Основне джерело енергії людини – вуглеводи. Близько 60% енергії організм отримує за рахунок вуглеводів, частину, що залишилася — за рахунок білків і жирів. Багаті на вуглеводи переважно рослинні продукти.

Залежно від складності будови, розчинності, швидкості засвоєння вуглеводи харчових продуктів поділяються на прості та складні. Прості вуглеводи швидко всмоктуються в кров та засвоюються організмом, а також легко розчиняються у рідині. Вони солодкі на смак і відносяться до цукрів.

Коли нам треба багато енергії та швидко – використовується глюкоза (вуглеводи)! Якщо нам треба стрибнути або пробігти швидко, така дія здійснюється за рахунок анаеробного гліколізу (розпаду молекули глюкози на піровиноградну та молочну кислоту).

Класифікація вуглеводів.

Вуглеводи ділять на 3 категорії: моно та дисахариди, олігосахариди, полісахариди.

1) Цукру (містять 1-2 мономери глюкози):

Моносахариди – прості сполуки: глюкоза, фруктоза, галактоза.

Дисахариди – складніші сполуки: сахароза (цукор, декстроза), лактоза (молочний цукор – вуглевод тваринного походження), мальтоза (солодовий цукор).

2) Олігосахариди (містять 3-9 мономерів глюкози). До них відносять мальтодекстрин (продукт неповного ферментативного розщеплення крохмалю).

3) Полісахариди (містять більше 9 мономерів): рослинний крохмаль, глікоген («тваринний» крохмаль, міститься в м'ясі та печінці).

Не крохмальні чи харчові волокна також відносять до полісахаридів. Їх поділяють на:

1) розчинні у воді (перетравлювані в ШКТ) – пектини, камеді та слизу,

2) нерозчинні у воді (не перетравлювані в ШКТ) – целюлоза або клітковина, геміцелюлоза.

Вуглеводи у продуктах.

Продукти, багаті на джерела харчових волокон: фрукти, овочі, ягоди, зернові, висівки, бобові, горіхи.

Продукти, які містять джерела «крохмальних» полісахаридів: крупи, картопля, макарони, борошняні вироби з борошна вищого ґатунку.

Продукти – джерела «цукорів»: цукор, мед, шоколад, мармелад, сухофрукти.

Клітковина та її роль організмі людини.

Клітковина - компоненти їжі, які не перетравлюються травними ферментами організму людини, але переробляються корисною мікрофлорою кишечника.

Клітковина (у вузькому сенсі) – целюлоза, стійкий крохмаль, полісахарид, що дає при повному гідролізі глюкозу; входить до складу більшості рослинних організмів, будучи основою клітинних стінок.

Простіше кажучи, коли ви чуєте слово “клітковина”, уявіть собі рослини, саме овочі, фрукти, цілісні зерна.

Чим же така корисна клітковина?

1) Збільшення обсягу їжі та періоду її прийому

2) Гальмування спорожнення шлунка

3) Зниження часу контакту слизової оболонки кишки з токсинами, канцерогенами, жовчними кислотами

4) Стимуляція процесів жовчовиділення

5) Гальмування гідролізу крохмалю

6) Зниження рівня цукру в крові після їди

7) Зниження енергетичної цінності їжі

8) Очищення кишечника та нормалізація складу кишкової мікрофлори

9) Підвищення вмісту води у калі

10) Знижує ризик серцево-судинних захворювань.

Глікемічний індекс вуглеводів

Глікемічний індекс (ГІ) – це показник впливу вуглеводів після їх вживання на рівень цукру в крові (його підвищення) та ступеня доступності для гідролітичних ферментів.

Глікемічний індекс є відображенням порівняння реакції організму на продукт з реакцією організму на чисту глюкозу, у якої глікемічний індекс дорівнює 100. Глікемічні індекси решти всіх продуктів порівнюються з глікемічним індексом глюкози, залежно від того, як швидко вони засвоюються.

ГІ продукту залежить від кількох факторів - виду вуглеводів та кількості клітковини, які він містить, способу термічної обробки, вмісту білків та жирів.

За величиною ГІ вуглеводи поділяються на вуглеводи з високим та низьким ГІ. Таким чином, глікемічний індекс понад 50 прийнято за «високий», менше 50 – за «низький». Високий ГІ мають: цукри, олігосахариди, «крохмальні» рослинні полісахариди. Низький ГІ мають: харчові волокна – більшість пектинів (фрукти), нерозчинні у воді (клітковина).

Складність будови вуглеводу НЕ ВПЛИВАЄ НА ЙОГО ШВИДКІСТЬ перетворення на глюкозу (і швидкість засвоєння організмом)!!!

ГІ – здатність вуглеводу піднімати рівень цукру на крові. Це кількісний показник, а не швидкісний!

ГІ залежить від часу та способу приготування продукту.

Наприклад, картопля сира – ГІ65, картопля смажена – ГІ95.

Чим більше обробка вуглеводу, тим більше він піднімає рівень цукру (більше ГІ). Чим більше клітковини у вуглеводі, тим менше він піднімає рівень цукру (менше ГІ).

Наприклад: білі булочки – ГІ90, білий хліб – ГІ70, батон – ГІ50, хліб із висівок – ГІ30.

Структура споживання вуглеводів.

- 65-70% - "крохмальні" полісахариди;

- 25-30% - "харчові волокна";

- 5-10% - "цукри".

Добова потреба у вуглеводах становить: 4-5 г/кг маси тіла або 300-500 г/добу і залежить від енерговитрат організму.

При надлишку в раціоні вуглеводів з високим ГІ (особливо «легко засвоюваних») відбувається перетворення вуглеводів на жири, що сприяє розвитку ожиріння, цукрового діабету, серцево-судинних та інших захворювань.

При згорянні 1 грн. вуглеводів утворюється рівномірна енергія 4 ккал.

Про я вже писав раніше і для створення повної вуглеводної картини можете з нею також ознайомитися. Ну а якщо ви наважилися розібрати для чого людині білок, які функції виконує білок, каші, крупи, дізнатися рекомендації щодо харчування, тоді натисніть і я із задоволенням вам розповім.

Реферат

«Фізіологічне значення вуглеводів та їх загальна характеристика»

Виконав(а): студентка II курсу

Факультет: Агротехнологій, земельних ресурсів

та харчових виробництв

Напрямок: ТП та ООП

ресторанний бізнес

Хастаєва Ольга Андріївна

Ульяновськ, 2015

1. Вступ…………………………………………………………………………3

2. Класифікація вуглеводів……………………………………………………...3

2.1. Моносахариди…………………………………………………………..4

2.2. Дисахариди……………………………………………………………...4

2.3. Олігосахариди………………………………………………………….5

2.4. Полісахариди…………………………………………………………...5

3. Просторова ізомерія……………………………………………………8

4. Біологічна роль……………………………………………………………..8

5. Біосинтез………………………………………………………………………..9

6. Найважливіші джерела………………………………………………………...10

7. Фізіологічне значення вуглеводів………………………………………..11

8. Список використаної литературы………………………………………….13

Вступ

Структурна формула лактози - дисахариду, що міститься в молоці.

Вуглеводи- органічні речовини, що містять карбонільну групу та кілька гідроксильних груп. Назва класу сполук походить від слів «гідрати вуглецю», вона була вперше запропонована К. Шмідтом у 1844 році. Поява такої назви пов'язана з тим, що перші з відомих вуглеводів науці описувалися брутто-формулою C x (H 2 O) y , формально будучи сполуками вуглецю і води.

Цукру- Інша назва низькомолекулярних вуглеводів (моносахаридів, дисахаридів та полісахаридів).

Вуглеводи є невід'ємним компонентом клітин та тканин всіх живих організмів представників рослинного та тваринного світу, складаючи (за масою) основну частину органічної речовини на Землі. Джерелом вуглеводів всім живих організмів є процес фотосинтезу, здійснюваний рослинами.

Вуглеводи - дуже великий клас органічних сполук, серед них зустрічаються речовини з властивостями, що сильно розрізняються. Це дозволяє вуглеводам виконувати різноманітні функції у живих організмах. Сполуки цього класу становлять близько 80 % сухої маси рослин та 2-3 % маси тварин.

Класифікація вуглеводів

Усі вуглеводи складаються з окремих «одиниць», якими є сахариди. За здатністю гідролізу на мономери вуглеводи діляться на дві групи: прості і складні. Вуглеводи, що містять одну одиницю, називаються моносахариди, дві одиниці – дисахариди, від двох до десяти одиниць – олігосахариди, а понад десять – полісахариди. Моносахариди швидко підвищують вміст цукру в крові, і мають високий глікемічний індекс, тому їх ще називають швидкими вуглеводами. Вони легко розчиняються у воді та синтезуються у зелених рослинах. Вуглеводи, що складаються з 3 або більше одиниць, називаються складними. Продукти, багаті на складні вуглеводи, поступово підвищують вміст глюкози і мають низький глікемічний індекс, тому їх ще називають повільними вуглеводами. Складні вуглеводи є продуктами поліконденсації простих цукрів (моносахаридів) та, на відміну від простих, у процесі гідролітичного розщеплення здатні розпадатися на мономери з утворенням сотень та тисяч молекул моносахаридів.

Моносахариди

Поширений у природі моносахарид – бета-D-глюкоза.

Моносахариди(від грецької monos- єдиний, sacchar- цукор) - найпростіші вуглеводи, що не гідролізуються з утворенням більш простих вуглеводів - зазвичай є безбарвними, легко розчинними у воді, погано - у спирті і зовсім нерозчинні в ефірі, тверді прозорі органічні сполуки, одна з основних груп вуглеводів, найпростіша форма цукру . Водні розчини мають нейтральну pH. Деякі моносахариди мають солодкий смак. Моносахариди містять карбонільну (альдегідну або кетонну) групу, тому їх можна розглядати як похідні багатоатомних спиртів. Моносахарид, у якого карбонільна група розташована в кінці ланцюга, являє собою альдегід і називається альдоза. При будь-якому іншому положенні карбонільної групи моносахарид є кетоном і називається кетоза. Залежно від довжини вуглецевого ланцюга (від трьох до десяти атомів) розрізняють тріози, тетрози, пентози,гексози, гептозиі так далі. Серед них найбільшого поширення у природі набули пентози та гексози. Моносахариди - стандартні блоки, з яких синтезуються дисахариди, олігосахариди та полісахариди.

У природі у вільному вигляді найбільш поширена D-глюкоза ( C 6 H 12 O 6) - структурна одиниця багатьох дисахаридів (мальтози, сахарози та лактози) та полісахаридів (целюлоза, крохмаль). Інші моносахариди, переважно, відомі як компоненти ді-, олиго- чи полісахаридів і у вільному стані зустрічаються рідко. Природні полісахариди є основними джерелами моносахаридою.

Дисахариди

Мальтоза (солодовий цукор) - природний дисахарид, що складається із двох залишків глюкози.

Дисахариди (від di - два, sacchar - цукор)- складні органічні сполуки, одна з основних груп вуглеводів, при гідролізі кожна молекула розпадається на дві молекули моносахаридів, є окремим випадком олігосахаридів. За будовою дисахариди є глікозидами, в яких дві молекули моносахаридів з'єднані один з одним глікозидним зв'язком, утвореним в результаті взаємодії гідроксильних груп (двох напівацетальних або однієї напівацетальної і однієї спиртової). Залежно від будови дисахариди поділяються на дві групи: відновлюючі та невідновлювальні. Наприклад, у молекулі мальтози другий залишок моносахариду (глюкози) має вільний напівацетальний гідроксил, що надає даному дисахариду відновлювальні властивості. Дисахариди поряд з полісахаридами є одним з основних джерел вуглеводів у раціоні людини та тварин.

