Углеводы входящие в состав зерна

15.07.2015

Основное место в составе зерна занимают углеводы.
Углеводами называют большую группу веществ, в которую входят такие известные вещества как крахмал, сахар, клетчатка и некоторые другие. Все они состоят из углерода, водорода, кислорода и не содержат азота. В большинстве из них водород и кислород содержатся в таком соотношении как в воде, т. е. на 2 атома водорода приходится 1 атом кислорода, например C6H12O6 или C12H22O11. Однако такой состав характерен не только для углеводов, его имеют и некоторые другие органические вещества, например уксусная кислота — C2H4O2. Помимо этого, углеводы имеют много общего в строении молекулы, а также в физических и химических свойствах.
Углеводы вырабатываются растениями из углекислого газа воздуха и воды почвы при участии солнечного света и зеленого вещества листьев — хлорофилла. Этот процесс называется ассимилицией (или фотосинтезом).
Углеводы по их физическим и химическим свойствам делят на две группы: моносахариды и полисахариды, а последнюю группу подразделяют на полисахариды первого порядка, растворимые в воде, и полисахариды второго порядка, не растворимые в воде.
В группу моносахаридов входят растворимые в воде сахара: глюкоза, или виноградный сахар (его сравнительно много в соке винограда), и фруктоза, или фруктовый сахар (находится обычно вместе с глюкозой во многих плодах). Глюкоза и фруктоза имеют одинаковую формулу C6H12O6, но отличаются строением молекулы; обе они обладают свойством сильных восстановителей, а потому их называют непосредственно восстанавливающими (редуцирующими) сахарами: они восстанавливают, например, окисные соединения меди (CuO) в закисные (Cu2O) в щелочных растворах. Непосредственно редуцирующих сахаров в зерне обычно мало: в пшенице, например, 0,1—0,2%, несколько больше их в зерне ржи, а также в зерне недозрелом, захваченном морозом, проросшем.
К группе полисахаридов первого порядка относятся дисахариды и трисахариды.
К дисахаридам зерна принадлежат: сахароза, иначе свекловичный или тростниковый сахар, мальтоза, иначе солодовый сахар, они имеют общую формулу C12H22O11. При действии на растворы этих веществ разбавленными кислотами — соляной, серной и другими — они присоединяют воду и превращаются в моносахариды, что для сахарозы можно выразить следующим уравнением:

Углеводы входящие в состав зерна

Из одной молекулы сахарозы получают при этом по одной молекуле глюкозы и фруктозы; эту смесь называет инвертным сахаром. Из одной молекулы мальтозы яри такой реакции получают две молекулы глюкозы. Этот процесс расщепления и присоединения элементов воды называют гидролизом. Он может происходить и под воздействием ферментов, содержащихся в зерне.
Сахароза не обладает непосредственно восстанавливающими свойствами, она приобретает их только после гидролиза. Мальтоза непосредственно имеет восстанавливающие свойства, но после гидролиза они удваиваются. Это указывает на то, что до гидролиза мальтоза активна лишь одной половиной молекулы.
Дисахаридов в зерне несколько больше, чем моносахаридов: в пшенице содержится сахарозы 2—3%, а иногда и больше; в не дозрелом зерне, особенно в первые стадии зрелости, сахарозы значительно больше, чем в созревшем. Дисахариды типа мальтозы также найдены в зерне. Много дисахаридов содержится в зародышах — 15—25%.
К трисахаридам относится раффиноза C18H32O16, которая при гидролизе образует три молекулы разных моносахаридов (глюкозы, фруктозы, галактозы) с присоединением двух молекул воды:
С18H32O16 + 2Н2О = 3C6H1206.

Раффиноза найдена в зародышах пшеницы (около 4%). Она плохо растворима в воде и не обладает восстанавливающими свойствами.
В зернах ржи и в меньшем количестве в зернах пшеницы обнаружен и другой трисахарид, названный трифруктозаном C18H30O15; при гидролизе его образуются три молекулы фруктозы:
C18H30O15 + 3H2Н = ЗС6Н12О6.

В пшенице трифуктозана содержится около 0,4% на сухое вещество, во ржи в 4—6 раз больше.
Полисахариды второго порядка. В эту группу углеводов входят крахмал, пентозаны, клетчатка и некоторые другие.
Крахмал. Крахмал содержится в составе зерна как злаковых так и бобовых растений в наибольшем количестве. Пшеница и рожь содержат 65—68% крахмала, ячмень — около 60%, овес — около 55% и бобовые, за исключением сои (семена которой почти совсем не содержат крахмала), — также свыше 50%.
Молекула крахмала по сравнению с молекулами других веществ (воды, поваренной соли и т. д.) очень велика, точные размеры ее не установлены, ее общая формула (C6H10O5)n, где n — число остатков глюкозы, соединившихся в одну молекулу, с выделением H и ОН.
Такое строение молекулы крахмала подтверждается и тем, что крахмал под действием разбавленных кислот распадается, присоединяет элементы воды и переходит сначала в декстрины, затем в мальтозу и, наконец, в глюкозу. Конечный результат реакции можно выразить уравнением:
(C6H10O5)n + nН2O = nC6H12O6.

