качество и безопасность продуктов питания. КАЧЕСТВО И БЕЗОПАСНОСТЬ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ (1). Учебное пособие Минск 2008 Авторы З. В. Ловкис, докт техн наук, профессор
 Скачать 7.39 Mb.
|
|
§2.4. Углеводы Углеводы широко представлены в растениях и животных, где они выполняют как структурные, так и метаболические функции. В растениях в процессе фотосинтеза из углекислого газа и воды синтезируется глюкоза, которая далее запасается в виде крахмала или превращается в целлюлозу – структурную основу растений. Животные способны синтезировать ряд углеводов из жиров и белков, но большая часть углеводов поступает с пищей растительного происхождения. 2.4.1 Классификация углеводов и их функции в организме Углеводы являются важными энергетическими компонентами пищи и представляют собой органические соединения, содержащие одновременно альдегидную или кето-группу и несколько спиртовых групп. По химическому составу углеводы делятся на простые исложные. К простым сахарам относят моносахариды (монозы CnH2nOn,, содержат обычно 3–9 атомов углерода). К простым сахарам относятся глюкоза, фруктоза, ксилоза, арабиноза. Простые сахара не гидролизуются с образованием более простых углеводов. В зависимости от количества атомов углерода простые сахара делят еще на тетрозы, пентозы (C5H10O5) и гексозы (C6H12O6). Кроме того, все простые сахара разделяются на альдозы (глюкоза) и кетозы (фруктоза). Сложные углеводы гидролизуются с образованием более простых углеводов. Они в свою очередь делятся на олигосахариды (дисахариды (сахароза, мальтоза и лактоза), трисахарид (рафиноза), тетрасахарид (стахиоза)), сахароподобные низкомолекулярные вещества, растворимые в воде и высокомолекулярные несахароподобные полисахариды. Среди олигосахаридов различают восстанавливающие и невосстанавливающие углеводы, а полисахариды разделяют на монополисахариды (состоят из остатков одного моносахарида) и гетерополисахариды. К полисахаридам относят гемицеллюлозы, крахмал, инулин (полисахарид, построенный из остатков D-фруктофуранозы), гликоген, целлюлозу, пектиновые вещества, декстраны и декстрины, которые состоят из различной длины цепочек тех или иных моносахаридов. С точки зрения функционального назначения полисахариды могут быть разделены на структурные и резервные полисахариды. Важным структурным полисахаридом является целлюлоза, а главные резервные полисахариды – и гликоген и крахмал (у животных и растений соответственно). В состав олигосахаридов, полисахаридов входят моносахариды в циклической форме. Если связь между кольцами моносахаридов образована двумя гликозидными гидроксилами, то углевод может существовать только в одной форме (циклической), и, следовательно, не проявляет восстановительных свойств –невосстанавливающие сахара(крахмал, сахароза). Если в образовании связи участвует один гликозидный и один спиртовой гидроксилы, то сохраняется один гликозидный гидроксил и сахара являются восстанавливающими (мальтоза, лактоза).  Образование гликозидной связи Моносахариды в растворе существуют в двух таутомерных формах: цепной и циклической (5-и членные кольца – фуранозы, 6-и членные – пиранозы). Циклические группы не содержат кето- и альдегидных групп. Для углеводов в цепной форме характерны реакции альдегидов (кетонов), в циклической форме – реакции спиртов, причем наиболее реакционноспособным является гликозидный гидроксил.  Пираноза Альдегидная форма Фураноза  -Гюкопираноза Альдегидная форма -Гюкопираноза
С точки зрения усвояемости в организме человека углеводы разделяют условно на две группы – усваиваемые организмом человека и неусваиваемые (их называют иногда «пищевые волокна»). К усваиваемым относятся глюкоза, фруктоза, сахароза, мальтоза, галактоза, латкоза и рафиноза, инулин, крахмал и декстрины, как продукты промежуточного гидролиза крахмала. К не усваиваемым углеводам обычно относятся целлюлоза, гемицеллюлозы, лигнин (эти три группы иногда объединяют под названием «грубые пищевые волокна»), пектиновые вещества, декстраны (их называют иногда «мягкие пищевые волокна»). К неусваиваемым углеводам относятся обычно также фитиновая кислота и лигнин – ароматический полимер неуглеводной природы.