Олігосахариди

Рафіноза - природний трисахарид, що складається із залишків D-галактози, D-глюкози та D-фруктози.

Олігосахариди(Від грец. ὀλίγος - небагато) - вуглеводи, молекули яких синтезовані з 2 - 10 залишків моносахаридів, з'єднаних глікозидними зв'язками. Відповідно розрізняють: дисахариди, трисахариди і таке інше. Олігосахариди, що складаються з однакових моносахаридних залишків, називають гомополісахаридами, а з різних - гетерополісахаридами. Найбільш поширені серед олігосахаридів дисахариди.

Серед природних трисахаридів найбільш поширена рафінозу - невосстановляющий олігосахарид, що містить залишки фруктози, глюкози та галактози - у великих кількостях міститься в цукровому буряку та багатьох інших рослинах.

Полісахариди

Полісахариди- загальна назва класу складних високомолекулярних вуглеводівмолекули яких складаються з десятків, сотень або тисяч мономерів - моносахаридів. З погляду загальних принципів будови групи полісахаридів можна розрізнити гомополісахариди, синтезовані з однотипних моносахаридних одиниць і гетерополісахариди, котрим характерна наявність двох чи кількох типів мономерних залишків.

Гомополісахариди ( глікани), що складаються із залишків одного моносахариду, можуть бути гексозами або пентозами, тобто як мономер може бути використана гексоза або пентоза. Залежно від хімічної природи полісахариду розрізняють глюкани (з залишків глюкози), маннани (з маннози), галактани (з галактози) та інші подібні сполуки. До групи гомополісахаридів належать органічні сполуки рослинної (крохмаль, целюлоза, пектинові речовини), тварини (глікоген, хітин) та бактеріальної ( декстрани) походження.

Полісахариди необхідні для життєдіяльності тварин та рослинних організмів. Це один із основних джерел енергії організму, що утворюється в результаті обміну речовин. Полісахариди беруть участь у імунних процесах, забезпечують зчеплення клітин у тканинах, є основною масою органічної речовини у біосфері.

Крохмаль (C 6 H 10 O 5) n - суміш двох гомополісахаридів: лінійного - амілози та розгалуженого - амілопектину, мономером яких є альфа-глюкоза. Біла аморфна речовина, не розчинна в холодній воді, здатна до набухання і частково розчинна в гарячій воді. Молекулярна маса 105-107 Дальтон. Крохмаль, синтезований різними рослинами в хлоропластах, під впливом світла при фотосинтезі, трохи відрізняється структурою зерен, ступеня полімеризації молекул, будовою полімерних ланцюгів і фізико-хімічним властивостям. Як правило, вміст амілози в крохмалі становить 10-30%, амілопектину - 70-90%. Молекула амілози містить у середньому близько 1000 залишків глюкози, пов'язаних між собою альфа-1,4 зв'язками. Окремі лінійні ділянки молекули амілопектину складаються з 20-30 таких одиниць, а в точках розгалуження амілопектину залишки глюкози пов'язані міжланцюжковими альфа-1,6-зв'язками. При частковому кислотному гідролізі крохмалю утворюються полісахариди меншою мірою полімеризації - декстрини ( C 6 H 10 O 5) p, а при повному гідролізі -глюкоза.

Глікоген (C 6 H 10 O 5) n - полісахарид, побудований із залишків альфа-D-глюкози - головний резервний полісахарид вищих тварин і людини, міститься у вигляді гранул у цитоплазмі клітин практично у всіх органах і тканинах, проте, найбільша його кількість накопичується в м'язах та печінці. Молекула глікогену побудована з поліглюкозидних ланцюгів, що гілкуються, в лінійній послідовності яких, залишки глюкози з'єднані за допомогою альфа-1,4-зв'язками, а в точках розгалуження міжланцюжковими альфа-1,6-зв'язками. Емпірична формула глікогену ідентична формулі крохмалю. За хімічною будовою глікоген близький до амілопектину з більш вираженою розгалуженістю ланцюгів, тому іноді називається неточним терміном «крохмаль тварин». Молекулярна маса 105-108 Дальтон і вище. В організмах тварин є структурним та функціональним аналогом полісахариду рослин крохмалю. Глікоген утворює енергетичний резерв, який при необхідності заповнити раптовий недолік глюкози може бути швидко мобілізований - сильне розгалуження його молекули веде до наявності великої кількості кінцевих залишків, що забезпечують можливість швидкого відщеплення потрібної кількості молекул глюкози. На відміну від запасу тригліцеридів (жирів), запас глікогену не настільки ємний (в калоріях на грам). Тільки глікоген, запасений у клітинах печінки (гепатоцитах) може бути перероблений у глюкозу для харчування всього організму, при цьому гепатоцити здатні накопичувати до 8 відсотків своєї ваги у вигляді глікогену, що є максимальною концентрацією серед усіх видів клітин. Загальна маса глікогену в печінці дорослих може досягати 100-120 г. У м'язах глікоген розщеплюється на глюкозу виключно для локального споживання і накопичується в менших концентраціях (не більше 1 % від загальної маси м'язів), проте загальний запас у м'язах може перевищувати запас, накопичений у гепатоцитах.

Целюлоза(Клітковина) - найбільш поширений структурний полісахарид рослинного світу, що складається з залишків альфа-глюкози, представлених в бета-піранозна формі. Таким чином, в молекулі бета-глюкопіранозні целюлози мономерні одиниці лінійно з'єднані між собою бета-1,4-зв'язками. При частковому гідроліз целюлози утворюється дисахарид целобіозу, а при повному - D-глюкоза. У шлунково-кишковому тракті людини целюлоза не перетравлюється, тому що набір травних ферментів не містить бета-глюкозидазу. Тим не менш, наявність оптимальної кількості рослинної клітковини в їжі сприяє нормальному формуванню калових мас. Маючи велику механічну міцність, целюлоза виконує роль опорного матеріалу рослин, наприклад, у складі деревини її частка варіює від 50 до 70 %, а бавовна є практично стовідсотковою целюлозою.

Хітін- структурний полісахарид нижчих рослин, грибів та безхребетних тварин (в основному рогові оболонки членистоногих – комах та ракоподібних). Хітін, подібно до целюлози в рослинах, виконує опорні та механічні функції в організмах грибів і тварин. Молекула хітину побудована із залишків N-ацетил-D-глюкозаміну, пов'язаних між собою бета-1,4-глікозидними зв'язками. Макромолекули хітину нерозгалужені та їхнє просторове укладання не має нічого спільного з целюлозою.

Пектинові речовини- полігалактуронова кислота, що міститься в плодах та овочах, залишки D-галактуронової кислоти пов'язані альфа-1,4-глікозидними зв'язками. У присутності органічних кислот здатні до желеутворення, що застосовуються в харчовій промисловості для приготування желе та мармеладу. Деякі пектинові речовини мають противиразковий ефект і є активною складовою низки фармацевтичних препаратів, наприклад, похідне подорожника «плантаглюцид».

Мурамін(Лат. múrus- Стінка) - полісахарид, опорно-механічний матеріал клітинної стінки бактерій. За хімічною будовою є нерозгалужений ланцюг, побудований з залишків N-ацетилглюкозаміну, що чергуються, і N-ацетилмурамової кислоти, з'єднаних бета-1,4-глікозидним зв'язком. Мурамін по структурній організації (нерозгалужена ланцюг бета-1,4-поліглюкопіранозного скелета) та функціональної ролі дуже близький до хітину та целюлози.

Деккрани- полісахариди бактеріального походження - синтезуються в умовах промислового виробництва мікробіологічним шляхом (вплив мікроорганізмів Leuconostoc mesenteroidesна розчин сахарози) і використовуються як замінники плазми крові (так звані клінічні «декстрани»: Поліглюкін та інші).

>> Хімія: Вуглеводи, їх класифікація та значення

Загальна формула вуглеводів - З n (Н 2 О) m, тобто вони ніби складаються з вуглецю та води, звідси і назва класу, що має історичне коріння. Воно виникло з урахуванням аналізу перших відомих вуглеводів. Надалі було встановлено, що є вуглеводи, в молекулах яких не дотримується зазначене співвідношення (2:1), наприклад, дезоксирибозу - С5Н10О4. Відомі також органічні сполуки, склад яких відповідає наведеній загальній формулі, але які не належать до класу вуглеводів. До них відносяться, наприклад, вже відомі вам формальдегід СН20 та оцтова кислота СН3СООН.

Однак назва «вуглеводи» вкоренилася і в даний час є загальновизнаною для цих речовин.

Вуглеводи за їхньою здатністю гідролізуватися можна розділити на три основні групи: моно-, ді-і полісахариди.

Моносахариди – вуглеводи, які не гідролізуються (не розкладаються водою). У свою чергу, залежно від числа атомів вуглецю моносахариди поділяються на тріози (молекули яких містять три вуглецеві атоми), тетрози (чотири вуглецеві атоми), пентози (п'ять), гексози (шість) іт. буд.

У природі моносахариди представлені переважно пентозами та гексозами.

До пентоз відносяться, наприклад, рибоза - С5Н10О5 і дезоксирибоза (рибоза, у якої «відібрали» атом кисню) - С5Н10О4. Вони входять до складу РНК та ДНК і визначають першу частину назв нуклеїнових кислот.

До гексоз, що мають загальну молекулярну формулу С6Н1206, відносяться, наприклад, глюкоза, фруктоза, галактоза.

Дисахариди – вуглеводи, які гідролізуються з утворенням двох молекул моносахаридів, наприклад гексоз. Загальну формулу переважної більшості дисахаридів вивести нескладно: потрібно «скласти» дві формули гексоз і «відняти» з формули, що вийшла, молекулу води - С12Н22О11. Відповідно можна записати і загальне рівняння гідролізу:

С12Н22O11 + Н2O -> 2С6Н12O6

дисахарид гексозу

До дисахаридів належать:

Сахароза (звичайний харчовий цукор), що при гідролізі утворює одну молекулу глюкози та молекулу фруктози. Вона міститься у великій кількості в цукрових буряках, цукровій тростині (звідси і назви - буряковий або очеретяний цукор), клені (канадські першопрохідники добували кленовий цукор), цукровій пальмі, кукурудзі тощо;

Мальтоза (солодовий цукор), що гідролізується з утворенням двох молекул глюкози. Мальтозу можна отримати при гідролізі крохмалю під дією ферментів, що містяться в солоді, - пророщених, висушених та розмелених зернах ячменю;

Лактоза (молочний цукор), що гідролізується з утворенням молекули глюкози та галактози. Вона міститься в молоці ссавців (до 4-6%), має невисоку насолоду і використовується як наповнювач у дражі та аптечних таблетках.

Солодкий смак різних моно-і дисахаридів різний. Так найсолодший моносахарид - фруктоза - у півтора рази солодший за глюкозу, яку приймають за зразок. Сахароза (дисахарид), у свою чергу, в 2 рази солодша за глюкозу і в 4-5 разів - лактозу, яка майже не смакує.

Полісахариди – крохмаль, глікоген, декстрини, целюлоза… – вуглеводи, які гідролізуються з утворенням безлічі молекул моносахаридів, найчастіше глюкози.

Щоб вивести формулу полісахаридів, потрібно від молекули глюкози «відібрати» молекулу води та записати вираз з індексом п: (С6Н10О5)n – адже саме за рахунок відщеплення молекул води в природі утворюються ді- та полісахариди.

Роль вуглеводів у природі та його значення життя людини надзвичайно великі. Утворюючись у клітинах рослин у результаті фотосинтезу, вони є джерелом енергії для клітин тварин. Насамперед це стосується глюкози.

