|
|
Большая часть углеводов, входящих
в группу полисахаридов второго порядка, представляет собой вещества с большой
молекулярной массой.
Крахмал (C6Hio05)w. Не является химически
индивидуальным веществом, на 96,1...98,6% он состоит из двух полисахаридов —
амилозы и амилопектина, образующих при кислотном гидролизе глюкозу; в нем
найдены высокомолекулярные жирные кислоты (до 0,6%) и минеральные вещества,
главным образом фосфорная кислота (0,2.. .0,7%). Крахмал — главное из
'веществ, содержащихся в зерне злаковых. Содержание крахмала в зерне пшеницы,
ржи, овса и кукурузы составляет от €0 до 75%, у ячменя — от 50 до 60%,
особенно много крахмала в зерне риса — от 75 до 80%. В семенах других культур
крахмал в среднем составляет (%): гречиха — 77, горох — 34, фасоль — 44, соя
— 3.
В зерне крахмал содержится в виде крахмальных зерен
(гранул) различного размера и формы. Крахмальные зерна в большинстве случаев
напоминают линзы сферической, овальной или неправильной формы размером от 2
до 170 мкм с характерной слоистостью. Особенно крупные зерна крахмала у картофеля.
Каждая культура имеет свою, характерную для нее форму крахмальных зерен, что
хорошо видно на рисунке 27.
Крахмальные зерна пшеницы, ржи и ячменя простые, а
кукурузы, овса и риса сложные, состоящие из отдельных, как бы склеенных между
собой мелких крахмальных зернышек. Различия в размерах, форме и строении
крахмальных зерен по культурам позволяют применять микроскопический анализ
для определения вида муки и наличия в ней примесей. Физико- химические
свойства крахмала зависят от размеров крахмальных зерен, количественного
соотношения отдельных фракций в смеси и их молекулярной структуры.
В крупных зерновках доля более мелких крахмальных зерен
(менее 10 мкм в диаметре) значительно больше, чем в* меньших по размерам
зерновках. По некоторым данным, крахмал крупных зерновок имеет большую
молекулярную массу г повышенное содержание амилозы и обладает большей набу-
хаемостью при нагревании с водой.
Крахмал мелких зерновок имеет большую гигроскопичность,
легче расщепляется амилазами. Он дает характерную* реакцию с раствором йода —
окрашивается в синий цвет. Эта реакция используется для обнаружения и
количественного определения крахмала.
Крахмальные зерна при нагревании в воде образуют
крахмальный клейстер. Клейстеризация крахмала разного происхождения наступает
при различной температуре. Пшеничный крахмал клейстеризуется в среднем при
62,5 ржаной — при 55°С. Полисахариды, входящие в состав крахмала (амилоза и
амилопектин), сильно различаются по своим физиче^ ским и химическим
свойствам. От йода амилоза окрашивается в синий цвет, а амилопектин — в
красно-фиолетовый. Оню различаются и по растворимости — амилоза легко
растворяется в теплой воде и дает растворы со сравнительно невысокой7
вязкостью, в то время как амилопектин растворяется в воде* лишь при
нагревании под давлением и дает очень вязкие растворы.
В картофельном крахмале содержится от 19 до 22% амилозы и
от 78 до 81% амилопектина; в пшеничном и кукурузном соответственно 25 и 75%.
Амилоза и амилопектин отличаются по своему химическому строению ( 28). В
молекуле амилозы отдельные остатки глюкозы связаны между собой4 в виде
неразветвленной цепочки. Молекулярная масса амилозы колеблется от 3-105 до 1
- 10е. Амилопектин построен иначе — его молекула в отличие от молекулы
амилозы сильно* разветвлена. Молекулярная масса амилопектина достигает со*
тен миллионов.
