких недель до 1,5 месяцев). Запасные липиды являются защитными веществами, помогающими организму (растительному или животному) переносить неблагоприятное воздействие внешней среды, например низкие температуры. Последнее очень важно для растений, они больше страдают от зимних и летних колебаний температур. В связи с этим до 90% всех растений содержат запасные липиды. Запасные липиды животных и рыб концентрируются в подкожной жировой ткани, защищают организм от травм. К защитным липидам можно отнести и воски. Запасные липиды у большинства растений и животных являются основной по массе группой липидов (95-96%) и относительно легко извлекаются из жиросодержащего материала («свободные липиды»).

Структурные липиды – а это в первую очередь фосфолипиды образуют сложные комплексы с белками, углеводами и в виде таких надмолекулярных структур входят в состав клеточной стенки и участвуют в сложных процессах, протекающих в клетке. Они относятся к трудно извлекаемым связанным и прочносвязанным липидам. Для их извлечения предварительно необходимо разрушить их связи с белками и углеводами.

При извлечении липидов из масличного сырья вместе с ними в масло переходит большая группа веществ – пигментов, жирорастворимых витаминов, стеринов. Все эти сопутствующие вещества играют важную роль в жизнедеятельности живых систем.

Сопутствующие вещества, содержащиеся в сыром жире

1. Жирорастворимые пигменты – это вещества, определяющие окраску масел и жиров, наиболее распространены среди которых каратиноиды и хлорофиллы.

Каратиноиды – это растительные красно-желтые пигменты, обеспечивающие окраску ряда жиров, а также овощей и фруктов, яичного желтка и многих других продуктов. По своей химической природе это углеводороды С40Н56 – каротины и их кислородсодержащие производные. Среди них наиболее известен β-каротин (про-витамин А)

β-каротин предает окраску овощам, плодам и фруктам. Помимо красящих свойств, β-каротин важен тем, что он является предшественником витамина А. Большое количество β-каротина содержится в моркови, семенах кукурузы, пальмовом масле.

Желтый краситель из лепестков календулы является жирорастворимым красителем и выделяется из растений в виде масляного экстракта. Он используется для окраски жирорастворимых продуктов – масло, сыр и др. в виде масляного экстракта.

Каротиноиды баксин и норбиксин выделяют из семян и мякоти олеандрового дерева (Bixaorellana), они растворимы в растительном масле и используются в качестве пищевых красителей

Хлорофил – красящее вещество зеленых растений представляет из себя комплекс магния с производными порфина.

Хлорофилл состоит из сине-зеленого хлорофилла (А) и желто-зеленого хлорофилла (Б) в соотношении 2:1………………………

R= СН3 (хлорофилла)

Хлорофилл придает зеленую окраску многим овощам и плодам – салат, зеленый лук, укроп. В семенах хлопка содержится пигмент – госсипол. От 0,14 до 2,5% сам госсипол и продукты его превращения окрашивают хлопковое масло в темно-желтый или коричневый цвет. Госсипол, содержащийся в семенах, листьях, стеблях хлопчатника,- токсичное вещество. Избыток госсипола в масле недопустим, потому что это токсическое вещество. При хранении и нагревании нерафинированных масел госсипол образует темные продукты и придает маслу неприятный вкус. Происходит быстрое окисление. По своей структуре госсипол представляет собой димер нафталина, содержащий гидроксильные, альдегидные, метильные и изопропильные заместители:

Жирорастворимые витамины. Это в основном витамины группы А (ретинол), группы Д (эргокальциферол – Д2 и холкальциферол – Д3), токоферолы (витамин Е), витамины группы К (филлохиноны и менахиноны). Более детально пигменты и витамины будут рассматриваться в курсе «Пищевые и биологически активные добавки».

Стерины. Это неомыляемые вещества – полициклические спирты и эфиры. Основой стеринов является пергидроциклопентафенатрен, в третьем положении которого имеется ОН-группа, в 17-ом-заместитель R, изменяющийся в зависимости от вида стерина

и др. R/ - остаток жирной кислоты

ОН в третьем положении , может быть этерифицирование уксусной кислотой или остатком жирной кислоты.

Стерины – алициклические вещества ,входящие в группу стероидов, обычно они представляют собой кристаллические одноатомные спирты (стеролы) или их эфиры (стериды).

По источнику их содержащего стерины подразделяют на:

зоостерины – содержатся в животных жирах

фитостерины – содержатся в растениях

микостерины – содержатся в грибах

Роль стеринов состоит в регулировании обмена веществ в организме, а конкретно желчных кислот , тренинге иммунной системы, и ряда других, способствуют снижению стрессовых факторов , таких как неполноценное питание, плохое экологическое воздействие, загрязнение, некоторые из них оказывают противовоспалительное и антигипогликемическое действие, что важно при лечении сердечно-сосудистых заболеваний и сахарного диабета.

Наиболее важным из животных стеринов является холестерин. С одной стороны он необходим для синтеза стероидных гормонов, избыток же его способствует отложению в виде бляшен на кровеносных сосудах, что делает их ломкими. Поэтому поступление его с пищей должно быть контролируема. Нормальным считается уровень холестерина 198-200 мг/ди. Холестерин поступает как с питанием 300-500 мг в сутки, так и образуется биосинтетически 500-1000 мг. (70-80% синтезируется в печени).

Холестерин обнаружен в тканях всех животных и отсутствует, или присутствует в незначительном количестве, в растениях.

Эргостерин является предшественником Витамина Д.

Из растительных стеринов наиболее важен экдистерон. Он действует как анаболик на мышечные ткани, улучшит работу печени и сердца, улучшает состав крови. Его принимают как пищевую добавку для спортсменов.

Содержание холестерина в природных объектах относительно невелико.

Таблица

Объект Содержание стеринов % Объект Содержание стеринов %
соя 0,35 Масло сливочное 0,17-0,21
рапс 0,3 яйца 0,57
лен 0,4 сыры 0,28-1,61
арахис 0,25 мясо 0,06-0,1
хлопчатник 1,6    

Процессы, происходящие при хранении жиров.

При хранении жиры нестойки и относительно быстро разрушаются. Превращения могут протекать по сложноэфирным группам или по углеводородному скелету молекулы.

Гидролиз триглицеридов

………………

Гидролиз идет ступенчато через промежуточное образование диацил, моноацил и затем полный гидролиз до глицерина. Гидролиз триацилглицеринов широко применяется в технике для получения жирных кислот, глицерина, моно- и диацилглицеринов. Гидролитический распад жиров, липидов зерна, муки, крупы и других жиросодержащих пищевых продуктов является одной из причин ухудшения их качества. Особенно ускоряется этот процесс, если продукты хранятся на свету, при повышенной влажности, температуре, или иных условиях, ускоряющих старение. Глубина гидролиза жиров может быть охарактеризована с помощью кислотного числа. Кислотное число – число мг КОН, необходимое для нейтрализации свободных жирных кислот, содержащихся в 1 гр пищевых продуктов или жира. Кислотное число является одним из показателей качества продуктов и регламентируется стандартом.

Переэтерификация. Большое практическое значение имеют реакции, при которых идет обмен ацильных групп (ацильная миграция) – межмолекулярная и внутримолекулярная переэтерификация. Химически этот процесс может проходить под воздействием различных агентов. Практически этот процесс обмена ацильными группами важен при получении жиров мягкой консистенции при перекрестной переэтерификации высокоплавных жиров животного происхождения и жидких растительных жиров. Получаются пластичные маргарины с температурой плавления 25-350С. Такие жиры очень удобны для применения в хлебопечении, при изготовлении кондитерских изделий, торты. В качестве катализаторов переэтерификаци жиров используют щелочи, алкоголяты. При их взаимодействии с триацилглицеринами сначала протекает процесс омыления, образуется глицерат натрия или калия, который и является собственно катализатором переэтерификации. Механизм переэтерификации такой же, как и для эфиров моноспиртов.

Механизм реакции переэтерификации заключается во взаимодействии карбонильный группы ›С=О сложного эфира со спиртовыми группами.

Скорость зависит от состава жира, степени его омыления, температуры, от вида, количества и активности катализатора.

Реакции ацилглицеринов с участием углеводородного радикала

1. Гидрирование ацилглицеринов. Оно осуществляется под действием Н2 при повышенных температурах в присутствии катализатора (чаще всего Ni-Re). Так например, гидрирование масел и жиров молекулярным водородом в промышленности проводят при температурах 180-240◦С в присутствии медно-никелевых катализаторов, при давлении близком к атмосферному. Задачей гидрогенизации является изменение жирно-кислотного состава с целью изменения консистенции и свойств жира. В зависимости от полного или частичного присоединения водорода к ненасыщенной цепи образуются жиры различной консистенции. Основная химическая реакция, протекающая при этом – присоединение водорода с двойным связями в боковых цепях карбоновых кислот, входящих в ацилглицерины

Реакция аналогична реакции гидрирования алкенов.

Учитывая тот факт, что различные двойные связи по разному взаимодействуют с водородом можно избирательно гидрировать ту или иную двойную связь в молекулах ненасыщенных ацилглицеридов. Так в жидких маслах сначала одна из двойных связей линолевой кислоты гидрируется до линоленовой, затем линоленовая кислота восстанавливается до олеиновой и только затем при избыточном гидрировании образуется стеариновая кислота

Подбирая условия реакции и соответствующие катализаторы можно добиться нужной структуры жира.

Лекция № 3

Определяя условие гидрирования и соответствующий катализатор,

можно получить нужную структуру жира.

Избегать сопутствующих процессов изомеризации местоположения двойных связей и цис-транс-изомеризации можно подбором катализатора и условий гидрирования.

Окисление ацилглицеридов. Общеизвестным является тот факт, что олефины легко окисляются действием кислорода воздуха по аллильному положению у двойной связи. Жиры, имеющие в молекуле ненасыщенную углеводородную цепь не являются исключением. Первичными продуктами являются различного строения гидроперекиси

Образующиеся гидропероксиды неустойчивы и могут превращаться в другие продукты как за счет превращений самих гидроперекисных групп, так и за счет процессов, инициируемых гидроперекисями. При этом могут образовываться эпокиси, спирты, альдегиды, кетоны, кислоты и их производные с углеводородной цепочкой различной длины.

Кроме того, автокаталитические процессы окисления кислородом воздуха могут сопровождаться более глубоким окислением с разрушением цепи, изомеризацией и полимеризацией, в результате этого накапливаются альдегиды, полиены, эфиры и пероксиды.

Направление и глубина окисления масел и жиров зависит, в первую очередь от их ацильного состава.

С увеличением степени непредельности жирных кислот, входящих в состав ацилглицеринов, скорость их окисления возрастает. Например, соотношение скорости окисления олеиновой – линолевой и линолиновой кислот составляет 1:27:77. Ацилглицерины насыщенных кислот кислородом воздуха при обычных условиях не окисляются. Затормаживают процесс окисления ингибиторы. Они образуют стабильные радикалы, которые дальше в процессе окисления не участвуют. К таким соединениям относится и ионол и другие соединения тризамещенного фенола. Из природных антиокислителей наибольшее значение отводится токоферолу госиполу. При введении антиоксидантов в количестве 0,01% стойкость жиров к окислению увеличивается в 10-15 раз.

На активность оксидантов оказывают действие сопутствующие вещества, так продолжительность действия антиоксидантов увеличивается в присутствии синергистов (от греческого synergos – действующие вместе). Механизм действие синергистов может быть самым различным. Они могут дезактивировать те факторы, которые способствуют окислению, например, дезактивировать следы металлов (Pb, Cu, Co, Mn, Fe и др.), которые выполняют роль катализаторов окисления. Активными синергистами являются соединения, имеющие в молекуле окси- и аминофункции. Хорошо зарекомендовали себя в качестве комплексонов лимонная и аскорбиновая кислоты. Синергистами являются и производные фосфорной кислоты.

Скорость окисления жиров уменьшается при понижении содержания кислорода увеличивается при повышении температуры, попадании прямых солнечных лучей. В организме окисление липидов протекает под действием биологических катализаторов – липоксигеназ. Подобное ферментативное окисление, вызывающее прогоркание масел характерно для липидного комплекса хранящихся масличных семян, зерна, продуктов их переработки (мука. крупа). Во всех этих объектах наряду с жирами присутствуют ферменты липазы и липоксигеназы. У каждого свое назначение – липаза катализирует гидролиз триацилглицеринов, а липоксигеназа катализирует образование гидропероксидов ненасыщенных жирных кислот (главным образом линолевой и линоленовой). Свободные жирные кислоты окисляются быстрее, чем их остатки, входящие в молекулу триглицеридов жира. Таким образом ферментативное прогоркание можно выразить следующей общей схемой

И затем при участки липоксигеназы образовавшаяся непредельная кислота окисляется до поргидроксисоединений

Процесс окисления может, как было описано выше, протекать и дальше. Образующие гидроперекси и вторичные метаболиты – альдегиды и кетоны являются причиной ухудшения качества пищевого сырья и многих липидосодержащих продуктов, так называемое прогоркание маргарина, молочного жира, муки, крупы. Поэтому длительно хранящиеся липидосодержащиеся продукты под влиянием кислорода воздуха, влаги, света и присутствующих в них ферментов постепенно приобретают неприятный вкус и запах. Некоторые из них обесцвечиваются. В них накапливаются вредные для организма продукты окисления. При этом не только снижается их пищевая и биологическая, но они могут оказаться совсем не пригодными для употребления.

Пищевая порча жира сопровождается изменением не только триглицеридов, но и сопутствующих веществ. Например, обесцвечивание растительных масел при осаливании связано с окислением каратиноидов. Темный цвет масел, полученных из заплесневевших зерен обусловлен окислением накопившихся в них микотоксинов. Очень темная окраска хлопкового масла связана с появлением продуктов окисления госсипола. Более глубокие процессы порчи жира сопровождаются образованием как тяжелых продуктов полимеризации, так и легких, например триметиламина N(Ch4)3 – он обеспечивает придание продуктам прогоркание селедочного запаха. Жиры и содержащие их продукты не одинаково устойчивы при хранении, это зависит от их жирнокислотного состава, характера присутствующих примесей, наличия или отсутствия ферментов. Все это определяет условия их упаковки, хранения, срок годности готовых продуктов. Наименее устойчивы при хранении маргарин, сливочное масло и куриный жир.

Анализ порчи жиров проводится в основном органолептически. На первом этапе появляется неприятный вкус, не свойственный оцениваемому маслу или жиру (жир при этом может выступать в качестве раздражителя – щипание в горле, вызывать ощущение жжения, царапания. Несколько позднее появляется неприятный запах (иногда запах олифы). При качественной оценке порчи сливочного масла или маргарина используют термины: «осаливание», «сырный привкус», «олеистость» и наконец «прогоркание».

Методы выделения и анализа липидов сырья и пищевых продуктов

Для анализа липидов применяют самые разнообразные методы - классические и физико-химические.

Изучение липидов начинается с определения их количества (содержания) в пищевых продуктах. Для этого используют методы определения содержания липидов непосредственно в объекте (ЯМР и ИК - спектроскопия) и методы извлечения липидов из пищевых продуктов или биологических объектов. При выделении липидов следует учитывать, что они способны не только к гидрофобным взаимодействиям, но и к образованию водородных, электростатических и ковалентных связей. В зависимости от типа взаимодействия их подразделяют на свободные, связанные или прочно связанные. От такого к какому типу относятся липиды и различаются методы их извлечения.

Свободные липиды экстрагируют из биологического объекта неполярными растворителями (гексан, диэтиловый эфир). При этом разрушаются комплексы, образованные гидрофобными взаимодействиями в жировой ткани, комплексы альбумина с жирными кислотами.

Связанные липиды экстрагируются системой растворителей, в которой присутствуют полярный компонент, как правило это спирт (смесь хлороформа и этанола). При этом разрушаются водородные и электростатические силы. Таким образом извлекаются липиды из мембран и митохондрий.

Прочно связанные липиды. Они находятся в комплексах, образованных ковалентными связями и растворителями не извлекаются. Сначала комплекс разрушают путём гидролиза слабыми растворителями кислот или щелочей и затем высвободившиеся липиды экстрагируют органическим растворителем.

Постадийно можно выделить все группы липидов.

Помимо экстракции органическими растворителями используют экстракцию сжиженными газами (бутином, азотом, аммиаком, СО2, фреонами, аргоном и т.д.). Поскольку извлечение происходит при пониженных температурах, минимизируется опасность окисления, разложения и потери ценных свойств при выпаривании. Наиболее перспективной является экстракция СО2 (280С, р=65-70 атм), количественный выход достигает 98%.

После выделения полученную смесь липидов фракционируют (разделяют на отдельные компоненты) и анализируют. В общем виде схема анализа липидов выглядит следующим образом

триацилглицериды

диацилглицериды

моноацилглицериды

свободные жирные кислоты

стерины, витамины и т.д.

Наиболее эффективным и широко применяемым методом фракционирования сложных смесей липидов является хроматография (адсорбционная). Она применяется как в аналитических, так и в препаративных целях. Наиболее эффективна хроматография в тонком слое. Существуют различные приемы хроматографического разделения (одномерное, двумерное, элюентами различной полярности).

Основными характеристиками липидов являются:

Кислотное число (определение уже дали) – показатель, характеризующий количество свободных жирных кислот, содержащихся в жире. Учитывая, что хранение пищевых продуктов, содержащих жиры и масла, всегда сопровождается гидролизом последних, по величине кислотного числа можно судить о их качестве. В технологии переработки жиров кислотное число используется при расчете количества щелочи, необходимой для щелочной рафинизации жиров и масел.

Число омыления равно числу мг КОН, необходимого для омыления глицеридов и нейтрализации освободившихся и свободных жирных кислот в 1 г жира или масла. По числу омыления можно судить о средней молекулярной массе входящих в состав жирных кислот и определить при мыловарении количество щелочи, необходимое для омыления жира.

Йодное число – показатель, характеризующий непредельность жирных кислот, входящих в состав жира. Он выражается в процентах иода, эквивалентного галогену, присоединяющемуся к 100 г жира. Существует несколько методик определения иодного числа. Одним из наиболее распространенным является бромометрический метод. При этом применяется раствор брома в безводном метиловом спирте, насыщенном NaBr, с которым бром образует прочное комплексное соединение

Отщепляясь бром реагирует с ненасыщенными глицеридами

Непрореагировавший бром оттитровывают иодметрически

а выделевшийся йод титруют тиосульфатом натрия.

А отсюда несложно вычислить и иодное число жира. Иодное число широко применяется для определения вида жира, способности его к «высыханию», расчета водорода, необходимого для его гидрирования.

Химический синтез липидов

Для исследовательских и практических целей липиды обычно выделяют из природных источников. Однако в некоторых случаях необходим химический синтез, например, для окончательного доказательства строения новых типов липидных веществ, выделенных из растительных, животных или минеральных организмов, развитие мембранных исследований поставило на повестку дня проблемы препаративного синтеза многих мембранных липидов, кроме того в исследовании функций липидов, в исследовании механизмов их взаимодействия с другими компонентами живой природы необходимы модифицированные липиды, липиды, содержащие радиационную метку.

Сложность химического строения липидов, их большое разнообразие требуют использования широкого набора методов синтеза. Но если не касаться приемов получения насыщенных и ненасыщенных карбоновых кислот, то они сводятся к следующим

1. Ацилирование гидроксильных групп глицерина или аминогрупп сфингозина. В качестве ацилирующих агентов используются жирные кислоты, их галогенангидриды, ангидриды.

2. Алкилирование применяется в синтезе липидов с простой эфирной связью. В качестве реагентов используют алкилгалогениды или эфиры пара-толуолсульфокислот.

3. Фосфолирование – это обязательный этап в синтезе фосфолипидов. Для этого получают хлорфосфаты или серебряные соли замещенных фосфорных кислот и вовлекают их во взаимодействие с глицерином или сфингозином или их моногидроксипроизводными

4. Гликозилирование – оно применяется при синтезе гликолипидов, специфическим катализатором гликозилирования является цианид ртути. Могут использоваться и биокатализаторы, например липаза.

Широко используется также реакция обмена функциональных групп в присутствии биокатализаторов

Фосфолипиды различного типа могут быть получены и непосредственно из фосфатидовой кислоты путем ее этерификации подходящим аминоспиртом в присутствии конденсирующего агента

Все описанные приемы подходят и для синтеза сфинголипидов

Пищевая ценность масел и жиров

Растительные жиры и масла являются компонентом пищи, источником энергетического и пластического материала для человека, поставщиком ряда необходимых для него веществ (непредельных жирных кислот, фосфолипидов, жирорастворимых витаминов). Все эти вещества являются незаменимыми факторами питания, определяющими его биологическую ценность. Рекомендуемое содержание жира в рационе человека – 30-33%. В южных районах несколько меньше – 27-28%, а для северных – больше 38-40%. В среднем это 90-102 г в сутки, непосредственно в виде жиров 45-50 г. Постоянный отказ от жиров или употребление только жиров, объединенных необходимыми составляющими, приводит к серьезным нарушениям в физиологическом состоянии человека. Нарушается деятельность центральной нервной системы, снижается иммунитет, сокращается продолжительность жизни. Избыточное потребление жиров нежелательно. Оно приводит к ожирению и возникновению множество сердечно-сосудистых заболеваний.

В составе пищевых продуктов различают видимые жиры (растительные масла, животные жиры, сливочное масло, маргарин и пр.) и невидимые жиры (жир в мясе и мясопродуктах, рыбе, молоке, молочных продуктах, крупе, хлебе и хлебобулочных изделиях). Наибольшее количество невидимых жиров содержится в шоколаде, конфетах, сыре, колбасных изделиях. Важно не только количество поглощаемого жира, но и состав его. Линолевая и линоленовая кислоты не синтезируются в организме человека, арахидоновая синтезируется из линолевой кислоты. Эти три вида кислот являются незаменимыми. Они участвуют в построении клеточных мембран, простагландинов, участвуют в регулировании обмена веществ, регулирование обмена веществ в клетках, кровяного давления, агрегации тромбоцитов, регулирует и многие другие процессы. Все эти функции выполняют только цис-изомеры ненасыщенных кислот. В отсутствии необходимых жирных кислот развиваются самые разные заболевания. Из незаменимых кислот наибольшей активностью обладает арахидоновая кислота, следующая по активности – линолева, линоленовая в 8-10 раз менее активная, чем линолевая. Полезны для организма пентоеновые кислоты, содержащие в жире рыб.

Среди продуктов питания наиболее богаты полинасыщенными кислотами растительные масла, особенно кукурузное, подсолнечное, соевое. Содержание в них линолевой кислоты достикает 50-60%, в животных жирах – всего 0,6%. Арахидоновая кислота в продуктах питания содержится в незначительных количествах. Больше всего ее в яйцах – 0,5%, а в растительных жирах практически нет.

В настоящее время считают, что суточная потребность в линолевой кислоте должна составлять 6-10 г, минимальная 2-6 г, а ее суммарное содержание в жирах пищевого рациона – не менее 4% от общей калорийности. Таким образом, состав жирных кислот предназначенных для питания здорового организма должен быть сбалансирован: 10-20% - полиненасыщенных, 50-60%-мононенасыщенных и 30% насыщенных, часть из которых должна быть со средней длиной цепи. Это обеспечивается при использовании в рационе 1/3 части растительных жиров и 2/3 животных жиров.

В зависимости от возраста и страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями, это соотношение изменяется в пользу ненасыщенных: соотношение полиненасыщенных и ненасыщенных кислот равно ~2:1, а соотношение линолевой и линоленовой кислот ~ 10:1. Считается, что лучше в один прием пищи применять жиры сбалансированного состава.

Важной в питании группой липидов являются фосфолипиды, участвующие в построении клеточных мембран и транспорт жира в организме, они способствуют лучшему усвоению жиров и препятствуют ожирению печени. Общие потребность человека в фосфолипидах – 5 г в сутки. Существуют ограничения по холестерину. При повышении его уровня в крови, опасность возникновения и развития атеросклероза возрастает. Суточное потребление холестерина не должно превышать 0,5 г. Наибольшее количество холестерина содержится в яйцах, сливочном масле и субпродуктах.

Углеводы

ЛЕКЦИЯ №1

Углеводы широко распространены в природе и играют важную роль в процессах жизнедеятельности различных организмов. Следует отметить, что глюкоза образуется практически из ничего, являясь первыми веществами живой клетки по биосинтетическому пути. Если аминокислоты, и особенно их полимерные производные, полипептиды и белки, в большей степени сосредоточены в живых организмах, то углеводы в растениях. Они широко распространены в природе и встречаются как в свободном, так и в связанном виде. На долю углеводов приходится ¾ всего биологического мира, целлюлоза является структурной единицей растительного мира (80-90%), а главный пищевой углевод – крахмал. В животном организме на долю углеводов приходится 2% от массы.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 2

1.По количеству атомов углерода – тетроды, пентозы, гексозы и т.д. В зависимости от числа атомов углерода в моносахаридной цепочке их подразделяют на:

- низшие (С3 – С4)

- обычные (С5 – С6)

- высшие (С7 – С10).