Багато вуглеводів (крохмаль, глікоген, сахароза) виконують запасну функцію, роль резерву поживних речовин.

Кислоти РНК і ДНК, до складу яких входять деякі вуглеводи (пентози - рибоза та дезоксирибозу), виконують функцію передачі спадкової інформації.

Целюлоза – будівельний матеріал рослинних клітин – відіграє роль каркасу для оболонок цих клітин. Інший полісахарид – хітин – виконує аналогічну роль у клітинах деяких тварин – утворює зовнішній скелет членистоногих (ракоподібних), комах, павукоподібних.

Вуглеводи служать зрештою джерелом нашого харчування: ми споживаємо зерно, що містить крохмаль, або згодовуємо його тваринам, в організмі яких крохмаль перетворюється на білки та жири. Найгігієнічніший наш одяг виготовлений з целюлози або продуктів на її основі: бавовни та льону, віскозного волокна, ацетатного шовку. Дерев'яні будинки та меблі збудовані з тієї ж целюлози, що утворює деревину. В основі виробництва фото- та кіноплівки все та ж целюлоза. Книги, газети, листи, грошові банкноти - це продукція целюлозно-паперової промисловості. Отже, вуглеводи забезпечують нас усім необхідним життя: їжею, одягом, дахом.

Крім того, вуглеводи беруть участь у побудові складних білків, ферментів, гормонів. Вуглеводами є і такі життєво необхідні речовини, як гепарин (він відіграє найважливішу роль - запобігає зсіданню крові), агар-агар (його отримують з морських водоростей і застосовують у мікробіологічній та кондитерській промисловості - згадайте знаменитий торт «Пташине молоко»).

Необхідно підкреслити, що єдиним джерелом енергії на Землі (крім ядерної, зрозуміло) є енергія Сонця, а єдиним способом його акумулювання для забезпечення життєдіяльності всіх живих організмів є процес фотосинтезу, що протікає в клітинах живих рослин і призводить до синтезу вуглеводів із води та вуглекислого газу. До речі, саме при цьому перетворенні утворюється кисень, без якого життя на нашій планеті було б неможливим.

Фотосинтез
6С02 + 6Н20 ------> С6Н1206 + 602

Зміст уроку конспект урокуопорний каркас презентація уроку акселеративні методи інтерактивні технології Практика завдання та вправи самоперевірка практикуми, тренінги, кейси, квести домашні завдання риторичні питання від учнів Ілюстрації аудіо-, відеокліпи та мультимедіафотографії, картинки графіки, таблиці, схеми гумор, анекдоти, приколи, комікси притчі, приказки, кросворди, цитати Доповнення рефератистатті фішки для допитливих шпаргалки підручники основні та додаткові словник термінів інші Удосконалення підручників та уроківвиправлення помилок у підручникуоновлення фрагмента у підручнику елементи новаторства на уроці заміна застарілих знань новими Тільки для вчителів ідеальні урокикалендарний план на рік методичні рекомендації програми обговорення Інтегровані уроки

Вуглеводи - великий клас органічних сполук. У клітинах живих організмів вуглеводи є джерелами та акумуляторами енергії, в рослинах (на їх частку припадає до 90 % сухої речовини) та деяких тварин (до 20 % сухої речовини) виконують роль опорного (скелетного) матеріалу, входять до складу багатьох найважливіших природних сполук, виступають як регулятори низки найважливіших біохімічних реакцій. У поєднанні з білками та ліпідами вуглеводи утворюють складні високомолекулярні комплекси, що становлять основу субклітинних структур, а отже, основу живої матерії. Вони входять до складу природних біополімерів - нуклеїнових кислот, що беруть участь у передачі спадкової інформації.

Вуглеводи утворюються в рослинах в ході фотосинтезу, завдяки асиміляції хлорофілом, під дією сонячних променів, вуглекислого газу, що міститься в повітрі, а кисень, що утворюється при цьому, виділяється в атмосферу. Вуглеводи є першими органічними речовинами в кругообіг вуглецю в природі.

Усі вуглеводи ділять на дві групи: прості та складні. Простими вуглеводами (моносахариди, монози) називають вуглеводи, які здатні гідролізуватися з утворенням простіших сполук.

Складні вуглеводи (полісахариди, поліози) - вуглеводи, здатні гідролізуватися більш прості. Вони число атомів вуглецю не дорівнює числу атомів кисню. Складні вуглеводи дуже різноманітні за складом, молекулярної маси, отже, і за властивостями. Їх ділять на дві групи: низькомолекулярні (сахароподібні чи олігосахариди) від грец. oligos - малий, нечисленний та високомолекулярні (несахароподібні полісахариди). Останні – сполуки з великою молекулярною масою, до складу яких можуть входити залишки сотень тисяч простих вуглеводів.

Молекули простих вуглеводів - моноз - побудовані з нерозгалужених вуглецевих ланцюгів, що містять різну кількість атомів вуглецю. До складу рослин і тварин входять головним чином монози з 5 та 6 вуглецевими атомами - пентози та гексози. У атомів вуглецю розташовані гідроксильні групи, а один із них окислений до альдегідної (альдози) або кетонної (кетози) групи.

У водних розчинах, у тому числі в клітині, монози з ациклічних (альдегідо-кетоно) форм переходять у циклічні (фуранозні, піранозні) та назад. Цей процес отримав назву динамічної ізомерії — таутомерії.

Цикли, які входять до складу молекул моноз, можуть бути побудовані з 5 атомів (з них 4 атоми вуглецю та один кисню) - вони отримали назву фуранозних, або з 6 атомів (5 атомів вуглецю та один кисню), їх називають піранозними.

У молекулах моносахаридів є вуглецеві атоми, пов'язані з чотирма різними замісниками. Вони отримали назву асиметричних і позначені у формулах глюкози та фруктози зірочками. Наявність у молекулах моноз асиметричних вуглецевих атомів призводить до появи оптичних ізомерів, що мають здатність обертати плоскополяризований промінь світла. Напрямок обертання позначають знаком «+» (праве обертання) та «-» (ліве обертання). Важливою характеристикою моноз є питоме обертання. Кут обертання площини поляризації свіжоприготовленого розчину моносахариду внаслідок зазначених раніше таутомерних перетворень при стоянні змінюється, доки досягне деякої постійної величини. Зміна кута обертання розчинів Сахарів при стоянні одержала назву мутаротації. Наприклад, для глюкози ця зміна походить від +106 до +52,5°; зазвичай це зображують так: +106°-»-+52,5°.

У рослинах найчастіше міститься D-форма моноз.

Наявність спиртових, альдегідних або кетонних груп, а також поява в циклічних формах моноз групи ВІН з особливими властивостями (глікозидний, напівацетальний гідроксил) визначає хімічну поведінку цих сполук, а отже, і перетворення їх у технологічні процеси. Моносахариди — сильні відновники — беруть в облогу срібло з аміачних розчинів оксиду срібла (знайома всім зі шкільного курсу хімії реакція «срібного дзеркала» і оксид міді Cu20 при взаємодії з розчином Фелінг (Фелінгова рідина), який готують змішуваним розчином натрій-калієвої солі винної кислоти.Остання реакція використовується для визначення вмісту відновлювальних Сахаров (метод Бертрана) за кількістю оксиду міді СигО, що випав осад.

Фурфурол - один із компонентів, який входить до складу речовин, що створюють аромат хліба.

Велике значення в харчовій технології має взаємодія моноз та інших відновлюючих Сахаров (в реакції можуть брати участь і інші сполуки, що мають карбонільну групу, - альдегіди, кетони і т. д.) з сполуками, що містять аміногрупу - NH2: первинними амінами, амінокислотами, пептидами, білками.

Особливе місце у перетвореннях моносахаридів займають два процеси: дихання та бродіння.

Дихання - це екзотермічний процес ферментативного окислення моноз до води та вуглекислого газу.

На кожен моль витраченої глюкози (180 г) виділяється 2870 кДж (672 ккал) енергії. Дихання поряд із фотосинтезом є найважливішим джерелом енергії для живих організмів.

Розрізняють аеробне (кисневе) дихання - дихання при достатній кількості повітря (схема цього процесу був; нами щойно розглянута) і анаеробне (безкисневе дихання, що є по суті спиртовим бродінням:

При цьому на 1 моль витраченої глюкози виділяється 118,0 кДж (28,2 ккал) енергії.

Спиртове бродіння, що протікає під впливом мікроорганізмів, відіграє виняткову роль у виробництві спирту вина, хлібобулочних виробів. Поряд з головними продуктами спиртом і діоксидом вуглецю - при спиртовому бродінні мона утворюються різноманітні побічні продукти (гліцерин, янтарна кислота, оцтова кислота, ізоаміловий та ізопропіловий спирти та ін), що істотно впливають на смак та аромат харчових продуктів. Крім спиртового бродіння існує молочнокисле бродіння моноз:

Це основний процес при отриманні кислого молока, кефіру та інших молочнокислих продуктів, квашенні капусти.

Бродіння моноз може призводити до утворення олійної кислоти (маслянокисле бродіння).

Моносахариди - тверді кристалічні речовини, вони гігроскопічні, добре розчиняються у воді, утворюючи сиропи, важко розчиняються у спирті. Більшість із них мають солодкий смак. Розглянемо найважливіші моносахариди.

Гексоз. Головними представниками цієї групи моноз є глюкоза та фруктоза.

Глюкоза (виноградний цукор, декстроза) широко поширена в природі: міститься в зелених частинах рослин, у виноградному соку, насінні та фрукти, ягоди, мед. Входить до складу найважливіших полісахаридів: сахарози, крохмалю, клітковини, багатьох глікозидів. Отримують глюкозу гідролізом крохмалю та клітковини. Зброджується дріжджами.

Фруктоза (фруктовий цукор, левульозу) у вільному стані міститься в зелених частинах рослин, нектарі квітів, насінні, меді. Входить до складу цукрози, утворює високомолекулярний полісахарид інсулін. Зброджується дріжджами. Одержують із сахарози, інсуліну, трансформацією інших моноз методами біотехнології.

Глюкоза та фруктоза відіграють велику роль у харчовій промисловості, будучи важливим компонентом продуктів харчування та вихідним матеріалом при бродінні.

Пентоз. У природі широко поширені L(+)-арабінозу, рибоза, ксилоза, головним чином як структурні компоненти складних полісахаридів: пентозанів, геміцелюлоз, пектинових речовин, а також нуклеїнових кислот та інших природних

Гіркий і пекучий смак, який характерний і через який цінуються гірчиця та хрін, обумовлений утворенням при гідролізі ефірної олії. Вміст калієвої солі синігрину в гірчиці та хріні досягається 3-3,5%.

У кісточках персика, абрикосів, слив, вишень, яблук, груш, у листі лавровішні, насінні гіркого мигдалю міститься глікозид амігдалін. Він є поєднанням дисахарида гентіобіози і аглікону, що включає залишок синильної кислоти і бензальдегіду.

L(+)-арабінозу, не зброджується дріжджами. Міститься у буряках.

Рибоза – важливий структурний компонент рибонуклеїнових кислот.

D(+)-ксилоза - структурний компонент, що містяться в соломі, висівках, деревині полісахаридів ксилозанів. Отриману при гідролізі ксилозу використовують як підсолоджуючу речовину для хворих на діабет.

Глікозиди. У природі, головним чином рослинах, поширені похідні Сахаров, отримали назву глікозидів. Молекула глікозиду складається з двох частин: цукру, він зазвичай представлений моносахаридом, і аглікону («не-цукор»).