На первых- стадиях гидролиза получаются декстрины, мало
отличающиеся от крахмала по размерам молекулы и по -свойствам. С йодом они
дают синюю или фиолетовую окраску. По мере дальнейшего гидролиза молекулярная
масса декстринов понижается, увеличивается их способность восстанавливать
фелингову жидкость, и они от йода начинают окрашиваться в темно-бурый, затем
красный цвет и, наконец, перестают давать реакцию с йодом. В соответствии со
свойствами различают следующие виды декстринов:
1) амилодекстрины, окрашивающиеся раствором йода в
фиолетовсУ-синий цвет и представляющие собой белые порошки, растворимые в
25%-ном растворе спирта и осаждаемые 40%- ным раствором спирта, удельное
вращение амилодекстринов [a]D20 колеблется от +190° до +196°;
2) эритодекстрины, окрашивающиеся йодом в
красно-бу- рый цвет, растворяются в 55%-ном растворе этилового спирта, но
осаждаются при его концентрации 65%, удельное вращение эритродекстринов
[а]о20 = + 194°, из теплых спиртовых растворов они кристаллизуются в виде
сферокристаллов;
3) ахроодекстрины, не окрашивающиеся йодом,
растворимые в 70%-ном растворе спирта, при выпаривании горячих спиртовых
растворов образуют сферокристаллы, удельное вращение [а]о20 = + 192°;
4) мальтодекстрины не дают реакции с йодом и не осаждаются
спиртом, [CC]D20 — от + 181° до + 183°.
Амилазы разжижают крахмал, обладают декстринирующим
действием, т. е. способны превращать крахмал в различные декстрины, что можно
легко проследить по изменению окраски йодом. Поскольку при действии амилаз на
крахмал образуется сахар (мальтоза), они обладают осахаривающим действием.
Амилазы содержатся в зерне в двух видах — в виде свободных амилаз, которые
могут быть легко экстрагированы из муки водой, и в виде связанных, прочно
адсорбированных, связанных с белками. В, зерне имеются специфические
ингибиторы амилаз.
При связывании амилаз с белками происходит их инакти-
вирование. Такое связывание является фактором, регулирующим действие амилаз в
прорастающем и созревающем зерне. Амилазы имеют очень большое значение в
оценке качества зерна и муки — процесс накопления сахара во время брожения теста
и сам процесс брожения зависит от скорости накопления в тесте мальтозы, что,
в свою очередь, зависит от действия этого фермента, а- и р-Амилазы
существенно различаются по своим свойствам: р-амилаза интенсивнее действует в
более кислой среде, чем а-амилаза ( 29). Оптимум действия а-амилазы ржи — при
рН 5,2.. .5,5, р-амилазы — при рН 4,0.. .4,5. Если подкислять тесто,
а-амилаза будет быстро терять свою активность. Это имеет большое значение при
переработке муки из проросшего зерна, в которой много а-амилазы, ухудшающей
ее хлебопекарные достоинства, а- и р-Ами- лазы различаются также по
термостабильности, устойчивости к действию высоких температур ( 30).
Температурный оптимум действия а-амилазы пшеничного зерна находится около 64°С,
а р-амилазы — 49...51°С; а-амилаза более устойчива к повышенной температуре.
Этим различием пользуются при исследованиях. Если
требуется устранить действие р-амилазы, изучаемый материал нагревают до 60.
..65°С. В этом случае р-амилаза инактивиру- ется и проявляется лишь действие
а-амилазы.
Зависимость действия амилолитического комплекса от
температуры имеет большое значение в практике работы с зерном. Самосогревание
зерна может вызвать глубокие изменения активности амилаз, что скажется на
хлебопекарном достоинстве муки из такого зерна. Гидротермическая обработка
зерна, особенно при повышенной температуре, также вызовет изменение
активности амилаз и хлебопекарных достоинств муки. Влияние температуры на
активность амилаз имеет большое значение на различных этапах хлебопечения —
приготовления заварок, брожения и расстойки теста, самой выпечки.
Из приведенных данных видно, что а-амилаза концентрируется
в щитке. В эндосперме и в зародыше фермент практически отсутствует.
Гликоген. Близкий к крахмалу полисахарид содержится
в некоторых сортах и видах кукурузы И в дрожжах.
Гликоген имеет структуру, сходную со структурой
амилопектина, т.е. также представляет собой разветвленный полисахарид, однако
в отличие от амилопектина молекула гликогена построена более компактно, что
видно из рисунка 31.