2. В зависимости от расположения карбонильной группы углеводы подразделяются на:

- альдозы

- кетозы.

3. По числу структурных сахарных звеньев – моно-, олиго- и полисахара.

Синтезируемые в природе углеводы оптически активны. Живые организмы не узнают и не усваивают углеводы L-ряда, в то время как они часто встречаются в природе (например, L-арабиноза).

Функции углеводов.

Для большинства организмов природные углеводы выполняют две основные функции:

1. Являются источником углерода, необходимого для синтеза белков, нуклеиновых кислот, липидов и других представителей живого мира.

2. Углеводы – это главный источник энергии для человеческого организма. Они обеспечивают до 70% потребности организма в энергии, необходимой для нормальной жизнедеятельности всех клеток, тканей и органов, но в особенности мозга, сердца, мышц. Они являются энергетически ёмкими, при окислении 1г углеводов выделяется 16,7-16,9 кДж энергии.

Углеводы и их производные играют и другие важные функции в организме.

- Резервная. Крахмал и гликоген представляют собой депонированную форму хранения питательных веществ, в частности глюкозы.

- Структурная. Целлюлоза и другие полисахариды растений образуют прочный остов; в комплексе с белками и липидами они входят в состав биомембран всех клеток, хитинового покрова многих насекомых и ракообразных, соединительных тканей и жидкостей.

- Защитная. Например, кислые гетерополисахариды выполняют роль биологического смазочного материала, выстилая трущиеся поверхности суставов, слизистой и пищеварительных путей, носа, бронхов, трахеи и т.д. Углевод гепарин предотвращает свёртываемость крови.

Глюкуроновая кислота связывается с токсическими веществами, нарушающими функцию печени в виде эфиров, выводя их таким образом из организма.

- Особое значение имеет специфическая функция углеводов – участие в образование гибридных (комплексных) молекул, например, таких как гликопротеины, в которых углеводы ковалентно связаны с белком. Небольшие олигосахаридные группы присоединяется через О-гликозидную связь к гидроксильным остаткам серина или треонина, а также через N-гликозидную связь к амидному азоту аспарагина. Гликопротеины содержатся в плазме крови, входят в состав структурных белков, ферментов, рецепторов. Большинство белков, расположенных на внешней поверхности животных клеток, являются гликопротеинами. Содержание углеводного компонента в гликопротеинах варьируется в широких пределах (от 1 до 30% массы всей молекулы). Гликопротеины служит маркерами в процессах узнавания молекулами и клетками друг друга, определяют антигенную специфичность, обусловливают различия групп крови, играют каталитическую роль.

Другим важным классом комплексных структур являются гликолипиды – производные церамидов, спиртовая группа которых гликозилирована остатками одного или нескольких углеводов.

Важной функцией углеводов является способность связывать метаболиты. Например, вырабатываясь наряду с инсулином в поджелудочной железе, они связывают образующиеся кетоновые тела. При нарушении обмена углеводов развивается сахарный диабет, приводящий к ацифозу.

Многие углеводы сладкого вкуса, но это не просто приятные ощущения. Раздражая, подобным образом, рецепторы языка они стимулируют деятельность центральной нервной системы.

Углеводные запасы человека ограничены, и они быстро расходуются. Поэтому запасы углеводов должны постоянно пополняться. Суточная потребность человека в углеводах составляет 400-500г, из них 80% приходится на крахмал.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 3

Содержат в своей структуре от 2 до 9 атомов углерода, при названии пользуются тривиальной номенклатурой.

название символ название символ
глюкоза Gle рибулоза Pbu
галактоза Gal ксилуллоза Xlu
манноза Man N-ацетилглюкозамин Gle-NAc
фруктоза Fru глюкпоновая кислота Gle-UA
рибоза Rib    
ксилоза Xyl

Глюкоза – это основной обменный моносахарид. Нормальное её содержание в крови 80-100мг/10мл. Избыток сахара сконсервируется организмом в виде гликогена. Утилизация глюкозы замедляется, если поджелудочной железой не вырабатывается гормон – инсулин или его вырабатывается недостаточно (инсулин – это полипептид, в котором в цепи внутримолекулярно путём образования дисульфидных связей сшиты молекулы цистеина, включённого в полипептидную цепь). При этом уровень глюкозы в крови повышается до 200-400мг/100мг, почти не в состоянии задерживать такие высокие концентрации сахара и он появляется в моче. Такие явления характерны при сахарном диабете. Наиболее быстро уровень сахара (глюкозы) в крови повышается при употреблении сахарозы. Они очень быстро расщепляется в тонком кишечнике с освобождением глюкозы, которая быстро всасывается в кровь. В свободном виде глюкоза содержится в ягоде и фруктах (винограде – 8%, сливе, черешне – 5-6%, мёде – 36%). Она входит составной частью во многие олиго- и полисахара – крахмал, гликоген, мальтоза, лактоза и т.д. Глюкозу применяют в хлопчатобумажном производстве, в медицине ( используют 10-40% растворы). Глюкоза легко подвергается брожению, поэтому используется при получении виноградных вин, в пивоварении.

Фруктоза в чистом виде содержится в пчелином мёде (37%), винограде (7,5%), яблоках (5,5%), входит в состав сахарозы. Фруктоза усваивается медленнее, она больше участвует в обменных процессах. Утилизация фруктозы не требует инсулина, поэтому она может употребляться и больными сахарным диабетом. Кроме этого, фруктоза более сладкий моносахарид, чем глюкоза и употребление её в любых случаях предпочтительно.

D- Галактоза в свободном виде в пищевых продуктах практически не встречается, в небольших количествах содержится в растительных тканях и семенах. Она высвобождается при расщеплении лактозы – молочного сахара. Дисахарид лактоза содержится только в молоке, составляя примерно 1/3 от сухого вещества. Лактоза необходимый продукт питания. Она нормализует деятельность кишечной микрофлоры, способствует развитию молочнокислых бактерий, которые подавляют развитие патогенной и условно-патогенной микрофлоры, гнилостных микробов.

D- Манноза в свободном состоянии практически не встречается, но входит в состав сложных моносахаров.

L-плюс-арабиноза входит в качестве мономерного звена в камеди, слизи гемицеллюлозы. В свободном виде содержится в хвойных растениях, в свекловичном шоме, входит в пектиновые вещества. D-арабиноза не образуется.

D-плюс-ксилоза (древесный сахар), содержится в хлопковой шелухе, кукурузных кочерыжках, входит в состав пентозинов. Выделяется путем кипячения с сахарами. Она сладкая и используется в кондитерской промышленности.

D- ксилулоза участвует в синтезе нуклеофильных кислот. В организме содержится в виде эфира, который образуется в пентозофосфатном цикле окисления глюкозы.

D-рибулоза образуется при окислении глюкозы.

Особое место в ряду моносахаров отведено D-рибозе. Оно является универсальным компонентом главных биологически активных молекул, ответственных за передачу наследственной информации РНК (рибонуклеиновая кислота) и ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота). Помимо этого она входит составной частью АТФ и АТФ (аденозинтрифосфата и аденозиндитрифосфата) – переносчиков химической энергии. Они участвуют в процессах ассимиляции углекислого газа растениями.

D-рибоза D-2-дезоксирибоза

Д-рибоза представлена четырьмя таутомерными формами – β-Д-рибопираноза (51%), α-Д-рибопираноза (18%), α-Д-рибофураноза (16,5%), β-Д-рибофураноза (6%).

К производным углеводов прежде всего следует отнести сорбит и ксилит.Сорбит – это шестиатомный спирт, получаемый из глюкозы и фруктозы, а ксилит восстановлением ксилозы.

Чаще всего используют ксилит, например, в процессе изготовления напитков, потому что ксилит не имеет неприятного постороннего привкуса в отличие от сорбита. Сорбит образуется в процессе производства аскорбиновой кислоты, а ксилит выделяют из початков кукурузы и хлопковой шелухи.

Калорийность сорбита – 14,8 кДж/г, ксилита – 15,35 кДж. Эти цифры показывают, что по калорийности они близки к углеводам, сладкие на вкус. При этом в организме ксилит и сорбит расщепляются до СО2 и Н2О и вызывают повышение уровня глюкозы в крови.

Моносахариды с длиной цепи 7-8 встречаются редко. В семействе толстянковый найден С-7 углевод седогетулоза. В авокадо обнаружены октозы и наннозы.

Редко, но встречаются разветвлённые моносахара.

Олигосахара

Это углеводы, молекулярная структура которых содержит от 2 до 10 остатков моносахаров, соединенных гликозидными связями.

Дисахариды – сложные вещества, каждая молекула которых при гидролизе распадается на две молекулы моносахаров, которые в молекуле связаны гликозидной связью. Среди дисахаридов наибольшее значение имеют мальтоза, сахароза и лактоза.

мальтоза сахароза лактоза

Среди природных трисахаридов наиболее известна рафиноза, содержащая остатки фруктозы, глюкозы и галактозы. Она обнаружена в сахарной свекле и во многих других растениях, в частности в бобовых. Растения более богаты олигосахаридами по сравнению с животными тканями. Рафиноза – транспортный сахар.

Олигосахара выступают в роли резервных сахаров и широко распространены в природе. Они изменяются в зависимости от источника их содержащего. Например, из лип и тополей выделяют мелицитозу, а из других растительных источников – генцианозу.

Олигосахариды молока – они формируют микрофлору кишечника и особенно необходимы для новорождённых. Присутствуя в молоке они способствуют образованию микроорганизма lactobacilium bididus, расщепляющего лактозу (основной олигосахарид молока) с образованием молочной и уксусной кислот, которые препятствует размножению патогенных бактерий. На долю лактозы в молоке млекопитающих приходится 5-8 %.Под действием фермента лактозы и пищевых кислот, распадаются на лактозу и галактозу, которые далее помимо питательных функций, участвуют транспортировке продуктов метаболизма . Структуры составляющих женского молока установил Кук. В их состав входят Д-глюкоза, Д-галактоза и N-ацетилглюкозамин. Один из наиболее крупных олигосахаридов молока – лакто-N-фукопентаоза. В 1л женского молока находится около 70г лактозы и 3г аминоолигосахаров. В коровьем молоке количество олигосахаридов, содержащих аминосахара, приблизительно в 100 раз меньше.

Наряду с сахарозой, мальтозой и глюкозой –лактозы используется при изготовление сыро-копченных колбасы и сыро-валенного мяса. Лактозы является вкусовым рецептором.

Мальтоза солодовий сахар .Состоит из двух остатков глюкозы, связанные 1,4-гликозидными связями. Является промежуточным продуктом при гидролизе крахмала и гликогена. Практически во всех частях организма( слюна, кровь, мышцы и печени). Под действием фермента мальтоза может превращаться в глюкозу. Рутиноза-1,6-β-1-раниопиранозил-α-Д-глюкопираноза содержатся в качестве сахарной части.

Сахароза тростниковый (свекловичный сахар) самый распространенный дисахарид, входящий практически во все части растения. Сахароза получена из сахарного тростника, где ее содержание достигает 20% , а сахарной свеклы-28%.

Сахароза является энергетически емкой – 16,7кДж/ г ; но имеет массу побочных эффектов: под действием желудочного сока расщепляется на глюкозу ( опасность заболеваний , таких как сахарный диабет , ожирение ) В пищевой технологии используется как улучшитель вкуса, консервант. Сахароза легко сбраживается , подвергается всем видам брожения и используется при изготовление спирта и вина. Трегаллоза-грибной сахар -1,2-α-Д-глюкопиранозил-α-Д-глюкопиранозид-невосстанавливающиеся сахара , содержатся в грибах , водослях.

Циклодекстрины промежуточная структура между ди- и олигосахарами- циклические олигосахара, молекулы которых построены из 6,7,8-Д-глюкопирановых звеньев , соединенные 1,4- гликозидными связями. Имеет форму усеченного корпуса, где на основание расположено 6-8 гидроксильных групп, а наверху 16-17 первичных групп. Циклодекстрины образуются при частичном гидролизе крахмала амилазой (bacilium macoraus). Они обладают очень важным свойством стабилизировать ароматы. Поэтому используется в пищевой и парфюмерной промышленности как фиксатор ароматических вещевств. В природе участвуют при циркуляции сока растений, участие при созревание плодов, регулирование образование листьев и плодов растений , прирост семян и проростков.

Полисахариды

Они могут быть разделены на две группы: гомополисахариды, состоящие из моносахаридных единиц только одного типа и гетерополисахариды, для которых характерно наличие двух или более типов мономерных звеньев.

С точки зрения функционального назначения полисахариды также могут быть разделены на две группы – резервные и структурные полисахариды. Главные резервные полисахариды – гликоген и крахмал. Основные структурные углеводы – целлюлоза и гемицеллюлоза.

Крахмал состоит из двух различных полисахаров – амилозы (10-30%) и амилопектина (70-90%). Полисахарид состоит из остатков глюкозы, связанных a-гликозидными связями, а в точках разветвления амилопектина – связи a-1,6. Крахмал входит в такие главные продукты питания человека как хмд, картофель, крупы, овощи. Фактически это главный энергетический ресурс этих пищевых продуктов.

Гликоген – полисахарид, широко распространённый в тканях животных, близкий по своему строению к амилопектину, но только разветвления у него гораздо чаще (через каждые 3-4 звена). Общее число гликозидных остатков 5000-50000 с молекулярной массой 1-10. Необходим для более быстрого отщепления глюкозы , если необходим быстрый приток энергии . то есть используется организмом в стрессовых условиях.

Инсулин состоит из остатков β-Д-фруктофураноз. Молекулярная масса -5-6 000 . Содержится в плодах и некоторых травянистых растений . В медицине используется в качестве замедления сахара и крахмала, и в методах диагностики заболевания печени.

Целлюлоза – клетчатка – это один из наиболее распространённых растительных гомополисахаридов. Она выполняет роль опорного материала растений, из неё строится жесткий скелет стеблей, листьев. Она является основой для получения ваты. Целлюлоза в древесине находится в связанном состоянии с лигнином. Соединены остатки глюкозы в целлюлозе b- гликозидными связями, это предопределяет линейную структуру полимера. Кроме этого b-связи прочнее, что придаёт целлюлозе большую устойчивость. Она не расщепляется обычными ферментами желудочно-кишечного тракта млекопитающих, у травоядных есть специфический фермент – целлолаза, под действием которого целлюлоза распадается на целлодекстрины – олигоцеллосахариды и затем целлобиозу.

Ещё в 1886 году Браун обнаружил, что бактерии Acetobacter xylinum способны образовывать целлюлозные мембраны не только из Д-глюкозы, но и из Д-фруктозы и многоатомных спиртов – Д-маннита и глицерина. Из целлюлозы посторены клеточные стенки всех высших растений. Однако она не встречается в чистом виде. Вместе с целлюлозой в клеточных стенках находятся и другие полисахариды – ксилан, маннан, галактан, пектин, гемицеллюлоза.

Гемицеллюлозы (полуклетчатка). Это группа высших полисахаридов. Гемицеллюлозы относятся к гетерополисахаридам. В растениях они сопутствуют целлюлозе и лигнину, часто достаточно прочно связываясь с ними и образуя надмолекулярную структуру. В различных растениях они различны и делятся на три группы, каждая из которых различается по составу и структуре полисахарида. Группы получили название по доминирующему в них моносахариду: маннаны, галактаны, силаны.

Маннаны содержат β-маннозу ,β-глюкозу и βгалактозу в отношении 3:1:1. Основная цепь состоит из β-маннозы и β-глюкозы (3:1), соединённых β(1-4) связями. К некоторым остаткам маннозы присоединены β(1-6) связями одиночные остатки галактозы. Такие гемицеллюлозы содержатся в древесине, хвойных и папоротниках.

Ксиланы. Они разнообразны по структуре, но во всех преобладает ксилоза, независимо от того, составляет она главную цепь, или входит в ответвления. Главным источником ксиланов является древесина хвойных пород и злаки ( в частности кукуруза).

Галактаны. В основной цепи содержатся β-галактозы, соединённые β(1-3) связями. В них включаются боковые ответвления из ксилоз и L-арабиноз. Есть смешанные полисахариды, например, галактоглюкоманнаны.

Пектины – компоненты матрикса первичных клеточных оболочек. Они входят и в межклеточные вещество, образуя серединную пластинку, которая склеивает стенки соседних клеток. Содержание пектинов в клеточный оболочке невелико ~5%. Пектины – это гетерополисахариды, построены из остатков галактуроновой кислоты, соединённых α(1→4) гликозидными связями.

Частично карбоксильные группы заменены карбометоксильными. Молекулярная масса этих веществ составляет 20-30 тыс. Пектиновые вещества составляют основу фруктовых гелей. Пектины подразделяют на ратсворимые в воде – пектины и нерастворимые в воде – протопектины. Растворимые в воде пектины обычно метилированы.

Среди пектиновых веществ есть представители содержащие L-арабинозу (арабинаны), L-рамнозу (рамногалактуроны), галактаны. Таким образом, пектиновые кислоты (общее название полисахарида) представляют собой гетерополисахариды, гомополисахарид, построенный из Д-галактуроновой кислоты, выделен из коры пихты.

Пентозаны (С5Н8О4) – целлюлозоподобные полисахариды, потсроенные в основном из ксилозы, арабинозы и ряда других пентоз. Особенно богаты пентозанами скорлупы орехов, подсолнухов, кукурузные кочерыжки, сослома, рожь. Пентозаны содержатся и в пшеничной, и в ржаной муке.

Ксантаны. Структурной единицей молекулы ксантана является повторяющийся пентасахаридный фрагмент. Молекулы β-Д-глюкозы,соединяясь 1,4-гликозидной связью, образуют основную цепь, где каждый второй глюкозный остаток содержит короткое боковое и звено их трёх моносахаридных единиц, остаток глюкуроновой кислоты располагается между двумя остатками α-Д-маннозы. Отличием ксантанов является относительно высокая их растворимость. Они образуются при аэробной фрагментации сахаров.

ЛЕКЦИЯ №2.

Камеди и слизи. Камеди – это полисахриды, выделяющиеся в виде вязких растворов и образующие стеклообразную массу при повреждении коры многих растений. Слизи – полисахариды, родственные камедям, но присутствующие обычно в неповреждённых растениях, они найдены во всех частях растения. Камеди являются гетерополисахаридами, состоящими из нескольких моносахаридов, среди которых может быть одна или несколько уроновых кислот, среди слизей встречается много нейтральных гетеро- и гомополисахаридов. Образование камедей в растении обычно связывают с патологическим состоянием – повреждениями, механическими или вирусными, слизи же являются продуктами нормально метаболизма.

Декстраны. Они образуются из сахарозы под действием фермента – декстрансахароза. Доминирующий тип связи α(1→6), декстранах есть и разветвления в боковых цепях, боковые разветвления присоединяются к центральной цепи в положения 3 и 4. Декстраны используются для получения сефидексов различных марок.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 4

Агар-агар состоит из полисазаридов – агарозы и агаропектина. Агароза состоит из галактозы связи (α1-1) и (β-1,4). В агаропектине присутствуют остатки Н2SО4. Содержится в бурых и красных водорослях.

Альгиновая кислота - компонент клеточной стенки многих водорослей, особенно бурых. Они состоят из маннуроновой и L-гулуроновой кислот (уроновая кислота из глюкозамина), связанных (β1-4) связями.

Хитин – главный полисахарид клеточных стенок большинства грибов и основной компонент панцыря многих беспозвоночных. Молеклы хитина – это длинные неразветвлённые цепи, состоящие из остатков N-ацетилглюкозамина, связанных (β1-4) связями. Цепочки хитина, подобно целлюлозе, собраны в микрофибриллы, где они связаны водородными связями и имеют поликристаллическую структуру. Используется в химической промышленности в производстве гелей , лосьенов и кремов .

Гликозиды

Гликозиды – это соединения, получающиеся из моносахаров при взаимодействии с другими спиртами. Реакция сопровождается отщеплением воды, протекающем по схеме:

Все эти соединения, где связь в гликозиде образуется через кислород называются о-гликозидом. В растениях встречаются гликозиды с различными агликонами. В стручках ванили содержится ванилил-β-Д-глюкопиразонид (1).

Известны о-гликозиды стероидов, их называют сердечными гликозидами, в малых количествах они стимулируют сердечную деятельность, а в больших количествах являются ядами, например ланатозид (2). Найден в наперстянке.

О-гликозиды встречаются в природе в очень малых количествах. Но практически все они являются хорошими стабилизаторами, эмульгаторами и могут быть использованы по этому направлению. Единственным ограничением является то, что некоторые из них имеют специфический вкус или аромат и могут влиять на качество пищевых продуктов. Если связь гликозидная образована не путем о-R, а путём s-R – это s-гликозиды или их ещё иначе называют «гликозинолеты». Наиболее известный из них синигрин –

Подобного рода соединения встречаются в горчице и хрене. Употреблять их в больших количествах не рекомендуется. Они под действием ферментов легко расщепляются, выделяя тиоизоцианаты и тиоцианаты, и могут послужить причиной пищевых отравлений.

Цианогенные гликозиды – это соединения, дающие при деградации in vivo HCN. Они широко представлены в природе (семена горького миндаля, косточки персиков, абрикосов и многие другие). Употребление этих продуктов должно быть умеренным. При небольшом количестве CN превращается в тиоизоцианат, а при поступлении большого количества сахара этот процесс может не успевать за потреблением, и опасен пищевым отравлением.

Цианогенные гликозиды образуются из аминокислот (нитрильная группа формируется из аминогруппы, карбоксильная уходит в виде СО ), в качестве сахарного остатка почти всегда присутствует Д-глюкоза в β-конфигурации аномерного центра.

N-гликозиды. Сюда относятся нуклеиновые кислоты, коферменты и т.д. они входят в любую живую клетку. Наибольшее значение имеют нуклеозиды. Они образованы д-рибозой или Д-2-дезоксирибозой в фуранозных формах, в качестве агликона содержатся

Помимо этого N-нуклеозиды содержат остаток фосфорной кислоты.

Например, аденозинтрифосфат.

При повышенных температурах

Роль углеводов разнообразно, но если исходить из возможности их применения в пищевой промышленности, то следует остановиться на двух их функциях:

1. физиологическое значение углеводов;

2. применение углеводов в качестве пищевых добавок, эмульгаторов, загустителей.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 5

По своей пищевой ценности углеводы подразделяются на усваиваемые и не усваиваемые. К усваиваемым углеводам относятся моно- олигосхара, крахмал, гликоген.

Усваиваемые сахара –моносахара, олигосахара Д-ряда, крахмал, гликоген.

При поступлении в пищеварительный тракт усваиваемые углеводы (за исключением моносахаридов) расщепляются, всасываются и затем или утилизируются в виде глюкозы, или превращаются в жир, или откладываются в виде гликогена. Гликоген накапливается при неподвижном образе жизни. Углеводы в организме в основном претерпевают следующие изменения:

1. Поступающие с пищей поли- и дисахариды расщепляются в желудочно-кишечном тракте на моносахариды и в виде моносахаридов всасываются в кровь.

2. Избыточные моносахариды превращаются в гликоген и наоборот при их недостатке происходит расщепление гликогена.

3. Анаэробное расщепление глюкозы – гликолиз, что приводит к образованию пирувата – процесс, проходящий при дыхании клеток.

4. Метаболизм образовавшегося пирувата.

5. Вторичные пути катаболизма глюкозы.

6. Взаимопревращения гексоз.

7. Образование углеводов из неуглеводных продуктов (из пировиноградной и молочной кислот, глицерина, аимнокислот) в присутствии определённых ферментов.

Не усваиваемые углеводы -целлюлоза, её производные, инулин, пектин, гуанин, слизи.

Человеческим организмом не утилизируются. Однако они играют свою положительную роль в пищеварении, оно нуждается в клетчатке и волокнах. Пищевые волокна стимулируют моторную функцию кишечника, адсорбируют холестирин и препятствуют его всасыванию, участвуют в процессе нормализации микрофлоры кишечника и подавлении гнилостных микробов, нормализуют липидный обмен, адсорбируют желчные кислоты, способствуют снижению токсических веществ. Многие виды заболеваний начинают развиваться в отсутствии употребления не усваиваемых углеводов, в том числе сердечно-сосудистые заболевания, злокачественные образования. В сутки необходимо потреблять 20-25г пищевых волокон.

Содержание углеводов в пищевых продуктах

Углеводы составляют три четверти сухой массы растений и водорослей.

