Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Структурно-функциональные свойства полисахаридов



Все полисахариды, присутствующие в пищевых продуктах, выполняют ту или иную полезную роль, связанную с их молекулярной архитектурой, размером и наличием межмолекулярных взаимодействий, обусловленных, в первую очередь, водородными связями. Целый ряд полисахаридов являются неусваиваемыми. Это, главным образом, целлюлоза, гемицеллюлоза и пектиновые компоненты клеточных стенок овощей, фруктов и семян. Эти компоненты придают многим продуктам плотность, хрупкость, а также приятное ощущение во рту. И, кроме того, они важны (как пищевые волокна) в нормальной жизнедеятельности человеческого организма.

Полисахариды, присутствующие в пищевых продуктах, выполняют важную функцию, которая заключается в обеспечении их качества и текстуры: твердости, хрупкости, плотности, загустевания, вязкости, липкости, гелеобразующей способности, ощущения во рту. Именно благодаря полисахаридам образуется структура пищевого продукта – мягкая или хрупкая, набухшая или желеобразная.

В принципе, полисахариды должны быть растворимы, поскольку они состоят из гликозидных единиц (гексоз или пентоз), а каждая гликозидная единица имеет несколько точек для образования водородных связей.

Так, например, в глюкане пять кислородов в цепи могут участвовать в образовании водородных связей:

Каждый гидроксильный водород или кислород может потенциально связывать молекулу воды, и таким образом каждая единица в цепи может быть полностью гидратирована, что должно было бы привести к растворимости всей молекулы. Но полисахариды не растворимы в воде, если доступ к воде ограничен. Это имеет место у полностью линейных молекул, где цепи полностью растянуты и, вследствие этого, могут тесно примыкать друг к другу вдоль всей длины. Это, в первую очередь, относится к целлюлозе. Одна линейная молекула может за счет водородных связей связываться с другой линейной молекулой, образуя кристаллическую структуру. При таком упорядоченном устройстве не остается мест связывания для образования в системе вода–целлюлоза водородных связей, и поэтому эти кристаллические области нерастворимы в воде и очень стабильны. Известно, например, что деревья растут и существуют веками. Тем не менее, не вся целлюлозная молекула вовлекается в кристаллические образования, благодаря чему остаются области, доступные для образования водородных связей между молекулой целлюлозы и водой. Это аморфные, неструктурированные области, которые являются высокогидратированными. Подобное имеет место в том случае, если некоторые секции одной целлюлозной молекулы связаны с некоторыми секциями другой целлюлозной молекулы в "спагетти-манере", делая взаимодействие между цепями невозможным.

Если единообразные линейные молекулы перенесены в раствор при нейтральном значении рН, то они могут взаимодействовать между собой таким образом, как при образовании кристаллических зон в целлюлозе, то есть вода будет исключена из зон связывания. Если температура недостаточна высока, чтобы растянуть сегменты цепей, то эти комбинированные сегменты не только будут оставаться, но и могут даже расти, вовлекая соседние единицы других цепей в образование зон связывания. Если много молекул вносят вклад в образование этих зон, то со временем может возникнуть частица, которая достигает размера, при котором гравитационный эффект заставляет ее осаждаться. Этот эффект, наблюдающийся при стоянии амилозных клейстеров, когда длинные и сравнительно неширокие молекулы начинают кристаллизоваться, называют

ретроградацией крахмала. Процесс исключения воды, который сопровождает ретроградацию, называется синерезисом.

В ряде случаев зоны взаимодействия не растут по размеру так, как описано выше, а остаются в виде сегментов только двух молекул. Новая зона взаимодействия одной из этих молекул с новой молекулой образуется совершенно в другом месте. Таким образом, каждая полисахаридная молекула будет участвовать в двух и более зонах соединения. Эти молекулярные ассоциации образуют трехмерную сетку с растворителем, в которой молекулы воды распределены везде (см. гл. 10). В результате образуется уникальная структура: вначале был раствор, затем образовался гель. Образование гелей, например, имеет место при быстром охлаждении концентрированных амилозных крахмальных клейстеров.

Сила геля зависит от силы зон связывания, которые держат всю структуру вместе. Если протяженность зон связывания небольшая, силы, удерживающие цепи соседних молекул, невелики, и молекулы могут разделиться под внешним давлением или при небольшом увеличении температуры, которая способствует увеличению движения полимерных цепей. Такие гели называют слабыми, они термически нестабильны. Если протяженность зон связывания велика, то силы, удерживающие цепи соседних молекул достаточны, чтобы противостоять воздействию температуры и внешнего давления. Такие гели называют твердыми, они термостабильны. Силой гелей можно управлять контролируя зоны связывания, что очень важно для технологии многих пищевых продуктов.

Разветвленные полисахариды (например, амилопектин) или гетерополигликаны не могут тесно располагаться друг к другу, поэтому и не могут формировать зоны связывания существенных размеров и силы, чтобы образовать гель. Такие молекулы просто образуют вязкие стабильные растворы. Это же относится к заряженным полисахаридам, содержащим –СООН группы. Наличие отрицательного заряда приводит к отталкиванию приближающихся сегментов цепей и таким образом предотвращает образование зон связывания.

Все растворимые полисахариды дают вязкие растворы из-за большого размера их молекул. Среди натуральных пищевых полисахаридов наименее вязкими являются растворы гуммиарабика. Вязкость зависит от размера молекулы, формы и заряда. Если молекула имеет заряд за счет ионизации присутствующих в ней карбоксильных групп, то эффект влияния заряда может быть очень большим во всех случаях, кроме очень кислых растворов. Для карбоксилсодержащих полисахаридов этот эффект минимален при рН 2,8, когда ионизация –СООН групп подавлена и полисахарид ведет себя как незаряженная молекула. Вязкость зависит от присутствия полиэлектролитов, поскольку они влияют на конфигурацию

и размер молекулы, и природы посторонних присутствующих веществ, так как их наличие может оказывать тормозящее действие на истечение полимера.

С точки зрения стерических причин, все линейные молекулы, несут они заряд или нет, требуют для вращения больше пространства, чем высокоразветвленные той же молекулярной массы. Таким образом, как правило, растворы линейных полисахаридов имеют большую вязкость, чем разветвленных. Отсюда, с точки зрения обеспечения вязкости, структуры или гелеобразования в пищевых продуктах, более полезны линейные полисахариды.

Все, что заставляет нерастворимые линейные молекулы становиться более вытянутыми, вызывает увеличение вязкости, и, соответственно, если в результате какого-либо воздействия молекулы становятся менее линейными, то есть более компактными или свернутыми, вязкость раствора уменьшается. В пищевых продуктах негелеобразующие компоненты могут изменять вязкость путем их влияния на полисахариды. Так, сахара, связывая доступные молекулы воды, уменьшают их количество для взаимодействия с полисахаридами. Это приводит к тому, что полисахаридные молекулы сворачиваются за счет образования между ними водородных связей. В результате может образоваться гель или происходит усиление геля, как например, в геле пектина. Соли могут снижать отталкивающий эффект, приводя к скручиванию полисахаридных молекул, укрупнению и даже осаждению их.