В горячей воде гликоген образует коллоидные растворы,
дающие с йодом красно-бурое, а иногда фиолетовое окрашивание. При гидролизе
кислотами, а также при действии ^-ами- лазы (глюкоамилазы) гликоген дает
глюкозу, а при комплексном действии а- и ^-амилаз расщепляется до мальтозы.
По последним данным, молекулярная масса животного гликогена находится в
пределах 107...109 и выше.
Слизи (гумми). Представляют собой полисахариды, в
большинстве случаев растворимые в воде. Сравнительно много слизей в зерне ржи
— от 2,5 до 7,4% от сухого вещества зерна. Слизи ржаного зерна —
полисахариды, которые при кипячении с кислотами (при гидролизе) дают пентозы,
а именно арабинозу и ксилозу. В состав слизей входят также глюкоза (до 20%),
немного фруктозы и галактозы. Слизи зерна ржи очень легко набухают в воде и
образуют чрезвычайно вязкие растворы. Если приготовить растворы желатина и
слизи определенной концентрации, то окажется, что вязкость раствора ржаных
слизей во много раз выше вязкости раствора желатина той же концентрации.
Слизи имеют большое значение при переработке зерна ржи,
потому что благодаря содержащейся слизи оно размалывается труднее, чем зерно
пшеницы. Повышенная по сравнению с зерном пшеницы вязкость ржи при размоле
объясняется наличием слизей в ее зерне.
Содержание слизей в зерне ржи неравномерно. Цтбфее богаты
слизистыми веществами периферийные части зрша, К центру зерна содержание
слизистых веществ уменьшается почти в два раза. Вместе с тем относительная
вязкость Слизей в центральных частях в 50 раз выше, чем у слизей, выделенных
из периферийных частей зерна. Установлена зависимость вязкости слизей от их
химического состава — с повышением доли пентозанов и одновременным
уменьшением относительного содержания гексозанов их вязкость возрастает.
Слизи играют определенную роль в формировании структуры ржаного теста и его
реологических свойств.
Левулезаны. Содержатся в зерне многих культур (ржи,
пшеницы, овса, ячменя). Левулезаны — полисахариды, состоящие из остатков
левулезы (фруктозы), сложные полисахариды, в большинстве случаев растворимые
в воде, которые при гидролизе (при кипячении с кислотами) дают левулезу.
Левулезаны в заметном количестве содержатся в зерне ржи — до 1,5% от сухого
вещества. Они играют важную роль в процессе созревания зерна пшеницы и ржи, в
процессе образования крахмала. Углеводы, образовавшиеся в листьях при
фотосинтезе, превращаются в левулезаны различной молекулярной массы, в виде
которых они поступают затем в стебель и созревающий колос и превращаются в
крахмал. На ранних фазах созревания зерна левулезанов в нем содержится до 35%
от сухого вещества. По мере дальнейшего созревания количество левулезанов
постепенно падает до 2. ..1,5%, в то время как количество крахмала
соответственно возрастает.
В зерне пшеницы левулезанов значительно меньше — около 0,3%.
На этом основании применяют метод распознавания примеси ржаной муки к
пшеничной (реакция Селиванова) по разной интенсивности цветной реакции на
фруктозу. С этой целью пробу муки нагревают с крепкой соляной кислотой и
резорцином. В присутствии левулезы появляется интенсивное вишнево-красное
окрашивание. При большой концентрации левулезанов образуется красно-бурый
осадок.
Клетчатка, или целлюлоза. Наиболее распространенное
органическое соединение, образует структурную основу оболочек растительных
клеток. Содержится главным образом в цветковых оболочках зерна и в стенках
клеток алейронового слоя.
Это очень прочное химическое вещество, нерастворимое в
воде и большинстве других растворителей. Клетчатка растворяется в аммиачном
растворе окиси меди (реактив Швейцера), в концентрированном растворе
хлористого цинка, в концентрированных минеральных кислотах и в растворах
некоторых других веществ.