Як агликон в побудові молекул глікозидів можуть брати участь залишки спиртів, ароматичних сполук, стероїдів і т. д. Багато з глікозидів мають гіркий смак і специфічний запах, з чим і пов'язана їхня роль у харчовій промисловості, деякі з них мають токсичну дію, про це слід пам'ятати.

Глікозід синігрін - міститься в насінні чорної і сарептської гірчиці, коренях хрону, в ріпаку, надаючи їм гіркий смак і специфічний запах. Під впливом ферментів, що містяться в насінні гірчиці, цей глікозид гідролізується.

При кислотному або ферментативному гідролізі утворюються дві молекули глюкози, синильна кислота та бензальдегід. Синільна кислота, що міститься в амігдалині, може викликати отруєння.

Глікозид ваніліну міститься в стручках ванілі (до 2 % на суху речовину), при його ферментативному гідролізі утворюються глюкоза та ванілін:

Ванілін - цінна запашна речовина, що застосовується в харчовій та парфумерній промисловості.

У картоплі, баклажанах містяться глікозиди салонини, які можуть надавати картоплі гіркий, неприємний смак, особливо, якщо погано видаляються його зовнішні шари.

Полісахариди (складні вуглеводи). Молекули полісахаридів побудовані з різної кількості залишків моноз, які утворюються при гідролізі складних вуглеводів. Залежно від цього їх ділять на низькомолекулярні та високомолекулярні полісахариди. З перших особливе значення мають дисахариди, молекули яких побудовані із двох однакових чи різних залишків моноз. Одна з молекул моноз завжди бере участь у побудові молекули дисахарида своїм напівацетальним гідроксилом, інша напівацетальним або одним із спиртових гідроксилів. Якщо в освіті молекули дисахарида монози беруть участь своїми напівацетальними гідроксилами, утворюється не-відновлюючий дисахарид, у другому - відновлюючий. Це одна з головних характеристик дисахаридів. Найважливіша реакція дисахаридів – гідроліз.

Більш детально розглянемо будову та властивості мальтози, сахарози, лактози, які широко поширені в природі, які відіграють важливу роль у харчовій технології.

Мальтоза (солодовий цукор). Молекула мальтози складається із двох залишків глюкози. Вона є відновлюючим дисахаридом:

Мальтоза досить широко поширена в природі, вона міститься в пророслому зерні і особливо у великих кількостях у солоді та солодових екстрактах. Звідси і її назва (від лат. Maltum - солод). Утворюється при неповному гідролізі крохмалю розведеними кислотами або амілолітичними ферментами, є одним з основних компонентів крохмальної патоки, що широко використовується в харчовій промисловості. При гідролізі мальтози утворюються дві молекули глюкози.

Цей процес відіграє велику роль у харчовій технології, наприклад при бродінні тіста як джерело цукрів, що зброджуються.

Сахароза (тростинний цукор, буряковий цукор). При її гідролізі утворюються глюкоза та фруктоза.

Отже, молекула сахарози складається із залишків глюкози та фруктози. У побудові молекули сахарози глюкоза та фруктоза беруть участь своїми напівацетальними гідроксилами. Сахароза - цукор, що не відновлює.

Сахароза — найбільш відомий цукор, який широко застосовується в харчуванні та харчовій промисловості. Міститься в листі, стеблах, насінні, плодах, бульбах рослин. У цукрових буряках від 15 до 22 % цукрози, цукровій тростині -12-15 %, це основні джерела її отримання, звідси ж виникли і її назви — очеретяний або буряковий цукор.

У картоплі 0,6% сахарози, цибулі - 6,5, моркви - 3,5, буряках - 8,6, дині - 5.9, абрикосах і персиках - 6,0, апельсинах - 3,5, винограді - 0,5% . Її багато в кленовому та пальмовому соку, кукурудзі – 1,4-1,8 %.

Сахароза кристалізується без води як великих моноклінічних кристалів. Питоме обертання водного її розчину -(-66,5°. Гідроліз сахарози супроводжується утворенням глюкози та фруктози. Фруктоза має більш сильне ліве обертання (-92°), ніж глюкоза правим (+ 52,5°), тому при гідролізі сахарози кут обертання Гідроліз сахарози отримав назву інверсії (звернення), а суміш утворюються різних кількостей глюкози і фруктози - інвертним цукром. перетворюється на суміш складних продуктів: карамелану та інших, втрачаючи при цьому воду, які під назвою «колер» використовують при виробництві напоїв і в коньячному виробництві для фарбування готових продуктів.

Лактоза (молочний цукор). Молекула лактози складається з залишків галактози та глюкози і має відновлюючі властивості.

Лактозу одержують із молочної сироватки відходу при виробництві олії та сиру. У коров'ячому молоці міститься 46% лактози. Звідси і виникла її назва (від лат. Lactum молоко). Водні розчини лактози мутаротують, їхнє питоме обертання після завершення цього процесу +52,2°. Лактоза гігроскопічна. Не бере участь у спиртовому бродінні, але під впливом молочнокислих дріжджів гідролізується з наступним зброджуванням продуктів, що утворилися в молочну кислоту.

Високомолекулярні нецукроподібні полісахариди побудовані з великої кількості (до 6-10 тис.) залишків моноз. Вони поділяються на гомополісахариди, побудовані з молекул моносахаридів лише одного виду (крохмаль, глікоген, клітковина) гетерополісахариди, що складаються із залишків різних моносахаридів.

Крохмаль (CeHioOs) — резервний полісахарид, головний компонент зерна, картоплі та багатьох видів харчової сировини. Найбільш важливий за своєю харчовою цінністю та використанням у харчовій промисловості нецукроподібний полісахарид.

Зміст крохмалю в харчовій сировині визначається культурою, сортом, умовами зростання, стиглістю. У клітинах крохмаль утворює зерна (гранули, рис. 8) розміром від 2 до 180 мкм. Особливо великі зерна у крохмалю картоплі. Форма зерен залежить від культури, вони можуть бути простими (пшениця, жито) або складними, що складаються їх дрібніших зерен. Від особливостей будови та розмірів крохмальних зерен та, природно, від складу крохмалю залежать його фізико-хімічні властивості. Крохмаль - суміш полімерів двох типів, побудованих із залишків глюкопіранози: амілози та амілопектину. Їх вміст у крохмалі залежить від культури та коливається від 18 до 25 % амілази та 75-82 % амілопектину.

Амілоза - лінійний полімер, побудований із залишків глюкопіранози, зв'язок 1-4а. Її молекула містить від 1000 до 6000 залишків глюкози. Молекулярна маса 16000-1000000. Амілоза має спіралеподібну будову. Усередині її утворюється канал діаметром 0,5 нм, куди можуть входити молекули інших сполук, наприклад, йоду, який забарвлює її в синій колір.

Амілопектин – полімер, що містить від 5000 до 6000 залишків глюкози. Молекулярна маса до 106. Зв'язки між залишками a-D-глюкопіранози 1-4a, 1-6а, 1-За. Нерозгалужені ділянки складаються з 25-30 залишків глюкози. Молекула амілопектину має сферичну форму. Амілопектин утворює з йодом фіолетове забарвлення з червоним відтінком. У складі крохмалю міститься до 0,6% високомолекулярних жирних кислот та 0,2-0,7% мінеральних речовин.

У ході технологічної обробки під дією вологи та тепла крохмаль, крохмаль містить сировину здатні адсорбувати вологу, набухати, клейстеризуватися, піддаватися деструкції. Інтенсивність цих процесів залежить від виду крохмалю, режимів обробки, характеру каталізатора.

Крохмальні зерна при звичайній температурі не розчиняються у воді, при підвищенні температури набухають, утворюючи в'язкий колоїдний розчин. При його охолодженні утворюється стійкий гель (усім нам добре знайомий крохмальний клейстер). Цей процес отримав назву клейстеризації крохмалю. Крохмали різного походження клейстеризуються за різних температур (55-80 °С). Здатність крохмалю набухання та клейстеризації пов'язана із вмістом амілозної фракції. Під дією ферментів чи кислот при нагріванні крохмаль приєднує воду та гідролізується. Глибина гідролізу залежить від умов його проведення та виду каталізатора (кислота, ферменти).

В останні роки все ширше застосування в харчовій промисловості знаходять модифіковані крохмалі, властивості яких внаслідок різноманітних видів впливу (фізичного, хімічного, біологічного) відрізняються від властивостей звичайних крохмалів. Модифікація крохмалю дозволяє суттєво змінити його властивості (гідрофільність, здатність до клейстеризації, студнеутворення), а отже, і напрямок його використання. Модифіковані крохмалі знайшли застосування у хлібопекарській та кондитерській промисловості, у тому числі для отримання безбілкових продуктів харчування.

Клітковина - найпоширеніший високомолекулярний полімер. Це основний компонент та опорний матеріал клітинних стінок рослин. Вміст клітковини у волосинках насіння бавовнику 98 %, деревині – 40-50, зернах пшениці – 3, жита та кукурудзі – 2,2, сої – 3,8, соняшнику з плодовою оболонкою – до 15 %. Молекули клітковини з допомогою водневих зв'язків об'єднані в міцели (пучки), які з паралельних ланцюгів. Клітковина нерозчинна у воді та за звичайних умов не гідролізується кислотами. При підвищених температурах при гідролізі утворюється як кінцевий продукт D-глюкозу. У ході гідролізу поступово йде деполімеризація крохмалю та утворення декстринів, потім мальтози, а при повному гідролізі глюкози. Деструкція крохмалю, яка починається з набухання та руйнування крохмальних зерен і супроводжується його деполімеризацією (частковою або глибшою) до утворення як кінцевий продукт глюкози, відбувається при отриманні багатьох харчових продуктів - патоки, глюкози, хлібобулочних виробів, спирту і т.д.

Глікоген (тварин крохмаль) складається з залишків глюкози. Важливий енергетичний запасний матеріал тварин (у печінці до 10%, м'язах 0,3-1% глікогену) присутній у деяких рослинах, наприклад, у зернах кукурудзи. За своєю будовою нагадує амілопектин, але більш розгалужений і його молекула має компактнішу упаковку. Вона побудована з залишків a-D-глюкопіранози, зв'язки між ними 1-4а (до 90%), 1-6а (до 10%) та 1-за (до 1%).

Продукти гідролізу, що містять клітковину відходів, які утворюються під час переробки деревини, широко використовують для одержання кормових дріжджів, етилового спирту та інших продуктів.

Ферменти шлунково-кишкового тракту людини не розщеплюють целюлозу, яку відносять до баластових речовин. Роль їх у харчуванні буде розглянута далі. Нині під впливом ферментного комплексу целюлаз вже у промислових умовах отримують продукти гідролізу клітковини, зокрема глюкозу. Враховуючи, що відновлювані запаси сировини, що містять целлюлозо, практично безмежні, ферментативний гідроліз клітковини є дуже перспективним шляхом отримання глюкози.

Геміцелюлози - це група високомолекулярних полісахаридів, що утворюють спільно з целюлозою клітинні стінки рослинних тканин. Присутні головним чином у периферійних оболонкових частинах зерна, соломі, кукурудзяних качанах, соняшниковій лушпинні. Вміст їх залежить від сировини та досягає 40% (кукурудзяні качани). У зерні пшениці та жита до 10 % геміцелюлоз. До їх складу входять пентозани, що утворюють при гідролізі пентози (арабінозу ксилозу), гексозани, що гідролізуються до гексоз (манноз, галактоза, глюкоза, фруктоза і група змішаних полісахаридів, що гідролізуються до пентоз, гексоз і уронових кислот. Геміцелю; розташування моноз усередині полімерного ланцюга неоднаковий.Связь їх Друг з одним здійснюється за участю напівацетального гідроксилу і гідроксильних груп у 2, 3, 4, 6-го вуглецевих атомів.Вони розчиняються в лужних розчинах. геміцелюлози іноді включають групу агару (суміш сульфованих полісахаридів - агарози і агаропектину) - полісахариду, присутній у водоростях і застосовується в кондитерській промисловості. .Геміцелюлози відносять до групи харчових волокон, необхідних для нормального травлення.