168 :: 169 :: 170 :: 171 :: Содержание

171 :: 172 :: 173 :: 174 :: 175 :: 176 :: 177 :: 178 :: 179 :: Содержание

Крахмал

Крахмал – растительный полисахарид со сложным строением. Он состоит из амилозы и амилопектина; их соотношение различно в различных крахмалах (амилозы 13–30%; амилопектина 70–85%).

Амилоза и амилопектин (их свойства приведены в табл. 3.13) в растениях формируются в виде крахмальных зерен, структура которых до конца

Таблица 3.13.Свойства амилозы и амилопектина

Свойства Амилоза Амилопектин
Молекулярная масса 50 тыс– 2 млн От 1 до нескольких млн
Способность к ретроградации Высокая Низкая
Продукты действия β-амилазы Мальтоза Мальтоза; β-предельный декстрин
Продукты действия глюкоамилазы D-глюкоза D-глюкоза
Форма молекулы Линейная Разветвленная

не выяснена. Крахмал является важным компонентом пищевых продуктов, исполняя роль загустителя и связывающего агента. В одних случаях он присутствует в сырье, которое перерабатывается в пищевые продукты (например, хлебобулочные изделия). В других его добавляют для придания продукту тех или иных свойств – он используется широко при производстве пудингов, концентратов супов, киселей, соусов, салатных приправ, начинок, майонеза; один из компонентов крахмала – амилоза – используется для пищевых оболочек и покрытий.

Клейстеризация и другие свойствакрахмала, имеющие важное значение для пищевых продуктов. Неповрежденные крахмальные зерна нерастворимы в холодной воде, но могут обратимо впитывать влагу и легко набухают. Увеличение диаметра зерен при набухании зависит от вида крахмала. Например, для обычного кукурузного крахмала – 9,1%, для восковидного – 22,7%.

По мере повышения температуры увеличивается колебание крахмальных молекул, разрушаются межмолекулярные связи, что приводит к освобождению мест связывания для взаимодействия с молекулами воды через водородные связи. Это проникновение воды и увеличивающееся разделение больших и длинных сегментов крахмальных цепей увеличивает неупорядоченность в общей структуре и уменьшает число и размер кристаллических областей. При дальнейшем нагреве в присутствии большого количества воды происходит полная потеря кристалличности, сопровождающаяся потерей очертания крахмальных зерен. Как правило, большие крахмальные зерна клейстеризуются при более низкой температуре, чем мелкие. Температуру, соответствующую разрушению внутренней структуры крахмальных зерен, называют температурой клейстеризации. Она зависит от источника получения крахмала (см. табл. 3.14).

Во время клейстеризации зерна крахмала набухают очень сильно. Кривые вязкости, полученные на ротационном вискозиметре, показывают, что сначала увеличение температуры ведет к крутому подъему вязкости, что связано с набуханием крахмальных зерен. Затем набухшие крахмальные зерна разрываются и дезинтегрируют, вызывая падение вязкости (см. рис. 3.31). Наклон кривых сильно различается для различных крахмалов.

Способность крахмала образовывать клейстеры делает его ценным компонентом пищевых продуктов.

Клейстеризация крахмала, вязкость крахмальных растворов, характеристика крахмальных гелей зависят не только от температуры, но и от вида и количества других присутствующих компонентов. С этим необходимо считаться, поскольку в процессе производства пищевых продуктов крахмал находится в присутствии таких веществ, как сахар, белки, жиры, пищевые кислоты и вода.

Таблица 3.14.Зависимость температуры клейстеризации крахмала от источника получения

Источник Содержание амилозы, % Температуры клейстеризации, °С
Кукуруза 62-70
Картофель 58-66
Тапиока 52-64
Пшеница 53-65
Рис 61-78
Рожь 57-70
Ячмень 56-62
Овес 56-62
Сорго 69-75
Горох 57-70
Фасоль 64-67
Восковидная кукуруза 63-72

 



Рис. 3.31.Изменение вязкости в процессе клейстеризации крахмальной суспензии

В пищевых продуктах вода не просто среда для реакции, а активный ингредиент в происходящих процессах. Важно не общее количество воды, а ее доступность для участия в превращениях, или активность воды (aw). На активность воды оказывают влияние соли, сахара и другие связывающие воду компоненты. Если эти вещества присутствуют в больших количествах, aw будет ниже и клейстеризация крахмала может не происходить или будет идти ограниченно. В сущности, связывающие воду агенты тормозят клейстеризацию

крахмала, поскольку они связывают воду и уменьшают таким образом количество воды, доступное для участия в клейстеризации.

Высокие содержания сахара уменьшают скорость клейстеризации крахмала, снижают пик вязкости. Дисахариды являются более эффективными с точки зрения замедления клейстеризации и снижения пика вязкости, чем моносахариды (рис. 3.32). Кроме того, сахара уменьшают силу крахмальных гелей, играя роль пластификатора и вмешиваясь в образование зон связывания.


Рис. 3.32. Влияние сахаров на развитие вязкости при клейстеризации кукурузного крахмала (100°С)

На клейстеризацию крахмала при производстве пищевых продуктов оказывают влияние и липиды – триглицериды (жиры, масла), моно- и диацилглицериды. Жиры, которые могут давать комплексы с амилозой, тормозят набухание крахмальных зерен. Вследствие этого в белом хлебе, в котором мало жира, 96% крахмала обычно полностью клейстеризовано. При производстве пекарских изделий эти два фактора (большие концентрации жира и низкая aw) вносят большой вклад в неклейстеризацию крахмала.

Моноацилглицериды жирных кислот (С16–С18) приводят к увеличению температуры клейстеризации, увеличению температуры, соответствующей пику вязкости, уменьшению силы геля. Это связано с тем, что компоненты жирных кислот в моноацилглицеридах могут образовывать соединения включения с амилозой, а, возможно, и с длинными внешними цепями амилопектина (рис. 3.33).

Образование этих комплексов препятствует доступу воды в гранулу. Кроме того, липид-амилозные комплексы вмешиваются также и в образование зон связывания.


Рис.3.33. Образовывание соединений включения

Благодаря нейтральному характеру крахмала низкие концентрации солей, как правило, не оказывают влияния на клейстеризацию или образование геля. Исключение составляет картофельный амилопектин, который содержит фосфатные группы. В этом случае соли могут, в зависимости от условий, либо увеличивать, либо уменьшать набухание. Это необходимо учитывать при выборе длительности и температурного режима процессов приготовления соответствующих пищевых продуктов с использованием крахмала в качестве загустителя.

Кислоты присутствуют во многих продуктах, где используется крахмал в качестве загустителя. Однако большинство пищевых продуктов имеет рН в области 4–7, и эти концентрации ионов Н+ не оказывают большого влияния на набухание крахмала или его клейстеризацию. Скорость набухания сильно увеличивается при рН 10, но это значение находится за зоной рН пищевых продуктов. При низких рН (салатные приправы, фруктовые начинки) имеет место заметное снижение пика вязкости крахмальных клейстеров и быстрое снижение вязкости при нагревании (см. рис. 3.34).