Усваиваемыми продуктами являются крахмал и сахароза. Источники крахмала – зерновые, бобовые, картофель. В пшенице его до 55%, в кукурузе – до 57%, гречке – до 64%, рисе – до 55%, во фруктах и ягодах – мало. На долю крахмала приходится примерно 90% всех потребляемых человеком углеводов. Крахмал – главный энергетический ресурс человеческого организма.

Олигосахара в основном встречаются в плодах и ягодах. Сахароза обычно поступает в организм с продуктами, в которые она искусственно добавляется. Принимая во внимание, что сахароза способствует росту глюкозы в крови, продукты с высоким содержанием сахара являются наименее ценными из всех углеводсодержащих продуктов.

Волокна – пищевые волокна необходимые компоненты питания. Их источником являются ржаные и пшеничные отруби, овощи, фрукты.

В целом животные продукты содержат гораздо меньше усваиваемых углеводов, чем растительного.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 6

Во многих превращениях сырья в продукты питания происходит гидролиз крахмала. Гидролиз зависит от многих факторов – рН среды, температуры, ферментов, под действием которых он происходит. Этот процесс приходится учитывать, потому что он имеет важное значение не только для процесса переработки, но и для хранения. В процессе переработки особое внимание гидролизу уделяется при получении сахарных сиропов из дешёвого крахмалосодержащего сырья (рожь, кукуруза, сорго и т.д.). Гидролиз проходит под действием различных ферментов. Например, гидролиз под действием глюкоамилазы, а затем обработка глюкозоизомеразой позволяет получать глюкозофруктозные и фруктозные сиропы, которые во многих производствах заменяют сахарозу. Так как (1-4)α-Д связей в крахмале гидролизуется легче (1-4)β-Д связей в целлюлозе можно процесс гидролиза крахмала осуществлять избирательно.

При получении сахарных сиропов из крахмала степень конверсии крахмала в Д-глюкозу измеряют в единицах глюкозного эквивалента – процентное содержание образовавшихся сахаров, выраженное в глюкозе на сухие вещества сиропа.

Гидролиз крахмала

а) Под действием кислот. Гидролиз крахмала начинается с разрушения надмолекулярной структуры, т.е. с разрушения связи между амилозой и амилопектином. При этом структура крахмальных зёрен нарушается и образуется гомогенный арствор. На следующем этапе гидролиза идёт разрыв 1-4 и 2-6 гликозидных связей и присоединения по месту разрыва молекулы воды. Степень полимеризации уменьшается, число свободных альдегидных групп увеличивается. Конечным продуктом гидролиза является глюкоза. Промежуточно образуются декстрины, олиго-, три- и дисахара. Изменяя условия гидролиза и его длительность, можно получить определённые значения глюкозного эквивалента. При его простоте и доступности гидролиз под действием кислот, сопровождается дегидратацией и деградацией сахаров, т.е. не всегда бывает эффективным.

б) Ферментативный гидролиз. Он проходит под действием амилаз. Они бывают α- и β-амилазами. Различают их по тому признаку, откуда начинается атака крахмала. α-Амилазы непосредственно атакуют внутренние гликозидные связи. Атакуя крахмальные зерно, она разрыхляет поверхность, образуя каналы и бороздки, как бы раскалывая зерно на части. В результате воздействия α-амилазы на первых стадиях процесса в гидролизате накапливаются декстрины, затем идёт более глубокая разбивка и только затем медленно тетра- и тримальтоза гидролизуется до ди- и моносахаридов. Т.е. схему гидролиза крахмала можно представить себе следующим образом:

β-Амилаза избирательно атакует предпоследнюю α(1-4) связь с не восстанавливающего конца молекулы на его линейном участке. Она может воздействовать на клейстерированный крахмал.

Глюкоамилаза также является экзо-ферментом, катализирующим последовательное отщепление концевых остатков α-Д-глюкозы с не восстанавливающего конца молеклы. Многие из них способны также быстро гидролизовать α-1-6 глюкозидные связи, но только в том случае, если они расположены перд 1,4- α связями. Например декстран или не гидролизуется. Глюкоамилазы очень эффективные реагенты гидролиза, наиболее эффективны они для полисахаров.

Ферментативный гидролиз крахмала имеет значения во многих пищевых технологиях. Это один из необходимых процессов, обеспечивающих качество конечного продукта:

- в хлебопечении – процесс приготовления теста и выпечки хлеба;

- в производстве пива – получение пивного сусла, сушка солода;

- кваса – получение квасных хлебцов;

- спирта – подготовка сырья и процесс брожения продуктов – глюкозы, патоки, сахарных сиропов;

- производство сахаристых крахмальных продуктов – глюкозы, патоки, сахарных сиропов.

Гидролих сахарозы. Сахароза очень подвержена гидролизу. Она гидролизуется даже при небольшом нагревании в присутствии пищевых кислот. Образующиеся при этом глюкоза и фруктоза могут участвовать в процессах дегидратации и более глубоких полимеризационных и деструктивных процессах.

Ферментативный гидролиз сахарозы протекает под действием ферментов сахарозы и инвертазы. Это нужный процесс в пищевых технологиях. При таком гидролизе из сахарозы образуются глюкоза и фруктоза. При этом улучшаются органолептические свойства (вкус, аромат) и предупреждаются некоторые нежелательные процессы, например, черствение. Инверсия сахарозы проходит при начальных стадиях брожения виноградных вин. Используется этот процесс и при производстве безалкогольных напитков.

Ферментативный гидролиз некрахмалистых полисахаридов. Этот процесс протекает под действием специфических ферментов и используется в пищевых технологиях для более полной переработки сырья и улучшения качества пищевой продукции. Например, такого рода гидролиз применяется в производстве соков и виноделии. При этом увеличивается выход сока и улучшается фильтрация за счёт меньшей возможности образования коллоидов. Такие процессы применяются и для улучшения свойств пива. По современным представлениям гидролиз целлюлозы под действием ферментов целлюлотического комплекса можно представить себе следующим образом:

Гидролиз гемицеллюлозы даёт разнообразный набор моносахаров – глюкозу, фруктозу, маннозу, галактозу, ксилозу, арабинозу, глукуроновую и галактуроновую кислоты.

Гидролиз пектиновых веществ протекает под действием пектинэстеразы. Она гидролизует сложноэфирные связи в пектиновой кислоте. Затем под действием полигалактуроназы происходит гидролитическое расщепление α-1-4-гликозидных связей в цепи пектиновых веществ.

Окисление в альдоновые, дикарбоновые и уроновые ксилоты.

Способность альдоз к окислению также имеет значение для производства пищевых продуктов. Как β, так и α-формы глюкозы и других манноз окисляются в лактон, причём окисление β-формы происходит быстрее, чем окисление α-формы. Полученный лактон находится в равновесии с фуранозой и открытой формой

Лактон присутствует в пищевых продуктах в умеренно кислой среде (например, при получении некоторых молочных продуктов). В присутствии более сильных окислителей образуются сахарные кислоты.

Окисление в уроновые кислоты возможно осуществлять при защите карбонильной группы:

Уроновые кислоты распространены в природе. Некоторые из них являются структурными компонентами полисахаридов, имеющих важное значение в пищевых процессах, таких как гелеобразование и загустевание – это пектин – (Д-галактуроновая кислота), альдоновая кислота из морских водорослей

ЛЕКЦИЯ №3

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 7

Это окисление катализируется ферментами оксидазами. Прежде всего это важно для глюкозы (под воздействием глюкозооксидазы). С точки зрения пищевых продуктов имеет значение система глюкозооксидаза – катализа. Глюкозооксидаза обладает исключительной видоспецифичностью по отношению к глюкозе. Её воздействие может быть представлено следующим образом:

Или в присутствии каталазы:

Эта реакция является эффективным методом удаления кислорода из напитков (соков, пива). Это важно, потому что кислород участвует в образовании пероксидов и веществ, приводящих к изменению цвета и запаха продуктов. Об этом можно судить по данным следующей таблицы.

Сок Опыт Содержание О2 через 30ч., см3 % удалённого кислорода за 30ч.
апельсиновый   без фермента с ферментом 4,5 2,3
лимонный без фермента с ферментом 3,6 1,9

Процессы брожения

Брожение – важный процесс, в котором участвуют углеводы, он используется в ряде пищевых технологий – в приготовлении хлеба, в в производстве пива, кваса, спирта, вина и др.

Одним из важнейших является спиртовое брожение под действием дрожжей рода Saccharomyces. Суммарно спиртовое брожение может быть выражено уравнением:

С6Н12О6 → 2СО2 + 2С2Н5ОН

При этом образуются также и некоторые другие вещества – янтарная кислота, лимонная кислота, аимловый, изоамиловый, бутиловый спирты, уксусная кислота, дикетоны, уксусный альдегид, глицерин и некоторые другие вещества. Какие-то из них не мешают качеству вина и пива, другиеже необходимо удалять. Разные сахара сбраживаются с разной скоростью. Наиболее легко подвергаются сбраживанию глюкоза и фруктоза, медленнее манноза, ещё медленнее галактоза, пентозы дрожжами не сбраживаются. Из дисахаридов хорошо подвергаются сбраживанию мальтоза и сахароза. В присутствии кислорода спиртовое брожение ингибируется, дрожжи получают энергию, необходимую для их развития путём кислородного дыхания. При этом дрожжи расходуют сахар значительно экономнее, чем в анаэробных условиях. Прекращение брожения под влиянием кислорода получило название «эффект Пастера» Другой вид брожения, важный для пищевых технологий – это молочнокислое брожение. При этом из одной молекулы глюкозы образуется две молекулы молочной кислоты.

С6Н12О6 → 2СН3СНОН−СООН

Этот вид брожения важен при производстве молочнокислых продуктов (простокваши, ацидофилина, кефира, кумыса), при приготовлении кваса, хлебных заквасок, «жидких дрожжей», при квашении капусты, огурцов, силосовании кормов. Все микроорганизмы, вызывающие молмочнокислое брожение можно разделить на две большие группы.

К первой группе принадлежат микроорганизмы, подобные Steptococcus lactus. Они являются истинными анаэробами и сбраживают гексозы в точном соответствии с приведёнными выше уравнением. Их называют гомоферментативными молочнокислыми бактериями.

Вторую группу образуют гетероферментативные молочнокислые бактерии, при этом в результате брожения помимо молочной кислоты образуются значительное количество других продуктов, в частности уксусной кислоты и этилового спирта. Характерным представителем второй группы является Bacterium lactis aerogenes. Заметное содержание молочной и уксусной кислот в ржаном тесте и ржаном хлебе объясняется тем, что наряду со спиртовым брожением происходит молочнокислое брожение.

Реакции дегидратации и термической деградации углеводов.

В процессе переработки происходят многие процессы более глубокого разрушения сахаров, чем просто гидролиз или окисление. Например пентозы при нагревании дают фурфурол, а гексозы превращаются в оксиметилфурфурол.

Может под действием кислот или щелочей идти и другие более глубокие процессы – образование левулиновой, муравьиной, молочной, уксусной кислот и некоторых других продуктов. Некоторые из этих продуктов обладают запахом и придают пище желательный или нежелательный вкус. Фурфурол и оксиметилфурфурол образуются при производстве соков или джемов. Оксиметилфурфурол относительно нетоксичен, а фурфурол – это токсическое вещество. При термолизе образуется 3-дезоксиглюкозон, являющийся основным продуктом в реакциях дегидратации. Он образуется по следующему механизму:

Эта реакция дезоксигенирования может через енольную формупротекать и дальше. Дезокси продукты дальше превращаются в производные фурфурола:

Помимо этого реакции, проходящие при тепловой обработке могут сопровождаться и разрывом С−С связей. Крахмал при нагревании до 200°С деструктирует. При этом число α(1-4) связей уменьшается, а связи α(1-6) образуются. Подвергающийся далее гидролизу крахмал даёт уже не глюкозу, а изомальтозу и гентибиозу.

Сближение в пространстве гидроксильных групп моносахаридов может при нагревании в сухом виде (особенно глюкозы) или в пристуствии кислот, как минеральных, так и органических давать внутримолекулярные эфиры. Продукты реакции имеют бициклическую структуру и называются ангидросахарами. Примерами таких ангидосахаров являются 1,4-ангидроиодоза, 1,4-ангидроглюкоза, а также другие 1,6-ангидросахара

Неферментативное потемнение пищевых продуктов.

Карамелизация. Прямой нагрев углеводов, особенно сахаров и сахарных сиропов, способствует протеканию комплекса реакций, называемых карамелизацией. Реакции катализируются небольшими количествами кислот, щелочей и некоторых солей. При этом образуются коричневые продукты с карамельным ароматом. Регулируя условия реакции, можно её направить либо в сторону ароматизации, либо в сторону образования коричневых продуктов. В основе этих превращений лежат реакции дегидратации с, образованием ангид-роколец, как в левоглюкозане, затем начинают образовываться кольца с двойными связями. Сопряжённые двойные связи поглощают свет опреде-лённых длин волн, придавая продуктам окрашенный цвет. Обычно для получения карамельного цвета и ароматизации используется сахароза. При её нагревании в присутствии Н2SО4 или кислых солей аммония получаются ин-тенсивно окрашенные полимеры (сахарный колер). Он используется для при-готовления различных пищевых продуктов – напитков, карамели и т.д. Ста-бильность и растворимость этих полимеров увеличивается в присутствии НSO4− ионов.

Карамельные пигменты содержат различные группы – гидроксильные, кислотные, карбонильные, енольные, фенольные и др. Карамельные пигменты хорошо образуются в буферных растворах. В отсутствии буферных солей можето образоваться полимерное соединение гумин с горьким вкусом (С125Н188О30). Необходимо не допускать его образования при производстве пищевых продуктов.

Реакия Майяра (образование меланоидинов). Эта реакция начала не фер-ментативного потемнения пищевых продуктов.Для протекания реакции тре-буется наличие восстанавливающего сахара, Аминокислоты или белка и не-много воды. Все процессы, проходящие при потемнении пищевых продуктов, ещё недостаточно точно определены. Однако какие-то предположения можно сделать. Полагают, что карбонильный углерод в открытой форме сахара под-вергается нуклеофильной атаке свободной электронной парой аминного азота. Отщепляется вода и образуется глюкозамин. Это первая стадия.

Вторая стадия – это перегруппировка по Амадори:

Если в начальный момент времени присутствует кетоза, то может проходить перегруппировка Хейтса:

Продукты, полученные при перегруппировке Амадори, далее могут взаимодействовать с глюкозой, давая продукты димеризации

Вышеописанная реакция 1,2-енолизации преобладает в пищевых продуктах. 2,3-енолизаця протекает медленнее и реже, и приводит к 2,8- и 2,4- неустойчивым диулозам

Может идти димеризация:

Есть общая закономерность: фруктоза темнеет медленнее глюкозы и медленнее пентоз. Ещё медленнее подвергаются разложению дисахара, причём скорость разложения можно ограничить, если исключить условия гидролиза дисахаров до моносахаров.

Образование пигментов – сложная реакция и труднее поддаётся определению. Считается, что в образовании пигментов участвует альдольная конденсация исходных карбонильных соединений и продуктов их превращений, которые затем реагируют с аминами, давая окрашенные пигменты. На модельных растворах показано, что пигменты, образовавшиеся в сахароаминокислотных средах, не являются простыми веществами, а представляют собой смеси соединений со схожей структурной, но различной молекулярной массой. Их масса от нескольких сотен и выше. С химической точки зрения эти пигменты являются ненасыщенными поликарбоновыми кислотами, содержащими двойные связи. Одновременно в них обнаружены гидроксильные и аминофункции.

Так как в реакции Майяра участвуют белки и аминокислоты, то очевидно происходит их потеря как нутриентов питания. А так как наибольшей реакционной способностью отличается лизин, то с этим нельзя не считаться. Реакция Майяра характерна также для L-аргинина и L-гистидина. А это значит, что если в процессе консервирования происходит потемнение продукта, то имеет место потеря некоторого количества незаменимых аминокислот, а значит уменьшение питательной ценности. Например:

Потеря лизина в молочных продуктах

Свежее молоко 100° несколько минут 5%
Обезжиренное сухое молоко 150° 150° несколько минут 3 часа 40% 80%

Потеря аминокислот может проходить и за счёт распада по Стреккеру образовавшегося в результате енолизации дикарбонильных соединений. При этом образуются различные летучие продукты – альдегиды, пиразины и другие.

Образованные ароматических веществ.

В результате 1,2- и 2,3-енолизации образуются оксиметилфурфурол (из гексоз) и фурфурол (из пентоз). При дальнейшем взаимодействии с аминокислотами могут образовываться пиррольные соединения, которые вступают в реакцию конденсации и дают замещенные пиразины. Например, продукт деструкции пиррола в кислой среде в диметилпиразин. Ароматические соединения являются душистыми веществами и могут использоваться для определенного аромата продуктов питания. Для того, чтобы получить нужный эффект, необходимо соблюдать температурный режим, влажность, кислотность среды. Они влияют на глубину превращения.

Влияние рН. Величина рН имеет значение для эффективности протекания реакции Майяра. Для того чтобы подавить её необходимо исключить образование глюкозамина. Это происходит в кислой среде, в этих условиях аминогруппа превращается в соль, и уже становится не реакционноспособна. Выяснено, что наиболее благоприятна для реакции область рН 7,8-9,2. Уже в нейтральной среде потемнение лишь слабое.

Влажность. Изучение влияния влажности на систему Д-ксилоза + глицин показало, что потемнение не наблюдается при высокой и очень низкой влажности.

Температура. Скорость реакции существенно увеличивается при повышении температуры (в 2,3 раза при увеличении температуры на 10°).

Ионы металлов. Установлено повышение интенсивности потемнения в присутствии ионов железа и меди. Натрий такого эффекта не даёт. Т.е., можно предположить, что роль ионов металлов связана с окислительно-восстановительными процессами.

Структура сахара. Образование коричневых продуктов (интенсивность) падает в ряду дисахара < гексозы < пентозы. Степень образования пигмента пропорциональна количеству открытых цепей (свободный карбонил). Это свидетельствует о том, что аминный азот реагирует с открытой формой сахара.

Характер аминокислоты. Чем дальше расположена аминогруппа от карбоксильной, тем активнее данная аминоксилота в реакции Майяра. Таким образом, лучше вступает в реакцию γ-аминомасляная кислота, чем α-аминомасляная, а лизин (за счёт дополнительной ε-амногруппы) – лучше, чем изолейцин.

Если образование коричневых продуктов нежелательно для пищевых продуктов, можно ингибировать протекаемые реакции, например, снижением влажности (для сухих продуктов), снижением концентрации сахара (разведением), снижением рН и температуры (для жидких продуктов). Можно удалить один из компонентов, например, при получении яичного порошка перед сушкой удаляют глюкозу добавлением глюкозоксидазы (это необходимо, чтобы яичный порошок не имел неприятного запаха).

Получающийся Н2О2 также разрушает вредные бактерии.

Химическим способом ингибирования реакции Майяра является использование сульфидов. Возможно механизмы этого ингибирования следующие:

Более всего стабилизируются сульфитами 3-дезоксиозулозы или ненасыщенные озулозы. Первые образует с сульфитами обратимые соединения, а вторые реагируют необратимо. В результате этих реакций процесс потемнения блокируется, пока не будет полностью израсходован сульфит. Может вступать в реакцию с бисульфитами и ненасыщенная целлюлоза (реакция необратима). Механизм подобного блокирования реакции Майяра доказан выделением промышленных продуктов и их идентификации.

ЛЕКЦИЯ №4

Оксид серы (SO2) и его производные подавляют реакцию потемнения в пищевых продуктах, однако это нежелательно, потому что вызывает образование нежелательных токсичных продуктов. До сих пор ещё не найдено эффективных ингибиторов образования коричневых продуктов.

Учитывая всё вышесказанное, нужно отметить важные моменты, которые должен учитывать пищевик-технолог, планируя какие-либо процессы переработки сырья.

1. Образование мелоноидиновых пигментов может быть как желательным, так и нежелательным в зависимости от того, какой цвет и запах должен иметь конечный продукт.

2. Следует учитывать, что может быть потеря незаменимых аминокислот (особенно лимитирующих), т.е. уменьшение пищевой ценности продукта.

3. Есть сведения о том, что отдельные продукты реакции Майяра могут быть мутагенными (например, приводятся такие данные о продуктах взаимодействия Д-глюкозы и Д-фруктозы с L-лизинами и L-глутаминовой кислотой).

4. Направить реакции Майяра таким образом, чтобы получить продукты с красивым цветом и приятным запахом. Это зависит от конкретной технологии. В кондитерской отрасли это желаемый результат, а в получении пива и безалкогольных напитков – наоборот.

5. Промежуточные продукты реакции Майяра обладают антиокислитель-ной способностью. Т.е. эти реакции положительны там, где нужно предотвратить окисление непредельных жирных кислот.

6. Имеются данные, что образующиеся в реакции Майяра продукты затрудняют усвоение белков. Это можно продемонстрировать на следующем примере: у крыс, содержащихся на козеиновом рационе, содержащем 0,2% смеси прореагировавших глюкозы и глицина, рост замедляется на 40%. Норма удерживаемого с пищей азота падала с 49 до 51 %.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 8

Сладость

Сладость сахарозы принимается за 100%. Все остальные углеводы сравниваются с ней. Практически в два раза слаще фруктоза, приближается к ней ксилит (90%). В настоящее время найдены подсластители \ не углеводной природы и гораздо слаще сахарозы. Например, сахарин.

Связывание ароматических веществ.

Для многих пищевых продуктов, при получении которых используются различные виды сушки, углеводы играют роль стабилизаторов цвета и летучих ароматических веществ.

Взаимодействие сахар – вода заменяется взаимодействием сахар – ароматические вещества. Эта способность связывать ароматические вещества характерна больше для ди-, чем для моносахаридов. Хорошими фиксаторами запаха являются циклодекстрины и другие биополимеры средней массы. Они образуют плёнку вокруг красящих или душистых веществ и препятствуют их окислению или испарению.

Гидрофильность. Это одно из основных и полезных физических свойств углеводов для пищевых продуктов. Гидрофильность обусловлена наличием большого количества гидрокси-групп. Из-за большого их числа внутриклубковый осмом воды затруднён. Гидроксильные группы образуют поверхностные водородные связи с водой, что способствует их сольватации и растворению. Эффект связывания воды зависит от структуры сахара. Например, фруктоза значительно гигроскопичнее, чем Д-глюкоза, хотя они имеют одинаковое число гидроксильных групп. Из дисахаридов лактоза значительно уступает мальтозе и сахарозе, которые обладают приблизительно одинаковой гигроскопичностью. Замечено, что неочищенные сахара в большей степени связывают влагу, че рафинированные. Причина, по- видимому, в том, что примеси препятствуют образованию водородных связей между молекулами сахара и ОН-группы становятся боле доступными для связывания воды.

Способность связывать воду и контролировать активность воды в пищевых продуктах – одно из важнейших свойств углеводов. Благодаря этому свойству можно (в зависимости от вида продукта) лимитировать поступление влаги или наоборот контролировать её потерю.

Структурно-функциональные свойства. Полисахариды, присутствующие в пищевых продуктах выполняют важную функцию в обеспечении качества и структуры – и твёрдости, хрупкости, плотности, застывания, липкости и т.д. Именно благодаря углеводами формируется структура продукта – мягкая, хрупкая или желеобразная.

Применяя углеводы для пищевой промышленности необходимо учитывать такое явление как синерезис. Это явление (процесс кристаллизации), когда крупные частицы углеводов образуют конгламериты, при этом взаимодействие с водой уменьшается и гравитационный эффект заставляет эти частицы осаждаться. В том случае, когда зоны взаимодействия образуются в виде сигментов (попарных) между множествами молекул, при этом взаимодействие с водой не исключается и образуются гели. Например, это происходит при быстром охлаждении амилозных крахмальных клейстеров. Гели могут быть слабыми (термически нестабильны). Это происходит в том случае, когда зоны связывания небольшие и силы удерживания сцеплённых вместе молекул невелики. Другой вид гелей – это твёрдые или термостабильные. При этом зона связывания большая и соответственно велики силы удерживающие макромолекулы вместе. Разветвлённые полисахариды (например, амилопектин) не могут в силу своей структуры тесно располагаться друг к другу, значит не могут образовывать зоны связывания и формировать гель. Такие молекулы просто образуют вязкие стабильные растворы. Это же относится и к заряженным полимерам, содержащим СООН− группы. Наличие заряда приводит к отталкиванию цепей и превращает образование зон связывания. Все растворимые биополимеры дают вязкие растворы, степень вязкости зависит от размера и структуры полимера. Влияние СООН− группы может быть подавлено в очень кислых растворах. По стерическим причинам все линейные молекулы имеют большую вязкость, чем разветвлённые, и применение их в пищевой промышленности предпочтительно. Следует учитывать, что в пищевых продуктах на вязкость могут влиять негелеобразующие компоненты. Они связывают воду, а молекулы сахара скручиваются в клубок и геля не образуется.

