Моносахариды. Их свойства и роль в пищевой промышленности
Моносахариды (простые сахара) - кристаллические бесцветные вещества, хорошо растворимы в воде, сладкие на вкус. Обладают сильными восстанавливающими (редуцирующими) свойствами.
Восстановление меди в оксиде меди, серебра в оксиде серебра (реакция серебряного зеркала), раствора Фелинга - качественные реакции на моносахариды. Сами они окисляются до кислоты.
Моносахариды представляют собой многоатомные альдегидо- и кетоноспирты. В зависимости от природы функциональных групп их подразделяют на:
альдозы и кетозы;
в зависимости от количества атомов углерода в молекуле -
на триозы, тетрозы, пентозы, гексозы и т.д. (см. таблицу).
Природных моносахаридов, имеющих более 9 углеродных атомов не выявлено. Углеродные атомы в молекулах моносахаридов нумеруют таким образом, чтобы атом С карбонильной группы имел наименьший номер
Наибольшее значение в перарабатывающей промышленности имеют пентозы:
             СНО
Н ОН
НО Н
Н ОН
СН2ОН
D - ксилоза
|  СНО
Н ОН
Н ОН
Н ОН
СН2ОН
D - рибоза
|  СНО
НО Н
Н ОН
Н ОН
СН2ОН
D - арабиноза
|
гексозы:
                        СНО
1
Н 2 ОН
НО 3 Н
Н 4 ОН
Н 5 ОН
6
СН2ОН
D - глюкоза
| СНО
НО Н
Н ОН
НО Н
НО Н
СН2ОН
L - глюкоза
| СНО
НО Н
НО Н
Н ОН
Н ОН
СН2ОН
D - манноза
|
  СНО
Н ОН
НО Н
НО Н
Н ОН
СН2ОН
D - галактоза
| СН2ОН О О НО Н Н ОН Н ОН СН2ОН D - фруктоза |
ü Моносахариды причисляются к D- или L- ряду по конфигурации последнего хирального (асимметрического) атома углерода монозы (метод Фишера). В качестве образца при этом используется глицериновый альдегид. Чаще встречается D - форма.
О С Н Н - С - ОН
СН2ОН D - глицериновый альдегид |    
О
С
Н
НО - С - Н
СН2ОН
L - глицериновый альдегид
|
В природе моносахариды обычно существуют в виде циклических форм:
Водород гидроксильной группы (у 5 атома углерода), имеющий частично положительный заряд, переходит к кислороду альдегидной группы с частично отрицательным зарядом. В результате этого у первого углеродного атома и у атома кислорода при 5 атоме углерода освобождается по одной валентности, за счёт которых эти атомы связываются между собой кислородным мостиком.
 | |||
 | |||
фуранозная форма 
пиранозная форма
(может быть в конфор- (форма лодки или кресла)
мации “твист”или конверт)
Циклічна форма. D-глюкофураноза D-глюкопіраноза. Циклічна форма.
ü Термодинамически наиболее устойчива пиранозная (шестичленная) форма.
К важнейшим моносахаридам относятся глюкоза и фруктоза.
D - глюкоза, или виноградный сахар, чрезвычайно широко представлена в животных и растительных организмов.
Содержится в семенах, корнях, цветах, листьях и плодах большинства растений как в свободном виде, так и в составе многих олигосахаридов (мальтозы, сахарозы, лактозы, раффинозы) и ряда гликозидов. Из глюкозы построены основные полисахариды растительной клетки - целлюлоза, крахмал, гликоген.
Особенно много глюкозы в винограде, сладких яблоках, ягодах и др.
Глюкоза характеризуется правым вращением плоскополяризованного света (aD20 = + 52,3°), в связи с чем в зарубежной литературе она часто встречается под названием декстроза.
Глюкоза очень хорошо растворяется в воде, легко дает пересыщенные растворы (сиропы). В спирте глюкоза растворяется значительно хуже.
Из спирта и воды при слабом нагревании кристаллизуется в виде безводных кристаллов, а из воды при температуре 20°С – в виде кристаллогидрата с одной молекулой воды.
Кристаллы глюкозы имеют белый цвет и приятный сладкий вкус. Она менее сладкая, чем сахароза, и не маскирует аромат и вкус других веществ в пищевых компонентах.
В чистом виде глюкоза усваивается организмом лучше всех других углеводов, поэтому ее широко используют в медицинской практике.