Рис. 3.34.Влияние рН на вязкость клейстера кукурузного крахмала при нагревании (90°С)

Поскольку при низких рН имеет место интенсивный гидролиз с образованием незагустевающих декстринов, необходимо, чтобы избежать кислотного разжижения, использовать в качестве загустителя в кислых продуктах модифицированные поперечно-сшитые крахмалы. Вследствие

большого размера их молекул снижение вязкости в результате гидролиза становится мало ощутимым.

Для многих пищевых продуктов, особенно для пшеничного теста, очень большое значение имеет взаимодействие белок–крахмал. Это в первую очередь важно с точки зрения формирования структуры хлеба, которая связана с образованием клейковины (при перемешивании в процессе тестоприготовления), клейстеризацией крахмала и денатурацией белка, благодаря нагреванию в присутствии воды. Однако точная природа взаимодействия между крахмалом и белком в пищевых системах остается неясной. Это связано с трудностями в изучении взаимодействия двух неподобных макромолекул.

При производстве замороженных пищевых продуктов, в которых крахмал выполняет роль загустителя, необходимо считаться с возможностью ретроградации амилозы в процессе оттаивания. Если в этом случае используется обычный крахмал, то при оттаивании изделия приобретают волокнистую или зерноподобную структуру. Предпочтительнее для таких изделий использовать восковидный кукурузный крахмал, который практически не содержит амилозы, или фосфатные поперечно-сшитые крахмалы (см. табл. 3.15).

У многих крахмалсодержащих пищевых продуктов (в первую очередь, хлебобулочных) при хранении наблюдается черствение, которое тоже связано, особенно на начальной стадии, с ассоциацией амилозных молекул. При длительном хранении может иметь место и ассоциация длинных ветвистых молекул амилопектина. Для предотвращения черствения в таких изделиях целесообразно использовать в качестве добавок жиры, которые образуют комплексы с амилозой. Эффект черствения может быть частично реверсирован в хлебе прогревом и смачиванием водой. При этом в результате термического движения крахмальных молекул имеет место частичный возврат к более аморфной структуре, которая менее плотно упакована, и поэтому текстура изделия становится мягче.

Модифицированные крахмалы. Учитывая влияние, которое имеют те или иные свойства крахмала на качество пищевых продуктов, целесообразно применение в целом ряде производств различных модифицированных крахмалов.

Предварительно клейстеризованный крахмал. Его получают путем клейстеризации крахмальной суспензии, помещаемой между двумя обратновращающимися горизонтальными цилиндрами, которые нагреваются паром, последующего высушивания в виде тонкой пленки и измельчения в порошок. Этот крахмал может быть получен также распылительной сушкой крахмального клейстера. Отличительной особенностью этого крахмала является способность к быстрой регидратации в воде, что дает возможность использовать его в качестве

Таблица 3.15.Свойства различных кукурузных крахмалов

Тип Соотношение амилоза : амилопектин Температура клейстеризации, "С Отличительные свойства
Нормальный 1:3 62-72 Невысокая стабильность при замораживании– оттаивании
Восковидный 0:1 63-72 Минимальная ретроградация
Кислотно-модифицированный Различное 69-79 Растворим в кипящей воде; пониженная вязкость горячих клейстеров по сравнению с нормальным крахмалом
Гидроксиэтилинированный " 58-68 Увеличенная прозрачность клейстеров; уменьшенная способность к ретроградации
Монофосфатный " 56-66 Набухает в холодной воде, пониженная способность к ретроградации
Ацетилированный " 55-65 Хорошая прозрачность клейстеров и стабильность
Поперечно-сшитый " Выше, чем у немодифицированных, зависит от степени сшитости Высокая стабильность клейстеров, пониженная способность к ретроградации, стабильность при замораживании и оттаивании

загустителя в пищевых продуктах без нагревания (например, в пудингах, начинках и т. п.).

Крахмал, модифицированный кислотой. Кислотный гидролиз при температуре ниже температуры клеистеризации имеет место в аморфных зонах крахмального зерна, оставляя кристаллические зоны относительно нетронутыми, причем в большей степени идет гидролиз аминопектина, а не амилозы. Обычно его получают путем обработки крахмальной суспензии соляной или серной кислотой при температуре 25–55°С, причем время обработки зависит от показателя вязкости, которую хотят получить, и может составлять 6–24 часа. Этот крахмал практически нерастворим в холодной воде, но хорошо растворим в кипящей воде. Для этого крахмала, по сравнению с исходным, характерна более низкая вязкость горячих клейстеров, уменьшение силы геля, увеличение температуры клеистеризации. Благодаря способности этого крахмала образовывать горячие концентрированные клейстеры, которые при остывании на холоде дают гель, его можно с успехом применять в

качестве умягчителя при производстве желированных конфет, а также для получения защитных пленок.

Этерифицированные крахмалы. Известно, что крахмал может быть подвергнут этерификации. Поскольку D-гликопиранозилмономер содержит три свободных гидроксила, степень замещения (СЗ) может быть от 0 до 3. Считается, что коммерчески более целесообразны производные, имеющие СЗ меньше чем 0,1. Такая модификация приводит к определенным изменениям коллоидных и других свойств, которые существенны для пищевых продуктов. Введение гидроксиэтилгрупп при низкой СЗ приводит к снижению температуры клейстеризации, увеличению скорости набухания зерен, уменьшает тенденцию к гелеобразованию и ретроградации. Они находят применение как пищевая добавка-загуститель в салатных приправах, начинках и других подобных продуктах.

Ацетаты крахмала низкой степени замещения получают путем обработки зерен крахмала уксусной кислотой или, предпочтительнее, ацетан-гидридом в присутствии катализатора (как правило при рН 7– 11; t = 25°С; СЗ = 0,5). Растворы ацетатов крахмала очень стабильны, поскольку наличие ацетил-групп препятствует ассоциации двух амилозных молекул и длинных боковых цепей амилопектина. Ацетаты крахмала по сравнению с обычным кукурузным крахмалом имеют пониженную температуру клейстеризации, пониженную способность к ретроградации, образуют прозрачные и стабильные клейстеры. Благодаря этим качествам ацетаты крахмала применяют в замороженных продуктах, пекарских изделиях, инстант-порошках и т.д.

Монофосфатные эфиры зернового крахмала получают реакцией сухой смеси крахмала и кислых солей орто-, пиро- или триполифосфата при повышенной температуре (обычно 50–60°С, 1 час). СЗ обычно меньше чем 0,25, но можно получать продукты и с более высокой степенью замещения путем повышения температуры, концентрации фосфата и длительности реакции. По сравнению с обычным крахмалом этот крахмал имеет более низкую температуру клейстеризации, набухает в холодной воде (СЗ = 0,07 и выше), имеет пониженную способность к ретро-градации. Характеристика фосфатных зерновых крахмалов в принципе подобна картофельному крахмалу, который тоже содержит фосфатные группы. Монофосфатный крахмал применяют в замороженных продуктах в качестве загустителя, благодаря его исключительной стабильности при замораживании–оттаивании. Предварительно клейстеризованный фосфатный крахмал диспергируется в холодной воде, благодаря чему может успешно использоваться в инстант-десертных порошкообразных продуктах и в мороженом.