Роль крахмала. Он выполняет роль загустителя и связывающего агента. Он широко используется при производстве пудингов, концентратов, супов, киселей, соусов, начинок, майонезов. Важное свойство крахмала – клейстерилизация. В холодной воде крахмал набухает, по мере повышения температуры разрушаются межмолекулярные связи и частичное нарушение кристалличности за счёт проникновения воды. Температуру, соответствующую разрушению внутренней структуры кархмальных зёрен называют температурой клейстеризации. Как правило большие крахмальные зерна клейстеризуются при более низкой температуре, а размер зёрен зависит от источника получения крахмала. Способность крахмала образовывать клейстеры делает его ценным компонентом пищевых продуктов.

Клейстеризация крахмала, вязкость крахмальных растворов, характеристика крахмальных гелей зависит не только от температуры, но и от вида и количества других присутствующих компонентов (сахар, белки, жиры, пищевые кислоты, вода). Вода играет большую роль в формировании пищевых продуктов, а активность её зависит от присутствия солей, сахара и других связывающих воду компонентов. Большое количество этих примесей затрудняет процесс клейстеризации крахмала. Более всего затрудняют этот процесс дисахариды, меньше моносахариды. На клейстеризацию оказывают влияние и липиды. Жиры образуют комплексы с амилазой и тормозят процесс набухания зёрен крахмала. Наибольшее влияние оказывают моноицилглицериды. Влияет на клейсетризациюкартофельный амилопектин, который содержит фосфатные группы.

Во многих продуктах, где используется крахмал в качестве загустителя присутствуют кислоты. рН большинства пищевых продуктов лежит в области 4-7, это мало влияет на скорость набухания, она заметна при рН=10. Хотя некоторое снижение вязкости наблюдается. При низких рН наблюдается другой процесс – интенсивный гидролиз с образованием незагустевающих декстринов. Для его предотвращения (иначе он вызывает кислотное сжижение) в качестве загустителя используют поперечносшитые крахмалы.

При выпечке хлеба необходимо учитывать взаимодействие крахмал – белок, это взаимодействие имеет значение для формирования клейковины. Характер этого взаимодействия пока мало изучен.

При изготовлении замороженных продуктов, в которых крахмал выполняет роль загустителя, необходимо считаться с процессом ретроградации амилозы в процессе оттаивания. Если использовать при их производстве обычный крахмал, то изделия приобретают волокнистую или зерноподобную структуру. Для производства таких продуктов предпочтительнее использовать восковидный кукурузный крахмал, который практически не содержит амилазы или фосфатные поперечносшитые крахмалы.

Многие продукты при хранении черствеют. Черствение можно предотвратить жиры. Потому что процесс черствения связано с ассоциацией молекул амилазы или даже амилопектины, а добавление жира тормозит процесс кристаллизации. Эффект черствения может быть частично реверсирован смачиванием водой и нагреванием. Вода образует комплексы с крахмалом при нагревании проникает внутрь и расшатывает конгламераты крахмала возвращая им аморфную структуру.

Модифицированные крахмалы. Учитывая влияние, которое оказывает крахмал при добавлении его в пищевые продукты, целесообразно использовать модифицированные крахмалы.

Предварительно клейстеризованный крахмал. Крахмальную суспезию помещают между двумя обратно вращающимися нагреваемыми паром цилиндрами. Затем его высушивают в виде тонкой плёнки и размельчают в порошок. Он очень хорош как загуститель в пищевых продуктах, приготавливаемых без нагревания (пудинги, начинки).

Крахмал, модифицированный кислотой. Проводят кислотный гидролиз крахмала при температурах ниже температуры клейстеризации. Он идёт в аморфных зонах крахмала, оставляя его кристаллические зоны незатронутыми. В основном гидролизуется амилопектин. Обычно используют соляную или серную кислоту при t=25-55°С (6-24 часа, в зависимости от задаваемой вязкости). Такой крахмал практически нерастворим в холодной, но хорошо растворим в горячей воде. Это крахмал при высокой температуре даёт концентрированные растворы, которые при остывании на холоду образуют гель. Его применяют при производстве желированных конфет.

Этерифицирванные крахмалы.

Осуществляют частичную этерефикацию свободных ОН групп крахмала.

В крахмале имеются три свободные гидроксильные группы, которые могут быть этерифицированы. С читается, что целесообразно проводить этерификацию на 10%. При этом происходят определённые изменения коллоидных и других свойств, которые существенны для пищевых продуктов. А именно – снижается температура клейстеризации, увеличивается скорость набухания зёрен. Такие крахмалы находят применение в салатных заправках. В замороженных продуктах, пекарских изделиях применяют С−3-ацетаты (С−3=0,5). Они образуют прозрачные и стабильные клейстеры и применяются в замороженных продуктах, пекарских изделиях и т.д.

Монофосфатные эфиры зернового крахмала полученные взаимодействием крахмала и кислых солей орто-, пиро- и триполифосфата при нагревнии (50-60°С, 1ч) набухают в холодной воде и применяют в замороженных продуктах в качестве загустителя благодаря его исключительной стабильности при замораживании – оттаивании. Кроме того такого рода крахмал легко диспергируется в холодной воде и может использоваться при приготовлении мороженого.

Находят применение и крахмалы поперечносшитые дигидрофосфатами. Они устойчивы при хранении клейстеров, замораживании – оттаивании, применяются в детском питании, кремах.

Окисленные крахмалы получают действием NaClO, KMnO4, KBrO3 на водную суспензию крахмала при температуре ниже температуры клейстеризации. При этом идёт частичное расщепление гликозидных связей, и образуются карбоновые кислоты при окислении освободившихся альдегидных групп. Реакции ведут так, чтобы окисленный крахмал содержал одну СООН− группу на 25-30 гликозидных единиц. Такие крахмалы используются как низковязкостные наполнители в салатах, майонезах. Специальные виды окисленных крахмалов применяют в качестве улучшителей хлеба (увеличение пористости, замедление черствения). Применяют их и в производсвте желейных конфет вместо агира и пектина.

Целлюлоза.

Целлюлоза –компонент клеточных стенок. Она обычно ассоциируется с различными гемицеллюлозами и лигнином; и тип и размер этих ассоциаций образует характерную текстуру пищевых растений.

Целлюлоза – моноглюкан , состоящий из линейных цепей β-В-(1,4)- глюкопиранозных единиц. Исключительная линейность целлюлозы дает возможность молекулам ассоциировать, что имеет место в деревья и других растениях. Целлюлоза имеет аморфные и кристаллические области, аморфные в первую очередь подвержены воздействию растворителей и химических реагентов. В пищевых производствах находит применение микрокристаллическая целлюлоза. Для её получения целлюлозу гидролизуют кислотой. Её используют в качестве наполнителя в низкокалорийных пищевых продуктах. Более жёсткая химическая модификация целлюлозы используется для приготовления пищевых загустителей на целлюлозной основе. Наиболее широко используется натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы (Na−KMЦ). Её получают обработкой целлюлозы NaOH и СlСН2СООН.

Она используется в качестве наполнителя в начинках, пудингах, мягких сырах, фрктовых желе. Она нетоксична, хорошо удерживает влагу и поэтому применяется при изготовлении мороженого и других замороженных десертов. Она замедляет кристаллизацию глазурей, сиропов, т.е. применяется для изготовления кондитерских изделий. Применяется как эмульгатор в низкокалорийных продуктах.

В качестве загустителя применяют метилцеллюлозу. Регулируя условия реакции, можно ввести различное количество метильных (метоксильных) групп. Это низкокалорийные желирующие компоненты.

Гемицеллюлоза

Это класс сахаридов, не усваиваемых организмом человека. Основным сахаром является ксилан. Он состоит из (1→4)-β-Д-ксилопиронозильных единиц, часто содержит β-L-арабинофуранозильные цепи в третьем положении. Эти сахара хорошо связывают воду. Их используют при приготовлении пшеничного теста, они улучшают качество замеса, участвуют в формировании структуры теста для придания ему объёма.

Другая важная функция гемицеллюлоз в пищевых продуктах заключается в том, что они как пищевые волокна, образуют часть неперевариваемого комплекса, что очень важно для перистальтики кишечника. Они способствуют выводу желчных кислот и снижению уровня холестирина. Они способствуют снижению кардиологических заболеваний и новообразований прямой кишки.

Пектиновые вещества

Пектин содержится в растительных пищевых продуктах, например, фруктах и овощах. Пектин участвует в качестве структурного агента в построении клетки растений. Кроме того, благодаря своей способности образовывать коллоиды пектин регулирует водный обмен в растения. Название «пектин» происходит от греческого слова «пектос», что означает «желированный», «застывший». Он широко применяется при производстве фруктовых желе, джемов. Он входит в группу пищевых волокон, способен связывать токсические вещества и радионуклеиды, выводя их из организма человека. Это делает ценной добавкой при производстве продуктов лечебно-профилактического назанчения .

Пектиновые цепи способны связываться друг с другм трёхмерной пространственной структурой. Имеются различные виды ассциаций, которые определяются степенью этерификации.

Нормальные пектины (степень этерификации 50%) как правило лучше образуют гели при концентрации 1%. Желирование высокоэтерифицированных пектинов вызывается двумя факторами:

– добавлением сахара, который вызывает дегидратацию пектиновых молекул, способствуя тем самым их сближению;

– снижением рН среды, которое подавляет диссоциацию гидроксильных групп, снижая тем самым электростатическое отталкивание цепей.

Низкоэтерифицированные пектины могут образовывать гели в отсутствии сахаров, но требуют присутствии двухвалентных катионов (Са2+). Добавка ионов кальция вызывает образования кальциевых мостиков, соединяющих молекулы пектинов. Нельзя допускать передозировку ионов кальция, чтобы пектинат кальция не выпал в осадок. Такие вещества используют в бессахарных или низкосахарных диетических гелях. Добавление 10% сахара улучшает текстуру геля, без него он слишком хрупкий.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 9

Моно- и олигосахара. Для определения этих углеводов испльзуют их восстанавливающую способность. Сначала их извлекают их пищевых продуктов 80%-ным EtOH. Спиртовые экстракты упаривают по вакуумом, разбавляют горячей водой и фильтруют. Если продукты богаты белками и фенольными соединениями, то фильтрат дополнительно обрабатывают ацетатом свинца, избытки его удаляют, фильтруют, а в фильтрате определяют восстанавливающие сахара действием гексацианоферрата калия ил иодометрически. Для определения сахарозы её нужно предварительно гидролизовать. Количественный и качественный состав определяют хроматографически.

Усваиваемые полисахариды. Определение крахмала, как правило, основано на определении полученной гидролизом глюкозы. Для определения крахмала сначала извлекают этанолом моно- и олигосахара. Затем извлекают крахмал (сначала объект анализа растворяют в холодной воде, затем нагревают, крахмал переходит в раствор, фильтруют). Для удаления белков обрабатывают фосфорноволфрамовой кислотой или другими осадителями. Крахмал далее гидролизуют и определяют глюкозу.

Для определения декстринов их извлекают тёплой (40%) водой и осаждает 80%-ным этанолом. Приводят ферментативный гидролиз и определяю глюкозу.

Не усваиваемые углеводы. Общее содержание пищевых волокон (лигнин + не усваиваемые углеводы) обычно определяют гравиметрическим методом. Метод фракционный. Сначала гидролизуют крахмал и белки действием ферментов, растворимые пищевые волокна осаждают спиртом, фильтруют, осадок взвешивают.

Пектин. Его извлекают из пищевого продукта. Для этого применяют экстракцию холодной воды с последующим кипячением. Для извлечения протопектина после извлечения растворимого пектина кипятят с соляной кислотой. Отделяют крахмал, если продукты им богатые. Затем пектин осаждают СаСl2. Далее определяют содержание Са2+ в образце и пересчитывают для определения пектина.

Клетчатка. Метод определения клетчатки основан на проведении гидролиза легкорастворимых углеводов и взвешивании негидролизуемого остатка.

Вещества вторичного происхождения

О-Гликозиды

Это самая многочисленная группа гликозидов. В нее входят: сахарофосфаты, в молекулах которых гликозидный гидроксил связан с остатком фосфор­ной кислоты; олиго- и полисахариды; фенольные гликозиды; цианогенные гликозиды; стероидные гликозиды; гликоалкалоиды.

Сахарофосфаты (альдозо-l-­фосфаты) - одна из метаболи­чески наиболее важных групп О-гликозидов. Они участвуют в обмене углеводов.

глюкозо-l-фосфат

Олиго- и полисахариды по химическому строению являются гликозидами: в связи остатков моносахаридов всегда принимает участие гликозидный гидроксил. Агликоном у таких гликозидов служит тоже сахар или другой углевод.

Фенольные гликозиды содержат в качестве аг­ликона различные фенольные соединения. Это, например, антоцианы, халконы - важнейшие пигменты растений, связанные с саха­рами кумарины, ванилин.

Цианогенные гликозиды в составе агликона содержат группу -СN. В растениях их най­дено больше 20. Содержатся в семенах горького миндаля, в ядре персиков, абрикосов. Они образуются из аминокислот: группа -CN происходит из -CHNh3.

Из валина образуется линамарин, из фенилала­нина - амигдалин, из тирозина - дуррин.

линамарин амигдалин дуррин

G - b-глюкоза; g - b-гентиобиоза.

Линамарин присутствует у многих растений. На­пример, он найден у фасоли, льна.

Амигдалин - это гликозид растений семейства розовых. Он содержится в семенах миндаля, яблок, рябины, слив, айвы, ви­шен, персиков. С присутствием амигда­лина связан специфический горький вкус и запах горького миндаля. В качестве сахара амигдалин содер­жит дисахарид гентио­биозу, которая состоит из двух остатков глюко­зы, соединенных свя­зью (b1®6). Гентиобио­за встречается только в гликозидах.

b-гентиобиоза

Дуррин найден в семенах сорго.

Наиболее важными реакциями превращения цианогенных гликозидов являются те, которые приводят к выделению HCN - дыхательного яда. Особенно интенсивно это происходит при разру­шении тканей.

цианогенный агликон

гликозид

G - b-глюкоза.

Агликон, лишенный сахара, расщепляется с выделением HCN как ферментативным, так и неферментативным путем.

В живых клетках происходит ферментативное образование цианида, но медленно, он быстро связывается и включается в азотный об­мен. HCN под действием b-циано-аланин-синтета­зы присоединяется к цистеину с образованием b-цианоаланина, который под действием воды превращается в аспарагин:

цистеин b-цианоаланин аспарагин

Стероидные гликозиды в качестве агликона имеют соединения стероидной природы. Их делят на две группы: сердечные гликозиды и сапонины.

1. Сердечные гликозиды оказывают фармаколо­гическое действие на сердечную мышцу. Они ак­тивируют К+ / Na+-насос. Распространение сердеч­ных гликозидов ограничено 14 семействами (лилейные, ирисовые, лютиковые, бобовые и др.).

Агликоны этих гликозидов имеют стероидную природу с пятичленным лактоновым кольцом в качестве боковой цепи. Пример: дигитоксигенин из наперстянки (Digitalis purpu­rea). Сахарный компонент присоединяется к гидроксилу у С-3 и состоит из 5 остатков моносаха­ридов.

дигитоксигенин

Обнаружено 40 моносахаридов, входя­щих в состав сердечных гликозидов, большинство из них нигде больше не встречается (цимароза, дигитоксоза, дигиталоза, теветоза, аковеноза, бонвиноза).

2. Сапонины - гликозиды, агликоны которых также имеют стероидную природу, но их боковая цепь состоит из двух гетероциклических колец - пяти- и ше­стичленного. Агликоны сапони­нов называют сапогенинами. В наперстянке содержится са­понин дигитонин, агликоном которого является дигитогенин.

дигитогенин

Агликоны сапо­нинов связаны с пятью остатками обычных моно­сахаридов (глюкоза, галактоза, ксилоза).

Сапонины - ядовитые вещества. Они обладают детергентными свойствами и разрушают липопро­теиновые мембраны.

Сапонины часто присутствуют в тех же растениях, что и сердечные гликозиды. Много сапонинов в цвет­ках мыльнянки.

Корни женьшеня содержат са­понины, у которых боковая цепь агликона - шестичлен­ный гетероцикл. Их называют панаксозидами.

агликон панаксозида

Гликоалкалоиды - близкие к сапонинам соеди­нения, имеющие стероидную основу и боковую цепь, представленную гетероциклом с азотом. Как и сапонины, они обладают детергентными свой­ствами и являются ядами. Гликоалкалоиды характерны для семейства пасленовых. В расте­ниях картофеля обнаружен ряд гликоалкалоидов, содержащих в качестве агликона соланидин.

Гликоалкалоиды использу­ются для лечения артрита, ревматизма.

соланидин

S-Гликозиды

Общую формулу S-гликозида можно представить следующим образом:

sugar = сахар.

Эти гликозиды обычно встречаются у растений из семейства крестоцветных (горчица, хрен, капу­ста). При растирании листьев и частей растений происходит ферментативное расщепление гликозидов с образованием гор­чичного масла, имеющего характерный запах.

Примеры S-гликозидов: синигрин из семян сарепской горчицы и хрена и синальбин из семян белой горчицы.

горчичное масло синигрин синальбин

G - глюкоза.

N-Гликозиды

Это метаболически очень актив­ная группа гликозидов. Предста­вителями ее являются нуклеози­ды и нуклеотиды. По типу N-гли­козидов построены нуклеотиды, входящие в состав НК, NDP-caxa­ров, макроэргических соединений (АТР, GTP, UTP, СТР).

аденозин

С-Гликозиды

Они образуются при соединении с сахарами не­которых флавоноидов и найдены в кукурузе, боя­рышнике, горицвете. Примеры С-гликози­дов: витексин, виценин, ориентин, сапонарин. Некоторые С-гликозиды исполь­зуются в качестве лекарств.

витексин виценин

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 10

Значение гликозидов в растении полностью не выяснено, но некоторые сведения имеются.

1. Среди гликозидов есть очень важные, мета­болически активные соединения. Это олиго- и полисахариды, сахарофосфаты, относящиеся к груп­пе О-гликозидов и нуклеозиды и нуклеотиды, отно­сящиеся к группе N-гликозидов. Их значение для растений известно.

2. Ряд гликозидов придает цветкам и плодам растений окраску (антоцианы, халконы).

3. Возможна защитная роль гликозидов, т.к. некоторые из них ядовиты (цианогенные гликози­ды, сапонины, гликоалкалоиды).

Больше сведений о действии гликозидов на организм животных и человека:

-среди глико­зидов много токсичных веществ (сапонины, гли­коалкалоиды);

-многие гликозиды используются как лекарственные средства (сердечные гликози­ды, С-гликозиды), витамины (эскулетин);

-некото­рые гликозиды определяют вкусовые качества пи­щевых продуктов (горчица, хрен, горький миндаль, ванилин).

ТЕРПЕНЫ И ТЕРПЕНОИДЫ

Терпены - это ненасыщенные углеводороды с числом углеродных атомов, кратным пяти. На­звание «терпен» происходит от слова терпентин­ - скипидар.

Терпены можно рассматривать как производные основной разветвленной единицы – изопрена. Разветвленный конец молекулы изопрена называют «головой», а не­разветвленный - «хвостом». «Голову» обо­значают буквой i, а «хвост» - р, тогда изопрен можно записать как ip.

изопрен

Терпеноиды - это кислородсодержащие терпе­ны.

Терпены и терпеноиды по чис­ленности превосходят все другие вещества вторич­ного происхождения. Их известно около 10 тысяч. Классифицируют терпены и терпеноиды по числу С5-единиц в молекуле.

Число С-атомов в молекуле терпена или терпеноида Вещества, относящиеся к данной группе
C5 Изопрен
C10 Компоненты эфирных масел
C15 Компоненты эфирных масел, абсцизовая кислота
C20 Компоненты смол, гиббереллины
C25 Компоненты смол
C30 Компоненты смол, стероиды
C40 Каротиноиды
Политерпены Полипренолы, каучук, гутта

Наиболее распространенный способ связывания в терпенах С5-изопреновых единиц - «голова к хвосту» - ipip, есть соединения, свя­занные «хвост к хвосту» - ippi.

Терпены и терпеноиды, содержащие C10 и более углеродных атомов, могут быть ациклическими и циклическими. Циклические могут иметь в молекуле один, два, три и более циклов.

С5-изопрен

Изопрен - газ. Он содержится в растени­ях в очень малых количествах, и обнаружить его мож­но только с помощью очень чувствительных методов.

В растениях встречаются производные изопре­на - диметилаллилпирофосфат (ДМАПФ) и изо­пентилпирофосфат (ИПФ). Это промежуточные продукты синтеза терпенов. Они не накапливаются, а претерпевают быстрые превращения.

диметилаллилпирофосфат изопентенилпирофосфат

(ДМАПФ) (ИПФ)

В растениях изопрен часто образует боковые цепи у различных соединений

C10, С15-терпены и терпеноиды - компоненты эфирных масел

Мирцен и оцимен – С10-ациклические терпены. Мирцен содержится в эфирном масле сумаха, хмеля, мирциа, оцимен - базилика.

Более важная роль в составе эфирных масел у терпеноидов - альдегидов и спиртов. Известны спирты линалоол, гераниол, цитронеллол.

Линалоол имеет запах ландыша и содержится в цветках ландыша, в эфирном масле апельсина, кориандра, мяты. В растениях встречаются его сложные эфиры с муравьиной, уксусной, валериановой кислотами. Смеси таких эфиров определяют аромат многих плодов, например, персиков.

мирцен линалоол гераниол цитронеллол цитраль

оцимен

Гераниол обладает запахом розы и встречается в составе эфирных масел розы и эвкалипта. Цитронеллол также имеет запах розы и входит в состав масел розы и герани. При окислении гераниола образуется альдегид цитраль. Он входит в состав лимонного, вербенового и других эфирных масел.

Лимонен, a-терпинен и сильвестрен - моноциклические терпены. Наиболее распространен лимонен, содержащийся в эфирном масле плодов цитрусовых, тмина, укропа, в скипидаре. a-терпинен выделен из можжевельника, сильвестрен - из скипидара.

лимонен a-терпинен сильвестрен ментол камфора

К кислородсодержащим соединениям относятся ментол и камфора.

Ментол является главной составной частью масла мяты, из которого его выделяют в большом количестве и используют в фармацевтической промышленности и в косметике. Ментол - основной компонент валидола.

Камфора относится к бициклическим терпеноидам и представляет собой не жидкость, а твердое вещество. Она содержится в древесине и листь­ях камфорного лавра, камфорной полыни. В настоящее время камфору получают синтетическим путем из скипидара. Она применяется в медицине в качестве средства, возбуждающего сердечную деятельность.

К Сl5-терпеноидам относятся ациклические спирты фарнезол и неролидол. Фарнезол найден во многих растениях (цветки ландыша, липы). Неролидол содержится в эфирном масле цветков апельсина. Он применяется в парфюмерной промышленности в качестве фиксатора, понижающего летучесть смешанных с ним ароматических веществ.

фарнезол неролидол

Из бергамотного, лимонного масел и хвои выделен терпен, содержащий в молекуле одно кольцо, - бесаболен. В масле эвкалипта содержится гваякол. Его молекула состоит из двух колец. Из масла багульника выделен ледол, который имеет три кольца в молекуле.

бесаболен гваякол ледол

C15- терпеновую природу имеет фитогормон абсцизовая кислота.

Эфирные масла

Название это было дано в 18 веке, когда о химическом составе этой группы веществ ничего не было известно. Эфирными их назвали за летучесть; маслами, потому что они легче воды и не смешиваются с ней. Несмотря на неточность, этот термин сохранился.

Эфирные масла растений представляют собой сложный комплекс веществ, в котором найдено свыше 500 индивидуальных компонентов. У одного растения их может насчитываться до 270. В эфирных маслах преобладают С10- и С15-терпены и терпеноиды. Они находятся в свободном состоянии, в виде сложных эфиров или гликозидов. Кроме терпенов, в составе эфирных масел присутствуют и другие вещества, обладающие ароматом (сложные эфиры органических кислот алифатического ряда, бензойной, фенилуксусной и коричной кислот, гликозиды (ванилин), альдегиды, кумарины, горчичное масло, индол).

Эфирные масла содержатся в различных органах растений (цветках, лепестках, цветочных почках, плодах, семенах, листьях, коре, древесине, корнях, корневищах) и в различном количестве.

Так, в цветках фиалки содержится 0,004% эфирного масла, а в цветочных почках гвоздики - до 23%.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 11

Их роль в растении до конца не ясна. Предполагается, что эфирные масла, прежде всего, выполняют защитную функцию. Они защищают растения от болезней, вредителей, поедания животными, предохраняют их от колебания температур, регулируют транспирацию, затягивают раны в коре и древесине. Эфирные масла способствуют привлечению насекомых-опылителей. Изменяя поверхностное натяжение, масла ускоряют движение воды по растению. Кроме того, они влияют на отдельные ферментативные процессы.