При кипячении с крепкой серной кислотой вся клетчатка
превращается в глюкозу. При более слабом гидролизе из клетчатки получается
целлобиоза. Молекула клетчатки имеет нитевидную форму. Нитевидные молекулы за
счет водородных связей атомов гидрок- сильных групп клетчатки и
адсорбированных молекул воды соединяются в пучки, называемые мицеллами ( 32).
В каждую мицеллу входит около 60 молекул клетчатки.
Клетчатка, как и крахмал, состоит из остатков
глюкозы. В чем различие химического строения крахмала и клетчатки? Основной
«строительный кирпичик» крахмала — дисахарид мальтоза. У клетчатки основная
строительная единица — дисахарид целлобиоза. Если у мальтозы а-1,4-глюкозидная
связь и она представляет собой а-глюкозидоглюкозу, то у целлобио- зы —
р-1,4-глюкозидная связь и она является р-глюкозидоглю- козой.
В молекуле клетчатки остатки целлобиозы связаны гли-
козидными связями в виде длинной цепочки
Зерно и семена содержат клетчатку в следующих количествах
(%): пшеница 3; рожь 2,2; ячмень с цветковыми оболочками до 8; кукуруза 2,2;
рис с цветковыми оболочками 9 и без них 1,2; горох 4; соя 3,8; подсолнечник с
плодовой оболочкой 15 и ядро 2,2.
Гемицеллюлозы (полуклетчатки). Объединяют
полисахариды разнообразного химического состава с общими физическими
свойствами. Они не растворяются в воде, но растворимы в щелочах. Содержатся
главным образом в отрубях, в периферических, оболочечных частях зерна, в
кукурузных початках, соломе. Гемицеллюлозы, как и клетчатка, не усваиваются
человеческим организмом. Кислотами они гидролизуются легче, чем клетчатка.
Продукты гидролиза дают основание разделить гемицеллюлозы на две группы. Те
из них, которые дают гек- созы, называют гексозанами. При этом среди
гексозанов в зависимости от сахара различают маннаны (если образуется
манноза), галактаны (галактоза) и т. д.
Гемицеллюлозы, гидролизующиеся до пентоз, называют
пентозанами. Они дают главным образом арабинозу и ксилозу и соответственно
называются арабан и ксилан. Имеются также гемицеллюлозы смешанного состава,
дающие при гидролизе гексозы, пентозы и уроновые кислоты. В зерне пшеницы и
ржи содержится от 8 до 10% гемицеллюлоз (в отдельных случаях до 14%), в том
числе от 5 до 8% пентозанов.
При оценке качества пшеничной муки важно знать, сколько в
ней неусваиваемых веществ (клетчатки и гемицеллюлоз). Установленное
количество клетчатки и гемицеллюлоз могло бы стать показателем пищевой
ценности муки и, следовательно, приготовленных из нее продуктов. Однако
определение клетчатки и гемицеллюлоз — длительный процесс, поэтому для
определения качества муки пользуются более быстрым определением ее зольности
или цвета.
Контрольные вопросы
1. Каково значение углеводов в жизни растений и в питании
человека? 2. Как классифицируются углеводы, входящие в состав зерна? 3. Что
такое моносахариды, каковы их состав и свойства? 4. Какие важнейшие пентозаны
и гексозаны встречаются в зерне? 5. Что такое глико- зиды, их а- и р-формы?
6. Что такое гликозидный гидроксид и каково его участие в процессах,
совершающихся в зерне? 7. Каков состав, свойства и значение в зерне мальтозы
и сахарозы? 8. Чем характеризуется крахмал? Каково* его содержание и
распределение в зерне, состав и свойства? 9. Что такое крахмальные зерна,
каковы их состав, свойства? 10. Что такое декстрины, каковы их состав,
свойства и влияние на качество хлеба? 11. Каково содержание, состав и
свойства слизей в зерне? 12. Что представляет собой клетчатка, каковы ее состав,
свойства? 13. Каковы особенности гемицеллюлоз, их свойства и участие в
процессах при переработке зерна?
|