В отличие от монофосфатного крахмала, в дифосфатном крахмале фосфат этерифицируется с двумя гидроксильными группами, часто из

двух соседних крахмальных цепей. Таким образом, образуется химический мост между близлежащими цепями, и эти крахмалы относят к поперечно-сшитым крахмалам. Наличие ковалентной связи между двумя крахмальными цепями предохраняет крахмальные зерна от набухания, дает большую стабильность при нагревании и возможном гидролизе.

Поперечно-сшитые крахмалы могут быть получены реакцией крахмала (R–ОН) с би- и полифункциональными агентами, такими как триметафосфат натрия, оксихлорид фосфора, смешанные ангидриды уксусной и дикарбоновой (например, адипиновой) кислот.

Наиболее значительное изменение в свойствах поперечно-сшитого крахмала – высокая стабильность при повышенных температурах, низких значениях рН, механических воздействиях, снижение способности к ретроградации, стабильность при замораживании–оттаивании; при хранении клейстеров поперечно-сшитых крахмалов не наблюдается синерезис. Благодаря этим свойствам поперечно-сшитые крахмалы применяют в детском питании, салатных приправах, фруктовых начинках, в кремах.

Окисленные крахмалы. Они могут быть получены при действии окислителей (например NaCIO, KMnO4, КВгО3) на водную суспензию крахмала при температуре более низкой, чем температура клейстеризации. При действии окислителей идет гидролитическое расщепление гликозидных связей с образованием карбонильных групп, окисление спиртовых групп в карбонильные, а затем и в карбоксильные. Обычно окисленный крахмал содержит одну –СООН группу на 25–30 гликозидных единиц.

Они используются как низковязкостные наполнители (в частности, например, в салатных приправах, соусах типа "майонез"). Эти крахмалы не проявляют склонности к ретроградации, не образуют непрозрачных гелей. Применение таких крахмалов при производстве хлеба способствует улучшению физических свойств теста, улучшению пористости готовых изделий и замедлению их черствения. Крахмал, модифицированный перманганатом калия, находит применение в производстве желейных конфет – вместо агара и пектина.

171 :: 172 :: 173 :: 174 :: 175 :: 176 :: 177 :: 178 :: 179 :: Содержание

179 :: 180 :: Содержание

Гликоген

Гликоген находится в пищевых продуктах в очень небольших количествах, благодаря малому содержанию в мясной ткани и печени. Это гомоглюкан, подобный по структуре крахмальному амилопектину; он содержит α-D-(l,4) и α-D-(1,6) глюкозидные связи, однако, в отличие от крахмального амилопектина, он имеет большую молекулярную массу.

Гликоген – резервный углевод в мясной и печеночной ткани, но после убоя животных он быстро расщепляется с образованием D-глюкозы и затем преобразуется в лактат.

179 :: 180 :: Содержание

180 :: 181 :: Содержание

Целлюлоза

Целлюлоза – компонент клеточных стенок. Она обычно ассоциируется с различными гемицеллюлозами и лигнином; и тип и размер этих ассоциаций образует характерную текстуру пищевых растений. Однако большинство из текстуральных изменений во время созревания и уборки растений имеет место благодаря изменениям пектина.

Целлюлоза – моноглюкан, состоящий из линейных цепей β-D-(l,4)-глюкопиранозных единиц. Исключительная линейность целлюлозы дает возможность молекулам ассоциировать, что имеет место в деревьях и других растениях. Целлюлоза имеет аморфные и кристаллические области, и именно аморфные зоны подвергаются воздействию растворителей и химических реагентов.

При производстве пищевых продуктов находит применение микрокристаллическая целлюлоза, для получения которой используют кислотный гидролиз целлюлозы. В этом случае аморфные области гидролизованы кислотой, остаются только небольшие кислотоустойчивые области. Этот продукт используется как наполнитель и реологический компонент в низкокалорийных пищевых продуктах.

Более жесткая химическая модификация целлюлозы используется для приготовления пищевых загустителей на целлюлозной основе.

Наиболее широко используется натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы (Na-КМЦ). Ее получают обработкой целлюлозы щелочью и хлор-уксусной кислотой:

Благодаря реологическим свойствам и отсутствию токсичности и усваиваемости Na-КМЦ находит широкое применение (особенно за рубежом) в пищевых продуктах. Она выполняет роль загустителя в начинках, пудингах, мягких сырах, фруктовых желе. Ее способность удерживать влагу делает ее полезной в пекарских изделиях, мороженом и различных замороженных десертах, где она ингибирует рост кристаллов. Она замедляет рост

кристаллов сахара в кондитерских изделиях, глазури и сиропах, что имеет важное значение при длительном хранении изделий. Она способствует стабилизации эмульсий в соусах и салатных приправах, используется при производстве низкокалорийных продуктов. В низкокалорийных напитках, насыщенных СО2, она способствует сохранению диоксида углерода.

Путем алкилирования могут быть получены другие производные целлюлозы с хорошими набухающими свойствами и повышенной растворимостью. Благодаря этому они также перспективны для применения в пищевых продуктах и широко применяются за рубежом. Наибольший интерес из этих продуктов представляет метилцеллюлоза. Метилцеллюлозу получают действием метилхлорида на целлюлозу в щелочной среде. СЗ зависит от условий проведения реакции. Регулируя условия проведения реакции можно получать продукты с разной набухающей способностью и растворимостью в воде. Наибольшая растворимость характерна для продуктов с СЗ = 1,64 – 1,92. Для метилцеллюлозы характерным свойством является снижение вязкости с ростом температуры и гелеобразование при определенной температуре. Этот продукт является неусваиваемым, и, таким образом, его применение в пищевых продуктах не увеличивает их калорийность.

В пищевых продуктах метилцеллюлоза может выполнять функции водоудерживающего агента (например, в пекарских изделиях), ингибитора синерезиса (замороженные продукты), умягчителя и стабилизатора эмульсий (соусы, салатные приправы). Она может служить наполнителем для низкобелковых пищевых продуктов, оказывает благоприятное действие на текстуру и структуру изделий. Кроме того, она может быть очень полезна при производстве продуктов в съедобных оболочках.

180 :: 181 :: Содержание

181 :: 182 :: Содержание

Гемицеллюлозы

Известно, что клеточные стенки растений представляют собой комплексную матрицу, состоящую из целлюлозы, лигнина и гемицеллюлоз. Гемицеллюлозы – класс полисахаридов, неусваиваемых человеческим организмом.

Основная гемицеллюлоза в пищевых продуктах – ксилан. Этот полимер состоит в основном из β-D-(1,4)-ксилопиранозильных единиц, часто содержит p-L-арабинофуранозильные боковые цепи от третьей позиции нескольких D-ксилозных колец. Другие типичные составляющие – метиловые эфиры D-глюкуроновой кислоты, D- и L-галактоза, ацетильные эфирные группы.