Усвояемость углеводов зависит от наличия определенных ферментов в желудочно-кишечном тракте человека. Легче всего усваиваются фруктоза, глюкоза, сахароза, а также мальтоза и лактоза; несколько медленнее – крахмал (фермент – амилаза) и декстрины, так как они должны предварительно расщепиться до простых сахаров. Человек в отличие от жвачных животных не может использовать такие полисахариды, как гемицеллюлозы и целлюлозу, пектин. Однако может происходить частичное расщепление этих веществ под действием микроорганизмов в толстой кишке. Но в общем балансе получаемой человеком энергии доля этих веществ ничтожна (менее 1%) и ею обычно пренебрегают. Единственным нерасщепляемым и неусвояемым компонентом клеточных стенок является лигнин. Углеводы содержатся главным образом в растительных продуктах. Животный полисахарид гликоген содержится в печени (до 10%) и в мышцах (до 1%). Углеводы в питании человека играют очень важную роль и выполняют ряд функций в организме: Углеводы являются главным источником энергии для человеческого организма, необходимой для жизнедеятельности всех клеток, тканей и органов, особенно мозга, сердца, мышц. В результате биологического окисления углеводов (а также жиров и, в меньшей степени, белков) в организме освобождается энергия, которая аккумулируется в виде богатого энергией соединения – аденозинтрифосфорной кислоты. При окислении 1 г углеводов, как уже отмечалось, образуется 4 ккал энергии. Углеводы выполняют пластическую функцию. Углеводы и их производные входят в состав разнообразных тканей и биологических жидкостей. Для углеводов характерна также регуляторная функция. Так, например, они противодействуют накоплению кетоновых тел при окислении жиров, а ощущение сладкого, воспринимаемого рецепторами языка, тонизирует центральную нервную систему. Некоторые углеводы и их производные обладают биологической активностью, выполняя в организме специализированные функции. Например, гепарин предотвращает свертывание крови в сосудах, гиалуроновая кислота препятствует проникновению бактерий через клеточную оболочку. Запасы углеводов в организме человека очень ограничены: их содержание не превышает 1% массы тела. При интенсивной работе они быстро истощаются, поэтому углеводы должны поступать с пищей ежедневно. 2.4.2. Усваиваемые и неусваиваемые углеводы. Органические кислоты Усваиваемые углеводы. Усваиваемые углеводы являются основным поставщиком энергии. И хотя их энергетический коэффициент меньше, чем у жиров, человек потребляет большое количество углеводов и получает с ними 50–60% требуемых калорий. Хотя усваиваемые углеводы, как поставщики энергии могут быть в значительной мере заменены жирами и белками, полностью исключить их из питания нельзя. В противном случае в крови появятся продукты неполного окисления жиров, так называемые «кетоновые тела», произойдет нарушение функции центральной нервной системы и мышц, ослабление умственной и физической деятельности, сократится продолжительность жизни. Считается, что взрослый человек при умеренных физических нагрузках должен потреблять 365–400 г (в среднем 382 г) усвояемых углеводов в день, в том числе не более 50–100 г простых сахаров. Такая доза предотвращает кетоз и потерю мышечного белка у человека. Удовлетворение потребности организма в углеводах осуществляется за счет растительных источников. В растительных продуктах углеводы составляют не менее 75% сухого вещества. Значение животных продуктов, как источников углеводов невелико. Усваиваемость углеводов достаточно высока: в зависимости от пищевого продукта и характера углевода она колеблется от 85 до 99%. Систематический избыток углеводов в питании может способствовать возникновению ряда болезней (ожирение, диабет, атеросклероз). Моносахариды. Глюкоза. Глюкоза является основной формой, в виде которой углеводы циркулируют в крови, обеспечивая энергетические нужды организма. Именно в форме глюкозы поступает в кровь основная масса углеводов из пищи; в глюкозу же превращаются углеводы в печени и из глюкозы могут образовываться все остальные углеводы в организме. Глюкоза используется как основной вид топлива в тканях млекопитающих, исключение составляют жвачные животные, и служит универсальным топливом в период эмбрионального развития. Глюкоза превращается в другие углеводы, выполняющие высокоспецифичные функции – в гликоген, являющийся формой хранения энергии, в рибозу, содержащуюся в нуклеиновых кислотах, в галактозу, которая входит в состав лактозы молока.
