Что такое дисахариды, свойства, строение, примеры

Виды

Углеводы – многочисленная группа органических веществ. Они классифицируются по двум признакам:

• количеству атомов углерода;
• количеству структурных единиц.

В зависимости от количества атомов углерода в одной молекуле (структурной единице) выделяют:

• триозы;
• тетрозы;

• пентозы;
• гексозы;
• гептозы.

Молекула может включать до девяти атомов углерода. Наиболее значимыми являются пентозы (C₅H₁₀O₅) и гексозы (C₆H₁₂O₆). Пентозы являются компонентами нуклеиновых кислот. Гексозы входят в состав полисахаридов.

Рис. 1. Структура моносахарида.

По второму признаку классификации углеводы бывают:

• простыми, состоящими из одной молекулы или структурной единицы (моносахариды);

• сложными, включающими множество молекул (олигосахариды, полисахариды).

Особенности сложных структур описаны в таблице углеводов.

Рис. 2. Структура полисахарида.

Одна из наиболее значимых разновидностей олигосахаридов – дисахариды, состоящие из двух моносахаридов. Они служат источником глюкозы и выполняют строительную функцию в растениях.

Роль моносахаридов в жизни

Моносахариды и полисахариды имеют важное значение для жизни человека, они требуются для работы внутренних органов, для поддержания жизненных сил. Благодаря им организм насыщается требуемой энергией, которая необходима для функционирования всех систем

Видео

В более частом потреблении моносахаридов нуждаются люди, которые занимаются тяжелой физической и умственной работой, спортсмены. Данные вещества показаны детям в период активного роста, людям с психическими расстройствами, депрессией, нарушениями работы органов пищеварительной системы, со слишком низким весом. Сладкое требуется в периоды сильной интоксикации организма.

Моносахариды – необходимые компоненты для организма человека. Они играют особую роль в функционировании внутренних органов и головного мозга, поэтому эти компоненты обязательно должны периодически поступать в организм. Но все же стоит их потреблять в умеренных количествах, особенно людям с лишней массой тела и  больным сахарным диабетом.

// Полезные и вредные продукты

Наиболее полезными для здоровья являются сложные углеводы овощей и прочих растений, прошедших умеренную термическую обработку. Затем идут различные злаки, цельнозерновые крупы и фрукты, содержащие множество пищевых волокон и имеющие средний гликемический индекс.

Зерна, полностью очищенные от оболочки (например, белый рис, белая мука и различные продукты из них) относятся к источникам чистого крахмала и вредны для желающих похудеть. Употребление бурого риса обычно более полезно, чем белого — за счет наличия клетчатки.

Нормы углеводов для набора массы

Мнение о том, что мышцы растут от употребления белка — ошибочно. При тренировках для роста мышц необходимо употреблять порядка 60% в виде углеводов. Именно они являются основным источником энергии для мускулатуры, запасаясь в виде гликогена.

Другими словами, на безуглеводной диете крайне сложно полноценно тренироваться или набирать мышечную массу

Также атлетам важно помнить о теории углеводного окна — времени после тренировки, в течение которого мышцы более восприимчивы к энергии

В частности, употребление простых углеводов повышает уровень инсулина, открывая таким образом возможность клеток запасать энергию — на этом принципе строится работа гейнеров. В них используется мальтодекстрин — полисахарид с высокой скоростью усвоения.

// Польза углеводов для мышц:

• гликоген — ключевое топливо для мышц
• углеводы входят в состав гейнеров
• повышают уровень инсулина

// Читать дальше:

• соотношение БЖУ для набора массы
• углеводы после тренировки
• мальтодекстрин — что это?

***

Углеводы — ключевой вид запасаемой в растениях энергии. В зависимости от количества структурных элементов они делятся на простые и сложные. Для определения вреда или пользы еды с углеводами используется гликемический индекс. Избыток фруктозы и глюкозы в еде приводит к нарушению обмена веществ (сахарному диабету) и к набору нежелательного веса.