Присутствие гемицеллюлоз в пекарских изделиях имеет важное значение благодаря способности связывать воду. При приготовлении пшеничного теста они улучшают качество замеса, уменьшают энергию перемешивания, участвуют в формировании структуры теста, в частности

в формировании клейковины, что в итоге оказывает благоприятное действие для получения хорошего объема хлеба. Безусловный интерес при производстве хлебобулочных изделий представляет то, что гемицеллюлозы тормозят черствение хлеба.

Вторая важная функция гемицеллюлоз в пищевых продуктах заключается в том, что они, как пищевые волокна, образуют часть неперевариваемого комплекса, что чрезвычайно важно для перистальтики кишечника. Хотя эффект этих полисахаридов в отношении желчных кислот и метаболизма стероидов недостаточно изучен, известно, однако, что они важны для удаления желчных кислот и снижения уровня холестерина в крови. Установлено, что пищевые волокна, в том числе гемицеллюлозы, снижают риск кардиологических заболеваний и злокачественных новообразований прямой кишки, а для больных диабетом – потребность в инсулине.

181 :: 182 :: Содержание

182 :: 183 :: 184 :: Содержание

Пектиновые вещества

Пектин содержится в растительных пищевых продуктах, например, в фруктах и овощах. В растительной клетке пектин выполняет функцию структурирующего агента в центральном слое клеточной стенки. Кроме того, благодаря своей сильной способности к набуханию и своему коллоидному характеру пектин регулирует водный обмен растений. Название "пектин" происходит от греческого слова "пектос", что означает "желированный", "застывший".

Благодаря прекрасным желирующим свойствам пектин широко применяется при производстве пищевых продуктов – кондитерских изделий, фруктовых желе, джемов. Пектин вместе с другими некрахмалистыми полисахаридами образует группу пищевых волокон, значение которых уже обсуждалось. Кроме того, пектин обладает детоксицирующими свойствами, т. к. способен связывать токсичные элементы и радионуклиды и выводить их из человеческого организма (см. табл. 3.16 и 3.17). Это делает пектин и пектинсодержащие продукты ценной добавкой при производстве пищевых продуктов лечебно-профилактического назначения.

Таблица 3.16.Связывание свинца пектином

Пектин Степень этерификации % Комплексообразующая способность, мг пектина/мг Pb
Яблочный
Яблочный низкометоксилированный
Свекловичный

Таблица 3.17. Связывание различных элементов (в % от добавленного компонента)

Элемент Пектин яблочного порошка Низкометоксилированный яблочный пектин
Свинец
Медь
Цезий
Лантан
Цирконий
Никель

Важным свойством пектина, обусловливающим его применение в пищевых продуктах, является гелеобразование. Образование гелей обусловлено ассоциацией пектиновых цепей с образованием трехмерной пространственной структуры, где два или более участка цепи сближаются друг с другом с регулярной частотой. Имеются различные виды ассоциаций, которые определяются степенью этерификации.

Нормальные пектины (степень этерификации 50%), как правило, лучше всего образуют гели при концентрации 1%, хотя концентрация может варьировать в зависимости от вида пектина.

Желирование высокоэтерифицированных пектинов вызывается двумя факторами: а) добавлением сахара, который вызывает дегидратацию пектиновых молекул, способствуя тем самым их сближению; б) снижением рН среды, которое подавляет диссоциацию свободных карбоксильных групп, снижая тем самым электростатическое отталкивание цепей.

Данный механизм описан в литературе, как "сахарно-кислотное" желирование. Он протекает при содержании сухих веществ в среде не менее 55% и рН 3,0. Результаты последних исследований показывают, что гели из высокоэтерифицированных пектинов могут стабилизироваться в результате возникновения водородных связей и гидрофобных взаимодействий.

Низкоэтерифицированные пектины могут образовывать гели в отсутствие сахаров, но требуют присутствия бивалентных катионов (например, Са2+). Добавка ионов кальция вызывает образование кальциевых мостиков, соединяющих молекулы пектина. Однако при передозировке кальция может происходить тесное сближение пектиновых цепочек, в результате чего пространственная структура не образуется. Кроме того, может иметь место выпадение в осадок пектината кальция. Низкоэтерифицированный пектин менее чувствителен к рН, чем стандартные пектиновые гели – для нормальных пектинов область рН 2,7–3,5, оптимум – 3,2 (см. табл. 3.18). Гели этого типа используют в бессахарных или низкосахарных диетических джемах и желе. Хотя гелеобразование низкоэтерифицированного пектина и не требует сахара, добавление 10–20% сахарозы дает возможность улучшить текстуру геля, так как без сахара (или

других пластификаторов) эти гели имеют тенденцию быть хрупкими и менее эластичными, чем из обычного пектина.

Таблица 3.18.Влияние степени этерификации пектина на образование геля

Степень этерификации Условия образования геля
рН Сахар, % Двухвалентный ион
>70 2,8-3,4 Нет
50-70 2,8-3,4 Нет
<50 2,5-6,5 Да

Кроме отмеченных выше факторов на желирующие свойства пектина влияют также:

а) молекулярная масса – с ее увеличением возрастает сила геля;

б) распределение рамнозы – наличие в цепи пектиновой молекулы рамнозы вызывает зигзагообразные изгибы, что влияет на ассоциацию пектиновых молекул и, следовательно, на образование гелей;

в) ацетильные группы – в высокоэтерифицированных пектинах ацетильные группы стерически препятствуют образованию пектиновых ассоциаций, а в низкоэтерифицированных – взаимодействию между ионами кальция и свободными карбоксильными группами.

182 :: 183 :: 184 :: Содержание

184 :: 185 :: 186 :: Содержание

3.6. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛЕВОДОВ
В ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТАХ

Моно- и олигосахариды.Для определения этих углеводов используют их восстанавливающую способность. Сначала их извлекают из пищевых продуктов 80%-м этиловым спиртом. Спиртовые экстракты упаривают под вакуумом, разбавляют горячей водой и фильтруют. При анализе продуктов, относительно богатых белками и фенольными соединениями, фильтрат дополнительно обрабатывают нейтральным раствором ацетата свинца, избыток которого удаляют сульфатом, фосфатом или оксалатом натрия. Осадок отфильтровывают, а в фильтрате определяют восстанавливающие (редуцирующие) сахара с использованием гексацианоферрата (III) калия, фелинговой жидкости или иодометрически. Для определения сахарозы (вместе с редуцирующими сахарами) ее необходимо предварительно гидролизовать.

Качественный и количественный анализ отдельных сахаров проводят методами газо-жидкостной, ионообменной или жидкостной хроматографией высокого разрешения. Количественные определения сахаров проводят также методом ионометрии с использованием ферментных

электродов, обладающих исключительно высокой селективностью к определенным сахарам.

Усваиваемые полисахариды.Определение крахмала основано, как правило, на определении полученной при гидролизе глюкозы химическими методами или на способности полученных растворов вращать плоскость поляризации. Для определения крахмала необходимо предварительно освободиться от моно- и олигосахаридов экстракцией 80%-м этанолом. Затем проводят извлечение крахмала из продукта каким-либо способом (например, растворением сначала в холодной, потом в горячей воде) и освобождаются от белков путем обработки раствора фосфорно-вольфрамовой кислотой, ацетатом цинка, гексацианоферратом (III) калия или другими белковыми осадителями. Определение крахмала проводят, как правило, путем определения глюкозы после ферментативного или кислотного гидролиза. Для расчета используют соответствующие коэффициенты. Можно применять метод поляриметрии.