D- фруктоза, или плодовый сахар, - наиболее важный представитель кетоз, также широко распространенный в растительном мире. Левое вращение растворов D-фруктозы (aD20 = - 93°) обусловливает другое ее название - левулоза.
Наряду с глюкозой фруктоза содержится во многих сладких плодах, арбузах, меде. Высокая сладость меда и арбузов (при относительно невысоком содержании сахаров - 7%) объясняется тем, что они представлены преимущественно фруктозой, которая в 1,4 раза слаще сахарозы.
Фруктоза очень трудно кристаллизуется в кристаллах состава 2С6Н12О6.Н2О.
Рассмотрим некоторые химические свойства моносахаридов, имеющие важное значение для пищевой промышленности.
1. Восстановление альдегидной или кетонной группы моноз с образованием многоатомных спиртов - альдитов.
Осторожным восстановлением D - глюкозы получают D - глюцит (сорбит); D - ксилозы - пентит (D - кислит), которые широко применяются в лечебном питании. При восстановлении D - фруктозы образуется смесь двух гекситов - D-глюцита и D-маннита.
 |
Восстановление глюкозы в сорбит - одна из стадий при синтезе витамина С (в промышленном масштабе), когда глюкозу каталитически гидрируют водородом.
2. Дегидратация под действием кислот.
Альдозы более устойчивы к действию кислот, чем щелочей. Однако в зависимости от условий и природы моносахарида он может в кислой среде подвергаться гидролизу.
Так, при упаривании растворов D-глюкозы (и других альдоз) в присутствии разбавленных минеральных кислот возможны реакции:
межмолекулярной конденсации (т.н. “реверсия”), которая приводит к образованию ди-, три-, тетра- и других олигосахаридов или
внутримолекулярной конденсации - с образованием 1,6 - ангидро b-пираноз.
В более жестких условиях в присутствии кислот происходит глубокая дегидратация, которая ведет к образованию оксиметил фурфурола, а затем (при кипячении) к дальнейшему разложению на левулиновую и муравьиную кислоты.
3. Взаимодействие со щелочами.
ü При разработке и осуществлении технологических схем с участием углеводов необходимо учитывать повышенную чувствительность моноз к действию щелочей.
При действии разбавленных щелочей на холоде D-глюкоза подвергается эпимеризации, частично превращаясь в стереоизомерную альдозу (D-маннозу), а также изомеризации - в D-фруктозу.
В более жестких условиях в присутствии щелочей происходит перегруппировка с образованием сахариновых кислот, а также сложные реакции распада моноз с образованием трехуглеродных фрагментов - пировиноградной, молочной кислот и др.
Изомерия моносахаридов
5 видов:
1. изомерия альдоз и кетоз с открытой цепью и с одинаковым числом атомов углерода в молекуле. Н-р: глюкоза, манноза, галактоза, фруктоза имеют одинаковую молекулярную формулу С6Н12О6, т.е.являются изомерами
2. оптическая изомерия (стереоизомерия) открытых форм моносахаридов обусловлена наличием асимметрических атомов углерода в молекуле. Природная глюкоза является D-изомером, вращает плоскость поляризации вправо, поэтому обозначается D(+)-глюкоза. Природная фруктоза – левовращающий изомер, поэтому обозначается D(-)-фруктоза
3.Моносахариды D- или L- ряда (по конфигурации последнего хирального атома углерода)
4. Стереоизомеры циклических форм в зависимости от расположения водорода и полуацетального гидроксила у первого атома углерода относительно плоскости кольца делят на α- и β- формы. В перспективных формулах (по Хеуорсу) полуацетальный гидроксид в α- форме направлен вниз от плоскости кольца, а в β- форме – вверх.
5. Циклоцепная таутометрия – обуславливается переходом открытых форм моносахаридов в циклические и наоборот. Открытая и циклическая формы моносахаридов представляют собой таутомерные формы и являются таутомерными изомерами. Таутомеры – это такие изомеры, которые способны самопроизвольно переходить друг в друга, образуя равновесную систему. Таутомерные превращения возможны, если вещество, способное ктаутометрии, находится в жидком состоянии.
üПод действием щелочей и оксидов некоторых металлов из моносахаридов легко получаются сахараты - производные типа алкоголятов. Разная растворимость глюкозата и фруктозата кальция используется для разделения глюкозы и фруктозы.
Лекция №8
Дата добавления: 2015-11-18; просмотров: 3926;