Источники данных:

1. Low Carb Diet: Health Risks, source

Особенности фруктозы

1. Простые углеводы, представляющие фруктозу, при попадании в кишечник всасываются в два раза медленнее, чем глюкоза. При этом моносахариды имеют особенность надолго задерживаться в печени.
2. Когда происходит клеточный обмен веществ, фруктоза преобразуется в глюкозу. Между тем уровень сахара в крови резко не увеличивается, а происходит плавное и постепенное увеличение показателей. Такое поведение не требует мгновенного выброса необходимой дозы инсулина, в связи с этим нагрузка на поджелудочную железу снижается.
3. По сравнению с глюкозой, фруктоза быстро и легко превращается в жирные кислоты, что становится причиной отложения жиров. Как отмечают врачи, именно после употребления продуктов с высоким содержанием фруктозы многие диабетики набирают вес. Из-за чрезмерной концентрации в крови С-пептидов имеется риск развития инсулинорезистентности, что приводит к появлению сахарному диабету второго типа.
4. Такие моносахариды, как фруктоза, могут содержаться в свежих фруктах и ягодах. В том числе этот сахар могут содержать фруктозные полисахариды, которые содержит цикорий, топинамбур и артишок.

Группы продуктов

Рассматривая, в каких продуктах содержатся сложные углеводы, нельзя забывать тот факт, что в процессе пережевывания или готовки медленные углеводы могут превратиться в быстрые. Самым простым примером может служить пшеница.

1. Сырая пшеница – богата клетчаткой – эталон медленных углеводов.
2. Очищенная пшеница – лишена клетчатки, гликемический индекс несколько выше.
3. Пшеничная каша – все еще считается медленными углеводами, хотя её ГИ значительно превышает стандартные нормы.
4. Мука грубого помола – уже считается быстрыми углеводами, хотя этот фактор нивелируется большим содержанием клетчатки.
5. Выпечка из муки грубого помола – считается полезным диетическим блюдом, хотя фактически это быстрые углеводы.
6. Мука мелкого помола – очень быстрые углеводы.
7. Выпечка из муки мелкого помола – крайне не рекомендуется к употреблению из-за предельно высокого гликемического индекса.

Сырой продукт обладает крайне низким показателем и считается медленным углеводом. В то же время выпечка из пшеницы, которая была просто мелко перемолота, практически лишена крахмальных соединений. Вместо этого под воздействием механического и термического факторов все углеводы превращаются из медленных в классические моносахариды.

Группа 1: крупы

Это один из самых медленных источников углеводов. В процессе переваривания углеводы из круп долго превращаются в сахар, благодаря чему питают организм на протяжении всего дня. Именно поэтому для поддержания сил даже на диетах рекомендуют использовать каши.

Группа 2: крахмалистые продукты

В первую очередь – это картофель и кукуруза. Это более быстрая группа углеводов, однако процесс превращения крахмала в моносахарид связан с дополнительной ферментацией продуктов – недостающие ферменты вырабатываются относительно долго, поэтому их все еще можно назвать медленными.

Группа 3: овощи богатые клетчаткой

Даже если это продукты с содержанием сахара, клетчатка практически полностью компенсирует этот недостаток. Клетчатка не может быть усвоена нашим организмом и связывает молекулы сахара между собой. Организму сначала необходимо отделить моносахарид от клетчатки, на что тратится много энергии и времени.

В таблице, представленной ниже, указаны не только чисто углеводные продукты. Во многих белковых продуктах содержатся элементы клетчатки или вещества, которые в процессе переваривания распадаются на простые сахара.

Кроме этого, вы найдете продукты, чей гликемический индекс превышает порог 70. Но при этом они все равно считаются продуктами с низким гликемическим индексом.

Другой причиной, по которой продукты попали в таблицу, выступает гликемическая нагрузка, которая считается неотъемлемой составляющей медленных углеводов. Этот параметр – первичный коэффициент для определения ГИ. И фактически для определения реального индекса, его нужно умножать на коэффициент гликемической нагрузки, разделяя на 100%.

Полисахариды

Полисахариды представляют собой моносахаридные полимеры, которые состоят от нескольких сотен до нескольких тысяч моносахаридных субъединиц, удерживаемых вместе гликозидными связями.