Определенное содержание глюкозы в крови (натощак 80–100 мг/100 мл) совершенно необходимо для нормальной жизнедеятельности человека. Глюкоза в крови – важный энергетический материал, доступный любой клетке организма. Избыток сахара превращается в первую очередь в животный полисахарид – гликоген. При недостатке усвояемых углеводов в пище глюкоза образуется из этих запасных полисахаридов. Важная роль в регулировании обмена глюкозы принадлежит гормону поджелудочной железы – инсулину. Если организм вырабатывает его в недостаточном количестве, то процессы использования глюкозы замедляются. Уровень глюкозы в крови повышается до 200–400 мг/100 мл. Почки перестают задерживать такие высокие концентрации сахара в крови и появляется сахар в моче, возникает сахарный диабет. Быстрый рост уровня глюкозы в крови вызывают моносахариды и дисахариды, особенно сахароза. При потреблении фруктозы уровень глюкозы в крови увеличивается менее резко. У фруктозы, в отличие от глюкозы, несколько иной путь превращений в организме. Она в большей степени задерживается печенью и поэтому меньше поступает в кровь, а поступив в кровь, скорее вступает в различные обменные реакции. Фруктоза переходит в глюкозу в процессах обмена веществ, но увеличение концентрации глюкозы в крови происходит при этом более плавно и постепенно, не вызывая обострения диабета. Важно и то, что утилизация фруктозы в организме не требует инсулина. Наименьший рост содержания глюкозы в крови вызывают некоторые крахмалсодержащие продукты, например, картофель и бобовые, которые по этой причине часто используют при лечении диабета. Глюкоза (виноградный сахар) в свободном виде содержится в ягодах и фруктах (в винограде до 8%; в сливе, черешне 5–6%; в меде 36%). Из молекул глюкозы построены крахмал, гликоген, мальтоза; глюкоза является составной частью сахарозы, лактозы. Фруктоза. Фруктозой (фруктовым сахаром) богаты мед (37%), виноград (7,2%), груши, яблоки, арбуз. Фруктоза, кроме того, является составной частью сахарозы. Установлено, что фруктоза в значительно меньшей степени, чем сахароза и глюкоза, вызывает кариес. Этот факт, а также большая сладость фруктозы по сравнению с сахарозой, обуславливают и большую целесообразность потребления фруктозы по сравнению с другими сахарами. Простые сахара, с кулинарной точки зрения, ценятся за их сладость. Однако степень сладости отдельных сахаров весьма различна. Если сладость сахарозы условно принять за 100 единиц, то относительная сладость фруктозы будет равна 173 единицам, глюкозы – 74, сорбита – 48. Дисахариды. Сахароза. Одним из наиболее распространенных дисахаридов является сахароза – обычный пищевой сахар. Сахарозе принадлежит основное значение в питании. Это основной углеводный компонент конфет, пирожных, тортов. Молекула сахарозы состоит из одного остатка -D-глюкозы и одного остатка -D-фруктозы. В отличие от большинства дисахаридов, сахароза не имеет свободного гликозидного гидроксила и не обладает востанавливающими свойствами. Лактоза. Лактозы (дисахарид, восстанавливающий сахар) много содержится в грудном молоке (7,7%), коровьем молоке (4,8%); содержится в молоке всех млекопитающих. Однако у многих людей в желудочно-кишечном тракте нет фермента лактазы, которая расщепляет лактозу (молочный сахар). Они не переносят коровье молоко, где содержится лактоза, но благополучно потребляют кефир, где этот сахар частично потреблен кефирными дрожжами. У некоторых людей наблюдается непереносимость бобовых и черного хлеба, содержащих относительно большое количество рафинозы и стахиозы, которые не разлагаются ферментами желудочно-кишечного тракта. Полисахариды. Крахмал. Из усваиваемых полисахаридов основное значение в питании имеет крахмал, на долю которого приходится до 80% потребляемых углеводов. Крахмал – весьма важный и распространенный в растительном мире полисахарид. Составляет от 50 до 75% сухого вещества зерен злаков и, по меньшей мере, 75% сухого вещества спелого картофеля. Крахмала больше всего содержится в крупах и макаронах (55–70%), бобовых (40–45%), хлебе (30–40%), картофеле (15%). Крахмал гидролизуется через ряд промежуточных продуктов (декстрины) до мальтозы, непосредственно используемой организмом. Схематично кислотный или ферментативный гидролиз крахмала может быть представлен следующим образом: Крахмал растворимый крахмал декстрины (С6Н10О5)n мальтоза глюкоза.