Для определения декстринов их извлекают теплой (40°С) водой и осаждают 96%-м этанолом, проводят гидролиз и определяют глюкозу. Для расчета используют соответствующие коэффициенты. Можно использовать метод спектрофотометрии, измеряя интенсивность окраски иод-крахмального комплекса.

Неусваиваемые углеводы.Общее содержание пищевых волокон (лигнин + неусваиваемые углеводы) 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 (α-амилаза, пепсин, панкреатин), растворимые пищевые волокна осаждают спиртом, фильтруют, осадок взвешивают.

Пектин.Определение основано на извлечении пектина (растворимого пектина и протопектина) из пищевого продукта, осаждении и взвешивании. Для извлечения растворимого пектина применяют экстракцию холодной водой с последующим кипячением. Для извлечения протопектина применяют кипячение с соляной кислотой после извлечения растворимого пектина. Для продуктов, богатых крахмалом, применяют специальные приемы его отделения. Для осаждения пектина проводят реакцию с хлоридом кальция. Помимо взвешивания можно определять в осадке содержание кальция комплексонометрически с трилоном Б и по этим данным рассчитывать содержание пектина.

Гемицеллюлозы.Они гидролизуются труднее, чем пектин, их определяют после удаления пектинов. Определение гемицеллюлоз основано на определении восстанавливающих сахаров, полученных при кислотном или щелочном гидролизе. Для расчета используются соответствующие коэффициенты.

Клетчатка.Метод определения клетчатки основан на проведении гидролиза легкорастворимых углеводов при соответствующих условиях и получении негидролизуемого остатка, который взвешивают.

Завершая рассмотрение углеводов с точки зрения пищевой химии, следует сказать, что все углеводы, независимо от того простые они или сложные, имеют большое значение не только как усваиваемые или неусваиваемые человеком вещества, но и в отношении их важной роли в пищевых продуктах и в пищевых технологиях. Углеводы, особенно крахмал и сахароза, обеспечивают основную часть калорийности рациона и вносят значительный вклад в сенсорную оценку пищевых продуктов. Углеводы также вносят большой вклад в текстуру продуктов, поскольку они способны влиять на вязкость, кристаллизацию, гелеобразование, стабильность. Они влияют на приятные ощущения во рту благодаря сладости, на цвет и аромат пищевых продуктов благодаря их способности претерпевать химические превращения с образованием окрашенных и ароматических веществ. При производстве многих пищевых продуктов углеводы составляют один из главных сырьевых ресурсов для физических, химических, биохимических и микробиологических процессов, управление которыми позволяет получать широкую гамму продуктов питания разного назначения с различными свойствами.

Контрольные вопросы

  1. Что такое усваиваемые и неусваиваемые углеводы?
  2. Какие функции в организме человека выполняют усваиваемые и неусваиваемые углеводы?
  3. Какие превращения претерпевают углеводы при производстве пищевых продуктов и в каких реакциях они участвуют?
  4. В каких пищевых технологиях используется процесс брожения?
  5. Что такое процесс карамелизации?
  6. Что представляет собой процесс меланоидинообразования?
  7. Какие факторы влияют на образование меланоидиновых продуктов?
  8. Каково функциональное значение моно- и олигосахаров в пищевых продуктах?
  9. В каких пищевых технологиях используют гидролиз полисахаридов?
  10. Какие функции в пищевых продуктах выполняют полисахариды?
  11. Какие методы определения углеводов вы знаете?

184 :: 185 :: 186 :: Содержание

187 :: 188 :: 189 :: 190 :: 191 :: 192 :: 193 :: 194 :: 195 :: 196 :: 197 :: 198 :: 199 :: Содержание

ГЛАВА 4.
ЛИПИДЫ (ЖИРЫ И МАСЛА)

4.1. СТРОЕНИЕ И СОСТАВ ЛИПИДОВ.
ЖИРНОКИСЛОТНЫЙ СОСТАВ МАСЕЛ И ЖИРОВ

Липидами (от греч. lipos – жир) называют сложную смесь органических соединений с близкими физико–химическими свойствами, которая содержится в растениях, животных и микроорганизмах. Липиды широко распространены в природе и вместе с белками и углеводами составляют основную массу органических веществ всех живых организмов, являясь обязательным компонентом каждой клетки. Они широко используются при получении многих продуктов питания, являются важными компонентами пищевого сырья, полупродуктов и готовых пищевых продуктов, во многом определяя их пищевую и биологическую полноценность и вкусовые качества.

Липиды нерастворимы в воде (гидрофобны*), хорошо растворимы в органических растворителях (бензине, диэтиловом эфире, хлороформе и др.).

В растениях липиды накапливаются, главным образом, в семенах и плодах. Ниже приведено содержание липидов (%) в разных культурах.

Подсолнечник (семянка) 30–58
Хлопчатник (семена) 20–29
Соя (семена) 15–25
Лен (семена) 30–48
Арахис (ядро) 50–61
Маслины (мякоть) 28–50
Конопля (семена) 32–38
Тунг (ядро плода) 48–66
Рапс (семена) 45–48
Горчица (семена) 25–49
Клещевина (семена) 35–59
Пшеница (зерновка) 2,7
Рожь (зерновка) 2,5
Кукуруза (зерновка) 5,6
Рис (зерновка) 2,9
Овес (зерновка) 7,2
Просо (зерновка) 4,5
Гречиха 3,8
Арбуз (семена) 14–45
Какао (бобы) 49–57
Кокосовая пальма (копра) 65–72
Кедр (ядро ореха) 26–28

У животных и рыб липиды концентрируются в подкожных, мозговой и нервной тканях и тканях, окружающих важные органы (сердце, почки). Содержание липидов в тушке рыб (осетров) может достигать 20–25%, сельди – 10%, у туш наземных животных оно сильно колеблется: 33% (свинина), 9,8% (говядина), 3,0% (поросята). В молоке оленя – 17–18%, козы – 5,0%, коровы – 3,5–4,0% липидов. Содержание липидов в отдельных видах микроорганизмов может достигать 60%. Содержание липидов в растениях зависит от сорта, места и условий их произрастания; у животных – от вида, состава корма, условий содержания и т.д.

По химическому строению липиды являются производными жирных кислот, спиртов, альдегидов, построенных с помощью сложноэфирной, простой эфирной, фосфоэфирной, гликозидной связей. Липиды делят на две основные группы: простые и сложные липиды*. К простым нейтральным липидам (не содержащим атомов азота, фосфора, серы) относят производные высших жирных кислот и спиртов: глицеролипиды, воски, эфиры холестерина, гликолипиды и другие соединения. Существуют и другие классификации липидов. По мнению отдельных авторов, в эту группу органических соединений следует включить изопреноиды (терпены и их производные) и стероиды. Молекулы сложных липидов содержат в своем составе не только остатки высокомолекулярных карбоновых кислот, но и фосфорную или серную кислоты.