Некоторые полисахариды состоят из прямых цепей, а некоторые из разветвленных. Основными примерами полисахаридов являются крахмал, гликоген, целлюлоза и хитин.

Крахмал

Крахмал (starch) является формой сахаров запасаемых растениями и состоит из амилозы и амилопектина которые являются полимерами глюкозы.

Крахмал состоит из мономеров глюкозы, которые соединены α 1-4 или 1-6 гликозидными связями. Цифры 1-4 и 1-6 относятся к номеру атома углерода в мономерах посредством которых они соединены.

Амилоза представляет собой крахмал, образованный неразветвленными цепями мономеров глюкозы (только α 1-4 связи), тогда как амилопектин представляет собой разветвленный полисахарид (α 1-6 связи в точках ветвления).

Гликоген

Гликоген (glycogen) является формой хранения глюкозы у людей и других позвоночных животных и состоит из мономеров глюкозы.

Целлюлоза

Целлюлоза (cellulose) является основным структурным полисахаридом всех растений и является основным компонентом в клеточных стенках.

Целлюлоза — это неразвлетленный полимер β-глюкозы, который удерживается вместе 1-4 гликозидными связями.

Каждый второй мономер глюкозы в целлюлозе перевернут и мономеры плотно упакованы в длинные цепочки полимера

Это придает целлюлозе ее жесткость и высокую прочность на растяжение, что так важно для растительных клеток

Хотя связь в целлюлозе не может быть разрушена пищеварительными ферментами человека, травоядные животные, такие как коровы, коалы, буйволы и лошади, способны с помощью специализированной флоры в своем желудке переваривать растительный материал, богатый клетчаткой и использовать его в качестве источника пищи.

Хитин

Целлюлозоподобный полимер существует в жестком экзоскелете насекомых, ракообразных.

Этот полимер известен как хитин (chitin), который представляет собой полисахарид содержащий азот. Он состоит из повторяющихся единиц N-ацетил-β-d-глюкозамина (модифицированного сахара).

Хитин также является основным компонентом грибковых клеточных стенок. Грибы не являются ни животными, ни растениями и образуют подцарство в царстве эукариот.

Углеводы, их строение и функции.

Общая характеристика моносахаридов

Простые углеводы из-за особенности их состава не разделяются на другие вещества и составляющие, но они способны объединяться между собой и образовывать сложные соединения. Когда два моносахарида соединяются между собой, появляются дисахариды, при слиянии 3-10 элементов – олигосахариды, а от 11 и больше – полисахариды. Первый раз глюкоза была обнаружена в начале XIX века русским ученым Константином Сигизмундом в результате гидролиза из крахмала. Спустя 3 десятилетия учёный К. Шмидт дал углеводам официальное название.

Обычно моносахариды в природе можно найти в виде глюкозы – составляющей части полисахаридов. В рационе людей они появляются в виде глюкозы, фруктозы и галактозы. Общая формула моносахаридов – С₆H₁₂O₆. Моносахариды часто называют структурными изомерами. Такое название они получили из-за разного количества и размещения атомов H в составе каждого из них.

Полисахариды

Составляют большую часть углеводов в организме. Образуются путем реакции конденсации из большого количества молекул моносахаридов, преимущественно гексоз. Они не имеют сладкого вкуса, почти не растворяются в воде и не кристаллизируются.

Сюда относятся: крахмал, целлюлоза, гликоген и др.

Целлюлоза (клетчатка) состоит из молекул глюкозы. По своей структуре является линейным полимером. Она является основным веществом клеточной стенки растений, очень крепкая, но легко пропускает воду. В ней аккумулируется свыше 50 % углерода биосферы. Служит пищей для некоторых животных, бактерий и грибов. Животным помогают переваривать глюкозу бактерии, живущие в их кишечнике.