Крахмал – резервный полисахарид растений: накапливается в виде зерен в клетках семян, луковиц, клубней, в листьях и стеблях. Крахмал состоит из остатков глюкозы, соединенных гликозид-гликозидной связью и поэтому он – невосстанавливающийсахар, а декстрины – восстанавливающие. Гликоген. Гликоген – разветвленный полисахарид, в виде которого углеводы запасаются в организме животного. Его часто называют животным крахмалом. Промежуточным продуктом кислотного гидролиза гликогена являются декстрины, а конечным – глюкоза. Гликоген содержится во всех тканях животных и человека и представляет собой резервное вещество (в растениях такие функции выполняет крахмал), легко расщепляющееся под действием ряда ферментов до глюкозы. Неусваиваемые углеводы. Неусваиваемые углеводы – это компоненты стенки растительных клеток, которые не расщепляются ферментами животного организма (целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин, смолы, пектины). В медицинской литературе наиболее часто используют термин «клетчатка», считая его синонимом «грубые пищевые волокна». В действительности же клетчатка составляет только часть, хотя и основную, грубых пищевых волокн. Полисахариды. Целлюлоза. Целлюлоза – один из наиболее распространенных гомополисахаридов. Она выполняет роль опорного материала растений, из него строится жесткий скелет стеблей, листьев. Древесина наполовину состоит из клетчатки и, кроме того, содержит связанный с нею лигнин. Целлюлоза представляет собой полимер, содержащий 600–900 остатков глюкозы (средняя молекулярная масса 1–1,5 млн.). Целлюлоза не расщепляется обычными ферментами желудочно-кишечного тракта, а при действии фермента целлюлазы, выделяемого из кишечной флоры травоядных, распадается на целлодекстрины (олигоцеллосахариды) и целлобиозу. Несмотря на то, что клетчатка в тонком кишечнике почти не усваивается, нормальное пищеварение без нее практически невозможно. Недостаток клетчатки способствует развитию ожирения, желчно-каменной, сердечно-сосудистых и других заболеваний. Клетчатка, так же, как и гемицеллюлозы, и в меньшей степени пектин, создают благоприятные условия для нормального продвижения пищи по желудочно-кишечному тракту. Кроме того, клетчатка нормализует деятельность полезной кишечной микрофлоры, способствует (особенно вместе с пектином, который содержится в овощах и фруктах) выведению из организма холестерина, адсорбирует желчные кислоты. Клетчатка в некоторой степени снижает аппетит, создает чувство насыщения. Однако при чрезмерном потреблении клетчатки, усваиваемость почти всех основных пищевых веществ (белков, жиров, витаминов, особенно минеральных веществ) снижается на 5–15%. Клетчатка и пектин, обладают способностью связывать некоторые витамины, кальций, магний, фосфор, железо, цинк, медь и другие микроэлементы. Так, железо из растительных продуктов усваивается в 2–3 раза меньше, чем из животных продуктов. Гемицеллюлозы. Гемицеллюлозы – разнообразные по химической структуре гетерополисахариды растений с разветвленными молекулами и встречаются в виде ассоциатов с целлюлозой. Молекулярная масса гемицеллюлоз меньше, чем у целлюлозы. Гемицеллюлозы содержатся наряду с целлюлозой и лигнином в клеточной стенке растений; лучше растворяются в растворах щелочей, чем целлюлоза и легче гидролизуются кипящими минеральными кислотами. В шелухе семян содержится до 13–43% гемицеллюлозы. Пектиновые вещества. Пектиновые вещества – растительные гетерополисахариды, построенные из остатков галактуроновой кислоты, соединенных гликозидными связями. Пектины являются компонентами первичных клеточных стенок растений, где находятся в комплексе с гемицеллюлозами и целлюлозой. В значительных количествах пектины накапливаются в сочных плодах. В растительных тканях пектины могут находиться в виде нерастворимого протопектина. Ценное свойство пектинов – склонность к образованию гелей (межмолекулярная ассоциация цепей), которое используется для производства желе, джемов, фруктовых консервов. Пектин выделяют из лимонной корки и жома яблок. Пектины и другие компоненты «мягких пищевых волокн», как уже говорилось, тоже не усваиваются человеком. Вместе с тем имеются данные, свидетельствующие о благоприятной роли пектина, например, при отравлениях токсичными металлами, в подавлении деятельности гнилостных микроорганизмов. Пектин, более эффективно, чем клетчатка, способствует снижению холестерина в крови и удалению желчных кислот. Декстраны. Декстраны (С6Н10О5)n – группа бактериальных полисахаридов, состоящих из остатков -D-глюкозы. Декстраны продуцируются различными видами бактерий. Биосинтез осуществляется путем расщепления сахарозы. Оптимальное содержание пищевых волокн в рационе 20–25 г. Обеспечивается хлебом грубого помола (клетчатка и