Пектинові речовини - це група високомолекулярних полісахаридів, що входять до складу клітинних стінок і міжклітинних утворень рослин разом із целюлозою, геміцелюлозою, лігніном. Міститься у клітинному соку. Найбільша кількість пектинових речовин знаходиться у плодах та коренеплодах. Отримують їх з яблучних вичавків, буряків, кошиків соняшнику. Розрізняють нерозчинні пектини (протопектини), які входять до складу первинної клітинної стінки та міжклітинної речовини, та розчинні, що містяться в клітинному соку. Молекулярна маса пектину змінюється від 20 ТОВ до 50 000. Основним структурним компонентом його є галактуронова кислота, з молекул якої будується головний ланцюг, а до складу бічних ланцюгів входять 1-арабінозу, D-галактозу та рамнозу. Частина кислотних груп етерифікована метиловим спиртом, частина існує у вигляді солей. При дозріванні та зберіганні плодів нерозчинні форми пектину переходять у розчинні, з цим пов'язане розм'якшення плодів при дозріванні та зберіганні. Перехід нерозчинних форм у розчинні відбувається при тепловій обробці рослинної сировини, освітленні плодово-ягідних соків. Пектинові речовини здатні утворювати гелі у присутності кислоти та цукру за дотримання визначеннях співвідношень. На цьому засновано їх використання як студнеутворюючу речовину в кондитерській та консервній промисловості для виробництва мармеладу, пастили, желе та джемів, а також у хлібопеченні, сироробстві.

Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.

Департамент освіти м. Астана

Політехнічний коледж

Творча робота

Предмет: Хімія

Тема: «Вуглеводи»

• Зміст: 1
• Вступ. 4
• 1 . Моносахаріди. 7
• Глюкоза. 7
• 7
• Фізичні властивості. 9
• Хімічні властивості. 9
• Одержання глюкози. 10
• Застосування глюкози. 10
• 11
• II. Дисахариди. 11
• Сахароза. 12
• 12
• Фізичні властивості. 12
• Хімічні властивості. 12
• Одержання сахарози. 13
• Застосування сахарози. 14
• Знаходження в природі та організмі людини. 14
• III. Полісахариди. 14
• Крохмаль 14
• Основні поняття. Будова молекули. 14
• Фізичні властивості. 15
• Хімічні властивості. 15
• Одержання крохмалю. 15
• Застосування крохмалю. 15
• Знаходження в природі та організмі людини. 16
• Целюлоза. 17
• Основні поняття. Будова молекули. 17
• Фізичні властивості. 17
• Хімічні властивості. 17
• Одержання целюлози. 18
• Застосування целюлози. 18
• Знаходження в природі та організмі людини. 19
• Висновок 21
• Програми. 22
• Використана література 33

Вступ

Щодня зіштовхуючись із безліччю побутових предметів, продуктів харчування, природних об'єктів, продуктів промислового виробництва, ми не замислюємося про те, що все довкола є й індивідуальні хімічні речовини чи сукупність цих речовин. Будь-яка речовина має власну структуру та властивості. Людина з моменту появи на Землі вживала рослинну їжу, що містить крохмаль, фрукти та овочі, що містять глюкозу, сахарозу та інші вуглеводи, використовував для своїх потреб деревину та інші рослинні об'єкти, що складаються головним чином з іншого природного полісахариду - целюлози. І лише на початку XIX ст. стало можливим вивчення хімічного складу природних високомолекулярних речовин, будови їх молекул. У цій галузі було зроблено найважливіші відкриття.

У безмежному світі органічних речовин є сполуки, про які можна сказати, що вони складаються з вуглецю та води. Вони так і називаються – вуглеводи. Вперше термін "вуглеводи" запропонував російський хімік з Дерпта (нині Тарту) К. Шмідт у 1844 році. У 1811 році російський хімік Костянтин Готліб Сигізмунд (1764-1833) вперше отримав глюкозу гідролізом крохмалю. Вуглеводи широко поширені в природі та відіграють велику роль у біологічних процесах живих організмів та людини.

Вуглеводи в залежності від будови можна поділити на моносахариди, дисахариди та полісахариди: (див. додаток 1)

1. Моносахаріди:

- глюкозаЗ 6 Н 12 Про 6

-фруктозаЗ 6 Н 12 Про 6

- рибозаЗ 5 Н 10 Про 5

З шестивуглецевих моносахаридів – гексоз – найбільш важливе значення мають глюкоза, фруктоза та галактоза.

Якщо в одній молекулі поєднуються два моносахариди, така сполука називається дисахаридом.

2. Дисахариди:

-цукрозаЗ 12 Н 22 Про 11

Складні вуглеводи, утворені багатьма моносахаридами, називають полісахаридами.

3. Полісахариди:

- крохмаль(З 6 Н 10 Про 5)n

- целюлоза(З 6 Н 10 Про 5)n

У молекулах моносахаридів може бути від 4-х до 10-ти атомів вуглецю. Назви всіх груп моносахаридів, а також назви окремих представників закінчуються на - оза. Тому в залежності від кількості атомів вуглецю в молекулі моносахариди поділяють на тетрози, пентози, гексозиі т.д. найбільше значення мають гексози та пентози.

Класифікація вуглеводів

Пентози	Гексози	Дисахариди	Полісахариди
Глюкоза Рибоза Дезоксирибоза Арабіноза Ксилоза Ліксоза Рибулоза Ксилулоза	Глюкоза Галактоза Манноза Гулоза Ідоза Талоза Аллоза Альтроза Фруктоза Сорбоза Такатоза Псикоза Фукоза Рамноза	Сахароза Лактоза Трегалоза Мальтоза Целлобіоза Алолактоза Гентіобіоз Ксилобіозу Мелібіозу	Глікоген Крохмаль Целюлоза Хітін Амілоза Амілопектін Стахілоза Інулін Декстрін Пектини

Тварини та людинане здатні синтезувати цукру та одержують їх з різними харчовими продуктами рослинного походження.

У рослинахвуглеводи утворюються з двоокису вуглецю та води в процесі складної реакції фотосинтезу, що здійснюється за рахунок сонячної енергії за участю зеленого пігменту рослин - хлорофілу.

1. Моносахариди

З шестивуглецевих моносахаридів – гексоз – важливе значення мають глюкоза, фруктоза та галактоза.

Глюкоза

Основні поняття. Будова молекули. Для встановлення структурної формули молекули глюкози потрібно знати її хімічні характеристики. Експериментально довели, що одна моль глюкози реагує з п'ятьма молями оцтової кислоти з утворенням складного ефіру. Це означає, що у молекулі глюкози є п'ять гідроксильних груп. Оскільки глюкоза в аміачному розчині оксиду срібла (II) дає реакцію «срібного дзеркала», то її молекулі має бути альдегідна група.

Досвідченим шляхом також відказали, що глюкоза має нерозгалужену вуглецеву ланцюг. На підставі цих даних будову молекули глюкози можна виразити такою формулою:

Як видно з формули, глюкоза є одночасно багатоатомним спиртом, а альдегідом, тобто альдегідоспиртом.

Подальші дослідження показали, що крім молекул з відкритим ланцюгом для глюкози характерні молекули циклічної будови. Це тим, що молекули глюкози, внаслідок обертання атомів вуглецю навколо зв'язків можуть приймати вигнуту форму і гідроксильна група 5 вуглецю може наблизитися до гідроксильної групи. В останній під дією гідроксильної групи розривається?-зв'язок. До вільного зв'язку приєднується атом водню, і утворюється шестичленне кільце, в якому відсутня альдегідна група. Доведено, що у водному розчині існують обидві форми молекул глюкози - альдегідна та циклічна, між якими встановлюється хімічна рівновага:

У молекулах глюкози з відкритим ланцюгом альдегідна група може вільно обертатися навколо зв'язку, що знаходиться між першим і другим атомами вуглецю. У молекулах циклічної форми таке обертання неможливо. Тому циклічна форма молекули може мати різну просторову будову:

a)?- форма глюкози- гідроксильні групи (-ОН) при першому та другому атомах вуглецю розташовані по один бік кільця.

b)

c)б- Форма глюкози- Гідроксильні групи знаходяться по різні боки кільця молекули.

Фізичні властивості. Глюкоза - безбарвна кристалічна речовина з солодким смаком, добре розчинна у воді. З водяного розчину кристалізується. Порівняно з буряковим цукром менш солодка.

Хімічні властивості. Глюкоза має хімічні властивості, характерні для спиртів (гідроксильна (-ОН) група) і альдегідів (група альдегіду (-СНТ). Крім того, вона має і деякі специфічні властивості.

1. Властивості, характерні для спиртів:

а) взаємодія з оксидом міді (II):

C 6 H 12 O 6 + Cu(OH) 2 > C 6 H 10 O 6 C u + H 2 O

алкоголят міді (II)

б) взаємодію Космосу з карбоновими кислотами з утворенням складних ефірів (реакція етерифікації).

C 6 H 12 O 6 +5CH 3 COOH>C 6 H 7 O 6 (CH 3 CO) 5

2. Властивості, характерні для альдегідів

а)взаємодія з оксидом срібла (I) в аміачному розчині (реакція "срібного дзеркала") :

C 6 H 12 O 6 + Аg2O > C 6 H 12 O 7 +2Agv

глюкоза глюконова кислота

б) відновлення (гідрування) – до шестиатомного спирту (сорбіту):

C 6 H 12 O 6 + H 2 > C 6 H 14 O 6

глюкоза сорбіт

3. Специфічні реакції - бродіння:

а) спиртове бродіння (під дією дріжджів) :

С6Н12О6 > 2С2Н5ОН + 2СО2

глюкоза етиловий спирт

б) молочнокисле бродіння (під дію молочнокислих бактерій) :

С6Н12О6 > С3Н6О3

глюкоза молочна кислота

в) маслянокисле бродіння :

С6Н12О6 > С3Н7СООН +2Н2 +2СО2

глюкоза олійна кислота

Одержання глюкози. Перший синтез найпростіших вуглеводів із формальдегіду у присутності гідроксиду кальцію було зроблено А.М. Бутлеровим у 1861 році:

са(він)2

6НСОН > С6Н12О6

формальдегід люкоза

На виробництві глюкозу найчастіше отримують гідролізом крохмалю в присутності сірчаної кислоти:

Н 2 SО 4

(С6Н10О5)n + nН2О > nC6H12O6

крохмаль глюкоза

Застосування глюкози.Глюкоза є цінним поживним продуктом. В організмі вона піддається складним біохімічним перетворенням, у яких звільняється енергія, що накопичилася у процесі фотосинтезу. Спрощено процес окислення глюкози в організмі можна виразити наступним рівнянням:

С6Н12О6 + 6О2>6СО2+6H 2 O+Q

Оскільки глюкоза легко засвоюється організмом, її використовують у медицині як зміцнюючий лікувальний засіб. Широко застосовують глюкозу у кондитерській справі (виготовлення мармеладу, карамелі, пряників).

Велике значення мають процеси бродіння глюкози. Так, наприклад, при квашенні капусти, огірків, молока відбувається молочнокисле бродіння глюкози, так само, як при силосуванні кормів. Якщо маса, що піддається силосуванню, недостатньо ущільнена, то під впливом прониклого повітря відбувається маслянокисле бродіння і корм стає непридатним до застосування.

