1.3. Углеводы

К классу углеводов относят органические соединения, содер-

о Д)

жашие альдегидную R—с^ или кетонную R—группу и

н сн₂он

несколько спиртовых гидроксилов. Их элементарному составу соответствует общая формула С_;;;Н_7/гО_/;, однако название класса и эмпирическая формула не отражают химический характер и осо­бенности строения этих соединений, обусловливающие многообра­зие свойств углеводов. Это предопределяет характер участия углево­дов в процессах жизнедеятельности и построении тканей животных и растений. Основными физиологическими функциями углеводов являются структурная, энергетическая и метаболическая.

Как правило, в животных организмах большинство углеводов играют роль энергетических субстратов, при окислении которых выделяется энергия, необходимая для протекания химических ре­акций, и используются как резервные. Наряду с этим промежу­точные продукты окисления углеводов используются для синтеза многих других органических соединений.

Углеводы делят на две группы: простые и сложные. Простые углеводы не подвергаются гидролизу, сложные гидролизуются с образованием простых углеводов.

Среди сложных углеводов выделяют группы олигосахаридов и полисахаридов. Олигосахариды — сахароподобные сложные угле­воды, характеризуются сравнительно невысокой молекулярной массой, хорошей растворимостью в воде, легкой кристаллизацией и, как правило, сладким вкусом.

Полисахариды — высокомолекулярные сложные углеводы с молекулярной массой порядка сотен тысяч — отличаются друг от друга химической природой повторяющихся моносахаридньгх единиц, степенью разветвления и длиной цепи. Полисахариды не содержат свободных редуцирующих групп, поэтому не обладают восстанавливающей способностью. Полный гидролиз полисаха­ридов в присутствии кислот или специфических ферментов при­водит к образованию моносахаридов, обладающих редуцирующи­ми свойствами.

43

Различают гомополисахариды. содержащие остатки монополи­сахарида одного вида, и гетерополисахариды. состоящие из остат­ков моносахаридов двух или более видов, регулярно или нерегу­лярно чередующихся в молекуле.

Полисахариды либо нерастворимы в воде, либо образуют раст­воры, по свойствам напоминающие коллоидные, что обусловлено высокой молекулярной массой растворенных частиц. Полисаха­риды не образуют явно оформленных кристаллов, лишь некото­рые из них обладают псевдокристаллическим строением. Сладкий вкус для них не характерен.

К числу наиболее важных природных гомополисахаридов при­надлежат крахмал, гликоген, клетчатка, декстран и хитин.

Гликоген, содержащийся в мясе и мясопродуктах, служит ре­зервным питательным веществом, вследствие чего за ним сохра­нилось название «животный» крахмал. Массовая доля гликогена в печени животных достигает 20 %, в мышцах — 4 %. Содержание углеводов зависит от степени упитанности животного. В мышцах плохо откормленных, истощенных, голодных и больных живот­ных гликогена в 2—3 раза меньше, чем в мышцах животных нор­мального физиологического состояния.

Гликоген имеет много общих свойств с крахмалом. Например, гликоген дает цветную реакцию с иодом. При взаимодействии крахмала и гликогена с иодом образуются комплексные адсорбци­онные соединения, окрашенные в реакции с крахмалом в синий, а с гликогеном — в красно-бурый цвет. Различие в цвете комплек­сов обусловлено некоторыми особенностями химической структу­ры крахмала и гликогена.

Гликоген сравнительно хорошо растворяется в горячей воде с образованием сильно опалесцирующих растворов. Как и крах­мал, гликоген высаливается из коллоидного раствора при 33 °С сульфатом аммония или сульфатом натрия, подобно белкам осаждается двойным объемом спирта и эфиром в виде белого хлопьевидного осадка.

Промежуточными продуктами гидролиза гликогена являются декстрины и мальтоза, конечным — /)-глюкоза. Гликоген опти­чески активен, причем удельное вращение его растворов близко к таковому для крахмала.

Структурная формула гликогена (рис. 1.12) идеально удовлет­воряет его прижизненным функциям как глюкозное депо, слу­жащее источником энергии. При интенсивной работе, когда до­ступ кислорода к тканям затруднен, быстрое окисление с выде­лением энергии протекает по анаэробному пути (гликогенолиз). При этом дефицит энергии восполняется за счет отщепления и окисления фосфорного эфира глюкозы сразу с нескольких вет­вей молекулы гликогена.

При жизни организма образовавшийся в результате гликогено- лиза лактат с помощью регуляторных механизмов снова вовлека­ется в метаболизм по схеме (рис. 1.13).