гемицеллюлозы), овощами и фруктами (пектины, частично клетчатка). Избыток пищевых волокн не желателен. Органические кислоты. Обычно вместе с углеводами рассматривают органические кислоты. В основном они содержатся в овощах, фруктах и ягодах, где представлены, как правило, яблочной и лимонной кислотами (в сумме 0,3–1%). В винограде много винной кислоты (0,4%). В молочных продуктах основными являются лимонная, а также молочная (до 1% в кефире) кислоты. Органические кислоты улучшают деятельность пищеварительного тракта, снижая рН среды и способствуя тем самым изменению микрофлоры в благоприятную сторону (уменьшают гниение). Почти все органические кислоты являются источником энергии, при этом яблочная кислота дает 2,4 ккал/г, лимонная – 2,5 ккал/г, молочная – 3,6 ккал/г. Винная кислота организмом не усваивается. Щавелевая кислота (НООС-СООН), накапливающаяся в некоторых овощах, интенсивно связывает кальций, в больших количествах кислота и ее соли токсичны. ПДК в воде водоемов хозяйственно-бытового пользования 0,2 мг/л.     Винная кислота Молочная кислота Яблочная кислота Лимонная кислота 2.4.3. Определение углеводов в продуктах питания Различают следующие основные группы углеводов – простейшие сахара и олигосахариды (моно-, ди- и трисахариды), усваиваемые полисахариды (крахмал, декстрины, гликоген), неусваиваемые полисахариды. Методы определения этих групп углеводов сильно различаются. Простейшие сахара и олигосахариды. Анализу продуктов питания на углеводы предшествует стадия предварительной подготовки образца. Во время приготовления вытяжек из испытуемых продуктов вместе с сахарами могут переходить и другие вещества (белки, дубильные вещества, пигменты и др.) присутствие которых ведет к искажению результатов. Способы подготовки образца варьируют в зависимости от характера исследуемых продуктов. Наиболее часто применяющимся способом подготовки образца является следующий. Сахара рекомендуется извлекать из пищевых продуктов 3х-кратной экстракцией 80% об. этиловым спиртом при 80ºС. Спиртовые экстракты объединяют и упаривают спирт под вакуумом при температуре не выше 40ºС, разбавляют водой и фильтруют. При анализе продуктов, относительно богатых белками и фенольными веществами (виноград, лук, листовые овощи, свекла) фильтрат дополнительно обрабатывают нейтральным ацетатом свинца или гидратом окиси меди (CuSO4 + NaOH). Выпавший осадок отфильтровывают. В фильтрате определяют восстанавливающие сахара одним из химических методов – с использованием растворов Фелинга, йодометрическим методом и др. Для определения общего количества сахара проводят инверсию (нагревание раствора сахара с 0,1 н. раствором соляной кислоты, охлаждение и нейтрализация). Определение отдельных сахаров может быть проведено следующими методами. 1.Взаимодействие с раствором Фелинга. Раствор Фелинга представляет собой щелочной раствор, содержащий CuSO4 и соль винной кислоты. Смешивают щелочной раствор сегнетовой соли с раствором сульфата меди. Сначала образуется гидрат окиси меди Cu(OH)2, который взаимодействует с сегнетовой солью и голубой осадок при этом исчезает, а жидкость приобретает густой темно-синий цвет, характерный для готовой Фелинговой жидкости. В ней медь присутствует в виде комплексного иона окиси меди.  При взаимодействии редуцирующего сахара с Фелинговой жидкостью медь (II) восстанавливается до меди (I), а сахар окисляется. Если редуцирующим сахаром является глюкоза, то окисление ее может быть представлено схематически следующим образом:  Глюкоза Глюкуроновая Сахарная кислота кислота При действии на раствор восстановителей, в качестве которых выступают углеводы, образуется красный осадок Cu2O, который отфильтровывают через стеклянный фильтр. При использовании этого метода концентрация углеводов может быть определена тремя путями. 1.В результате взаимодействия раствора Фелинга с углеводами уменьшается интенсивность синей окраски исходного раствора. Строят калибровочный график и определяют количество вступившей в реакцию меди, по которому судят о содержании углеводов в исследуемом растворе. Недостатком метода является быстрое окисление Cu(I) кислородом воздуха. 2.Можно быстро отфильтровать осадок закиси меди и растворить его в смеси растворов аммиака и хлорида аммония. Закись меди быстро растворяется и окисляется кислородом воздуха. Полученный синий раствор аммиаката меди фотометрируют. 3.