Насправді використовується також спиртове бродіння глюкози, наприклад під час виробництва пива.

Знаходження в природі та організмі людини. В організмі людини глюкоза міститься у м'язах, у крові та у невеликих кількостях у всіх клітинах. Багато глюкози знаходиться у фруктах, ягодах, нектарі квітів, особливо багато у винограді.

В природіглюкоза утворюється в рослинах внаслідок фотосинтезу у присутності зеленої речовини - хлорофілу, що містить атом магнію. У вільному вигляді глюкоза міститься майже у всіх органах зелених рослин. Особливо її багато у соку винограду, тому глюкозу іноді називають виноградним цукром. Мед переважно складається з суміші глюкози з фруктозою.

2. Дисахариди

Дисахариди - кристалічні вуглеводи, молекули яких побудовані із з'єднаних між собою залишків двох молекул моносахаридів.

Найпростішими представниками дисахаридів є звичайний буряковий або очеретяний цукор – сахароза, солодовий цукор – мальтоза, молочний цукор – лактоза та целобіоз. Всі ці дисахариди мають одну і ту ж формулу С12Н22О11.

Сахароза

Основні поняття. Будова молекули. Досвідченим шляхом доведено, що молекулярна формула сахарози C12H22O11. При дослідженні хімічних властивостей сахарози можна переконатися, що характерна для неї реакція багатоатомних спиртів: при взаємодії з гідроксидом міді (II) утворюється яскраво-синій розчин. Реакцію срібного дзеркала з сахарозою здійснити не вдається. Отже, у її молекулі є гідроксильні групи, але немає альдегідної.

Але якщо розчин сахарози нагріти в присутності соляної або сірчаної кислоти, то утворюються дві речовини, одна з яких, подібно до альдегідів, реагує як з аміачним розчином оксиду срібла (I), так і з гідроксидом міді (II). Ця реакція доводить, що в присутності мінеральних кислот сахароза піддається гідролізу і в результаті утворюються глюкоза та фруктоза. Так підтверджується, що молекули сахарози складаються із взаємно пов'язаних залишків молекул глюкози та фруктози.

Фізичні властивості. Чиста сахароза - безбарвна кристалічна речовина солодкого смаку, добре розчинна у воді.

Хімічні властивості. Головною властивістю дисахаридів, що відрізняє їх від моносахаридів, є здатність до гідролізу в кислому середовищі (або під дією ферментів в організмі):

З 12 Н 22 О 11 +Н2О> С 6 Н 12 О 6 + С 6 Н 12 О 6

сахароза глюкоза фруктоза

Глюкозу, що утворилася в процесі гідролізу, можна виявити реакцією «срібного дзеркала» або при взаємодії її з гідроксидом міді (II).

Одержання сахарози. Сахарозу C12 H22 O11 (цукор) отримують в основному з цукрових буряків та цукрової тростини. При виробництві сахарози не відбуваються хімічні перетворення, оскільки вона вже є у природних продуктах. Її лише виділяють із цих продуктів якомога чистіше.

Процес виділення сахарози із цукрових буряків:

Очищені цукрові буряки в механічних бурякорізках перетворюють на тонку стружку і поміщають їх у спеціальні судини - дифузори, через які пропускають гарячу воду. В результаті з буряка вимивається майже вся сахароза, але разом з нею в розчин переходять різні кислоти, білки та барвники, які потрібно відокремити від сахарози.

Розчин, що утворився в дифузорах, обробляють вапняним молоком.

З 12 Н 22 Про 11 +Ca(OH) 2 > З 12 Н 22 Про 11 2CaO H 2 O

Гідроксид кальцію реагує з кислотами, що містяться в розчині. Оскільки кальцієві солі більшості органічних кислот малорозчинні, всі вони випадають осад. Сахароза ж із гідроксидом кальцію утворює розчинний сахарат типу алкоголятів - З 12 Н 22 О 11 2CaO H 2 O

3. Щоб розкласти сахарат кальцію, що утворився, і нейтралізувати надлишок гідроксиду кальцію, через їх розчин пропускають оксид вуглецю (IV). В результаті кальцій осаджується у вигляді карбонату:

З 12 Н 22 О 11 2CaO H 2 O + 2СО 2 > З 12 Н 22 О 11 + 2CaСO 3 v 2Н 2 О

4. Отриманий після осадження карбонату кальцію розчин фільтрують, потім упарюють у вакуумних апаратах і кристали цукру відокремлюють центрифугуванням.

Однак виділити весь цукор із розчину не вдається. Залишається бурий розчин (меляса), який містить ще 50% сахарози. Мелассу використовують для одержання лимонної кислоти та деяких інших продуктів.

5. Виділений цукровий пісок зазвичай має жовтуватий колір, оскільки містить барвники. Щоб їх відокремити, сахарозу знову розчиняють у воді та отриманий розчин пропускають через активоване вугілля. Потім розчин знову упарюють і кристалізують. (Див. додаток 2)

Застосування сахарози. Сахароза в основному використовується як продукт харчування та в кондитерській промисловості. Шляхом гідролізу з неї одержують штучний мед.

Знаходження в природі та організмі людини. Сахароза входить до складу соку цукрових буряків (16 - 20%) та цукрової тростини (14 - 26%). У невеликих кількостях вона міститься разом із глюкозою в плодах та листі багатьох зелених рослин.

3. Полісахариди

Деякі вуглеводи є природними полімерами, що складаються з багатьох сотень і навіть тисяч моносахаридних ланок, що входять до складу однієї макромолекули. Тому такі речовини одержали назву полісахариди. Найбільш важливими серед полісахаридів є крохмаль та целюлоза. Обидва вони утворюються в рослинних клітинах із глюкози, основного продукту процесу фотосинтезу.

Крохмаль

Основні поняття. Будова молекули. Експериментально доведено, що хімічна формула крохмалю (C6 H10 O5)n де псягає кількох тисяч. Крохмаль є природним полімером, молекули якого складаються з окремих ланок C6 H10 O5. Оскільки при гідролізі крохмалю утворюється лише глюкоза, можна зробити висновок, що ці ланки є залишками молекул ? - глюкози.

Вченим вдалося довести, що макромолекули крохмалю складаються із залишків молекул циклічної глюкози. Процес утворення крохмалю можна так:

Крім того, встановлено, що крохмаль складається не лише з лінійних молекул, а й із молекул розгалуженої структури. Цим пояснюється зерниста будова крохмалю.

Фізичні властивості. Крохмаль – білий порошок, нерозчинний у холодній воді. У гарячій воді він набухає та утворює клейстер. На відміну від моно-і олігосахаридів полісахариди не мають солодкого смаку.

Хімічні властивості.

1) Якісна реакція на крохмаль.

Характерною реакцією крохмалю є його взаємодія зйодом.Якщо до охолодженого крохмального клейстеру додати розчин йоду, з'являється синє фарбування. При нагріванні клейстера воно зникає, а при охолодженні знову з'являється. Цією властивістю користуються щодо крохмалю в харчових продуктах. Так, наприклад, якщо краплю йоду помістити на зріз картоплі або скибочку білого хліба, то з'являється синє фарбування.

2) Реакція гідролізу:

(З 6 Н 6 Про 5)n + nH 2 O > nC 6 H 12 O 6

Одержання крохмалю.У промисловості крохмаль отримують переважно з картоплі, рису чи кукурудзи.

Застосування крохмалю. Крохмаль є цінним поживним продуктом. Щоб полегшити його засвоєння, продукти, що містять крохмаль, піддають дії високої температури, тобто картопля варять, хліб печуть. У цих умовах відбувається частковий гідроліз крохмалю та утворюються декстрини,розчинні у воді. Декстрини у травному тракті піддаються подальшому гідролізу до глюкози, яка засвоюється організмом. Надлишок глюкози перетворюється на глікоген(Тваринний крохмаль). Склад глікогену такий самий, як у крохмалю, але його молекули більш розгалужені. Особливо багато глікогену міститься у печінці (до 10%). В організмі глікоген є резервною речовиною, яка перетворюється на глюкозу в міру її витрачання в клітинах.

У промисловостікрохмаль шляхом гідролізу перетворюють на патокуі глюкозу.Для цього його нагрівають з розведеною сірчаною кислотою, надлишок якої потім нейтралізують крейдою. Осад сульфату кальцію, що утворився, відфільтровують, розчин упарюють і виділяють глюкозу. Якщо гідроліз крохмалю не доводити до кінця, то утворюється суміш декстринів з глюкозою – патока, яку застосовують у кондитерській промисловості. Декстрини, що виходять з крохмалю, використовуються в якості клею, для загусання фарб при нанесенні малюнків на тканину.

Крохмаль застосовується для крохмалювання білизни. Під гарячою праскою відбувається частковий гідроліз крохмалю та перетворення його на декстрини. Останні утворюють на тканині щільну плівку, яка надає блиску тканини та оберігає її від забруднення.

Знаходження в природі та організмі людини. Крохмаль, будучи одним із продуктів фотосинтезу, широко поширений у природі. Для різних рослинвін є запасним поживним матеріалом і міститься головним чином у плодах, насінні та бульбах. Найбільш багате на крохмаль зерно злакових рослин: рису (до 86%), пшениці (до 75%), кукурудзи (до 72%), а також бульби картоплі (до 24%). У бульбах крохмальні зерна плавають у клітинному соку, тому картопля є основною сировиною для отримання крохмалю. У злаках частинки крохмалю щільно склеєні білковою речовиною клейковиною.

Для організму людиникрохмаль поряд із сахарозою служить основним постачальником вуглеводів - одного з найважливіших компонентів їжі. Під дією ферментів крохмаль гідролізується до глюкози, яка окислюється у клітинах до вуглекислого газу та води з виділенням енергії, необхідної для функціонування живого організму. З продуктів харчування найбільша кількість крохмалю міститься у хлібі, макаронних та інших борошняних виробах, крупах, картоплі.

Целюлоза

Другим найпоширенішим у природі полісахаридом є целюлоза чи клітковина (див. додаток 4).

Основні поняття. Будова молекули.

Формула целюлози, як і крохмалю - (З 6 Н 10 Про 5) n елементарною ланкою цього природного полімеру також служать залишки глюкози. Ступінь полімеризації у целюлози набагато більший, ніж у крохмалю.

Макромолекули целюлози, на відміну від крохмалю, складаються із залишків молекул б-Глюкози і мають лише лінійну будову. Макромолекули целюлози розташовуються в одному напрямку та утворюють волокна (льон, бавовна, коноплі).

Фізичні властивості. Чиста целюлоза - тверда біла речовина, що має волокнисту структуру. Вона нерозчинна у воді та органічних розчинниках, але добре розчиняється в аміачному розчині гідроксиду міді (II). Як відомо, солодкого смаку целюлоза не має.

Хімічні властивості.

1) Горіння. Целюлоза легко горить з утворенням вуглекислого газу та води.

(З 6 Н 10 О 5)n + 6nО 2 > nСО 2 + nН 2 О + Q

2) Гідроліз.На відміну від крохмалю клітковина гідролізується насилу. Тільки дуже тривале кип'ятіння у водних розчинах сильних кислот призводить до помітного розщеплення макромолекули до глюкози:

(З 6 Н 10 О 5)n + nH 2 O > nC 6 H 12 O 6

3) Утворення складних ефірів. Кожна елементарна ланка молекули целюлози має три гідроксильні групи, які можуть брати участь в утворенні складних ефірів як з органічними, так і з неорганічними кислотами.