Крахмал является резервным полисахаридом растений, запасается в клетках в виде зерен, в органах, которые запасают питательные вещества (клубни, семена и т. п.). По химической структуре он на 10-12 % состоит из линейной амилозы и на 80-90 % из разветвленного амилопектина. Мономером крахмала является глюкоза. Его эмпирическая формула –(C₆H₁₀₅)_n, где n – количество остатков глюкозы. Благодаря преобразованию крахмала в глюкозу и наоборот происходит механизм работы устьиц: при гидролизе крахмала в замыкающих клетках увеличивается концентрация глюкозы, поступает вода, клеточные стенки выгибаются и щель устьица открывается; если глюкоза превращается в крахмал, вода выходит из клеток, устьица закрываются.

Гликоген откладывается в клетках грибов и животных. Играет важную роль в преобразованиях углеводов в животном организме. В значительном количестве накапливается в печени, мышцах, сердце и других органах. Мономером гликогена является глюкоза. По структуре напоминает крахмал, но разветвленный сильнее. Молекула гликогена состоит приблизительно из 30 000 остатков глюкозы.

Хитин образовывает клеточные стенки грибов, покровы членистоногих. В отличие от целлюлозы в молекулах остатки глюкозы связаны с азотосодержащими группами.

Муреин – опорный каркас клеточной стенки бактерий. Он образует одну гигантскую мешкообразную молекулу, которую называют муреиновым мешком. Его основой является сетка параллельных полисахаридных цепей, построенных из дисахаридов, которые чередуются и соединены между собой многочисленными короткими пептидными цепочками.

На поверхности клеточных мембран много полисахаридов, которые с белками образуют глюкопротеиды, а с липидами – гликолипиды. Вместе они образуют надмембранный комплекс животных клеток – гликокаликс.

К полисахаридам принадлежит агар морских водорослей.

Классификация углеводов — моносахариды, дисахариды и полисахариды

Одной из разновидностей органических соединений, необходимых для полноценного функционирования человеческого организма, являются углеводы.

Они разделяются на несколько типов согласно своему строению — моносахариды, дисахариды и полисахариды. Следует разобраться, для чего они нужны и каковы их химические и физические свойства.

Классификация углеводов

Углеводами называют соединения, в составе которых находятся углерод, водород и кислород. Чаще всего они имеют природное происхождение, хотя некоторые создаются промышленным путем. Их роль в жизнедеятельности живых организмов огромна.

Основными их функциями называют следующие:

1. Энергетическая. Эти соединения – главный источник энергии. Большая часть органов может полноценно работать за счет энергии, полученной при окислении глюкозы.
2. Структурная. Углеводы необходимы для формирования почти всех клеток организма. Клетчатка играет роль опорного материала, а в костях и хрящевой ткани находятся углеводы сложного типа. Одним из компонентов клеточных мембран является гиалуроновая кислота. Также углеводистые соединения требуются в процессе выработки ферментов.
3. Защитная. При функционировании организма осуществляется работа желез, выделяющих секреторные жидкости, нужные для защиты внутренних органов от патогенного воздействия. Значительная часть этих жидкостей представлена углеводами.
4. Регуляторная. Эта функция проявляется во влиянии на человеческий организм глюкозы (поддерживает гомеостаз, контролирует осмотическое давление) и клетчатки (воздействует на желудочно-кишечную перистальтику).
5. Особые функции. Они свойственны отдельным видам углеводов. К таким особым функциям относятся: участие в процессе передачи нервных импульсов, формирование разных групп крови и пр.

Исходя из того, что функции углеводов достаточно разнообразны, можно предположить, что эти соединения должны различаться по своему строению и особенностям.

Это действительно так, и основная классификация их включает в себя такие разновидности, как:

1. Моносахариды. Они считаются наиболее простыми. Остальные типы углеводов вступают в процесс гидролиза и распадаются на более мелкие составляющие. У моносахаридов такой способности нет, они являются конечным продуктом.
2. Дисахариды. В некоторых классификациях их относят к олигосахаридам. В их составе находится две молекулы моносахарида. Именно на них делится дисахарид при гидролизе.
3. Олигосахариды. В составе этого соединения находится от 2 до 10 молекул моносахаридов.
4. Полисахариды. Эти соединения являются самой крупной разновидностью. В их состав входит больше 10 молекул моносахаридов.

У каждого вида углеводов есть свои особенности. Нужно рассмотреть их, чтобы понять, как каждый из них влияет на человеческий организм и в чем его польза.