Метод Сокслета. Определенный объем Фелинговой жидкости титруют до полного восстановления исследуемым раствором сахара и по количеству раствора сахара, пошедшего на титрование, судят о его концентрации, пользуясь эмпирически установленными коэффициентами. Конечная точка титрования – исчезновение синеватого окрашивания. Метод – простой, но конец титрования – не четкий. Метод применяется при концентрации растворов сахара 1–2% и не применим при концентрации менее 1%. Взаимодействия редуцирующих сахаров с окисью меди не поддаются строгому стехиометрическому описанию, так как в процессе окисления сахара часть его подвергается разрушению щелочью Фелинговой жидкости, а сама Фелингова жидкость при нагревании частично разлагается с выделением закиси меди. Известное значение имеет и окисление кислородом воздуха. Поэтому для количественного определения сахара часто пользуются специальными таблицами, составленными опытным путем или эмпирически установленными коэффициентами. 2.Стандартный метод определения редуцирующих сахаров. Принцип метода тот же, что и в предыдущем методе, с той лишь разницей, что дотитровывание Фелинговой жидкости производится в присутствии метиленовой сини, которая в щелочной среде переводится редуцирующими сахарами в лейко-краску. В связи с этим синий цвет раствора, обусловленный метиленовой синью и сохраняющийся во время титрования, мгновенно исчезает, как только появляется избыточная капля редуцирующего сахара, что указывает на конец реакции. Восстановление метиленовой сини идет по схеме:  Метиленовая синь Лейкометиленовая синь Содержание сахара определяют по эмпирически составленной таблице. 3.Йодометрическое определение. Существует два варианта этого метода: 1.Действием щелочного раствора йода (содержание йода точно известно) окисляют альдогексозы с образованием гексоновых кислот. Через 3–10 мин подкисляют разбавленной серной кислотой и титруют избыток йода тиосульфатом натрия в присутствии крахмала. 2.Йодометрическое определение с раствором Фелинга. Углеводы окисляют раствором Фелинга, в котором точно известно содержание меди (2+). Количество меди, не вступившей в реакцию, определяют йодометрически. В результате взаимодействия йодида калия с медью (не восстановленной сахаром) образуется свободный йод, который тотчас же титруют раствором тиосульфата натрия до слабо-желтого окрашивания, добавляют крахмал и титруют далее до исчезновения синей окраски (метод замещения). CH2OH-(CHOH)4-CHO + 2Cu(OH)2 CH2OH-(CHOH)4-COOH + Cu2О + 2H2O 2Cu2+ + 4I– 2CuI + I2 I2 +2S2O32– 2I– + S4O62– Находят содержание восстановленной меди и, следовательно, содержание сахара. Этим методом определяют: глюкозу, фруктозу, инвертный сахар, сахарозу, лактозу, мальтозу, маннозу, крахмал после гидролиза и др. 4.Метод с использованием хромотроповой кислоты.Метод заключается в окислении углеводов действием сильного окислителя (KJO4 + H2SO4) с образованием формальдегида. Образующийся формальдегид конденсируется в сернокислой среде с хромотроповой кислотой. Далее продукт конденсации окисляется серной кислотой с образованием окрашенного в фиолетовый цвет продукта (max = 590 нм). а)  б)  Полученный раствор фотометрируют. Следует отметить, что пентозы не дают этой реакции, т.е. используя данный метод можно различить гексозы и пентозы. 5.Взаимодействие с солями тетразолия. Бесцветные, растворимые в воде соли тетразолия восстанавливаются до интенсивно окрашенных малорастворимых в воде формазанов, имеющих красную окраску. Метод используется для определения глюкозы, лактозы, фруктозы, инвертного сахара.  Бесцветный Красный R: C6H5 – хлорид трифенилтетразолия Реакцию проводят в присутствии пиридина и соляной кислоты, добавляемых для растворения продукта. Оптическую плотность полученного раствора измеряют при 490 нм. 6.Окисление пикриновой кислотой. При взаимодействии восстанавливающих сахаров с насыщенным раствором пикриновой кислоты в присутствии карбоната натрия образуется продукт восстановления пикриновой кислоты, окрашенный в буро-красный цвет (max = 455 нм).  Насыщенный раствор Бурокрасный раствор желтый 455 нм Используется для определения: арабинозы, галактозы, глюкозы, крахмала, лактозы, мальтозы, фруктозы. 7.Феррицианидный метод.Определенное количество красной кровяной соли, K3[Fe(CN)6], восстанавливается испытуемым раствором редуцирующего сахара в желтую кровяную соль. Реакцию проводят при нагревании. Красную кровяную соль титруют исследуемым раствором сахара. Индикатор – метиленовая синь. CH2OH-(CHOH)4-CHO + 6K3[Fe(CN)6] + 6KOH HOOC-(CHOH)4-COOH + 6K4[Fe(CN)6] + 4H2O Окисление глюкозы до сахарной кислоты происходит не сразу, промежуточным продуктом окисления является глюконовая кислота. Окисление фруктозы протекает по схеме: фруктоза арабановая кислота триоксиглютаровая кислота + формальдегид + муравьиная кислота. Мальтоза и лактоза окисляются еще сложнее. Сахароза, крахмал, декстрины красной кровяной солью не окисляются. По израсходованному количеству сахара делают заключение о содержании сахара в растворе. Титрование красной кровяной соли сахаром ведется в щелочной среде при нагревании, в присутствии метиленовой сини в качестве индикатора. Данная реакция также не поддается стехиометрическому выражению, в связи с чем, для расчетов пользуются эмпирически составленными формулами или таблицами. Феррицианидный метод имеет преимущества перед меднощелочным методом: не образуется осадок закиси меди, конец реакции отмечается высокой степенью четкости, нет необходимости в достаточно дефицитной сегнетовой соли. 8.