Получение эфирных масел

На основе летучести и растворимости в органических растворителях эфирных масел разработаны методы их получения из растительного сырья: перегонка с водяным паром, экстракция органическими растворителями, анфлераж, механическое выделение.

Экстракцию эфирных масел производят с помощью органических растворителей (эфира, ацетона, петролейного эфира) в аппарате Сокслета или осуществляют сжиженными газами (СО2, бутаном, хладоном). После отгонки растворителя получают чистое эфирное масло или его смесь с другими веществами (смолами, восками).

Анфлераж - это способ, основанный на поглощении эфирного масла из свежесобранного сырья сорбентами, чаще твердыми жирами. На рамы наносят слой в 3-5мм твердого жира (смесь свиного и говяжьего), сверху помещают свежее сырье и выдерживают с ним 48-72 часа. Затем сырье меняют (до 30 раз) до насыщения жира эфирным маслом. Из насыщенного жира масло извлекают спиртом. Экстракт вымораживают, выпавшие примеси удаляют, спирт отгоняют и получают чистое эфирное масло.

Перегонка с водяным паром - наиболее распространенный способ получения эфирных масел. Его используют, когда сырье содержит много масла и оно термостабильно.

Механический способ получения применяется в тех случаях, когда эфирное масло содержится в кожуре цитрусовых. Тогда его извлекают прессованием.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 12

Издавна эфирные масла использовались как душистые вещества и сейчас используются в парфюмерной промышленности для изготовления духов, одеколонов, дезодорантов и других косметических средств, а также в мыловаренной промышленности.

Эфирные масла применяются в пищевой и кондитерской промышленности в качестве пряностей и ароматических веществ, при изготовлении безалкогольных напитков, в табачной промышленности.

Эфирные масла оказывают антисептическое и спазмолитическое действие на человеческий организм, повышают секрецию желудочно-кишечного тракта и бронхов, возбуждают дыхание, снимают боль в мышцах и суставах. Благодаря этим свойствам они используются в медицине (эфир­ные масла эвкалипта, хвойных, сельдерея, тмина, аниса, кориандра, фенхеля, мяты).

Среди эфирных масел особое место занимает скипидар, который используют в медицине, в химической промышленности, в качестве сырья для синтезов (камфора) и в качестве растворителя.

С20-, С25-, С30-терпены и терпеноиды - компоненты смол

Смолы - это твердые выделения растений. Они размягчаются при нагревании, а на воздухе легко окисляются и становятся твердыми и прочными (янтарь). Смолы выделяются при повреждении растений в составе бальзамов.

Бальзамы - это полужидкие вещества, состоящие из смеси эфирных масел и смол. Пример бальзамов - живица хвойных деревьев, которая на 1/3 состоит из эфирного масла скипидара и на 2/3 - из смолы канифоли.

Канифоль используется при паянии, при изготовлении клея, в качестве добавок для увеличения трения.

В растениях смолы часто содержатся в смеси с дубильными веществами, камедями, стероидами, каучуком. Обычно они накапливаются в смоляных ходах. Смолы нерастворимы в воде, но растворяются в ор­ганических растворителях.

В состав смол входят С20-, С25,- и С30-углеводороды (резены), ациклические и циклические смоляные (резиновые) кислоты и смоляные спирты (резенолы). Смолы различных растений отличаются по составу. Например, резены составляют большую часть некоторых смол. Их до 70% в янтаре, до 95% в смолах некоторых видов молочая. Резены очень стойкие и выдерживают действие кислот и щелочей. Особенно распространены в смолах С30-циклические смоляные кислоты. Они составляют основную массу канифоли.

Среди смоляных кислот особенно известна абиетиновая кислота. Она широко применяется при производстве лаков, пластмасс, мыла. Из смоляных спиртов в смолах часто встречается цикличекий спирт кафестрол.

абиетиновая кислота кафестрол

О роли смол в растениях известно мало. Предполагается, что они играют защитную роль, затягивая раны и препятствуя поеданию растений вредителями и животными.

К веществам С20-терпеноидной природы относятся фитогормоны гиббереллины, а к С30 - стероиды - жироподобные вещества.

Политерпены

К политерпенам принадлежат полипренолы, каучук и гутта.

Полипренолы. К ним относятся политерпены, содержащие от 4-5 до 9-10 изопреновых остатков. Например, спирт фитол состоит из четырех остатков изопрена. Фитол входит в состав молекул хлорофилла, этерифицируя один из его карбоксилов. Другой пример - соланезол, который содержит 9 С5-остатков. Он выделен из листьев табака.

фитол

соланезол

Многие полипренолы имеют двойные связи в транс-конфигурации (соланезол). Существует группа полипренолов со смешанными (цис- и транс-) двойными связями. Например, кастопренолы из конского каштана и бету­лапренолы из березы серебристой.

В растениях присутствуют важные соединения, в которых цис-полипренолы связаны с хинонами. Это пластохиноны, убихиноны, витамин К1, токоферолы.

Каучук. Это линейный полимер изопрена с двойными связями в цис-положении. В молекуле каучука содержится от 1000 до 5000 C5-oстатков. Длинные молекулы его беспорядочно свернуты и постоянно меняют свою форму, что обуславливает его эластичность.

часть молекулы каучука

Каучук образуется и накапливается в млечниках, ассимилирующих тканях растений 300 родов. Особенно высоким содержанием каучука отлича­ются тропическое растение гевея и корни сложноцветных кок-сагыза и тау-сагыза (30-40%). В млечном соке каучук находится в виде микроскопических глобул.

Из всех известных каучуконосов только дерево гевея используется для получения каучука в промышленных масштабах. Одно дерево гевеи за год может дать до 3,5кг каучука. Каучук из гевеи добывают, подрезая кору (подсочка). При этом млечный сок (латекс) вытекает из коры, т.к. млечники связаны между собой перемычками.

Каучук находит широкое применение. Вулканизированный (насыщенный серой) он используется для изготовления резины, натуральный - в медицине для изготовления пластырей, горчичников.

Гутта. Она имеет меньшую по сравнению с каучуком молекулярную массу. Количество C5-мономеров в ее молекулах около 100. Гутта имеет транс-конфигурацию.

часть молекулы гуты

Гутта накапливается в млечниках Palaguium gutta или в замкнутых вместилищах (кора корней бересклета, листья эвкомии).

Млечники Palaguium gutta не связаны между собой, поэтому для сбора гутты срубали деревья, что привело к почти полному их исчезновению. В настоящее время гутту получают в небольшом количестве из гваюлы серебристой - пустынного кустарника, произрастающего в Северной Америке.

Из гутты получают гуттаперчу, которая является прекрасным изоляционным материалом и используется, например, для покрытия подводных кабелей.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 13

Исходным соединением при синтезе терпенов служит ацетил - СоА. При образовании С5-изоп­реноидного соединения происходит конденсация 3 молекул ацетил-СоА с удалением одного углерод­ного атома в виде СО2.

-CO2

3 C2 ® С6 ¾® C5

Промежуточным С5-соединением при синтезе терпенов является изопентилпирофосфат (ИПФ), который изомеризуется с диметилаллилпирофосфатом (ДМАПФ).

ИПФ ® ДМАПФ

Из каждого из них может образоваться С5-изо­прен.

При конденсации ИПФ и ДМАПФ получаются С10-терпены и терпеноиды, которые являются ком­понентами эфирных масел:

С5 + С5 ® C10

С10-терпеноид может конденсироваться с С5-ИПФ с образованием С15-терпенов, которые также вхо­дят в состав эфирных масел:

С10 + С5 ® С15

При биосинтезе всех этих терпенов и терпенои­дов С5-изопреноидные остатки связываются «голо­ва к хвосту» (ipipip).

После возникновения С15-терпеноидов дальнейший синтез может идти двумя путями:

1. C15 + С5 ® С20 - «голова к хвостy»(ipipipip).

Так получаются терпеноидные компоненты смол.

2. C15 + C15 ® С30 - «хвост к хвосту» (ipipippipipi).

В результате этой реакции образуются стероиды.

С20-терпеноиды далее могут превращаться также двумя путями:

1. С20 + С5 ® С25 – «голова к хвосту».

Этим путем образуются терпены, входящие в состав смол.

2. С20 + С20 ® С40 - «хвост к хвосту».

В результате получаются молекулы каротиноидов.

С25-терпеноиды далее присоединяют остатки С5-ИПФ с образованием С30 - компонентов смол и бо­лее высокомолекулярных полипренолов и других политерпенов.

С25 + С5 ® С30 - «голова к хвосту».

С30 + nС5 ® С30+5 n - политерпены.

С5-изопреноидные остатки во всех реакциях переносят ферменты пренилтрансферазы. В удлине­нии цепи политерпенов принимают участие два типа ферментов: один из них образует транс-, дру­гой - цис-политерпены.

При синтезе циклических терпенов сначала возникает небольшое число цикличе­ских структур, которые затем подвергаются раз­нообразным вторичным изменениям. Это обеспе­чивает образование множества известных в насто­ящее время терпенов и терпеноидов.

Алкалоиды

Алкалоидами называют группу азотистых соединений, обладающих основными свойствами и встречающихся преимущественно в растениях. Они характеризуются в большинстве случаев сложным строением и обычно содержат в своих молекулах гетероциклы. Многие алкалоиды обладают сильным физиологическим действием: в больших дозах они являются ядами, а в малых их часто применяют как ценные лекарственные вещества.

Алкалоиды очень широко распространены в растительном мире. Некоторые семейства растений особенно богаты алкалоидами, например маковые, пасленовые и ряд других. В большинстве случаев алкалоиды встречаются группами, причем представители такой группы часто имеют сходное химическое строение. В растениях алкалоиды обычно встречаются в виде солей органических кислот – щавелевой, яблочной, виннокаменной, лимонной и др. Свободные алкалоиды (выделенные из солей) в связи с их основными свойствами часто называют алкалоидами-основаниями.

Для удобства изучения алкалоиды делят на группы. Раньше, когда химическое строение алкалоидов было малоизвестным, их делили на группы в зависимости от тех растений, из которых их получали. Так, например, выделяли группы алкалоидов хинной коры, мака и др.

В настоящее время в связи с выяснением строения алкалоидов чаще пользуются химической классификацией. Большинство алкалоидов, содержащих в своих молекулах гетероциклы, делят на группы в зависимости от присутствующих гетероциклов. Так, например, различают алкалоиды группы пиридина (в эту группу входит никотин), алкалоиды группы хинолина (в эту группу входит хинин) и т.д. К алкалоидам часто относят метлированные производные ксантина, например теобромин и кофеин, как производные пурина. Эту группу алкалоидов называют алкалоидами группы пурина.

Некоторые учёные относят к алкалоидам и некоторые другие азотосодержащие вещества, обладающие основными свойствами и сильным физиологическим действием, но не содержащие гетероциклы.

Первым из алкалоидов был открыт морфин, выделенный из сока маковых головок. Было обнаружено, что выделенное вещество обладает более сильным снотворным действием, чем сам опий, благодаря чему, морфин нашел применение в медицине. Однако при длительном употреблении, он приводит к привыканию и развитию наркомании.

Морфин был первым алкалоидом, в котором был обнаружен азот до этого ни в морфине, ни в других алкалоидах при анализе либо не находили азота вовсе, либо его присутствие приписывали примесям.

морфин

В млечном соке мака снотворного содержится важный алкалоид, имеющий иную по сравнению с морфином химическую природу. Это - папаверин. Его содержание в опии невели­ко, всего 1%. Папаверин понижает тонус и сокра­тительную активность гладкой мускулатуры, ока­зывает сосудорасширяющее и спазмолитическое действие, особенно на сосуды мозга и сердца. В на­стоящее время его получают синтетическим путем. На основе папаверина созданы его аналоги - синте­тические препараты но-шпа и дибазол.

папаверин

Алкалоиды раувольфиизмеиной. В корнях ра­увольфии змеиной содержится целый комплекс алкалоидов. Их делят на несколько групп. Наибо­лее известна группа резерпина и ее главный алка­лоид резерпин. Резерпин оказывает успокаиваю­щее действие, снижает артериальное давление, тем­пературу тела, обмен веществ. Алкалоиды раувольфии содержат­ся в таких препаратах как раунатин, раувазан, кристепин.

резерпин

Эрголиновыеалкалоиды. В рожках спорыньи со­держится ряд алкалоидов, которые получили назва­ние эрголиновых. В основе их строения лежит лизергиновая кислота. Соединяясь с одной или несколь­кими аминокислотами, пировиноградной кислотой или аминоспиртами, она образует различные алка­лоиды.

Из рожков спорыньи их выделено 12. Для получения алкалоидов спорынью культи­вируют на специальных средах.

Они применяются в медицине, хотя и очень токсичны. Различные алкалоиды оказывают различное действие на человеческий организм: снижают содер­жание сахара в крови, вызывают сокращение мат­ки, угнетают сосудодвигательные и дыхательные центры, усиливают сердечные сокращения.

Эрголиновые алкалоиды найдены и у высших растений, например, в семенах растений из родов Rivea и Ipomea.

лизергиновая кислота LSD

На основе лизергиновой кислоты изготавлива­ют сильные наркотические вещества с галлюцино­генными свойствами. Например, LSD25 - это ди­этиламид лизергиновой кислоты.

Кофеин содержится в растениях, которые ис­пользуются для приготовления напитков - листья чая, зерна кофе, бобы какао. Этот алкалоид является метилированным производным пурина. Кофеин усиливает сердечные сокращения, расширяет сосуды мозга, сердца, легких. При этом кровь перераспределяется в организме по жизненно важным орга­нам. Вследствие этого уменьшается чувство устало­сти, повышаются возможности умственной работы.

кофеин

Протоалкалоиды

Протоалколоиды - низкомолекулярные относительно простые азотсодержащие соединения, имеющие, как правило, генетическую связь с аминокислотами. Они встречаются довольно часто в растениях разных семейств, но обычно не накапливаются в них. Протоалкалоиды делят на три группы:

1. Алифатические, включающие около 40 представителей и обнаруженные в 15 семействах.

2. Фенилалкиламины, из которых самая большая группа — фенилэтиламиновые протоалкалоиды. Они имеют более 100 представителей и найдены в 37 семействах, например, эфедрин из эфедры хвощевой и капсаицин из перца однолетнего.

3. Колхициновые алкалоиды (колхамин и колхицин из безвременника великолепного). Довольно специфичная группа, включающая до 30 представителей. Пока обнаружены только в семействе лилейных и ирисовых

Эфедрин выделен из ряда видов эфедры. По хи­мическому строению и биологическому действию он сходен с адреналином. Он входит в состав про­тивоастматических препаратов. Эфедрин расширяет бронхи и возбуждает дыхательный центр. Одно­временно он сужает сосуды, повышает артериаль­ное давление, повышает обмен веществ.

эфедрин капсаицин

Капсаицин содержится в плодах и семенах стручкового перца и определяет их жгучий вкус. Различают плоды перца, содержащие мало капса­ицина (сладкие сорта) и содержащие его много, до 2% (жгучие сорта). Для медицинских целей ис­пользуются жгучие сорта. Настойка стручкового пер­ца применяется для возбуждения аппетита и улуч­шения пищеварения. В качестве местного возбуж­дающего средства используют перцовый пластырь. Капсаицин принадлежит к фармакологической группе - «Раздражающие средства природного происхождения». Он раздражает верхние дыхательные пути, кожу и слизистые оболочки.

Колхициновые алкалоиды содержатся в безвре­меннике. Главными алкалоидами этого растения являются колхицин и колхамин. Колхамин отличается от колхицина тем, что у него заместителем у азота является метильная группа вместо ацетильной.

колхицин колхамин

Колхицин и колхамин способны за­держивать опухолевый рост, но чаще применяется колхамин как менее токсичный. Колхицин является сильным антимитотиком, связывающимся с белком тубулином, образующим микротрубочки, и, вследствие этого, блокирующим деление клеток на стадии метафазы. Применяется наравне с колхамином для получения полиплоидных форм растений и кариотипирования.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 14

Псевдоалкалоиды - соединения, похожие на алкалоиды, биогенетическими предшественниками которых не являются аминокислоты.

В построении псевдоалкалоидов принимают уча­стие терпеноиды с числом углеродных атомов 10, 15, 20 и 30. Это сложные соединения, молекулы которых построены из многих конденсированных колец. Они содержатся у растений всего несколь­ких семейств. Многие терпеноидные алкалоиды ток­сичны. Используются псевдоалкалоиды мало. Встречаются эти алкалоиды у кубышки желтой, актинидии, дельфиниума, аконита, буксуса.

Пример псевдоалкалоида: солани­дин - агликон гликоалкалоида соланина, который содержится в растении картофеля и других паслено­вых.

соланидин

Биосинтез алкалоидов

Несмотря на большое разнообразие алкалоидов, образование их происходит за счет одних и тех же предшественников через сходные про­межуточные реакции.

Большинство из известных алкалоидов образу­ется из аминокислот или их производных - диа­минов (лизин, кадаверин, орнитин, путресцин, ар­гинин, фенилаланин, тирозин, триптофан, гисти­дин, глютаминовая кислота).

На первых этапах биосинтеза алкалоидов, когда предшественник имеет ациклическое строение, осу­ществляются реакции, характерные для обмена аминокислот - дезаминирование, переаминирова­ние, декарбоксилирование. Метилирование играет особо важную роль в образовании алкалоидов. Оно часто происходит на стадии ациклического соеди­нения и предшествует циклизации, направляя ее. В молекулах алкалоидов метилироваться могут кис­лород и азот, образуя группы –ОСН3 и =N-СН3. По очереди обычно первым в молекуле метилируется кислород, а затем азот. Метильные группы перено­сятся с помощью ферментов метилтрансфераз, до­нором –СН3-групп чаще выступает SАМ.

Далее происходит циклизация, а затем конден­сация. Эти процессы идут с помощью трех реак­ций. Две из них - это реакции между -Nh3 и =C=O группами. В результате образуются связи C-N; C=N или С-С. В третьей реакции происходит окислительное соеди­нение фенольных колец. Пример такого соединения - молекула ­никотина.

никотин

Распад алкалоидов может происходить до СО2 с выделением энергии. Но в растениях их распад идет до образования амино­кислот, из которых они синтезируются.

Метилирование алкалоидов важно не только для направления циклизации алифати­ческих предшественников. Метильные группы, введенные в молекулу алкалоида, стабилизируют ее. Установлено, что при введении в растение эк­зогенных алкалоидов быстрее распадаются неме­тилированные формы. Кроме того, метилирован­ные аналоги менее токсичны, чем алкалоиды, не содержащие метильных групп. Например, токсичность морфина и кодеина. Для самого растения алкалоиды, если они накаплива­ются в большом количестве, могут быть токсич­ны. Поэтому метилирование для растения - один из способов интоксикации алкалоидов. Метилиро­ванием алкалоидов растение создает разнообразие их модифицированных форм.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 15

1. Азотистые вещества алкалоиды участвуют в азотном обмене растений следующим образом:

а) они могут выполнять роль запасной формы азо­та, накапливаясь при усиленном азотном питании;

б) могут служить транспортной формой азота, т.к. часто алкалоиды синтезируются в корнях, а за­тем транспортируются в листья;

в) синтез алкалоидов в корнях может быть од­ним из механизмов обезвреживания аммиака;

г) алкалоиды могут служить резервом амино­кислот, которые образуются при их распаде.

2. Алкалоиды регулируют pH клеточного сока, т.к. связывают органические кислоты с образова­нием солей.

3. Алкалоиды, являясь хелатообразователями, участвуют в поддержании ионного баланса в рас­тении.

4. Алкалоиды играют важную роль в устой­чивости растений к патогенным грибам. Например, алкалоидные виды люпина более устойчивы к мучнистой росе, чем безалкалоидные.

5. Алкалоиды влияют на различные реакции и процессы метаболизма. Например, обнаружено, что они ингибируют синтез белка, хлорофилла, фер­менты гликолиза, глиоксилатного цикла. Не­которые алкалоиды оказывают воздействие на про­цессы органогенеза.

Минеральные вещества

В состав живого организма входят практически все обнаруженные элементы. Причем, количественное содержание обратно пропорционально величине их порядочного номера. Основу всех живых организмов составляет только шесть элементов: углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера. В организме человека на их долю приходится 97,3%. Из них 21% - углерода, 9,39% - водорода, 62,4% - кислорода, 3,4% - азота, 0,95% - фосфора, 0,16% - серы. Органогены образуют различные связи с бионогенами. В основном это вещества проявляющие сродство к воде или водорастворимые, что способствует их высокой концентрации на 60% состоящие из воды.

Кроме органогенов выделяют металлы жизни: калий, натрий, кальций, магний, марганец, железо, кобальт, медь, цинк, молибден. На их долю приходится 2,4%. Металлы агенты находятся в свободном виде и в комплексе с биолигандами. В свободном виде - натрий и калий, в свободном и связанном виде – кальций и магний, остальные в виде биокомплекса.

Помимо металлов жизни все остальные элементы являются биогенами и необходимы для жизни.

По содержанию в биологических объектах элементы подразделяются на макроэлементы, микроэлементы, ультрамикроэлементы. Содержание макроэлементов составляет больше 10-3 %. Элементы, содержание которых в организме находится в пределах 10-6 – 10-3 % - микроэлементы, меньше 10-6 % - ультрамикроэлементы.

Макроэлементы

Одна из основных функций поддержания осмотического, кислотно-основного, окислительно-восстановительного, металлолигандного гомеостаза.

Кальций (1000г / 70кг веса), т.е. ~1 - 2кг. Кальций встречается как в свободном, так и в связанном виде. В основном он содержится в костной и хрящевой тканях (98-99%), остальное его количество распределено в мягких тканях и внеклеточной жидкости.

Основным минеральным компонентом костной ткани является гидрофосфат кальция Ca5(PO4)3OH (гидроксоапатит). Костная ткань обеспечивает поддержание концентрации ионов Ca2+ в биологических жидкостях на определенном уровне, поэтому ее можно рассматривать как кальциевый буфер организма. С участием кальция и фосфора протекают наиболее важные гетерогенные процессы в организме.

В свободном виде Ca2+ содержится в межклеточной жидкости и плазме крови. Обмен кальция контролируется гормонами паращитовидных и щитовидных желез (паратирин и кальцитонин), а также витамином D. При понижении концентрации ионов Ca2+ в плазме крови интенсифицируется выделение гормона, под влиянием которого усиливается растворение минеральных соединений в костях, а это в свою очередь повышает содержание ионов Ca2+ в плазме крови. При увеличении уровня Ca2+ гормоны активизируют работу остеобластов, регулирующих отложение кальция в костной ткани. Суммарная концентрация ионов Ca2+ в плазме крови составляет 2,5×10-3, из них 40% связаны в комплекс с белками, 14% - с лактатами и цитратами, 46% находятся в свободном состоянии (т.е. 1,1×10-3).

Наряду с Ca2+ содержатся анионы HPO42-.

Ca2+ + HPO42- → CaHPO4↓

HPO42- ионов в плазме 2,9×10-3М, т.е. в плазме может происходить образование малорастворимого CaHPO4 (кристаллы размером 10-9-10-7м), стабилизированного белками и находящегося в коллоидном состоянии. В клетках костной ткани – остеобластах, интенсивно омываемых кровью, происходит минерализация. И в то же время, структура костной ткани обеспечивает достаточно легкий обмен ионами между поверхностью скелета и окружающими тканевыми жидкостями. Поверхность скелета человека достигает 2000км2, что обеспечивает ежедневный обмен 700-800мг кальция. Полная перестройка костной ткани происходит примерно каждые 10лет.

В общем виде кальциевый обмен можно описать общим уравнением:

остеобласты

5Ca2+ + 3HPO42- + 4OH- ¾®¾ Ca5(PO4)3OH + 3h3O

деминерализация

Организации правильных кристаллов способствует органическая матрица – коллаген.

В поверхностных слоях образуется также аморфный фосфит кальция Ca3(PO4)2.

Костная ткань, помимо Ca2+ содержит и другие ионы металла, то есть выполняет функцию минерального депо. Даже небольшое количество Be2+ вызывает бериллиевый рахит, который сопровождается вытеснением ионов Ca2+ ионами Be2+ из костей и их размягчением из-за меньшего радиуса Be2+. Замещение большими ионами стронция вызывает ломкость костей (стронциевый рахит). Это заболевание характерно для районов с повышенным содержанием Sr2+ в почве, усваиваемом растениями. Особую опасность представляет радиоактивный Sr-90, который, оседая в костях, облучает их и нарушает костномозговое кроветворение.