Крахмал

Крахмал — одно из важнейших питательных веществ. Это резервный полисахарид растений (C6 H10 O6)n. Почти все растительные клетки могут синтезировать крахмал, но в разном количестве и с разной интенсивностью. 

Крахмалом богаты крупы, клубневые овощи — картофель, бобовые. В них он образует зерна различной формы и размера, характерные для каждого вида растений. Самые крупные зерна крахмала есть в картофеле, самые мелкие – в ржи, пшенице, ячмене и рисе. 

Крахмал

Крахмал состоит из двух гомополисахаридов глюкозы: α-амилозы и амилопектина. При длительном гидролизе крахмал разлагается до глюкозы. 

• α-Амилоза представляет собой линейный полимер глюкозы, в котором молекулы глюкозы связаны между собой (1,4) гликозидными связями. Амилоза составляет 15-20% молекулы крахмала. 
• Амилопектин имеет разветвленную цепь. 

В неразветвленных структурах молекулы глюкозы связаны между собой (1,4) гликозидными связями, а в структурах разветвления – α- (1,6) гликозидными связями. Амилопектин составляет 80-85% молекулы крахмала.

Связи между молекулами глюкозы, на которые влияет фермент амилаза, при различных способах приготовления пищи разрушаются, и свойства крахмала меняются, так что один тип крахмала легко переваривается, а другой проходит непереваренным в пищеварительный тракт. 

Быстро и медленно усваиваемые крахмалы перевариваются в тонком кишечнике, а устойчивый крахмал, непереваренный, попадает в толстую кишку, где ферментируется.

Дисахариды и полисахариды

Так же, как и моносахариды, широкое распространение в природе имеют и дисахариды – всем известная сахароза (тростниковый или свекловичный сахар), лактоза (молочный сахар), мальтоза (солодовый сахар). Сам термин «дисахарид» сообщает нам о двух остатках моносахаридов, связанных между собой в молекулах этих органических соединений, получение которых возможно путем гидролиза (разложением водой) молекулы дисахарида.

Дисахариды – углеводы, молекулы которых состоят из двух остатков моносахаридов, которые соединены друг с другом за счет взаимодействия двух гидроксильных групп. В процессе образования молекулы дисахарида происходит отщепление одной молекулы воды:

или для сахарозы:

Поэтому молекулярная формула дисахаридов С12H22O11. Образование сахарозы происходит в клетках растений под воздействием ферментов. Но химики нашли способ осуществления многих реакций, являющихся частью процессов, которые происходят в живой природе. В 1953 году французский химик Р.

Лемье впервые осуществил синтез сахарозы, названный современниками «покорением Эвереста органической химии». В промышленности сахароза получается из сока сахарного тростника (содержание 14-16%), сахарной свеклы (16-21%), а также некоторых других растений, таких как канадский клен или земляная груша.

Всем известно, что сахароза представляет из себя кристаллическое вещество, которое имеет сладкий вкус и хорошо растворимо в воде. Сок сахарного тростника содержит углевод сахароза, привычно называемый нами сахаром. Имя немецкого химика и металлурга А. Маргграфа тесно связано с производством сахара из свеклы.

Он был одним из первых исследователей, применивших в своих химических исследованиях микроскоп, при помощи которого им были обнаружены кристаллы сахара в свекольном соке в 1747 году. Лактоза – кристаллический молочный сахар, была получена из молока млекопитающих еще в XVII в. Лактоза является менее сладким дисахаридом, нежели сахароза.

Теперь ознакомимся с углеводами, имеющими более сложное строение – полисахаридами. Полисахариды – высокомолекулярные углеводы, молекулы которых состоят из множества моносахаридов. В упрощенном виде общая схема может быть представлена так:

Теперь сравним строение и свойства крахмала и целлюлозы – важнейших представителей полисахаридов. Структурное звено полимерных цепей этих полисахаридов, формула которых (С6H10O5)n, – это остатки глюкозы. Для того, чтобы записать состав структурного звена (С6H10O5), нужно отнять молекулу воды из формулы глюкозы.