Перманганатный метод. Метод основан на способности редуцирующих сахаров восстанавливать в щелочном растворе медь (II) в медь (I). Определение сахара проводят путем восстановления железа (III) медью (I) и последующего титрования железа (II) перманганатом калия. 9.Методы определения, основанные на реакциях с участием фурфурола и формальдегида, образующихся при дегидратации углеводов. Дегидратация органических гексоз (глюкоза, манноза, фруктоза) серной кислотой приводит к образованию 5-оксиметилфурфурола, который при нагревании разлагается на формальдегид и фурфурол.  Фурфурол Продукты дегидратации углеводов могут быть определены различными методами. 1.Альдегиды могут быть определены по реакции с фенолами. Фенолы легко конденсируются с жирными и ароматическими альдегидами:  Продукты конденсации бесцветны, но при их окислении появляется окраска. Следует отметить, что пентозы образуют только фурфурол (но не формальдегид) и определению гексоз не мешают. Оптическую плотность измеряют при 570 нм, калибровочные графики строят по стандартным растворам глюкозы. Ряд определений углеводов основан на дегидратации и последующем определении фурфурола, 5-метилфурфурола, которые дают окрашенные продукты с фенолами или нафтолами (реакция Молиша). Окраска продуктов может быть красной, синей, фиолетовой, в зависимости от углевода и фенола. Как правило, при определении гексоз растворы фотометрируют при 490 нм, а пентоз при 480 нм. 2.В сернокислой среде антрон конденсируется с альдегидами с образованием окрашенных соединений по схеме:  Использование этой реакции для определения углеводов основано на том, что при действии концентрированной серной кислоты на углеводы образуется фурфурол, 5-метилфурфурол или 5-оксиметилфурфурол, которые дают с антроном интенсивно окрашенные продукты конденсации зеленого или сине-зеленого цвета с max = 620–625 нм. Окраска продуктов реакции определяется углеводом, подвергшимся дегидратации.  Зеленый, сине-зеленый в зависимости от природы УВ Метод позволяет определять 0,001–0,025% углеводов в продукте и рекомендуется для определения гликогена, декстринов, крахмала, маннозы, а также может быть использован для глюкозы, фруктозы, арабинозы. Сахарозу определяют после легкого гидролиза разбавленной соляной кислотой. Гидролиз сахарозы приводит к образованию смеси глюкозы и фруктозы, которую называют «инвертным сахаром»: в ней преобладает сильно левовращающая фруктоза (–92º), которая инвертирует (меняет на обратный) знак вращения правовращающего раствора исходной (+66,5º) сахарозы. Угол вращения плоскости поляризации инвертного сахара –39,5º. По углу вращения плоскости поляризации (с помощью поляриметров) определяют содержание сахарозы в растворе. Метод называется поляриметрическим. В хлебобулочных изделиях сахароза может быть определена биологическим методом, основанным на сбраживании прессованными дрожжами сахара, содержащегося в изделиях. С6Н12О6 2С2Н5ОН + 2СО2 Количество выделившегося углекислого газа определяют газометрическим прибором по объему вытесненного насыщенного раствора поваренной соли или минерального масла. Выделившееся количество углекислого газа пересчитывают на сахарозу. Качественный и количественный анализ отдельных сахаров проводят методами газо-жидкостной, ионообменной или жидкостной хроматографии высокого разрешения. Количественное определение сахаров проводят также методом ионометрии с использованием ферментных электродов, обладающих исключительно высокой селективностью к определенным сахарам. Усваиваемые полисахариды. Крахмал. Стандартного метода определения нет. Многочисленные методы плохо воспроизводимы, что зависит от условий их проведения и содержания крахмала в продукте. Однако все методы предусматривают следующие стадии: 1.Освобождение образцов от простых сахаров экстракцией 80% об. спиртом. 2.Извлечение крахмала из продукта одним из способов: растворение сначала в холодной, затем в горячей воде; растворение в солевом растворе; растворение в щелочном растворе; растворение в растворе хлорной кислоты; гидролиз слабой кислотой. 3.Очистка раствора крахмала от белков (фософорно-вольфрамовой кислотой, ацетатом цинка, желтой кровяной солью, уранилацетатом и другими белковыми осадителями). 4.