Ионы кальция выполняют и другие разнообразные функции: участвуют в передаче нервного импульса, сокращении мышц, регуляции сердечного ритма, свертываемости крови, активируя превращение протромбина в тромбин, тем самым способствуя агрегации тромбоцитов. Катионы кальция понижают возбудимость ЦНС, понижение их содержания в организме проявляются в судорогах. Ионы кальция влияют на кислотно-основной баланс организма, обладают противовоспалительным и антиаллергическим действием, активизируют амилазу, расщепляющую углеводы, и липазу, расщепляющую жиры. На усвояемость кальция оказывает влияние содержание фосфора и магния. Оптимальное содержание контролируется соотношением кальция и фосфора 1:1,3, а кальция и магния 1:0,5.

Лучшим источником кальция в питании человека является молоко и молочные продукты. Так, 0,5л молока или 100г сыра удовлетворяют суточную потребность в кальции, которая равна 800мг. Избыток ионов кальция в плазме крови вызывает гиперкальцемию, которая может сопровождаться остановкой сердца – немедленно внутривенно вводят смесь фосфатов натрия и калия. При недостатке развивается остеопороз.

Фосфор входит в состав костной ткани и зубной эмали, а также мягких тканей в виде органических соединений (например, кокарбоксилаза). Помимо образования костной ткани, фосфор входит в аденозинтрифосфат (АТФ) и аденозиндифосфат (АДФ), обеспечивающих круговорот энергии в клетках. Потребность организма в фосфоре составляет 1200мг в сутки. Поступает он в организм человека с молочными продуктами, его много в сыре, яйцах, печени, мясе, рыбе.

Дефицит фосфора проявляется расстройствами центральной нервной системы, мышечными нарушениями (вплоть до паралича дыхательной мускулатуры), нарушением сердечной деятельности и минерализации костей.

Магний. 50% магния содержится в костях, остальное количество – в мышцах и 1% во внеклеточной жидкости. В организме магния около 20г. Магний участвует в передаче нервного возбуждения и нормализации возбудимости нервной системы, обладает антиспазматическим и сосудорасширяющим свойствами. Магний положительно влияет на деятельность сердечно-сосудистой системы, обладает антистрессовым свойством, особенно вместе с кальцием, влияет на углеводный и фосфорный обмен, активизирует многие ферменты. Магний проявляет высокую склонность к комплексообразоанию. Магний склонен к гидратации, поэтому свободные ионы в плазме содержатся в гидротированной форме:

Mg2+ + h3O → Mg(OH)+ + H+

За счет высокой склонности к комплексообразоанию, магний относят к одним из основных активаторов ферментативных процессов.

Основная масса катионов магния, находящихся вне костей, сосредоточена внутри клеток, они поддерживают осмотическое давление. Во внутриклеточной жидкости катионы Mg2+ находятся в виде комплекса с АТФ и АДФ.

При недостатке магния ухудшается усвоение пищи, возникают повреждения кожи, нарушается рост.

Магний содержится в зерновых продуктах (хлебе, гречке, пшене), горохе, фасоли, грецких орехах, фундуке, какао. Потребность в магнии составляет 400мг в сутки.

Натрий и калий. В организме взрослого человека содержание катионов натрия составляет 100г, катионов калия – 140г.

Основное различие в свойствах катионов натрия и калия связано с различием в плотности положительного заряда на их поверхности. У Na+ она выше, поэтому его электростатическое поле сильнее удерживает воду, а калий, наоборот, слабо ее удерживает. Именно поэтому Na+ и K+ являются антагонистами. Калий преимущественно содержится во внутриклеточных, а натрий – в межклеточных жидкостях (концентрация K+ во внеклеточной жидкости в 35раз меньше, чем внутри нее, наоборот, Na+ вне клетки в 15раз больше, чем внутри). Регулятором поддерживания такого градиента Na+ и K+ является АТФ. Одна треть Na+ находится в костной системе, остальная часть – во внеклеточной жидкости.

Роль катионов Na+, как основных однозарядных катионов плазмы крови, лимфы, спинномозговой жидкости, состоит в поддержании определенного осмотического давления, удерживания воды тканями (15г NaCl удерживает до двух литров жидкости). Кроме того, изменение концентрации ионов натрия определяет циркуляцию жидкости между клетками и окружающими тканями, он входит в буферные системы, обеспечивающие кислотно-основное равновесие в организме. Натрий активирует пищеварительные ферменты, принимает участие в регуляции нервной и мышечной ткани.

Природное содержание натрия в пищевых продуктах незначительно (15-80мг/100г). Основное количество натрия (свыше 80%) организм человека получает при потреблении продуктов, приготовленных с добавлением поваренной соли (1-3г) и с хлебом (2,4г).

Потребность в натрии у взрослых людей составляет 4,6г в сутки, что соответствует 10-15г NaCl. Избыточное потребление поваренной соли способствует повышению артериального давления, поддержанию воспалительных процессов, задержке в организме жидкости.

Высокая внутриклеточная концентрация ионов K+ обеспечивает осмотическое давление внутри клетки, так как 98% всего K+ в организме находится внутри клетки. K+ поддерживает кислотно-щелочное равновесие крови, влияет на белковый и углеводный обмен. Соли калия способствуют выделению из организма воды и натрия, что важно для профилактики сердечнососудистых заболеваний. Калий участвует в ферментативных процессах.

Калий содержится в больших количествах в кураге, урюке, изюме, черносливе, горохе, фасоли, сое, зернопродуктах. Калий содержится в картофеле (до 426мг на 100г). Потребность в калии составляет 3-5г в сутки.

Дефицит калия в организме ведет к нарушениям функций нервно-мышечной и сердечно-сосудистой системы и проявляется депрессией и дискоординацией движений, мышечной и артериальной гипотонией.

Хлор. Анионы хлора вместе с ионами калия и натрия играют основную роль в сохранении постоянства осмотического давления внеклеточной жидкости, в нормализации водного обмена. Участвуя в хлоридно-бикарбонатном буфере, он играет важную роль в поддержании постоянства pH крови. Исключительное значение играет хлор в пищеварении, участвуя в образовании соляной кислоты железами.

Природное содержание хлора в пищевых продуктах незначительно: в яйцах и молоке- 106мг/100г, говядине – 76мг, курах – 20-70мг. Бедны им фрукты и овощи. Суточная потребность у взрослого человека составляет 4-6г. Основное количество хлора (до 90%) взрослые получают с поваренной солью.

Сера. В организме сера находится в виде неорганических (сульфаты) и органических (серосодержащие аминокислоты, сульфолипиды) соединений. Сера входит в некоторые витамины (тиамин, биотин, липоевая кислота), гормонов, ферментов, ряда биологически активных веществ (инсулин, гепарин, глюкотион, желчные кислоты). Значение серы в жизнедеятельности организма выяснено недостаточно. Известно, что сера участвует в тканевом дыхании и энергетическом обмене (тиол-дисульфидное равновесие или антиоксидантное равновесие). В виде сульфатов сера принимает участие в обезвреживании токсических веществ.

Источником серы являются преимущественно продукты животного происхождения (мг/100г): сыр – 263, яйца – 195, мясо – 230, рыба – 175, хлеб (ржаной – 104, пшеничный – 54), крупы – 117, бобовые – 219-227. Суточная потребность взрослых людей в сере ориентировочно равна 1г.

Микроэлементы

Микроэлементы выполняют структурную функцию, входя в состав твердых и мягких тканей организма. Они участвуют во всех физиологических функциях организма: обменных процессах, тканевом дыхании, росте и размножении организма, обезвреживании токсических веществ. Микроэлементы стимулируют функции кроветворных органов, нервной и сердечно-сосудистой систем, мобилизуют защитные функции организма и т.д. Микроэлементы участвуют в выполнении важнейших функций белков: участвуют в синтезе нуклеиновых кислот, таким образом, оказывая влияние на генетический код; нуклеопротеидов, влияя, таким образом, на нервную деятельность. Микроэлементы выполняют каталитическую функцию, являясь активаторами и регуляторами ферментов, участвуют в биосинтезе витаминов, гормонов, медиаторов, влияют на их биологическую активность. Под действием микроэлементов усиливается фагоцитарная активность лейкоцитов (цинк, кобальт, медь, железо, йод). Некоторые элементы способствуют торможению развития раковых клеток (селен, цинк), другие элементы, например марганец, обладают антимикробным действием.

В основе биологического действия микроэлементов (они практически все относятся к d-элементам) лежит их способность образовывать как малоустойчивые (динамические), так и очень устойчивые комплексы с биосубстратами. Основными биолигандами являются белки, содержащие мягкие комплексообразующие группы -SH, -Nh3, -COO-, которые с мягкими легкополяризуемыми группами образуют прочные комплексы (Cu2+, Co2+, Fe2+).

Как избыток, так и дефицит микроэлементов оказывает влияние на жизнедеятельность организма.

Железо. В организме взрослого человека содержится около 3-4г железа, из них около 73% входит в состав гемоглобина. В пище железо представлено в виде Fe2O3, попадая в кислую среду организма, оно восстанавливается до Fe2+.

Существует около 50 видов железосодержащих ферментов – цитохромов, которые катализируют процесс переноса электронов в дыхательной цепи за счет изменения степени окисления железа Fe3+ + e- ® Fe2+. Железосодержащими ферментами являются каталаза и пероксидаза, активные центры которых содержат Fe3+. Каталаза эффективно разлагает h3O2 (1 молекула каталазы может разложить 44000 молекул h3O2).

В процессе эволюции природа создала замкнутый цикл использования железа. Все гемовые субстраты и, прежде всего, эритроциты после использования выделяют катионы Fe3+, которые депонируются с помощью белка ферритина в виде FeOOH, Fe×h3PO4. Далее от ферритина железо трансферритином переносится в костный мозг, где образуется гемоглобин в новых эритроцитах.

Железо усваивается из пищи на 10-30%. Адсорбция его повышается в присутствии аскорбиновой кислоты, солей кальция. Железо способно депонироваться в печени, селезенке, костном мозге. В депонированном виде находится около 20% железа. Физиологическая роль железа заключается в том, что оно входит в состав гемоглобина, миоглобина и ряда важных окислительных ферментов (пероксидазы), обеспечивая транспорт кислорода и тканевое дыхание. Железо входит необходимой частью в протоплазму и клеточные ядра. При отсутствии достаточного количества железа развивается анемия. Установлено, что в зерновых продуктах до 60% железа находится в неусвояемой форме. Наиболее легко усваивается железо овощей, фруктов и ягод. Хорошим источником железа является зелень петрушки.

Потребность взрослого человека в железе составляет 10мг в сутки для мужчин и 18мг для женщин.

Медь. В теле человека содержится около 150мг меди. Медь является кроветворным биомикроэлементом, участвует в синтезе гемоглобина, стимулирует созревание эритроцитов, способствует всасыванию железа и переносу его в костный мозг. Совместно с железом медь участвует в процессах тканевого дыхания. Медь обладает инсулиноподобным действием, она усиливает действие гормонов гипофиза и стимулирует рост. Медь является крайне необходимым элементом, связанный со способностью образовывать устойчивый комплекс с аминокислотами и белками, которые выполняют множественные каталитические функции. Они входят в состав дисмутаз и оксигеназ.

Медь содержится в небольших количествах в растительных и животных продуктах, больше всего в морепродуктах. Суточная потребность в меди составляет ~2мг в сутки (0,035мг на 1кг массы тела).

Кобальт. Стимулирует процессы кроветворения, участвует в обменных процессах, входит в витамин B12 и участвует в его синтезе.

Потребность в кобальте 100-300мкг в сутки. Содержится он в воде, морских растениях, организме рыб и животных, печени, свекле, бобовых, землянике, грибах, грецких орехах.

В организме человека содержится 1,2мг кобальта, 14% его находится в костях, 43% - в мышцах и остальное – в мягких тканях. В организме он в основном содержится в витамине B12, который необходим для нормального кроветворения и созревания эритроцитов, синтеза аминокислот, белков и других важнейших для организма веществ. Накапливается B12 в печени, его недостаток вызывает злокачественную анемию.

B12 выполняет роль переносчика различных групп между биосубстратами. При этом:

+ e-

Co3+ ¾®¾ Co2+.

- e-

Никель. Стимулирует кроветворение, влияет на функцию поджелудочной железы, усиливая образование инсулина. Содержится в морепродуктах. Потребность в никеле не установлена.

Марганец. Общее количество марганца в теле человека составляет 10-12мг. Около 43% его содержится в костях, остальное – в печени, почках и мягких тканях. В биологических системах марганец присутствует в виде Mn2+ или его комплексов с белками, нуклеиновыми кислотами и аминокислотами. И хотя большинство этих комплексов, из-за большого размера Mn2+ и его жесткости, малоустойчивы, они способствуют активации большого числа ферментов разных классов – трансфераз, гидролаз, изомераз. Ионы Mn2+ стабилизируют конформацию нуклеиновых кислот, участвуют в синтезе белка и РНК. Марганец активизирует костную фосфатазу, принимает участие в окислительно-восстановительных процессах, способствует общей утилизации жира в организме. Таким образом, биогенная функция ионов марганца имеет широкий спектр: оказывает влияние на кроветворение, образование костей, минеральный обмен, рост, размножение и некоторые другие функции.

Лучшими источниками марганца являются растительные продукты: отруби хлебных злаков, ржаная мука и хлеб из нее, чай, кофе, бобовые. Потребность взрослого человека в марганце составляет 5-10мг в сутки.

Стронций. Связан с процессами оссификации костей. Установлено, что избыточное его поступление уменьшает образование костей (кальциево-фосфорных соединений). Кости становятся ломкими. Такие заболевания отмечены в некоторых районах СНГ (Туркмения, Каракумы). Это связано с тем, что в этих районах во внешней среде повышено содержание стронция.

Йод. В организме взросло человека находится около 25мг йода, из которого половина сосредоточена в щитовидной железе, она обладает способностью накапливать йод. В щитовидной железе йод способствует образованию ее гормона тироксина, который повышает основной обмен, способствуя потреблению кислорода и увеличивая скорость обменных реакций. Содержание йода в питьевой воде связано с геохимическими особенностями почвы и подвержено существенным колебаниям. Оно наибольшее в приморских районах и по мере удаления о моря снижается. В районах с низким содержанием йода наблюдается эпидемическая болезнь – зобная болезнь. Особенно чувствительны к недостатку йода дети школьного возраста.

В обычных продуктах питания содержание йода невелико (4-15мкг). Высоко его содержание в морском окуне, скумбрии и ставриде, очень высоко его содержание и в других морепродуктах. При длительном хранении и тепловой обработке значительная часть йода (от 20 до 60%) теряется. Для предотвращения зобной болезни в районах с низким содержанием йода иодируют поваренную соль (325мг на 1кг соли). К таким районам относится Башкортостан.

Суточная потребность в йоде 100-200мкг, и обычно она удовлетворяется за счет продуктов питания.

Фтор. Основное его количество сосредоточено в костях – 200-490 мг/ 1 кг, зубах – 240-560 мг/ 1 кг. Необходим для развития зубов, в костных тканях способствует нормализации Ca – F обмен.

Фтор содержится в морепродуктах, муке грубого помола, хлебе, чае. Поступление фтора сопровождается количеством в питьевой воде (оптимальное – 0,5-1,2 мг/1л ).

Избыток и недостаток фтора не желательно. При избытке развивается флюороз – эмаль зубов покрывается желтыми пятнами, появляются трещины, становятся хрупкими и быстро разрушаются. Длительное избыточное потребление вызывает нарушение в Ca – F обмене. Флюороз встречается в тех местностях, где содержание фтора в воде больше 2 мг. При недостатке эмаль зубов наиболее мягкая и подвергается разрушению.

Суточная норма 0,8 – 1 мг. При этом 1/3 поступает с пищей, 2/3 с водой.

Цинк. В организме содержится 1,3 – 2,3 мг. 65 % в мышечной ткани, 20 % в костной ткани, 9 % в крови. Суточная норма 10- 20 мг.

Так как цинк имеет заполненный d- уровень, то в образовании связи принимают 4s электроны (Zn2+). В организме для цинка не характерно ОВР. В основном он образует комплексы:

Цинк содержится более чем в 40 металлоферментах: карбоксидазы, карбоксипептитазы, РНК и ДНК - полимеразы.

Например, содержащие цинк карбоксидаза катализирует превращение CO2 в h3CO3. Цинк принимает участие в процессах дыхания и в поддержание кислотного баланса.

Цинк проявляет микотропные свойства, то есть повышает распад жира в организме, предотвращает ожирение печени. Цинк угнетает разрушение инсулина, оказывая воздействие на углеводородный обмен. Цинк стимулирует активность лейкоцитов. Из растительного сырья богаты бобовые и отруби. Из животного продуктов цинка больше в яичном белке, печени, курином мясе.

Суточная норма взрослого человека 10- 15 мг.

Хром. Принимает участие в углеводородном обмене, ускоряет окисление глюкозы, стимулирует синтез гликогенов. Хром сосредоточен в печени, кишечнике, железах внутренней секреции.

Суточная норма 50 – 200 мг. Недостаток – повышает холестерин, увеличивает содержание глюкозы в сыворотке крови.

Хром (VΙ) токсичен, мутогенен.

Селен. Наряду с серой входит в состав биоструктур. Из – за близости химических свойств данных элементов селен, и сера замещают друг друга в организме. Селен накапливается в ногтях и волосах. Замещает селен в метионине и цистеине, что способствует повышению активности ряда ферментов, то есть некоторое количество селена в организме оказывает положительное воздействие.

Суточная потребность 0,5 мг/сутки.

Недостаток – отрицательно сказывается на действие сердечно - сосудистой системы. Селен благотворно воздействует на иммунную систему, предупреждает раковые болезни.

Совместно с β- кератином, B – 12, E витаминами проявляют антиоксидантные свойства. Избыток сопровождается селеновым токсикозом, дерматитом, вызывает селеново – токсичную дегенерацию печени. Избыточное замещение с SH функции белка на SeH приводит к ингибированию клеточного дыхания.

Селен (ΙV) токсичен. Превращение тиосодержащих белков в группу S – Se – S: Prot – SH Prot – S – Se – S – Prot

Это нарушает вторичную и третичную структуру белка, нарушая их функции.

Молибден. В организме примерно 9 мг. С пищей потребляется 0,2 – 0,3 мг.

В биокомплексах молибден образует связь с карбоксильными, гидроксильными и тиольными группами. Молибден входит в качестве комплексона, в составе нитрогеназы, которая способствует фиксации азота и нитроредуктазы, которая катализирует восстановление нитратов до нитритов. Избыток молибдена вызывает мочекаменную болезнь.

Ультрамикроэлементы: ртуть, ванадий(V), вольфрам.

Фтор. Наиболее высоким содержанием фтора отличаются кости и зубы. В костях его 200-400мг/кг, в зубах 240-560мг/кг. Фтор необходим для развития зубов, формирования дентина и зубной эмали. Он играет также роль в костеобразовании и нормализации фосфорно-кальциевого обмена. Фтор содержится в морепродуктах, отрубях, чае. Усвояемость фтора из пищевых продуктов – 35%, а из воды – 60-64%. Поэтому поступление фтора в организм определяется содержанием его в питьевой воде. Оптимальным для здоровья содержанием фтора в питьевой воде считается 0,5-1,2мг/л. Как избыточное, так и недостаточное его поступление в организм неблагоприятно.

При избыточном поступлении фтора развивается флюороз. При этом эмаль зубов покрывается желтыми пятнами, трещинами, наблюдается изъеденность зубов, они становятся хрупкими и быстро разрушаются. Длительные воздействия фтора вызывают изменения в фосфорно-кальциевом обмене, развивается остеопороз костей. Флюороз наблюдается в местностях, где содержание фтора в питьевой воде выше, чем 2мг/л.

Фтор, потребляемый с водой, почти полностью всасывается, содержащийся в пище фтор всасывается в меньшей степени. Поглощенный фтор равномерно распределяется по всему организму. Он удерживается в скелете, и небольшое его количество отлагается в зубной ткани. В высоких дозах фтор может вызвать нарушение углеводородного, липидного, белкового обмена, а также метаболизма витаминов, ферментов и минеральных солей.

При недостаточном поступлении фтора в организм развивается кариес (ниже 0,5мг/л). Суточная потребность взрослого человека во фторе 0,8-1,6мг (1/3 поступает с пищей, 2/3 – с водой).

Цинк. В организме взрослого человека содержится 1,3-2,3г цинка, из них 20% - в костях, 65% - в мышцах, 9% - в крови, остальное – в печени и предстательной железе. Рекомендуемая ежедневная доза потребления составляет 10-20мг. Так как цинк имеет заполненный 3d-подуровень, то в образовании химических связей участвуют только два внешних 4s-электрона и во всех соединениях цинк проявляет степень окисления +2. Следовательно, в условиях организма для цинксодержащих субстратов окислительно-восстановительные превращения не характерны, но для них характерны комплексообразующие свойства.

Цинк очень важен для процессов пищеварения и усвоения питательных веществ. Так, цинк обеспечивает синтез важнейших пищеварительных ферментов в поджелудочной железе, а также участвует в образовании хиломикронов - транспортных частиц, в составе которых пищевые жиры могут всасываться в кровь.

В условиях дефицита цинка могут возникать эмоциональные расстройства, эмоциональная неустойчивость, раздражительность, а в очень тяжелых случаях - нарушения функций мозжечника.

Механизм действия Zn-содержащих ферментов может быть описан уравнением:

Цинк входит в состав более 40 металлоферментов (карбоангидразы, карбоксипептидазы, РНК, ДНК-полимераз и т.д.). Содержащая цинк карбоангидраза катализирует процесс гидратации CO2и дегидратации h3CO3, т.е. Zn участвует в процессе дыхания и поддержания кислотно-основного баланса. Этот процесс можно описать следующими уравнениями:

1) pH 7,8

2) pH 7,8

Цинк обладает липотропным свойством – повышает интенсивность распада жира в организме, предотвращая ожирение печени. Он оказывает влияние на углеродный обмен. Цинк угнетает процесс разрушения инсулина, удлиняя, таким образом, гипогликемический эффект. Цинк активирует биосинтез витаминов C и B, стимулирует активность лейкоцитов.

Из растительных продуктов цинком наиболее богаты бобовые и отруби (1-10мг/100г). В животных продуктах цинка от 1 до 3мг/100г. Много цинка в яичном желтке (4.9мг/100г), печени (4,5мг на 100г), мясе кур (2,7мг на 100г). Суточная потребность человека в цинке составляет 10-15мг.

Хром. Он принимает участие в углеводном обмене, усиливает действие инсулина, ускоряет окисление глюкозы, стимулирует синтез гликогена. Наибольшее количество хрома обнаружено в печени, железах внутренней секреции и кишечнике. Суточная потребность в хроме 50-200мкг.

Дефицит хрома приводит к повышению инсулина в крови, глюкозурии (сахар в моче), задержке роста, повышению содержания холестерина в сыворотке крови.

Избыток хрома вызывает хромовый дерматит. Шестивалентный хром обладает ярковыраженным общетоксическим, мутагенным и канцерогенным действием.

Селен. В живых организмах селен наряду с серой входит в состав биосубстратов в степени окисления -2. Вследствие близости химических свойств этих элементов они могут замещать друг друга в соединениях. При поступлении в организм селен, прежде всего, накапливается в ногтях и волосах. Он замещает атомы серы в аминокислотах метионин и цистеин, превращаясь в селенометионин и селеноцистеин. Это приводит к повышению активности ряда ферментов. Наличие необходимого количества селена в организме оказывает полезное действие. Потребность в нем составляет 0,5мг в сутки. Его недостаток вреден для сердечно-сосудистой системы, может вызывать инфаркт миокарда и другие заболевания коронарной системы. Кроме того, селен укрепляет иммунную систему; предупреждает раковые заболевания; является антиоксидантом, особенно совместно с -каротином, витаминами E и C; вместе с цинком обеспечивает комплексную защиту от свободных радикалов.

Избыток селена вызывает селеновый токсикоз с дерматитом, повреждение эмали зубов, анемию, селенотоксическую дегенерацию печени, типичное поражение ногтей и волос. Замещение -SH на -SeH в ряде ферментов в некоторых случаях приводит к ингибированию клеточного дыхания. Соединения, содержащие Se+4очень токсичны (они более токсичны, чем цианиды). Это, вероятно, вызвано их окислительными свойствами, из-за которых происходит превращение тиолсодержащих белков prot-SH в белки содержащие группы S-Se-S, что изменяет третичную структуру белка и нарушает их функции.

Молибден. В организме человека содержится около 9мг молибдена. С пищей человек потребляет 0,2-0,3мг в сутки. В биокомплексах молибден, прежде всего, образует связь с карбонильной, гидроксильной и тиольной группами биолигандов. Молибден входит в состав нитрогеназы, катализирующей реакцию фиксации молекулярного азота и нитратредуктазы растений и микроорганизмов, катализирующей восстановление нитрата до нитрита.