По строению и способности к гидролизу липиды разделяют на омыляемые и неомыляемые. Омыляемые липиды при гидролизе образуют несколько структурных компонентов, а при взаимодействии с щелочами – соли жирных кислот (мыла).

Наиболее важная и распространенная группа простых нейтральных липидов – ацилглицерины. Ацилглицерины (или глицериды) – это сложные эфиры глицерина и высших карбоновых кислот (см. табл. 4.1). Они составляют основную массу липидов (иногда до 95%) и, по существу, именно их называют жирами или маслами. В состав жиров входят, главным образом, триацилглицерины (I), а также диацилглицерины (II) и моноацилглицерины (III):

где R, R', R" – углеводородные радикалы.

Триацилглицерины (ТАГ), молекулы которых содержат одинаковые остатки жирных кислот, называются простыми, в противном случае – смешанными. Природные жиры и масла содержат, главным образом, смешанные триацилглицерины. Чистые ацилглицерины – бесцветные вещества без вкуса и запаха. Окраска, запах и вкус природных жиров определяются наличием в них специфических примесей, характерных для каждого вида жира. Температуры плавления и застывания ацилглицеринов не совпадают, что обусловлено наличием нескольких кристаллических модификаций. По современным представлениям, молекулы триацилглицеринов в кристаллах в зависимости от ориентации кислотных групп могут иметь форму вилки 1, кресла 2, стержня 3 (см. рис. 4.1).

Температура плавления триацилглицеринов, содержащих остатки транс–ненасыщенных кислот, выше, чем у ацилглицеринов, содержащих остатки цис–ненасыщенных кислот с тем же числом атомов углерода. Каждое масло характеризуется специфическим коэффициентом преломления (тем больше, чем выше ненасыщенность жирных кислот, входящих в его состав, и молекулярная масса).

Смеси индивидуальных ацилглицеринов либо образуют твердые растворы (то есть смешанные кристаллы), либо дают "эвтектики" (механические смеси кристаллов). Эвтектическая смесь имеет температуру плавления более низкую, чем исходные компоненты по отдельности.

Разница в температурах плавления глицеридов разного состава лежит в основе демаргаринизации – выделения из смеси наиболее

Таблица 4.1.Основные карбоновые кислоты, входящие в состав природных масел и жиров

Кислота Формула Условное обозначение (символ)*
Насыщенные кислоты
Лауриновая СН3–(СН2)10–СООН C012
Миристиновая СН3–(СН2)12–СООН C014
Пальмитиновая СН3–(СН2),4–СООН C016
Стеариновая CH3–(CH2) 16–СООН C018
Арахиновая СН3–(СН2)18–СООН C020
Ненасыщенные кислоты
Олеиновая СН3–(СН2)7–СН=СН–(СН2)7–СООН С118–9–цис
Эруковая СН3–(СН2)7–СН=СН–(СН2)11–СООН С122–13–цис
Линолевая СН3–(СН2)4–СН=СН–СН2–СН=СН–(СН2)7–СООН С218–9–цис, 12–цис
Линоленовая СН3–(СН2–СН=СН)3–(СН2)7–СООН С318–9–цис, 12–цис, 15–цис
Арахидоновая СН3–(СН2)3–(СН2–СН=СН)4–(СН2)3 –COOH С420–5–цис, 8–цис, 11–цис, 14–цис
Оксикислоты
Рициноленовая СН3–(СН2)5–СНОН–СН2–СН=СН–(СН2)7–СООН С118–9–цис, 12–ол

* В символ входят число атомов углерода и количество двойных связей между углеродными атомами в молекуле кислоты, номер первого ненасыщенного атома углерода, конфигурация.


Рис. 4.1. Возможные конфигурации и характер упаковки молекул триацилглицеринов в кристаллах

высокоплавкой фракции глицеридов (получение хлопкового пальмитина, пальмового стеарина). Плотность триацилглицеринов 900– 960 кг/м3 (при 15°C); она уменьшается с ростом длины цепи жирно–кислотных остатков и возрастает с увеличением числа изолированных двойных связей.

Другой важной группой простых липидов являются воски. Восками называют сложные эфиры высших одноосновных карбоновых кислот (С0]8–С030) и одноатомных (содержащих одну группу ОН) высокомолекулярных (с 18–30 атомами углерода) спиртов:

где R, R' – углеводородные радикалы.

Воски широко распространены в природе. В растениях они покрывают тонким слоем листья, стебли, плоды, предохраняя их от смачивания водой, высыхания, действия микроорганизмов. Содержание восков в зерне и плодах невелико. В оболочках семян подсолнечника содержится до 0,2% восков от массы оболочки, в семенах сои – 0,01%, риса – 0,05%. Воски – важный компонент воскового налета виноградной ягоды – прюина.

В состав простых липидов растительных масел и жиров входят гликолипиды. Гликолипидами называется большая и разнообразная по строению группа нейтральных липидов, в состав которых входят остатки моноз. Они широко (обычно в небольших количествах) содержатся в растениях (липиды пшеницы, овса, кукурузы, подсолнечника), животных и микроорганизмах. Гликолипиды выполняют структурные функции, участвуют в построении мембран, им принадлежит важная роль в формировании клейковинных белков пшеницы, определяющих хлебопекарное достоинство муки. Чаще всего в построении молекул гликолипидов участвуют D–галактоза, D–глюкоза, D–манноза.

где R, R' – углеводородные радикалы.

Важнейшими представителями сложных липидов являются фосфолипиды. Молекулы фосфолипидов построены из остатков спиртов (глицерина, сфингозина), жирных кислот, фосфорной кислоты (H3PO4), а также содержат азотистые основания (чаще всего холин [HO–CH2–CH2–(CH3)3N]+OH или этаноламин HO–CH2–CH2–NH2), остатки аминокислот и некоторых других соединений. Общие формулы фосфолипидов содержащих остатки глицерина и сфингозина имеет следующий вид:

где R, R' – углеводородные радикалы, X = –H, –CH2–CH2–N+(CH3J3, – CH2–CH2–N+H3,–CH2–CHOH–CH2OH–CH2CH(NH2)COOH.

В молекуле фосфолипидов имеются заместители двух типов: гидрофильные и гидрофобные. В качестве гидрофильных (полярных) группировок выступают остатки фосфорной кислоты и азотистого основания ("голова"), а гидрофобных (неполярных) – углеводородные радикалы ("хвосты"). Пространственная структура фосфолипидов представлена на рис. 4.2.

Фосфолипиды (фосфатиды) – обязательные компоненты растений. Ниже приведено содержание фосфолипидов в различных культурах (в %):

Соя 1,8
Хлопчатник 1,7
Подсолнечник 1,7
Клещевина 0,3
Лен 0,6
Пшеница 0,54
Рожь 0,6
Кукуруза 0,9

Состав жирных кислот фосфолипидов и ацилглицеринов, выделенных из одного и того же сырья, неидентичен. Так, в высокоэруковых сортах рапсового масла содержится около 60% эруковой кислоты, в фосфолипидах – 11–12%. Подавляющее большинство фосфолипидов имеет в своем составе остатки одной насыщенной (обычно в положении 1) и одной ненасыщенной (в положении 2) кислоты.