Целлюлоза и крахмал имеют растительное происхождение. Они образуются из молекул глюкозы в результате поликонденсации. Уравнение реакции поликонденсации, а также обратного ей процесса гидролиза для полисахаридов условно можно записать следующим образом:

Молекулы крахмала могут иметь как линейный, так и разветвленный тип строения, молекулы целлюлозы – только линейный. При взаимодействии с йодом крахмал, в отличие от целлюлозы, дает синее окрашивание. Различные функции эти полисахариды имеют и в растительной клетке. Крахмал служит запасным питательным веществом, целлюлоза выполняет структурную, строительную функцию. Стенки растительных клеток построены из целлюлозы.

Физико-химические показатели, используемые для контроля качества жиров, подвергнутых высокотемпературному нагреву. Факторы, влияющие на процесс окисления жиров в процессе фритюрной жарки.

 При
свободном доступе воздуха происходит
окисление жиров, которое ускоряется с
повышением их температуры. различные
катализаторы могут ускорять окислительные
процессы (например металлы).  В процессе
окисления возрастает оптическая
плотность жира. Вторичные продукты
окисления способны к реакциям конденсации
и полимеризации, в результате чего
накапливаются вещества с повышенной
молекулярной массой, увеличивается
вязкость жира. В рез-те накопления в
жире продуктов окисления происходят
изменения органолептических (цвет
–темнеет, вкус и запах – горелого),
физические, химические,  пищевая и
биологическая ценность. Изменения
химических показателей: йодное число
снижается, кислотное увеличивается.

При
температурах хранения (от 2 до 25 °С)
в жире происходит автоокисление, при
температурах жарки (от 140 до 200 °С) –
термическое окисление.  Из всех
способов жарки наиболее распространенными
являются два: с небольшим количеством
жира и в большом количестве жира (во
фритюре). Жарка во фритюре может быть
непрерывной (отношение жира и продукта
20:1) и периодической (отношение жира
и
продукта от 4:1 до 6:1). , устойчивость жира
к окислению зависит от степени его
ненасыщенности. При прочих равных
условиях ненасыщенные жиры окисляются
быстрее насыщенных. Однако условия
жарки (температура, доступ воздуха и
длительность нагревания) играют более
существенную роль в процессе термического
окисления. Температура фритюра имеет
большое значение для получения изделий
высокого качества без отклонений от
нормируемой массы. Если жир нагрет
слишком сильно, на поверхности продукта
быстро образуется поджаристая корочка,
хотя внутри он остается сырым. Если жир
нагрет недостаточно, процесс жарки
затягивается, что ведет, как уже
отмечалось, к излишнему высыханию
изделий. Наиболее глубокие изменения
происходят в жире при периодической
фритюрной жарке, широко применяемой на
предприятиях общественного питания.
При таком способе жарки жир может
длительно нагреваться без продукта
(холостой нагрев) и периодически
использоваться для жарки. Иногда жир
охлаждают до комнатной температуры,
затем вновь нагревают, причем циклы
охлаждения и нагревания многократно
повторяются. Вероятность окисления
жиров при таком циклическом нагреве
даже выше, чем при непрерывном. Важным
параметром при фритюрной жарке является
отношение массы жира к массе обжариваемого
продукта, которое должно быть не ниже
4:1. В противном случае при загрузке
продукта температура жира значительно
снизится, процесс жарки замедлится, что
в свою очередь приведет к чрезмерной
ужарке и ухудшению внешнего вида готовых
изделий. Начальная температура фритюра
может колебаться от 160 до 190 °С. Фритюр
с меньшей температурой применяют для
жарки продуктов с большим содержанием
влаги (тельное из рыбы, котлеты
фаршированные из кур и т.д.). При загрузке
влажного продукта в такой фритюр вначале
происходит испарение из него воды, а
затем после обезвоживания внешних слоев
– собственно жарка. Фритюр температурой
170 – 180 °С используют для жарки
предварительно отваренного мяса и
субпродуктов (баранья и телячья грудинка,
мозги, телячьи и свиные ножки и т.п.),
температурой 180 – 190 °С – для жарки
пирожков, чебуреков, пончиков, крекеров
и других изделий.