При избыточном поступлении молибдена увеличивается образование мочевой кислоты и возникает заболевание «молибденовая подагра».

Потребность в остальных микроэлементах не установлена. Считается, что она удовлетворяется за счет обычного суточного рациона.

Ультрамикроэлементы – ртуть, ванадий, вольфрам.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 16

Содержание кислот в физиологических жидкостях и в биологических системах влияет на функционирование клеток, органов и организма в целом.

Одно из важнейших значений – это кислотность желудочного сока. Она характеризуется двумя показателями:

а) концентрацией свободной соляной кислоты;

б) концентрацией связанной соляной кислоты в виде хлороводородных солей белков и некоторых других азотсодержащих соединений.

Содержание свободной соляной кислоты должно составлять 20-40ммоль/л. Повышение содержания соляной кислоты приводит к язвам желудка; наблюдается повышенная кислотность при гастрите, заболеваниях нервной системы. Пониженная кислотность имеет место при острых инфекционных заболеваниях, хроническом гастрите, раке желудка.

Повышает кислотность аскорбиновая кислота, лимонная кислота, специальные препараты, содержащие HCl. Эффективно понижает кислотность сок подорожника, отвар подорожника.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 17

Одним из важнейших факторов гомеостаза живых организмов является поддержание кислотно-щелочного, т.е. протолитического баланса на должном уровне. В результате жизнедеятельности в организме помимо HCl образуется большое количество других кислот. Больше всего при метаболизме возникает углекислоты (до 13 моль ежесуточно), которая в основном выводится из организма при дыхании (СО2). Достаточно задержки 0,15 моль СО2, чтобы вызвать серьезные нарушения в организме.

Помимо угольной кислоты в организме образуются нелетучие кислоты (серная, фосфорная, молочная и др.) в количестве 0,03-0,08моль в сутки. При вегетарианском питании кислот образуется меньше, при белково-животном – больше. Большинство биожидкостей организма способны сохранять значение pH при незначительных внешних воздействиях, так как они являются буферными растворами. Основными буферными системами организма являются гидрокарбонатная, гемоглобиновая и белковая, гидрофосфатная.

Гидрокарбонатная буферная система

СО2+ h3O СО2 h3O Н2СО3 H++ НСО3-

Если в кровь поступает кислота и увеличивается концентрация Н+, то он взаимодействует с НСО3-, равновесие смещается в сторону Н2СО3, что приводит к выделению газообразного СО2 в процессе дыхания. Напротив, при поступлении основания, оно связывается Н2СО3 и приводит к увеличению НСО3-.

Главное значение гидрокарбонатного буфера – быстрое реагирование на изменение кислотности. Равновесие восстанавливается за 10-15 минут.

Гидрокарбонатный буфер – это основа плазмы крови, он поддерживает протолитеческий баланс в межклеточной жидкости и почках.

Гидрофосфатная буферная система

В клетках: K2HPO4+ h3O Kh3PO4+ KOH

Работа фосфатной буферной системы описывается уравнением:

pH = 6,8 + lg HPO42-/ h3PO4-

Нормальное отношение HPO42-/ h3PO4-= 4:1. Это отношение изменяется в большую сторону при переработке мясной пищи, но быстро приходит в равновесие. Н2РО4-выводится почками. При употреблении растительной пищи увеличивается концентрация ОН-, они нейтрализуются Н2РО4-и равновесие сдвигается в сторону НРО42-. Т.е. в зависимости от перерабатываемой пищи pH мочи меняется в интервале от 4,8 до 7,5.

Буферная фосфатная система восстанавливается медленнее (2-3 суток). Баланс мясной и растительной пищи позволяет сохранять фосфатный баланс и облегчать работу почек.

Гемоглобиновая буферная система

Это сложная буферная система эритроцитов. Доноры кислот: ННв (гемоглобин) и ННвО2 (оксигемоглобин). Акцепторы протона: Нв-и НвО2-. Эта система играет важнейшую роль в дыхании, транспорте О2, поддержании pH в эритроцитах.

Белковые (протеиновые) буферные системы зависят от кислотно-основных свойств белка и характеризуются соотношением:

бетаин + Н+ h4N+ CH(R) COOH

бетаин + OН- h3N CH(R) COO-

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 18

Аскорбиновая кислота – витамин C, является -лактоном 2,3-дегидро-L-гулоновой кислоты. Это L-форма сахара. Она впервые была выделена из лимона, найдена также и во многих других объектах как растительного, так и животного происхождения (капуста, перец, плоды и овощи, надпочечники крупного рогатого скота). D-аскорбиновая кислота является антивитамином. L-аскорбиновая кислота (pKa= 4,2) является сильным восстановителем. При ее окислении образуется дегидроаскорбиновая кислота, которая в мягких условиях опять легко восстанавливается в аскорбиновую кислоту:

В организме сопряженная восстановительно-окислительная пара – аскорбиновая кислота и дегидроаскорбиновая кислота – является активным антидотом свободнорадикальных окислительно-восстановительных процессов, протекание которых усиливается при различных заболеваниях, именно в этот период организм нуждается в повышенных количествах аскорбиновой кислоты.

Аскорбиновую кислоту получают из D-глюкозы:

Биологический синтез аскорбиновой кислоты протекает иначе:

1 - D-глюкуроновая кислота; 2 - L-гулоновая кислота; 3 - аскорбиновая кислота.

Человек нуждается ежедневно в 100-150мг витамина C. Аскорбиновая кислота в кислой среде относительно устойчива и даже выдерживает нагревание до 100C, а в щелочной среде неустойчива и быстро разлагается в щавелевую и треоновую кислоту.

Недостаточность витамина C может быть экзогенной, из-за дефицита аскорбиновой кислоты в пище, и эндогенной, обусловленной нарушением процессов всасывания и функционирования аскорбиновой кислоты в организме. Основными признаками C-авитаминоза являются нарушения белкового обмена, особенно фибриллярных белков. В результате возможны изменения межклеточных взаимодействий, патологическое увеличение проницаемости сосудов, кровоточивость десен и выпадение зубов. Отмечены нарушения углеводного обмена, в частности, в результате подавления каталитической активности ферментов обмена глюкозы. При C-авитаминозе снижен синтез желчных кислот из холестерина и отмечено его увеличение в плазме крови. При дефиците витамина C у человека развивается цинга, основными признаками которой являются поражения кровеносной системы, воспаление ротовой полости, осложненное кровоточивостью десен и выпадением зубов.

Органические кислоты алифатического ряда

Муравьиная кислота обнаружена в малине, в яблоках, семенах фасоли, крапиве, хвое. В растениях образуется при ферментативном декарбоксилировании щавелевой кислоты:

HOOCCOOH HCOOH + CO2

В организме она принимает участие в образовании пуриновых нуклеотидов.

Уксусная кислота широко распространена в плодах и семенах. Ее много, например, в яблоках, а в зерне пшеницы и кукурузы она составляет до 85% от общего содержания органических кислот.

Уксусная кислота в организме образуется при декарбоксилировании пировиноградной кислоты, отщепляясь в виде CoA под действием пируват-дегирогеназы, а также при окислении жирных кислот и некоторых аминокислот (валин, лейцин). Свободная уксусная кислота получается при отщеплении от CoA. Уксусная кислота находит широкое применение в пищевой промышленности.

Пропионовая кислота встречается в растениях в малых количествах и обычно образуется при окислении жирных кислот с нечетным числом углеродных атомов:

C15 6C2+ C3(Ch4Ch3COOH)

Масляная кислота(1) встречается в растениях редко и в малых количествах. Чаще обнаруживаются ее производные: -гидроксимасляная кислота(2), -гидрокси--оксомасляная кислота(3) и изомасляная кислота(4):

Валериановая кислота и изовалериановая кислота встречаются в некоторых растениях, например, валериане, гваюле.

В плодах растений содержатся органические кислоты в виде их сложных эфиров. Эфиры обладают запахом и придают плодам определенный аромат:

-амилацетат – запах банана;

-октилацетат – запах апельсина;

-метилбутират – запах абрикоса;

-изоамилбутират – запах груши;

-изоамиловый эфир изовалериановой кислоты – запах яблока.

В природе встречаются летучие органические кислоты. По количеству карбоксильных групп они делятся на моно-, ди- и трикарбоновые кислоты.

Монокарбоновые: глюконовая, гликолевая, глиоксиловая, пировиноградная, молочная.

Глюконовая кислота относится к альдоновым кислотам, образуется при окислении глюкозы.

Вода

Вода, не являясь собственно питательным веществом, очень важна для жизни. Она стабилизирует температуру тела, является переносчиком нутриентов (питательных веществ) и пищеварительных отходов, как компонент реакций и реакционная среда, как стабилизатор конформации биополимеров, как вещество, облегчающее динамическое поведение молекул (особенно макромолекул), включая каталитические (энзиматические) свойства.

Вода – важный компонент пищевых продуктов. Она присутствует практически во всех продуктах, оказывая влияние на их консистенцию, структуру, внешний вид, вкус, устойчивость при хранении. Поэтому значение воды, как компонента пищевого продукта, понимание свойств и поведение в пищевых продуктах чрезвычайно важны.

Важно отметить, что удаление влаги, будь то высушивание или замораживание, существенно изменяет биологические вещества и природные свойства продукта, Вода поддерживает химические реакции, она является прямым участником в гидролитических реакциях. Поэтому удаление влаги из пищевых продуктов или связывание ее увеличением содержания соли или сахара тормозит многие реакции и ингибирует рост микроорганизмов, таким образом, увеличивая продолжительность хранения пищевых продуктов. Благодаря физическому взаимодействию с белками, полисахаридами, липидами и солями, вода вносит существенный вклад в текстуру пищи.

Таблица. Содержание влаги в пищевых продуктах

Продукт Содержание влаги, %
Мясо 65-75
Молоко
Фрукты, овощи 70-95
Хлеб
Мед
Масло, маргарин 16-18
Мука 12-14
Кофе
Сухое молоко
Пиво, соки 87-90
Сыр
Джем

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 19

Вода плавится и кипит при высоких температурах, она имеет необычайно высокие значения поверхностного натяжения, диэлектрической постоянной, теплоемкости и т.д. Кроме этого для нее характерно невысокое значение для плотности, свойство расширяться при замерзании, нормальная вязкость. Вода имеет высокую теплопроводность по сравнению с другими жидкостями, теплопроводность льда больше по сравнению с другими неметаллическими твердыми телами. Теплопроводность льда при 0°C приблизительно в 4 раза больше, чем воды при той же температуре, т.е. лед проводит тепло во много раз быстрее, чем вода при той же температуре (неподвижная вода в тканях). Эти различия в значениях теплопроводности объясняют тот факт, что ткани замерзают быстрее, чем оттаивают.

Структура и свойства молекулы воды

Молекула воды имеет тетраэдрическую координацию, атом кислорода- sp2-гибридизацию. Две гибридные орбитали образуют O-H-ковалентные связи, которые из-за электроотрицательного кислорода на 40% ионизированы. Вода образует водородные связи с другими молекулами воды. Энергия диссоциации водородной связи ~25 кДж/моль.

Транспорт протона происходит вдоль водородной связи. Независимо от того, получен протон путем диссоциации воды или от кислоты, он будет взаимодействовать с водой, при этом образуется h4O+ с исключительно сильной водородной связью (~100 кДж/моль).

Вода может влиять на конформацию макромолекул за счет образования водородных, ионных связей или за счет сил Ван-дер-Ваальса.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 20

Классификация и свойства. В пищевых продуктах вода обеспечивает консистенцию и структуру продукта, ее взаимодействие с присутствующими компонентами определяет устойчивость продукта при хранении. Общая влажность продукта указывает на количество влаги в продукте, но не характеризует ее причастность к химическим и биологическим изменениям. С точки зрения устойчивости продукта при хранении играет роль соотношение свободной и связанной влаги.

Связанная влага – этот термин для ассоциированной воды. Такая влага прочно связана с различными компонентами пищи – белками, липидами, углеводами.

Свободная влага – это влага, не связанная с полимером.

Определенная доля прочно связанной влаги не замерзает даже при -60°C. Например, общая влажность зерна – 15-20%. При этом 10-15% в нем – это связанная вода. Если влаги больше, то появляется свободная влага, и усиливаются биохимические процессы, например, начинается прорастание зерна.

Плоды и овощи содержат 75-95% влаги. В основном это свободная влага, только приблизительно 5% удерживается клеточными коллоидами в связанном состоянии. Она очень прочно связана. Поэтому овощи и плоды легко высушить до остаточной влаги 10-12%, для получения более низкой влажности нужны специальные методы. Причем большая часть воды в плодах может быть превращена в лед при -5°C, а вся – при -50°C и ниже.

Способность воды связываться с другими веществами, в том числе компонентами пищи, зависит от многих факторов, включая природу компонента, с которыми осуществляется связывание, состав соли, pH, температуру. Причины связывания влаги в сложных системах различны.

По степени прочности связывания прочно связанную воду можно классифицировать следующим образом:

1. наиболее прочно связанная вода – это та, которая существует как «органически» связанная вода. В основном это химические гидраты;

2. близлежащая влага – это монослой при большинстве гидрофильных групп неводного компонента;

3. мультислойная вода. Она примыкает к монослою и образует несколько следующих слоев.

Хотя мультислой – это менее прочно связанная влага, чем близлежащая влага, она еще достаточно прочно связана с неводным компонентом, и поэтому ее свойства существенно отличаются от чистой воды. Таким образом, связанная влага состоит из «органической», близлежащей и почти всей воды мультислоя. Кроме того, небольшие количества воды в некоторых клеточных системах могут иметь уменьшенную подвижность и давление пара из-за физического заключения воды в макрокапиллярах. Уменьшение давления пара становится существенным, когда капилляры имеют диаметр меньше, чем 0,1мм. Поскольку большинство пищевых продуктов имеют капилляры размером от 10 до 100мк, это исключает значимость этого механизма для уменьшения активности воды в пищевых продуктах за счет изменения давления пара.

В пищевых продуктах, кроме того, есть вода, удерживаемая макромолекулярной матрицей. Например, гели пектина и крахмала, растительные и животные ткани могут удерживать большое количество воды, при этом небольшое количество органического материала физически удерживает большое количество воды.

Таблица. Органически связанная вода в пищевых продуктах

Общее описание Характеристика
Точка замерзания по сравнению с чистой водой Не замерзает при -40°C
Способность служить растворителем Не может
Энтальпия парообразования по сравнению с чистой водой Сильно увеличена
% от общего содержания воды в продуктах с высокой влажностью (90%) 0,03%

Важность этой воды в пищевых системах очевидна. С одной стороны, эта вода не удаляется из пищевого продукта даже при очень большом механическом усилии. С другой стороны, эта вода ведет себя почти как чистая вода во время технологических процессов обработки. Например, ее можно удалить при высушивании или превратить в лед при замораживании. Эта вода составляет главную часть воды в клетках и гелях, и количественное изменение имеет большое значение для качества пищевых продуктов. Например, хранение гелей часто приводит к потере качества из-за потери этой воды. Это явление известно под названием «синерезис». Консервирование замораживанием тканей часто приводит к нежелательному уменьшению способности к удерживанию воды, когда идет оттаивание.

Активность воды

Давно известно, что существует взаимосвязь между влагосодержанием пищевых продуктов и их сохранностью (или порчей). Поэтому основным методом удлинения сроков хранения пищевых продуктов всегда было уменьшение содержания влаги путем концентрирования или дегидратации.

Однако часто различные пищевые продуты с одним и тем же содержанием влаги портятся по-разному. В частности, было установлено, что при этом имеет значение, насколько вода ассоциирована с неводными компонентами: вода, сильнее связанная, меньше способна поддержать процессы, разрушающие (портящие) пищевые продукты, такие как рост микроорганизмов и гидролитические химические реакции.

Чтобы учесть эти факторы, был введен термин «активность воды». Этот термин, безусловно, лучше характеризует влияние влаги на порчу продукта, чем просто содержание влаги. Естественно существуют и другие факторы (такие как pH, подвижность воды, тип растворенного вещества), которые в ряде случаев могут сильнее влиять на разрушение продукта. Тем не менее, водная активность хорошо коррелирует со скоростью многих разрушительных реакций, она может быть измерена и использована для оценки состояния воды в пищевых продуктах и ее причастности к химическим и биологическим изменениям.

Активность воды(аw)­­ - это отношение давления паров воды над данным продуктом к давлению паров над чистой водой при той же температуре.

aw =

где - давление водяного пара в системе пищевого продукта; - давление пара чистой воды; РОВ – относительная влажность в состоянии равновесия, при которой продукт не впитывает влагу и не теряет ее в атмосферу, %.

Таблица. Активность воды (aw ) в пищевых продуктах.

Продукт Влажность, % aw
Фрукты 90-95 0,97
Яйца 70-80 0,97
Мясо 60-70 0,97
Сыр 0,96
Джем 30-35 0,82-0,94
Хлеб 40-50 0,95
Кекс 20-28 0,83
Мука 16-19 0,80
Мед 10-15 0,75
Карамель 7-8 0,65
Печенье 6-9 0,60
Шоколад 5-7 0,40
Сахар 0-0,15 0,10

Активность воды характеризует способность ее участия в химических и биохимических процессах продуктов питания. По величине активности воды выделяют: продукты с высокой влажностью (aw = 1,0-0,9); продукты с промежуточной влажностью (aw = 0,9-0,6); продукты с низкой влажностью (aw = 0,6-0,0).

В продуктах с низкой влажностью могут происходить окисление жиров, неферментативное потемнение, потеря водорастворимых веществ (витаминов), порча, вызванная ферментами. Активность микроорганизмов здесь подавлена. В продуктах с промежуточной влажностью могут протекать процессы, в том числе с участием микроорганизмов. В процессах, протекающих при высокой влажности, микроорганизмам принадлежит решающая роль.

В основном порчу продуктов с промежуточной влажностью вызывают дрожжи и плесени, меньше - бактерии. Дрожжи вызывают порчу сиропов, кондитерских изделий, джемов, сушеных фруктов; плесени - мяса, джемов, пирожных, печенья, сушеных фруктов.

Эффективным средством для предупреждения микробиологической порчи и целого ряда химических реакций, снижающих качество пищевых продуктов при хранении, является снижение активности воды в пищевых продуктах. Для этого используют такие технологические приемы, как сушка, вяление, добавление различных веществ (сахар, соль и др.), замораживание. С целью достижения той или иной активности воды в продукте можно применять такие технологические приемы, как:

- адсорбция - продукт высушивают, а затем увлажняют до определенного уровня влажности;

- сушка посредством осмоса - пищевые пролукты погружают в растворы, активность воды в которых меньше активности воды пищевых продуктов.

Часто для этого используют растворы сахаров или соли. В этом случае имеет место два противотока: из раствора в продукт диффундирует растворенное вещество, а из продукта в раствор - вода. К сожалению, природа этих процессов сложна, и в литературе нет достаточных данных по этому вопросу.

Для достижения требуемой активности воды добавляют различные ингредиенты в продукт, обработанный одним из указанных выше способов, и дают ему возможность прийти в равновесное состояние, так как один лишь процесс сушки часто не позволяет получить нужную консистенцию. Применяя увлажнители, можно увеличить влажность продукта, но снизить aw. Потенциальными увлажнителями для пищевых продуктов являются крахмал, молочная кислота, сахар, глицерин и др.

Помимо влияния на химические реакции и рост микроорганизмов, активность воды, допустимая в сухих продуктах без потери желаемых свойств, может изменяться в пределах 0,35 – 0,5 в зависимости от вида продукта (сухое молоко, крекеры, инстант-продукты и т.п.). большая aw необходима для продуктов мягкой текстуры, которые не должны обладать хрупкими свойствами.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 21

1. Дифференциальная сканирующая калориметрия. Если образец охладить до температуры ниже 0°C, то свободная влага замерзает, связанная- нет. При нагревании замороженного образца в калориметрах можно измерить тепло, потребляемое для плавления замерзшей воды. Незамерзающая вода – разница между общей и замерзшей водой.

2. Термогравиметрический метод – основан на определении скорости высушивания. В контролируемых условиях границу между областью постоянной скорости высушивания и областью, где эта скорость снижается, можно принять за характеристику связанной влаги.

3. Диэлектрические измерения. Метод основан на том, что при 0°C значение диэлектрической проницаемости воды и льда примерно равны. Но если часть влаги связана, то ее диэлектрическое поведение должно сильно отличаться от диэлектрического поведения основной массы воды и льда.

4. Измерение теплоемкости. Теплоемкость воды больше, чем льда, т.е. с повышением температуры в воде происходит разрыв водородных связей. Это свойство используют для изучения подвижности молекул воды. Значение теплоемкости воды в зависимости от ее содержания в полимерах дает сведения о количестве связанной воды. Если при низких концентрациях вода специфически связана, то ее вклад в теплоемкость мал. В области высоких содержаний влажности в основном свободная влага, и ее вклад в теплоемкость примерно в 2 раза больше, чем льда.

5. ЯМР – изучение подвижности воды в неподвижной матрице. При наличии свободной и связанной влаги в ЯМР наблюдаются две линии.

Взаимодействие «вода – растворенное вещество». При добавлении различных веществ к воде изменяются свойства как самого вещества, так и воды. Гидрофильные вещества взаимодействуют с водой путем ион-дипольного механизма, вызывая изменения в структуре воды, ее подвижности, а также в структуре и реакционной способности гидрофильных веществ. Гидрофобные группы добавленных веществ взаимодействуют с близлежащей водой слабо, предпочитая неводное окружение. Молекулы около гидрофобных групп становятся более упорядоченными, приводя к уменьшению энтропии. Чтобы уменьшить контакт с водой, гидрофобные группы агрегируются. Этот процесс известен как гидрофобное взаимодействие.

Взаимодействие воды с ионами и ионогенными группами. Вода, взаимодействуя с ионами и ионогенными группами, является наиболее прочно связанной в пищевых продуктах. Нормальная структура чистой воды нарушается при добавлении диссоциирующих веществ. Для простых неорганических ионов, не обладающих способностью образовывать донорно-акцепторные связи, связь просто полярна. Пример – гидратированные ионы Na+ и Cl- при растворении NaCl. Вода в мультислое существует в структурно разрушенном состоянии из-за конкурирующего влияния, с одной стороны, мультислоя, с другой – внешней массы воды.

Способность ионов изменять структуру воды тесно связана с силой электрического поля иона. Такие ионы как Na+, H+, h4O+, Ca2+, Ba2+, Mg2+, Al3+, F-, OH- имеют сильное электрическое поле и образуют сетчатую структуру, от 4 до 6 молекул воды расположены около каждого из ионов.

Большие ионы (или моновалентные), такие как K+, Pb2+, Cs+, Nh5+, Cl-, Br-, J-, NO3-, ClO4-, имеют слабое электрическое поле, сетчатая структура разрушается.

Ионы, благодаря их различной способности гидратироваться и влиять на диэлектрическую константу воды и толщу двойного электрического слоя около коллоидов, оказывают влияние на другие растворенные вещества или на вещества, суспензированные в среде. Поэтому, например, конформации белков и стабильность коллоидов сильно зависит от вида и количества присутствующих ионов.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 22

Водородные связи «вода – растворенное вещество» более слабые, чем «вода – ионное взаимодействие». Тем не менее, подобным образом связанная вода может быть классифицирована как «органически связанная» или «близлежащая», так как она менее подвижна по сравнению с основной водой в растворе.

Вещества, способные к образованию водородных связей, не должны разрушать нормальную структуру воды. Однако в ряде случаев отмечается ориентация водородных связей, отличная от нормальной воды. Вода может образовывать связь с различными потенциально подходящими группами (гидрокси-, амино-, карбонил-, амид- или имино-). Например, вода образовывать связи с двумя видами функциональных групп белков. Эти связи могут быть как в одной макромолекуле между различными группами, так и между разными макромолекулами.

В системе «вода – неполярное вещество» возможно два вида структурных образований за счет взаимодействия «вода – вещество».

1. Образование квадратных гидратов. Это соединения включения по типу «гость – хозяин». «Хозяином» в данном случае является сетка из 20-74 водных молекул, связанных друг с другом за счет водородных связей. «Молекулы-гости» в квадратных гидратах – это различные низкомолекулярные молекулы (углеводороды, галогенуглеводороды, спирты, амины, карбонильные соединения). Взаимодействие между водой и «гостем» часто происходит за счет слабых сил Ван-дер-Ваальса, в некоторых случаях может иметь и электростатический характер. Такого типа соединения могут образовываться в биологических материалах и влиять на биологическую активность таких молекул как белки, углеводы, липиды.