Несмотря на рассмотренное выше структурное многообразие, молекулы большинства фосфолипидов построены по общему принципу. В их состав входят, с одной стороны, гидрофобные, отличающиеся низким сродством к воде, липофильные углеводородные остатки, с другой – гидрофильные группы. Они получили название "полярных головок".

Построенные таким образом амфифильные (обладающие двойным сродством) молекулы липидов легко ориентируются. Гидрофобные хвосты (рис. 4.2) стараются попасть в масляную фазу, гидрофильные группы создают границу раздела между водой и гидрофобной фазой.

В маслах фосфолипиды в зависимости от концентрации могут присутствовать в виде индивидуальных молекул, а также в виде групп ассоциированных молекул – мицелл (рис. 4.3).При низкой концентрации получаются сферические мицеллы, в которых полярные части молекул образуют внешний слой, а гидрофобные – внутренний; при повышенной концентрации мицеллы группируются в длинные цилиндры. При дальнейшем росте концентрации образуется сферический тип жидкокристаллической структуры – ламеллярная (слоистая), состоящая из бимолекулярных слоев липидов, разделенных слоями воды. Последующее объединение мицелл приводит к выпадению их в виде осадка (фосфатидная эмульсия, "ФУЗ").


Рис. 4.2. Схема наиболее вероятной структуры фосфолипидов

Эта особенность фосфолипидов используется для их выделения. Особенности перехода одной структуры в другую определяются не только концентрацией фосфолипидов, но и их составом, температурой и т. д.


Рис. 4.3. Структура мицелл фосфолипидов в жировой и водной фазах и ориентация фосфолипидов на поверхности разделов фаз:
сферические (а) и пластинчатые (б) мицеллы фосфолипидов в жире; ориентация отдельных молекул (в) и монослоя фосфолипидов (г) на границе раздела фаз жир (масло)–вода;·сферические (д) и пластинчатые (е) мицеллы фосфолипидов в воде

Фосфолипиды вместе с белками и углеводами участвуют в построении мембран (перегородок) клеток и субклеточных структур (органелл), выполняя роль несущих конструкций мембран, регулируют поступление в клетку и ее структуры разнообразных соединений. Липиды по их функциям в организме часто делят на две группы – запасные (резервные) и структурные (протоплазматические). Это деление условное, но оно широко применяется. Отдельные авторы, подчеркивая защитные функции липидов, выделяют некоторые из них в особую группу (например, воски).

Запасные липиды, в основном жиры (ацилглицерины), обладая высокой калорийностью, являются энергетическим и строительным резервом организма, который используется им при недостатке питания и заболеваниях. Высокая калорийность жира позволяет организму в экстремальных ситуациях существовать за счет его запасов ("жировых депо") в течение нескольких недель. До 90% всех видов растений содержат запасные липиды, главным образом, в семенах. Запасные липиды являются защитными веществами, помогающими растению переносить неблагоприятное воздействие внешней среды, например, низкие температуры. Запасные липиды животных и рыб, концентрируясь в подкожной жировой ткани, защищают

организм от травм. Воски, которые выполняют защитные функции, также могут быть условно отнесены к защитным липидам. Запасные липиды у большинства растений и животных являются основной по массе группой липидов (иногда до 95–96%) и относительно легко извлекаются из жиросодержащего материала неполярными растворителями ("свободные липиды").

Структурные липиды (в первую очередь, фосфолипиды) образуют сложные комплексы с белками (липопротеиды), углеводами, из которых построены мембраны клеток и клеточных структур, и участвуют в разнообразных сложных процессах, протекающих в клетках. По массе они составляют значительно меньшую группу липидов (в масличных семенах 3–5%). Это трудноизвлекаемые "связанные" и "прочносвязанные" липиды. Для их извлечения необходимо предварительно разрушить их связь с белками, углеводами и другими компонентами клетки. Связанные липиды выделяются гидрофильными полярными растворителями или их смесями (хлороформ–метанол, хлороформ–этанол), которые разрушают некоторые белково–липидные, гликолипидные соединения. Прочносвязанные липиды извлекаются после обработки липидсодержащего материала спиртовым раствором щелочи при кипячении для разрушения прочных комплексов липидов с нелипидными компонентами. При этом может происходить гидролиз отдельных групп липидов и омыление жирных кислот щелочью. При извлечении липидов из масличного сырья в масло переходит большая группа сопутствующих жирам жирорастворимых веществ: пигменты, жирорастворимые витамины, изопреноиды, в том числе стерины и некоторые другие соединения. Они играют большую роль в пищевой технологии и влияют на пищевую и физиологическую ценность полученных продуктов питания. Извлекаемая из семян смесь, состоящая из разных групп липидов и растворенных в них сопутствующих веществ, получила название сырого жира (см. рис. 4.4).


Рис. 4.4. Основные компоненты сырого жира

Среди жирорастворимых пигментов – веществ, определяющих окраску масел и жиров, – наиболее распространены каротиноиды и хлорофиллы. В хлопковых семенах содержится пигмент госсипол. Госсипол и продукты его превращения окрашивают хлопковые масла в темно–желтый или коричневый цвет. Госсипол, содержащийся в семенах, листьях, стеблях хлопчатника, – токсичное вещество. Его содержание в ядре семян большинства промышленных сортов хлопчатника колеблется от 0,14 до 2,5%. По структуре госсипол представляет собой димер нафталина, содержащий гидроксильные, альдегидные, метильные и изопропильные заместители:

При хранении и нагревании нерафинированных хлопковых масел госсипол образует целый ряд соединений, обусловливающих их темную окраску.

Каротиноиды – это растительные красно–желтые пигменты, определяющие окраску ряда жиров, а также овощей и фруктов, яичного желтка и многих других продуктов. По своей химической природе это углеводороды C40H56 – каротины и их кислородсодержащие производные. Среди них необходимо отметить β–каротин:

Помимо красящих свойств, отдельные каротиноиды обладают про–витаминными свойствами, так как распадаясь в живом организме, они превращаются в витамин А. Другой группой природных жирорастворимых пигментов, придающих зеленую окраску маслам и жирам, а также многим овощам (лук, салат, укроп и т. д.), являются хлорофиллы (подробно эти соединения рассмотрены в гл. 9). Состав и роль

жирорастворимых витаминов см. в гл. 6. Среди сопутствующих жирам неомыляемых веществ важное место занимают циклические спирты и их эфиры – стеролы и стерины.

Стерины – алициклические вещества, входящие в группу стероидов, обычно они представляют собой кристаллические одноатомные спирты (стеролы) или их эфиры (стериды). Различают зоостерины, выделяемые из животных объектов, фитостерины (из растений), микостерины, выделяемые из грибов. Стерины имеют в своей основе структуру пергидроциклопентанофенантрена.

В настоящем разделе мы остановимся только на некоторых представителях этой группы.

В молекуле стеринов (см. формулу) в положении 3 находится гидроксильная (ОН) группа и р




©2015 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.