Непосредственное определение крахмала. Его можно провести весовым методом осаждением 90% об. этанолом, химическим методом после кислотного или ферментативного гидролиза по содержанию восстанавливающих веществ или поляриметрическим методом (по вращению плоскости поляризации полученного раствора), но, как правило, определение крахмала проводят путем определения глюкозы после ферментативного или кислотного гидролиза. Для перерасчета глюкозы на исходный крахмал используют соответствующие коэффициенты (0,93). В зависимости от содержания крахмала рекомендуются различные методы, но ферментативные методы могут использоваться независимо от содержания крахмала. Декстрины. В некоторых случаях в пищевых продуктах (например, в хлебе) определяют декстрины, являющиеся промежуточным продуктом частичного гидролиза крахмала. Их обычно извлекают теплой водой и осаждают 96% об. спиртом. После гидролиза осадка с соляной кислотой определяют восстанавливающие вещества и делают пересчет на декстрины (коэффициент 0,9). Как и при определении крахмала, навеску продукта сначала обрабатывают этанолом для удаления простых сахаров, после чего из остатка извлекают декстрины теплой водой (не более 40ºС, чтобы не вызвать растворения крахмала). Полученный раствор декстринов доводят до метки водой, аликвотную часть подвергают гидролизу. В гидролизате определяют глюкозу, которую пересчитывают на декстрины. Неусваемые углеводы. Общее содержание пищевых волокон обычно определяют гравиметрическим методом. Анализ заключается в использовании фракционирования – сначала растворяют крахмал и белки при помощи ферментов, имитирующих расщепление их в желудочно-кишечном тракте человека (-амилаза, пепсин, панкреатин), растворимые пищевые волокна осаждают спиртом, фильтруют, осадок взвешивают. Пектин. Чаще всего в продуктах встречается так называемый растворимый пектин. Но в некоторых овощах и фруктах, особенно сырых, обнаруживаются заметные количества трудно растворимого, так называемого «протопектина», представляющего в действительности высокомолекулярный пектин. Стандартного метода определения пектина нет. Результаты различных методов могут значительно различаться. Наиболее воспроизводимые методы определения пектинов включают следующие стадии: 1.Освобождение образцов от простых сахаров. 2.Извлечение пектинов из продуктов. Растворимые пектины извлекают экстракцией холодной водой с последующим кипячением. При необходимости извлечь «протопектин» остаток после извлечения растворимого пектина дополнительно кипятят по 30 мин сначала с 0,3 н. раствором HСl, а затем с 1%-ным раствором цитрата аммония. При анализе продуктов, богатых крахмалом, но содержащих небольшое количество пектинов, сначала извлекают сумму крахмала и пектина гидролизом 0,4–0,6%-ной серной кислотой, затем разрушают крахмал ферментативным путем. Пектины осаждают 96%-ным спиртом. Полученный осадок снова растворяют в горячей воде. 3.Осаждение пектинов. Осаждение, как правило, проводят раствором CaCl2 и NaOH. В результате образуется нерастворимый комплекс с гидроокисью кальция. Осадок отмывают от хлоридов, высушивают и взвешивают. Вместо взвешивания можно комплексонометрически определить кальций с трилоном Б и по его содержанию вычислить содержание пектинов. Гемицеллюлозы. По химическим свойствам они весьма близки к пектинам. В их состав входят также пентозы и галактуроновая кислота, однако гидролизуются они труднее. Поэтому их определяют после удаления пектинов теплой водой. Гемицеллюлозы извлекают путем кислотного или щелочного гидролиза. Гидролизаты нейтрализуют и определяют в них редуцирующие вещества. Вычисляют содержание, используя коэффициент 0,9. Клетчатка. Под пищевой клетчаткой понимают целлюлозу с небольшой примесью лигнина и гемицеллюлоз. Наиболее широкое распространение получили два метода определения клетчатки, различающиеся кислотами, используемыми для гидролиза. Суть методов состоит в гидролизе легкорастворимых углеводов, фильтровании остатка через предварительно взвешенный асбестовый фильтр, высушивании и взвешивании. Исследуемый продукт обрабатывают последовательно слабой серной кислотой, слабым раствором щелочи, водой, этанолом и эфиром. При этом в раствор переходят все вещества за исключением чистой клетчатки и части гемицеллюлоз и лигнина (нечистая клетчатка). Нерастворившиеся вещества отделяют, высушивают и взвешивают. Контрольные вопросы: Что такое углеводы и какие классификации углеводов вы знаете? Что такое усваиваемые и неусваиваемые углеводы? Какие функции в организме человека выполняют усваиваемые и неусваиваемые углеводы? Каково рекомендумое количество углеводов и соотношение простых сахаров и полисахаридов в суточном рационе? Какие углеводы называют редуцирующими? Какие методы определения редуцирущих сахаров вы знаете? Что такое инвертный сахар и как проводят инверсию? Как определяют неусваиваемые углеводы в продуктах питания? |