Нітрати целюлози. При обробці целюлози сумішшю концентрованих азотної та сірчаної кислот (нітруюча суміш) утворюються нітрати целюлози. Залежно від умов проведення реакції та співвідношення реагуючих речовин можна отримати продукт по двох (динітрат) або трьох (тринітрат) гідроксильним групам

Одержання целюлози. Зразком майже чистої целюлози є вата, отримана з очищеної бавовни. Основну масу целюлози виділяють із деревини, в якій вона міститься разом з іншими речовинами. Найбільш поширеним методом одержання целюлози в нашій країні є так званий сульфітний. За цим методом подрібнену деревину в присутності розчину гідросульфіту кальцію або гідросульфіту натрію нагрівають в автоклавах при тиску 0,5-0,6 МПа і температурі 150 °С. При цьому всі інші речовини руйнуються, а целюлоза виділяється порівняно чистому вигляді. Її промивають водою, сушать і направляють на подальшу переробку, переважно на виробництво паперу.

Застосування целюлози. Целюлоза використовується людиною з дуже давніх часів. Її застосування дуже різноманітне. З целюлози виготовляють численні штучні волокна, полімерні плівки, пластмаси, бездимний порох, лаки. Велика кількість целюлози йде виробництва паперу. Велике значення мають продукти етерифікації целюлози. Так, наприклад, з ацетилцелюлозиодержують ацетатний шовк. Для цього триацетилцелюлозу розчиняють у суміші дихлорметану та етанолу. В'язкий розчин, що утворився, продавлюють через фільєри - металеві ковпачки з численними отворами. Тонкі струмені розчину опускаються в шахту, через яку протитечією проходить нагріте повітря. В результаті розчинник випаровується і триацетилцелюлоза виділяється у вигляді довгих ниток, з яких прядінням виготовляють ацетатний шовк. Ацетилцелюлоза йде також на виробництво негорючої плівки та органічного скла, що пропускає ультрафіолетові промені.

Тринітроцелюлоза(піроксилін) використовується як вибухова речовина і для виробництва бездимного пороху. Для цього тринітроцелюлозу розчиняють в етил-ацетаті або ацетоні. Після випаровування розчинників компактну масу подрібнюють і одержують бездимний порох. Історично це був перший полімер, з якого була виготовлена ​​промислова пластмаса - целулоїд. Раніше піроксилін використовувався для виготовлення кіно- та фотоплівки та лаків. Його головна вада - легка горючість з утворенням токсичних оксидів азоту.

Дінітроцелюлоза(Колоксілін) застосовується також для отримання колодія.З цією метою її розчиняють у суміші спирту та ефіру. Після випаровування розчинників утворюється щільна плівка - колодій, що застосовується в медицині. Дінітроцелюлоза йде також на виробництво пластмаси целулоїду.Його отримують шляхом сплавлення динітроцелюлози з камфорою.

Знаходження в природі та організмі людини. Целюлоза є основною частиною стінок рослин. Відносно чистою целюлозою є волокна бавовнику, джуту та конопель. Деревина містить від 40 до 50% целюлози, солома - 30%. Целюлоза рослин служить поживною речовиною для травоїдних тварин, в організмі яких є ферменти, що розщеплюють клітковину. Целюлоза, як і крохмаль, утворюється у рослинах при реакції фотосинтезу. Вона є основною складовою оболонки рослинних клітин; звідси походить її назва - целюлоза («целула» - клітина).Волокна бавовни – це майже чиста целюлоза (до 98%). Волокна льону та конопель теж складаються головним чином з целюлози. У деревині її міститься приблизно 50 %.

Висновок

Біологічне значення вуглеводів дуже велике:

1. Вуглеводи виконують пластичну функцію, тобто беруть участь у побудові кісток, клітин, ферментів. Вони становлять 2-3% від ваги.

2. Вуглеводи виконують дві основні функції: будівельну та енергетичну. Целюлоза утворює стінки рослинних клітин. Складний полісахарид хітин служить основним структурним компонентом зовнішнього кістяка членистоногих. Будівельну функцію хітин виконує у грибів.

3. Вуглеводи є основним енергетичним матеріалом (див.). При окисленні 1 г вуглеводів виділяються 4,1 ккал енергії і 0,4 води. Крохмаль у рослин та глікоген у тварин відкладаються в клітинах і служать енергетичним резервом.

4. У крові міститься (0,1-0,12%) глюкози. Від концентрації глюкози залежить осмотичний тиск крові.

5. Пентоза (рибоза та дезоксирибоза) беруть участь у стані АТФ.

У добовому раціоні людини та тварин переважають вуглеводи. Тварини одержують крохмаль, клітковину, сахарозу. Хижаки одержують глікоген з м'ясом.

Щоденна потреба людиниу цукрах становить близько 500 грамів, але вона поповнюється в основному за рахунок крохмалю, що міститься у хлібі, картоплі, макаронних виробах. При раціональному харчуванні добова доза сахарози має перевищувати 75 грамів (12 - 14 стандартних шматочків цукру, включаючи той, що витрачається приготування їжі).

Крім того, вуглеводи відіграють значну роль у сучасній промисловості – технології та продукти, в яких використовуються вуглеводи, не забруднюють навколишнього середовища, не завдають їй шкоди.

Програми.

Додаток 1:

Додаток 2

Історія відкриття та виробництвацукру з буряка

Батьківщиною цукрової тростини вважається Індія (слово «цукор» теж «родом» з Індії: «сакхара» мовою одного з древніх народів півострова означало спочатку просто «пісок», а потім – «цукровий пісок»). З Індії ця рослина була вивезена до Єгипту та Персії; звідти через Венецію цукор надходив до європейських країн. Довгий час він коштував дуже дорого і вважався за розкіш.

Культивувалися буряки з давніх-давен. У стародавніх Ассирії та Вавилоні буряк вирощувався вже за 1,5 тис. років до н.е. Окультурені форми буряків відомі Близькому Сході з VIII-VI ст. до н.е. А в Єгипті буряк служив головною їжею рабів. Так, з диких форм буряків, завдяки відповідній селекції, поступово були створені сорти кормових, столових та білих буряків. З білих сортів столових буряків було виведено перші сорти цукрових буряків.

Появу нового альтернативного очерету, цукроноса історики науки пов'язують з епохальним відкриттям німецького вченого-хіміка, члена Прусської академії наук А.С. Маргграф (1705-1782). У доповіді на засіданні Берлінської академії наук у 1747 р. він виклав результати дослідів із отримання кристалічного цукру з буряка.

Отриманий цукор, як стверджував Маргграф, за своїми смаковими якостями не поступався очеретяному. Проте Маргграф не бачив широких перспектив практичного застосування відкриття.

Далі у дослідженні та вивченні даного відкриття пішов учень Маргграфа – Ф.К. Ахард (1753–1821). Він з 1784 року активно взявся за вдосконалення, подальшу розробку та впровадження у практику відкриття свого вчителя.

Ахард чудово розумів, що з найважливіших умов успіху нового, дуже перспективного справи, є поліпшення сировини-буряків, тобто. підвищення її цукристості. Вже 1799 року праці Ахарда увінчалися успіхом. З'явилася нова галузь культурних буряків - цукрові. У 1801 році у своєму маєтку в Кюцерні (Сілезія) Ахард побудував один із перших цукрових заводів у Європі, на якому освоїв одержання цукру з буряків.

Комісія, спрямована Паризькою академією наук, провела обстеження ахардовського заводу і дійшла висновку, що вироблення цукру з буряків є нерентабельним.

Лише єдині на той час англійські промисловці, які були монополістами з виробництва та продажу тростинного цукру, побачили в цукровому буряку серйозного конкурента і кілька разів пропонували Ахарду великі суми за умови, що він відмовиться від проведення своїх робіт і публічно заявить про безперспективність виробництва цукру з буряка.

Але Ахард, який свято вірив у перспективність нового цукроноса, на компроміс не йшов. З 1806 року Франція відмовляється від виробництва цукру з тростини і переходить на цукробурякове, яке згодом набувало все більшого поширення. Наполеон надавав велику підтримку тим, хто виявляв бажання вирощувати буряки і виробляти їх цукор, т.к. побачив у розвитку нової галузі можливість одночасного розвитку сільського господарства та промисловості

Старовинний російський спосіб отримання цукру з рослин, що містять сахарозу

Цей простий метод отримання цукру розрахований спеціально для домашніх умов. Спосіб містить елементи старовинних російських рецептів отримання цукру, зокрема використані методики, запропоновані ще 1850-1854 р. інженером Толпигіним. Сировиною для отримання цукру служать рослини - цукроноси, що містять сахарозу. Для отримання цукру слід використовувати ягоди, фрукти, овочі із найбільшим вмістом цукру, тобто. найсолодші.

Послідовність одержання цукру наступна:

1. Подрібнення продукту;

2. Одержання соку;

3. Відділення від домішок;

4. Згущення соку до сиропу;

5. Вилучення кристалічного цукру.

Перший етап: Отже, перетворення сахаросодержащего продукту на цукор грунтується на добуванні соку з нього.

Якщо ви використовуєте ніжні плоди (суниця, полуниця та ін. ягоди), достатньо їх розім'яти. Якщо це, наприклад, абрикоси, персики, їх слід розламати, вийняти кісточки. Якщо застосовується кавун або диня, то вміст плоду витягується з оболонки та звільняється від насіння. Також рекомендується свіжозірвані ягоди, плоди витримати попередньо 2-3 години для підвищення виходу соку. Якщо це цукровий буряк, яблука чи морква та ін., продукт подрібнюється на стружку. Чим тонша і довша стружка, тим більше факторів, що сприяють її знесахуванню. Хороша стружка рекомендується із шириною смужки 2-3 мм, а товщина 1-1,5 мм.

Другий етап: Подрібнений продукт заливається водою до повного покриття і проварюється при температурі 70-72 °С. Якщо температура буде нижчою за 70°С, то не вбиваються можливі мікроби, якщо вище за 72°С, то починається розм'якшення стружки.

Час варіння 45-60 хвилин при помішуванні дерев'яною лопаткою. Цукор із стружки переходить у воду, яка стає соком. Стружка після вилучення з неї цукру називається жом. З жому віджимається сік і жом забирається.

Третій етап: Отриманий сік має темний колір та високий вміст домішок. Темне забарвлення, якщо його не позбутися, передається потім кристалам цукру. Якщо на цій стадії випарувати з соку воду, ви отримаєте цукор, але він матиме присмак вихідного продукту, його колір та запах. Сік має кислу реакцію, тому потрібна його нейтралізація. Якщо цього не зробити, сік сильно піниться при випаровуванні і тим ускладнюватиме цей процес. Найбільш дешевий спосіб зчищення соку - його обробки обпаленим гашеним вапном СА (ОН) 2 . У сік, підігрітий до 80-90 ° С, додаємо вапно (у крайньому випадку можна використовувати будівельне вапно). На 10 л соку потрібно приблизно 0,5 кг вапна. Вапно слід додавати поступово, постійно помішуючи сік. Дати розчину витримку 10 хвилин. Потім для того, щоб осадити вапно, потрібно пропустити через сік вуглекислий газ 2 . Можна використовувати вуглекислий газ із балончиків до побутових сифонів (для отримання газованої води), промислові балони з газом для сатураторів або з вогнегасників серії ОУ та ОВП. Газ з балончика трубкою подається в нижню частину судини з гарячим соком. На кінці трубки слід встановити розпилювач (розсіювач) з безліччю дрібних отворів для більш ефективного використання газу. Ще кращого результату можна досягти одночасно помішуючи розчин. Гарне розпилення газу гарантує високий коефіцієнт його використання та скорочує час процесу (близько 10 хвилин). Розчину треба відстоятись, потім профільтрувати. Більш ефективними є фільтри з використанням активованого деревного або кістяного вугілля. Але в крайньому випадку можна використовувати фільтр тканини.