Крахмал содержится исключительно в эндосперме зерна и находится там в паренхимных клетках в виде крахмальных зерен разных размеров. Вполне развитые крахмальные зерна имеют характерную форму для каждой зерновой культуры (рис. 4). Крахмальные зерна пшеницы ржи и ячменя по форме напоминают семя чечевицы, а форма крахмальных зерен кукурузы многогранная, крахмальные зерна овса и риса очень мелкие и сложены по несколько вместе (сложные зерна).
Углеводы входящие в состав зерна

В зависимости от крупности зрелых крахмальных зерен злаки можно расположить в таком порядке: рожь, пшеница, ячмень, кукуруза, рис, овес; размер крахмальных зерен пшеницы и ржи достигает 30—50 μ, а риса и овса — только 4—6 μ. Среди вполне развившихся крахмальных зерен всегда находятся и более мелкие, недоразвившиеся зерна.
Характерным свойством крахмала является его способность окрашиваться слабым раствором иода в синий цвет. Другим свойcтвом служит способность давать с водой клейстер. Температура клейстеризации крахмала разных злаков различна и вязкость поучаемого клейстера также неодинакова: более крупные крахмальные зерна клейстеризуются обычно легче, чем мелкие; имеет значение и природа их — так, в частности ржаной крахмал клейстеризуется легче пшеничного. Ржаной крахмал уже при 62,5° сильно набухает и его зерна теряют свою форму, а зерна пшеничного крахмала при этой температуре только сильно увеличиваются в объеме, сохраняя форму. Этим пользуются для ориентировочного распознавания примеси ржаной муки в пшеничной. В холодной воде крахмал не растворяется, а лишь увлажняется и набухает.
Крахмальные зерна состоят из двух веществ: амилозы и амилопектина, которые различаются по физическим и химическим свойствам и по строению молекул. Раствор иода окрашивает в синий цвет только амилозу, а амилопектин дает краснофиолетовую окраску. Амилоза растворяется в горячей воде, а амилопектин лишь при более высокой температуре (под давлением) и вязкость раствора амилозы меньше, чем вязкость раствора амилопектина. Полагают, что молекула амилозы менее сложна, чем молекула амилопектина (в первой около 200 глюкозных остатков, во второй — 300—400). Кроме того, в амилопектине содержится больше соединений фосфора (0,115%), считая на Р2О5, чем в амилозе (0,007%).
Пользуясь различными методами определения, нашли, что в пшеничном крахмале содержится около 24% амилозы и 76% амилопектина; почти такое же соотношение и в кукурузном крахмале, в рисовом крахмале амилозы несколько меньше (17%).
Декстрины. При гидролизе крахмала разведенными кислотами (соляной или серной) в конечном результате получается глюкоза, а при гидролизе ферментами солода — мальтоза. В обоих случаях в качестве промежуточных продуктов гидролиза получаются вещества, называемые декстринами. Они отличаются от крахмала тем, что растворимы в воде и не дают характерной для крахмала синей окраски с иодом, а от глюкозы и мальтозы тем, что из растворов осаждаются крепким спиртом. В зерне злаков находят декстрины в количестве до 3% и значительно больше в прорастающих зернах.
Клетчатка, или целлюлоза, имеет ту же общую формулу (C6H10O5)n, что и крахмал; она и гемицеллюлозы служат основной составной частью стенок клеток тканей зерна (вместе с лигнином и минеральными веществами). Плодовая и семенная оболочки зерна содержат сравнительно много клетчатки. В зерне пшеницы содержится 2,0—2,5% клетчатки, причем оболочки содержат до 18—20% клетчатки, а эндосперм — только 0,1—0,2%.
Клетчатка не растворима в воде, слабых кислотах и щелочах. Она растворяется только в аммиачном растворе окиси меди. Под действием кислоты соляной или серной при высокой температуре она поддается гидролизу и образует глюкозу. Она расщепляется также под действием фермента цитазы, который находится в растениях, плесневых грибках и бактериях. Человеком клетчатка почти не усваивается.
Гемицеллюлозы. Под этим названием известны вещества, которые при гидролизе образуют или пентозы, или гексозы; первые из них называют пентозанами, вторые — гексозанами. Они служат для растения резервным веществом, а частично вместе с клетчаткой образуют остов клеток.
Формула пентозанов (С5Н8O4)n, а пентоз — C5H10O5 (т. е. в них содержится по 5 атомов углерода). Пентозаны содержатся преимущественно в оболочках зерна; целое зерно пшеницы содержит обычно 5—8% пентозанов, в оболочках их 20—30%, а в эндосперме около 2—3%. Пентозаны труднее гидролизуются кислотами, чем крахмал и легче, чем клетчатка. В чистом виде получены пентозаны арабан и ксилан.
Гексозаны являются ангидридами гексоз; из них известны маннан, галактан и др.; их много, например, в семенах сои.
Лигнин обычно сопровождает клетчатку; это уже не углевод, а вещество, близкое к углеводам. Состав его точно не установлен; известно, что в нем больше углерода и меньше кислорода, чем в клетчатке, и что он менее стоек по отношению к кислотам, чем клетчатка.