44

стон стон

Рис. 1.12. Структурная формула гликогена

Г т и когти в		Гчюкозл
2 АТФ>| *) .Пяктлт	Кровь	6 АТФ j\ „ ?. Ляктят

Гликолиз Гликогенолиз

Рис. 1.13. Схема взаимодействия скелетных мышц и печени в процессе интенсивной мышеч­ной работы

В период восстановления лактат, поступивший из мышц в кровь, превращается в печени в глюкозу крови. На образование одной молекулы глюкозы из двух молекул лактата расходуется шесть молекул АТФ. Глюкоза поступает с кровью обратно в мышцы и откладывается в запас в виде гликогена. В послеубой- ный период лактат накапливается в мышцах и выступает фоном для развития автолитических превращений мышечной ткани, формирования предшественников букета вкуса и аромата, при­сущего созревшему мясу. В связи с небольшой массовой долей гликогена в мясе и мясопродуктах основные нормы потребления углеводов в питании человека восполняются растениями. Однако в технологии переработки и хранения мяса он играет весьма су­щественную роль по ряду причин:

1. Полисахарид гликоген непосредственно влияет на форми­рование функционально-технологических характеристик мясного сырья (ВУС, ЖУС, ВСС, липкость, эмульгирующая способность, структурно-механические свойства), так как его автолитические превращения в послеубойный период являются пусковым меха­низмом для развития автолиза мяса, сопровождающегося кон- формационными и гидролитическими изменениями мышечных и соединительнотканных белков, что оказывает решающее влияние

45

на консистенцию мяса и мясных продуктов, приобретение неж­ности и сочности, накопление химических предшественников вкуса и аромата кулинарно обработанного созревшего мяса (свободных аминокислот, нуклеотидов, низкомолекулярных пеп­тидов, органических кислот и других соединений).

2. Продукты распада гликогена — моносахариды (глюкоза, дек­строза и др.) наряду с поваренной солью и нитритом натрия явля­ются важными ингредиентами посолочных смесей при производ­стве колбасных и деликатесных целъномышечных изделий для до­стижения эффекта стабилизации окраски продуктов.

В связи с этим анализ гликогена, определение глубины его рас­пада и образующихся продуктов необходимо проводить в техноло­гических целях.

С развитием технологии значительно возрос ассортимент мяс­ных продуктов, включая традиционные и комбинированные. Для образования мясных структурированных систем, придания им специфических свойств и вкуса, повышения выхода все шире используются различные полисахариды и другие углеводы, не ха­рактерные для мяса.

Особого внимания заслуживает применение в рецептурных композициях мясопродуктов физиологически полезных балласт­ных веществ. Это главным образом структурные (целлюлоза, гемицеллюлоза, пектин и т. д.) и неструктурные (альгинаты, ка­меди и т.д.) вещества. Полисахариды растений в соответствии с современной научно обоснованной теорией адекватного питания должны строго дозироваться.

Целлюлоза — прочное, волокнистое, водонерастворимое сое­динение, фибриллы которого образуют каркас растительных клеток. Этот внеклеточный структурный полисахарид — самый распространенный в природе биополимер. Линейная неразвет- вленная цепь целлюлозы состоит из 10 000 и более остатков Л-глюкозы, связанных друг с другом (1-4)-гликозидными свя­зями в ^-конфигурации. Такой вид соединения мономеров не гидролизуется а-амилазой и другими ферментами желудочно- кишечного тракта.

Полисахариды гемицеллюлоз относятся к гетерополимерам раз­ной степени ветвления. В их состав входят ксиланы, ксилоглюка- ны, арабинаны, различные галактаны и маннаны. Углеводный со­став гидролизатов гемицеллюлоз пищевого и непищевого сырья в основном идентичен. Он включает гексозы (глюкозу, галактозу, маннозу, глюкуроновую и галактуроновую кислоты) и пентозы (ксилозу, арабинозу и рамнозу).

Пектин также относится к группе полисахаридов. Его макро­молекулы представляют собой цепь, построенную из остатков /)-галактуроновой кислоты, соединенных по месту 1,4-углеродных атомов а-связью. В состав молекул входят свободные и метилиро­ванные карбоксилы, частично нейтрализованные кальцием и маг­

46

нием. Пектиновые вещества содержатся в срединной пластинке клеточной стенки и выполняют роль связующего компонента Водные растворы этих веществ обладают желируюшими и геле образующими свойствами. В цементирующий матрикс раститель­ных клеток входит также полимер лигнин, обладающий хороши­ми сорбционными свойствами.

Свойствами балластных веществ обладают и негидролизуюши- еся в кишечнике гликозоаминогликаны (мукополисахариды), со­держащиеся в межклеточном веществе животных тканей. Наи­большее количество этих структурных полисахаридов содержится в соединительной ткани, легких и крови.

К балластным веществам животного происхождения относят нерастворимый полисахарид хитин. Из него состоят панцири ома­ров, крабов, а также многих насекомых. В некоторых странах уже освоено производство этого биополимера.

Ряд ученых считают физиологически полезными вещества­ми и отдельные продукты реакции Майяра. Образующиеся в процессе тепловой обработки белков и редуцирующих Саха­ров меланоидины резистентны к действию пищеварительных ферментов.

Получило развитие производство синтетических биополиме­ров, которые при употреблении в пищу могут выполнять функции балластных веществ. К ним относятся многие фармацевтические препараты, а также различные виды модифицированной целлюло­зы, применяемой в качестве пищевой добавки.

Анализ этих веществ необходим при расчете сырья рецептур­ных композиций, для придания продуктам лечебно-профилакти­ческих свойств, обеспечения физиологических норм питания и поддержания здоровья человека.