Для остаточного освітлення соку та видалення запаху сировини пропоную російський перевірений спосіб. Через сік слід пропустити сірчистий газ SO2. Обробку сірчистим газом важливо провести перед випарюванням, т.к. дія газу позначається і при випарюванні, що сприяє меншому потемнінню сиропу. Необхідно мати сірку. Сірка при нагріванні плавиться і суміші з повітрям утворюється сірчистий газ. Старими майстрами застосовувалися дві герметичні судини, з'єднані між собою трубкою. В одному – вода, в іншій закладалася сірка. З посудини з сіркою виходила друга трубка до розсіювача на дно ємності з соком. При нагріванні обох судин водяна пара, проходячи по трубці, витісняв сірчистий газ з 2-го судини і надходив до розсіювача. Розсіювач можна взяти той самий.

Цю схему можна трохи спростити: взяти тільки одну посудину з сіркою, до вхідної трубки його приєднати компресор для акваріума або інший насос і продувати повітрям газ, що накопичується в посудині з сіркою. Продування газом треба проводити до повного освітлення соку. Для прискорення процесу найкраще одночасно підмішувати сік. Сірчистий газ безвісти випаровується з розчину у відкритій посудині, але працювати слід у добре провітрюваному приміщенні.

Сірчистий газ SO 2 є найкращим антисептиком. Він сильно корозує металевий посуд, тому слід використовувати емальований. Дуже великою перевагою цього газу, що значною мірою перекриває його недоліки, є можливість видалити його з продукту порожниною. При нагріванні продукту, обробленого сірчистим газом, останній випаровується, не залишаючи ні запаху, ні присмаку. Газ широко використовується на консервних заводах для консервації різноманітних продуктів.

Сірку можна купити в господарському магазині або в магазині для садівників, вона там продається як "Сірка садова" – містить 99,9% сірки. Якщо знайти сірку Вам не вдалося, не турбуйтеся. Ваш цукор буде не такий білий, збереже відтінок вихідного продукту, але за смаковими якостями буде не гіршим за білий.

Четвертий етап: Наступний етап - згущення очищеного та знебарвленого соку в сироп. Необхідно видалити із соку велику кількість води. Найкраще це зробити випарюванням соку на російській печі, на малому вогні плити, ні в якому разі не доводячи сироп до кипіння (щоб уникнути його потемніння).

У процесі випаровування сироп дедалі більше згущується. Якщо в пересичений розчин, що не має кристалів цукру, ввести затравку у вигляді кількох грамів цукрової пудри, то вона викличе утворення нових кристалів. Визначення моменту заведення в розчин пудри є дуже відповідальним і полягає з наступного найпростішого способу: крапля сиропу, затиснута між пальцями, при їх розсуванні утворює тонку нитку (волосся), тоді настає момент затравки. На 10 літрів сиропу кількість затравки становитиме половину чайної ложки пудри. Якщо завести мало пудри, то кристали цукру, що утворюється, будуть великими, якщо багато - дрібними. Достатня кількість кристалів утворюється приблизно через 10-15 хвилин після внесення затравки. Подальшу кристалізацію слід проводити при безперервному охолодженні та перемішуванні продукту,

Отриманий продукт називається «утфель», в ньому міститься до 7-10% води і 50-60% цукру, що викристалізувався, і міжкристалічна рідина (патока).

П'ятий етап: Наступна операція - відділення кристалів від патоки. Після закінчення кристалізації всю масу потрібно вивантажити у тканину з осередком 0,3 мм, підвісити її за кути в один вузол над ємністю для зливу патоки. При цьому спробувати віджати масу. Для збільшення відсотка виходу цукру патоку краще використовувати повторно як добавку до сиропу.

Цукор після зливу патоки виходить жовтуватого кольору. Далі можна використовувати метод пробілки, який добре зарекомендував себе в 1854 р. і запропонований інженером Толпигіним. Цей спосіб, запроваджений у Росії, швидко поширився у світовій цукровій промисловості і називався «російським». Нині метод незаслужено забутий. Він полягає в пробілці утфелю пором і дозволяє отримати білий цукор високої якості. Тканину з цукром треба щільно підв'язати на таз із малою кількістю окропу. Пара, піднімаючись, проходитиме через цукор, очищаючи його від білої патоки. Отриманий білий цукор навіть навпомацки вологий при зберіганні комкуватиметься і перетвориться на суцільну брилу. Тому перед тривалим зберіганням цукор слід висушити.

Особливості виробництва цукру

Цукрове виробництво відноситься до безперервно-потокового механізованого виробництва з високим рівнем автоматизації основних процесів.

Особливістю територіального розміщення цукрових заводів є їхня жорстка прив'язка до посівних площ цукрових буряків, оскільки перевезення буряків на значні відстані економічно неефективне. У ряді випадків цукрові заводи мають власні посівні площі, розташовані безпосередньо поблизу підприємства. Відходи цукрової промисловості (жом, барда, дефекаційний бруд) можуть бути використані як добрива, у деяких випадках - і як корм для худоби.

Додаток 3

Вуглеводи - найважливіше джерело енергії в організмі

З усіх споживаних людиною харчових речовин вуглеводи, безперечно, є основним джерелом енергії. У середньому їх частку припадає від 50 до 70% калорійності добових раціонів. Незважаючи на те, що людина споживає значно більше вуглеводів, ніж жирів та білків, їх резерви в організмі невеликі. Це означає, що постачання ними організму має бути регулярним.

Основними вуглеводами їжі є складні цукри, так звані полісахариди: крохмаль і глікоген, побудовані з великої кількості залишків глюкози. Сама глюкоза міститься у великих кількостях у винограді та солодких фруктах. У меді та фруктах, крім глюкози, містяться значні кількості фруктози. Звичайний цукор, який ми купуємо в магазинах, відноситься до дисахаридів, оскільки його молекула побудована із залишків глюкози та фруктози. У молоці та молочних продуктах містяться великі кількості менш солодкого, молочного цукру – лактози, до складу якого поряд із глюкозою входить і моносахарид галактозу.

Потреби у вуглеводах дуже залежить від енергетичних витрат організму. У середньому у дорослого чоловіка, зайнятого переважно розумовою чи легкою фізичною працею, добова потреба у вуглеводах коливається від 300 до 500 р. У працівників фізичної праці та спортсменів вона значно вища. На відміну від білків та певною мірою жирів, кількість вуглеводів у раціонах харчування без шкоди для здоров'я може бути суттєво знижена. Тим, хто хоче схуднути, варто звернути на це увагу: вуглеводи мають головним чином енергетичну цінність При окисненні 1 г вуглеводів в організмі звільняється 4,0 – 4,2 ккал. Тому за їх рахунок найлегше регулювати калорійність харчування.

Які ж продукти слід вважати основними джерелами вуглеводів?Найбільш багаті на вуглеводи багато рослинних продуктів: хліб, крупи, макарони, картопля. Чистим вуглеводом є цукор. Мед, залежно від походження, містить 70-80% моно-і дисахаридів. Його висока насолода пояснюється значним вмістом фруктози, солодкі властивості якої приблизно в 2,5 рази вище глюкози і в 1,5 вище сахарози. Цукерки, тістечка, торти, варення, морозиво та інші солодощі є найбільш привабливими джерелами вуглеводів і становлять безперечну небезпеку для людей, що повніють. Відмінною особливістю цих продуктів є висока калорійність та низький вміст незамінних факторів харчування.

До групи вуглеводів тісно примикають зустрічаються в більшості рослинних продуктів, погано засвоювані організмом людини речовини - клітковина та пектини.

Найважливіші джерела вуглеводів

Продукти
Житній хліб
Хліб пшеничний
Гречана крупа
Крупа манна
Картопля
Капуста білокачанна
Виноград

Додаток 4

Клітковина- це полісахарид, що входить до складу потужних оболонок рослинних клітин. Великі її кількості виявлені у багатьох овочах, фруктах, листі та стеблах рослин. Тільки незначна частина клітковини може піддатися травленню в організмі людини під впливом мікроорганізмів, що знаходяться в кишечнику. Тому клітковина і пектини здебільшого проходять шлунково-кишковий тракт без змін. Але вони відіграють важливу роль – харчові маси швидше просуваються вздовж кишечника. Через це тим, хто хоче схуднути, радять їсти багато овочів та фруктів. Великі кількості баластових речовин містяться в хлібі з борошна грубого помелу, як уже сказано, у різних овочах, фруктах, особливо в буряках, моркві та чорносливі.

Використана література

1. Органічна хімія: Навчальне видання для 10 кл. середовищ. шк. - Москва, Просвітництво, 1993

2. Електронна енциклопедія Кирила та Мефодія, 2004 р.

3. Довідник школяра, II том, Амфора, 2002

4. Інтернет сайти: пошукові системи www. nigma. ru, www. Rambler. ru.

5. Біологія. Введення в загальну біологію та екологію. 9 клас. (2003). "Дрофа" А.А.

Подібні документи

Органічні речовини, до складу яких входить вуглець, кисень та водень. Загальна формула хімічного складу вуглеводів. Будова та хімічні властивості моносахаридів, дисахаридів та полісахаридів. Основні функції вуглеводів у людини.

презентація , доданий 23.10.2016


Формула вуглеводів, їхня класифікація. Основні функції вуглеводів. Синтез вуглеводів із формальдегіду. Властивості моносахаридів, дисахаридів, полісахаридів. Гідроліз крохмалю під впливом ферментів, які у солоді. Спиртове та молочнокисле бродіння.

презентація , доданий 20.01.2015


Загальна характеристика, класифікація та номенклатура моносахаридів, будова їх молекул, стереоізомерія та конформації. Фізичні та хімічні властивості, окислення та відновлення глюкози та фруктози. Освіта оксимів, глікозидів та хелатних комплексів.

курсова робота , доданий 24.08.2014


Будова вуглеводів. Механізм трансмембранного перенесення глюкози та інших моносахаридів у клітині. Моносахариди та олігосахариди. Механізм всмоктування моносахаридів у кишечнику. Фософорилювання глюкози. Дефосфорилювання глюкозо-6-фосфату. Синтез глікогену.

презентація , доданий 22.12.2014


Класифікація вуглеводів (моносахариди, олігосахариди, полісахариди) як найпоширеніших органічних сполук. Хімічні властивості речовини, її роль харчуванні як основного джерела енергії, характеристика і місце глюкози у житті.

реферат, доданий 20.12.2010


Загальна формула вуглеводів, їх першорядне біохімічне значення, поширеність у природі та роль життя людини. Види вуглеводів за хімічною структурою: прості та складні (моно- та полісахариди). Добуток синтезу вуглеводів з формальдегіду.

контрольна робота , доданий 24.01.2011


Вуглеводи – гідрати вуглецю. Найпростіші вуглеводи називають моносахаридами, а за гідролізі яких утворюються дві молекули моносахаридів, називають дисахаридами. Поширеним моносахаридом є D-глюкоза. Перетворення вуглеводів – епімерізацією.

реферат, доданий 03.02.2009


реферат, доданий 21.02.2009


Поняття гетероциклічних сполук, їх сутність та особливості, основні хімічні властивості та загальна формула. Класифікація гетероциклічних сполук, різновиди, відмінні риси та способи одержання. Реакція електрофільного заміщення.

реферат, доданий 21.02.2009


Вивчення будови, класифікації та фізико-хімічних властивостей вуглеводів. Роль моносахаридів у процесі дихання та фотосинтезу. Біологічна роль фруктози та галактози. Фізіологічна роль альдози чи кетози. Фізичні та хімічні властивості моносахаридів.