2. Гидрофобные взаимодействия в белках. Около 40% аминокислот в большинстве белков имеют неполярные группы. В гидрофобных взаимодействиях могут участвовать и неполярные группы в спиртах, жирных кислотах. По силе эти взаимодействия приблизительно такие же, как силы Ван-дер-Ваальса. Гидрофобные взаимодействия важны для четвертичной структуры многих белков, поэтому вода играет важную роль в стабилизации определенных конформаций белка.

Активность воды

Известно, что существует взаимосвязь между влагосодержанием пищевых продуктов и его сохранностью (или порчей). Поэтому основным методом удлинения сроков хранения пищевых продуктов всегда было уменьшение содержания влаги путем концентрирования или дегидратации. Однако часто различные пищевые продукты с одним и тем же содержанием влаги имеют различный срок хранения. Это зависит от того, насколько вода ассоциирована с неводными компонентами. Чем более связанной является вода, тем менее она способна поддерживать процессы порчи продукта, такие как рост микроорганизмов и гидролитические химические реакции.

Чтобы учесть эти факторы, был введен термин «активность воды». Этот термин более адекватно отражает влияние влаги на порчу продукта. Дополнительно следует учитывать pH, содержание кислорода, подвижность воды и многие другие факторы.

Активность воды обозначается aw. Это отношение давления паров воды над данным продуктом к давлению паров над чистой водой при одной и той же температуре. Это отношение входит в основную термодинамическую формулу определения энергии связи влаги с материалом (уравнение Ребиндера):

DF=RT ln ,

где DF – уменьшение свободной энергии (при постоянной температуре);

R – универсальная газовая постоянная;

p0 – давление пара чистой воды;

pw – давление водяного пара в системе пищевого продукта.

aw = = ,

где РОВ – относительная влажность в состоянии равновесия, при которой продукт не впитывается и не теряет влагу в атмосферу, %.

Таблица. Активность воды (aw) в пищевых продуктах

Продукт Влажность, % aw
Фрукты 90-95 0,97
Яйца 70-80 0,97
Мясо 60-70 0,97
Сыр 0,96
Джем 30-35 0,82-0,94
Хлеб 40-50 0,95
Кекс 20-28 0,83
Мука 16-19 0,80
Мед 10-15 0,75
Карамель 7-8 0,65
Печенье 6-9 0,60
Шоколад 5-7 0,40
Сахар 0-0,15 0,10

Активность воды характеризует состояние воды в пищевых продуктах, ее причастность к химическим и биохимическим превращениям. По величине aw различают:

1. продукты с высокой влажностью (aw = 1,0-0,9);

2. продукты с промежуточной влажностью (aw = 0,9-0,6);

3. продукты с низкой влажностью (aw = 0,6-0,0).

Изотермы сорбции

Графические зависимости, характеризующие связь между содержанием влаги в г(h3O) / г(сухого вещества) в пищевом продукте с активностью воды в нем при постоянной температуре, называются изотермами сорбции. Информация, которую они дают, полезна с двух точек зрения:

1. для процессов концентрирования и дегидратации, т.к. простота или трудность удаления воды непосредственно связанна с aw;

2. для оценки стабильности пищевого продукта.

На ниже приведенном рисунке даны изотермы сорбции влаги для продуктов с высокой влажностью (рис.1) и для продуктов с низким содержанием влаги (рис.2).

рис.1

рис. 2

Свойства воды сильно отличаются по мере перехода от 1 зоны (сухая) к 2 зоне (высокая влажность). Вода, присутствующая в зоне 1 изотермы, наиболее сильно адсорбирована и наиболее неподвижна в пищевых продуктах. Эта вода абсорбирована, благодаря полярным вода-ион и вода-диполь взаимодействиям. Граница зон 1 и 2 (заштрихована) соответствует монослою содержания влаги в пище. Эта зона – чрезвычайно малая часть всей влаги в высоковлажном пищевом продукте.

Зона 2 – это вода, добавленная к пищевому продукту (ресорбция). Эта влага образует мультислой и взаимодействует с соседними молекулами через вода-вода-водородные связи. Она участвует в процессе растворения, действует как пластифицирующий агент, способствует набуханию твердой матрицы. Суммарная вода в зонах 1 и 2 составляет менее 5% от всей воды в высоковлажных продуктах.

В зоне 3 вода состоит из воды, которая была в зоне 1 и 2, и добавленной для образования зоны 3. Эта вода наименее связана и наиболее мобильна. Влага зоны 3 составляет более 95% от всей влаги пищевого продукта. Она может быть как свободной, так и удерживаемой в макромолекулярной матрице.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 23

В продуктах с низкой влажностью может идти окисление жиров, неферментативное потемнение, потеря витаминов, порча, вызванная ферментами. Активность микроорганизмов в этом случае подавлена. При высокой влажности, наоборот, решающая роль принадлежит микроорганизмам. Большинство химических реакций протекает в области с промежуточной влажностью, кроме окисления липидов. Окисление липидов, напротив, начинается в области с низкой влажностью и по мере ее увеличения-затормаживается до границы зон 1и 2.. Это можно объяснить тем, что вода связывает те компоненты, которые непосредственно участвуют в окислении или катализируют его. При дальнейшем добавлении воды скорость окисления вновь увеличивается. Объясняют это тем, что вначале происходит набухание макромолекул и увеличивается количество кислорода. А дальнейшее понижение скорости окисления связано с уменьшением концентрации катализирующих его веществ.

На модельных системах (глюкоза – глицин, глюкоза – лизин) показано, что aw влияет на реакцию неферментативного потемнения. С уменьшением aw этот процесс замедляется. Максимум потемнения наблюдается при aw = 0,6-0,75. Максимум может быть объяснен увеличением диффузии ионов, ускоряемой наличием влаги.

Влага влияет на скорость протекания ферментативных реакций. Для этого нужно больше влаги, чем влаги монослоя, т.е. когда в системе есть свободная вода. Она необходима для переноса субстрата.

Низкое содержание влаги тормозит процессы роста микроорганизмов. Большинство бактерий размножаются при aw = 0,85-0,95, плесени при aw = 0,6-0,8, дрожжей при aw = 0,8-0,9. Порчу продуктов с промежуточной влажностью в основном вызывают дрожжи и плесени, в меньшей степени – бактерии. Дрожжи вызывают порчу сиропов, кондитерских изделий, джемов, сушеных фруктов; плесени – мяса, джемов, пирожных, печенья, сушеных фруктов. Таким образом, для предупреждения целого ряда химических реакций, снижающих качество пище6вых продуктов при хранении и их микробиологической порчи, эффективным средством является снижение активности воды в пищевых продуктах. Для этого используют сушку, вяление, добавление различных веществ (сахар, соль и др.), замораживание. Для получения той или иной активности воды в продукте можно применять следующие технологические приемы:

1. адсорбция – продукт высушивают максимально, а затем в специальных емкостях увлажняют до определенного уровня влажности;

2. сушка с помощью осмоса – пищевые продукты помещают в растворы, активность воды в которых меньше активности воды пищевых продуктов. Часто для этого используют растворы сахаров или соли. В этом имеют место два противотока: из раствора в продукт диффундирует растворенное вещество, а из продукта в раствор – вода.

Для достижения требуемой активности воды добавляют различные ингредиенты (соль, сахари реже др.) в продукт, обработанный одним из указанных выше способов, и дают ему возможность прийти в равновесное состояние, так как один лишь процесс сушки не позволяет получить продукт нужной консистенции. Например, эффективное снижение активности воды при изготовление джемов является добавление сахара и активное перемешивание. Применяя увлажнители, можно, увеличивая влажность продукта, одновременно снизить aw. Потенциальные увлажнители для пищевых продуктов – крахмал, молочная кислота, сахара, глицерин и др.

Помимо влияния на химические реакции и рост микроорганизмов, активность воды имеет значение и для текстуры продуктов. Например, максимальная активность воды, допустимая в сухих продуктах без потери потребительских свойств – это 0,35-0,5, в зависимости от продукта (сухое молоко, крекеры). Большая aw, напротив, необходима для продуктов мягкой текстуры, которые не должны обладать хрупкостью.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 24

Замораживание является способом консервирования. Но так как только свободная влага во время замораживания переходит в лед, то все неводные компоненты концентрируются в уменьшенном количестве незамерзшей воды. При этом существенно изменяются такие свойства воды как pH, титруемая кислотность, ионная сила, вязкость, точка замерзания, поверхностное натяжение и многие другие свойства. Может изменяться структура воды и характер взаимодействия вода – растворенное вещество. Все эти факторы могут оказывать влияние на скорости протекающих с веществом реакций. Низкая температура затормаживает процессы, увеличение же концентрации в малых объемах реагирующих веществ, наоборот, увеличивает скорости взаимодействий. Например, при замораживании наблюдается увеличение скорости реакции неферментативного потемнения.

Наибольшие изменения из-за неферментативных реакций испытывают сливочное масло, липиды в говядине, аскорбиновая кислота, b-каротин и витамин A в жирах.

К ферментативным реакциям, ведущим к ухудшению качества продукта, относятся потеря гликогена и деградация высокоэнергетических фосфатов в рыбе, говядине, масле, птице при замораживании.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 25

С давних времен производители и потребители различных биополимерных продуктов искали способы и средства защиты их от вредителей. Живые организмы, повреждающие биополимерные материалы – это микроскопические грибы, насекомые, плесени и т.д.

Высокая плодовитость делает насекомых-вредителей наиболее опасными при хранении продуктов. Наибольшую опасность представляют пяти отрядов: тараканы, перепончатокрылые (муравьи), термиты, жуки (кожееды), чешуекрылые (моль).

Тараканы – всеядные. Они могут повреждать шерсть, кожу, вату, бумагу, пищевые продукты. Однако существенный вред они могут нанести только при высокой численности. На территории России наиболее обычен таракан-прусак.

Большой вред хранящимся пищевым продуктам наносят муравьи. Очень маленькие размеры, способность к быстрому размножению, а также возможность переносить до 6-8 месяцев отсутствия пищи, делает их одним из наиболее трудноистребимых видов вредных насекомых. Расселившись повсеместно, этот вид в России не имеет естественных врагов.

Кожееды, относящиеся к отряду жесткокрылых, наносят вред белковым биоматериалам (шерсть, мех, кожа). Некоторые кожееды повреждают хранящееся сушеное мясо (ветчинный кожеед), сушеную и копченую рыбу, встречаются на складах сыроваренных заводов.

Среди представителей отряда жесткокрылых много вредителей запасов зерна и других пищевых продуктов. Наиболее известны из них – большой, малый и булавоусый мучные хрущаки, зерновые долгоносики, суринамский мукоед, капровый жук.

Семейство молей (отряд чешуекрылых) – один из наиболее известных вредителей тканей, меха. Близкие по биологическим особенностям к молям, огневки встречаются на продовольственных складах. Их бабочки и гусеницы крупнее, чем у молей, и могут быть легко обнаружены. К ним относятся зерновая моль, рисовая огневка, плодовые огневки.

Клещи относятся к отряду членистоногих. Они способны поражать хранящиеся семена, зерно, масличные культуры. Некоторые виды клещей поражают семена сахарной свеклы, сушеную и копченую рыбу. Они заселяют мясоколбасные заводы, элеваторы, крупные продовольственные склады.

Грызуны. Они распространены по всему земному шару. Их биологической особенностью является способность быстро размножаться. Грызуны, сопутствующие человеку, практически всеядны. К ним относятся мышь домовая, крыса.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 26

К профилактическим методам защиты запасов относится тщательная упаковка продовольственных товаров, карантинный досмотр, сушка определенный режим влажности.

К специальным методам относятся следующие:

- физические методы включают в себя механическую чистку. Она эффективна в том случае, когда вредитель не обладает высокой подвижностью (или отлов мышей и крыс с помощью капканов);

- термическая обработка может проводиться с применением понижения температуры складских помещений, что особенно легко осуществить в зимние периоды. Охлаждение предотвращает развитие практически всех видов запасов. Защитным средством является и продувание складских помещений горячим воздухом (60-70°C);

- облучение УФ лучами осуществляется путем кварцевания помещений, что одновременно уничтожает и вредоносные микроорганизмы;

- воздействие токами высокой частоты – кратковременное (8-10мин), но эффективное средство борьбы с вредными насекомыми;

- биологические методы. К этим методам биологической защиты относится использование энтомофагов – хищных для вредных видов клещей, пауков, паразитов (чаще всего нематод) и патогенных микроорганизмов простейших, грибов, бактерий, вирусов.

В некоторых случаях применяются генетические методы.

Биологические способы борьбы с вредителями запасов развиваются в меньшей степени, чем другие методы, что связано с особенностями защищаемых объектов. Введение в хранящиеся запасы пищевых продуктов хищников и паразитов невозможно, поскольку это засоряет продукты и ухудшает их качество. Лучший эффект дает использование микроорганизмов. Разработан ряд препаратов на основе различных штаммов энтомопатогенных бактерий и других микроорганизмов, применяемых для защиты как продовольственных, так и непродовольственных запасов.

- химические методы защиты пока остаются наиболее применимыми и действенными методами защиты от вредных насекомых. Вещества, используемые для химической обработки, подразделяются по способам воздействия на контактные или кишечные яды и фумиганты, действующие в виде газов.

Контактные яды требуют попадания на поверхность тела насекомых. Применяются в виде жидких препаратов или в виде порошков – дустов.

Кишечные яды применяют в виде жидкостей и порошков (гранул), часто в смеси с пищевыми приманками, а также в виде гелей.

Фумиганты – отравляющие вещества, действующие в газообразном состоянии. Эффективны для применения в закрытых помещениях.

По механизмам действия химические инсектициды, применяющиеся сейчас на практике, подразделяются на настоящие яды со специфическим воздействием именно на насекомых, что возможно благодаря существенным различиям в обмене веществ насекомых и человека. К ним относятся хлорорганические соединения, фосфорорганические соединения и вторая группа – пиретроиды – синтетические аналоги природного пиретрума, выделенного из далматской ромашки, поражают нервную систему насекомых.

Все применяемые химические инсектициды точно воздействуют на определенную мишень в организме насекомого.

Нейротоксиканты воздействуют на нервную систему, вызывая в конечном итоге паралич.

Хлорорганические соединения – это хорошо известные всем инсектициды, такие как ДДТ (гексахлоран) и ряд его аналогов (хлорсодержащих). Эти яды способны блокировать механизм ионного транспорта в нервных клетках, тем самым очень быстро нарушая нормальные функции их мембран и подавляя работу нервной системы насекомого в целом. Поскольку нервная система координирует все жизненно важные процессы, нарушение ее функций быстро приводит к летальному исходу.

Фосфорорганические соединения (ФОС) также относятся к нейротоксикантам (дихлофос, хлорфос и т.д.). Они подавляют работу ацетилхолинэстеразы – фермента, участвующего в передаче нервного импульса от одной нервной клетки к другой. ФОС очень быстро нарушают нормальную жизнедеятельность насекомых, парализуя нервную систему.

По механизму действия к ним близки карбаматы – селективные ингибиторы ацетилхолинэстеразы. От ФОС они отличаются тем, что подавление фермента под их воздействием обратимо.

Таблица. Другие типы химических инсектицидов

Название группы Примеры товарных марок Механизм действия
Токсин Bacillus thuringiensis Битоксибациллин, дипел, лепидоцид Нарушение дыхания клеток и синтеза АТФ; разрушение клеток стенки кишечника
Нереистоксины Нереистоксин, тиоциклам, банкол Блокада холинэргических синапсов (рецепторов ацетилхолина)
Хлороникотиниды Имидаклоприд, ацетамиприд Необратимая блокада никотинэргических рецепторов ацетилхолина в возбуждающих синапсах ЦНС
Пирролы Хлорфенапир Нарушение процессов дыхания в митохондриях
Фенил-пиразолы Фипронил Блкада рецепторов ГАМК в тормозящих синапсах ЦНС

Особую группу составляют вещества гормонального дейст­вия. Это – аналоги ювенильных гормонов (АЮГ), препятствующие нормальному завершению онтогенеза насекомых, а также нару­шающие репродуктивные процессы - созревание яйцеклеток и развитие яиц. Действуют специфически только на гормональные вещества для уничтожения вредных и стимулирования полезных насекомых. АЮГ и аналоги экдизона (экдизоиды) называют также гормономиметиками. Для человека препараты этого класса опасности не представляют, поскольку аналогичных процессов в обмене веществ у теплокровных нет.

АЮГ не действуют как яды. Их влияние связано с тем, что в период личиночного и куколочного развития в организме насекомого нормальная программа развития контролируется изменением титра (концентрации) природных гормонов. Критические периоды, когда титр ЮГ или экдистероидов резко снижен, являются моментом, когда применение гормономиметиков нарушает нормальный ход онтогенетических процессов. Результатом этого становятся добавочные личиночные возраста, появление промежуточных форм. Все эти особи гибнут, не завершив развития. Кроме того, АЮГ обладают большим количеством отсроченных эффектов, проявляющихся в подавлении развития репродуктивной системы насекомых.

Исследование биологической активности гормональных веществ начинается с выделения их из эндокринных органов насекомых. С применением методов препаративной жидкостной хроматографии были разработаны методы выделения природных ювенильных гормонов и важных личиночных гормонов – экдизонов у многих видов насекомых. Методы спектрального анализа позволили идентифицировать компоненты и определить основные действующие компонентов гормонов насекомых. Было установлено, что природные ювенильные гормоны имеют изопреноидную структуру, а экдизоны – стероидную. В дальнейшем были получены биологически активные аналоги ювенильных гормонов насекомых, как экстрагированные из растительного сырья, так и синтезированные. Ювеноидной активностью обладают несколько классов органических соединений. Оценку их активности проводили с помощью ряда биотестов на стандартных лабораторных объектах (куколки большого мучного хрущака, мельничной огневки).

Ингибиторы синтеза хитина (ИСХ) также является специфической для насекомых и других членистоногих, имеющих хитинизированные покровы, группой инсектицидов. Это вещества кишечного типа действия, нарушающие процесс образования хитина в организме насекомого. ИСХ эффективны против личинок насекомых.

Антифиданты – отпугивающие вещества, препятствующие поеданию об­работанных ими субстратов. Большинство из них природного происхождения. Представляют часть группы репел­лентов – соединений, не уничтожающих, но отпугивающих насе­комых. Среди этих веществ много природных соединений, со­держащихся в растениях.

Феромоны и синтетические аналоги природных экзогормо­нов насекомых служат средствами химической коммуникации для особей одного определенного вида. Наиболее часто для борь­бы с вредными насекомыми применяют половые феромоны, осо­бенно эффективные в сочетании с клеевыми ловушками. Образуются по двум направлениям: 1) каратинные препараты – вносятся в клеевые ловушки и устанавливаются на продуктовых складах, 2) дезоориентанты – в период лета распыляются с самолета, при этом уменьшается возможность контакта.

Феромоны чешуекрылых - летучие соединения, представ­ляют собой длинные полиолефиновые и диолефиновые молеку­лы.

Исследование состава феромонов насекомых проводят с по­мощью газовой хроматографии и хроматомасс-спсктромстрии. Работают при этом с экстрактами (вытяжками) феромонных желез насекомых.

После идентификации основных компонентов феромона следует подбор синтетических соединений, гомологичных выделенным, и оценка их физиологической активности. Для оценки в лабораторных условиях используют приборы, позволяющие регистрировать поведение насекомых в ответ на предъ­явление испытываемых соединений - ольфактометры и аэроди­намические туннели. Иногда синтетические аналоги оказываются действеннее, чем природные вещества. Обязательно оценивается активность смесей идентифицированных соединений, это дает возможность получить синергический эффект – ­многократное усиление действия активного вещества при добав­ке малых количеств других компонентов.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

studopedia.ru

5. Строение и функции липидов

Липи́ды — широкая группа органических соединений, включающая жирные кислоты, а также их производные, как по радикалу, так и по карбоксильной группе.

Молекулы простых липидов состоят из спирта, жирных кислот, сложные — из спирта, высокомолекулярных жирных кислот, возможны остатки фосфорной кислоты, углеводов, азотистых оснований и др.

Строение липидов зависит в первую очередь от пути их биосинтеза.

-Структурная функция. Фосфолипиды вместе с белками образуют биологические мембраны. В состав мембран входят также стеролы.

-Энергетическая. При окислении 1 г жиров высвобождается 38,9 кДж энергии, которая идет на образование АТФ. В форме липидов хранится значительная часть энергетических запасов организма, которые расходуются при недостатке питательных веществ. Животные, впадающие в спячку, и растения накапливают жиры и масла и расходуют их на поддержание процессов жизнедеятельности. Высокое содержание липидов в семенах обеспечивает энергией развитие зародыша и проростка, пока он не перейдет к самостоятельному питанию. Семена многих растений служат сырьем для получения масла промышленным способом.

-Защитная и теплоизоляционная. Накапливаясь в подкожной жировой клетчатке и вокруг некоторых органов (почки, кишечник), жировой слой защищает организм от механических повреждений. Кроме того, благодаря низкой теплопроводности слой подкожного жира помогает сохранить тепло, что позволяет, например, многим животным обитать в условиях холодного климата. У китов, кроме того, он играет еще и другую роль — способствует плавучести.

-Смазывающая и водоотталкивающая. Воска покрывают кожу, шерсть, перья, делают их более эластичными и предохраняют от влаги. Восковым налетом покрыты листья и плоды растений; воск используется пчелами в строительстве сот.

-Регуляторная. Многие гормоны являются производными холестерола, например половые (тестостерон у мужчин и прогестерон у женщин) и кортикостероиды (альдостерон).

-Метаболическая. Производные холестерола, витамин D играют ключевую роль в обмене кальция и фосфора. Желчные кислоты участвуют в процессах пищеварения (эмульгирование жиров) и всасывания высших карбоновых кислот.

-Липиды являются источником метаболической воды. При окислении жира образуется примерно 105 г воды. Эта вода очень важна для некоторых обитателей пустынь, в частности для верблюдов, способных обходиться без воды в течение 10-12 суток: жир, запасенный в горбе, используется именно на эти цели.

6. Строение триглицеридов. Роль триглицеридов в метаболизме.

Жиры, или триглицериды — природные органические соединения, полные сложные эфиры глицерина и одноосновных жирных кислот; входят в класс липидов. В живых организмах выполняют структурную, энергетическую и др. функции.

Наряду с углеводами и белками, жиры — один из главных компонентов питания. Жидкие жиры растительного происхождения обычно называют маслами — так же, как и сливочное масло.

Жиры, поставляя организму энергию, являются и ее аккумулятором, т. е. для того чтобы жиры освободили энергию, необходимо достаточное количество углеводов.

Жиры служат также для построения клеточных оболочек, принимают участие в образовании гормонов и витаминов, играют роль запасного питательного и защитного механического и теплоизоляционного материала, обеспечивают усвоение витаминов A, D, Е, К.

В крови человека имеются сложные (холестерин, липопротеиды и др.) и более простые жиры (кетоны, жирные кислоты, глицериды). Нарушение их равновесия имеет значение в развитии сахарного диабета, ожирения, сердечно-сосудистых заболеваний.

Наиболее необходимые жиры животного происхождения содержатся в молоке, сливочном масле, яичном желтке. В то же время ценные для обмена ненасыщенные жирные кислоты в большом количестве имеются и в растительных жирах (подсолнечное, кукурузное масло), которые также необходимы в питании человека (10—30 % всех жиров).

Избыточное потребление жира ведет к нарушению обмена веществ, ухудшению использования белка, нарушению пищеварения, повышению отложения жира в подкожной клетчатке и др.

studfiles.net

Опишите структуру и функции липидов. - Школьные Знания.com

Липиды - это биологические молекулы, которые являются нерастворимыми в воде, но растворимыми в неполярных растворителях. Если говорить кратко, то они являются неполярными молекулами.

Есть два основным вида липидов. Это триглецириды и фосфолипиды.

Триглицериды - это жиры и масла. Триглицериды имеют глицериновую цепь, которая связывается с тремя жирными кислотами.

Второй класс липидов - это фосфолипиды. Фосфолипиды встречаются в мембранах животных и растений. Фосфолипиды содержат глицерин и жирные кислоты. К тому же они содержат фосфорные кислоты и низкомолекулярный спирт. Обычными фосфолипидами являются лецитины и цефалины.

К некоторым функциям липидов можно отнести следующие:

1) Липиды служат резервной энергией организма.

2) Они являются важным компонентом структуры клеточных мембран в эукариотических клетках.

3) Липиды регулируют проницаемость мембраны.

4) Они служат источником жирорастворимых витаминов: A, D, E, K.

5) Липиды являются компонентами ферментных систем.

6) Липиды регулируют клеточный метаболизм.

7) Липиды работают как сигнальные молекулы.

8) холестерин придает жесткость мембране.

P.S Вы можете посмотреть графическую схему построения фосфолипидов в мембране, что служит наглядным примером гидрофобности липидов.

znanija.com


Смотрите также