Брожение - ферментативное расщепление углеводов в организме животных, растений и многих микроорганизмов.

Брожение может идти без участия или с участием кис­лорода (соответственно анаэробное или аэробное броже­ние).

В результате окислительно-восстановительных реак­ций при брожении освобождается энергия (главным об­разом в виде АТФ) и образуются соединения, нео6ходимые для жизнедеятельности организма. Некоторые бак­терии, микроскопические грибы и простейшие растут, используя только ту энергию, которая освобождается при брожении. Некоторые виды брожения, происходящие анаэробно под действием микроорганизмов, имеют важ­ное практическое значение.

Спиртовое брожение осуществляется обычно с помо­щью дрожжей рода Saccharomyces и бактерий рода Zimomonas по схеме:

С₆Н₁₂О₆ → 2 C₂H_sOH + 2 СО₂

Этот вид брожения используют для промышленного получения этанола, а также в виноделии, пивоварении и при подготовке теста в хлебопекарной промышленности.

В присутствии кислорода спиртовое брожение замедляетсяили прекращается и дрожжи получают энергию для жизнедеятельности в результате дыхания.

Молочнокислое брожение вызывается бактериями ро­дов Lactobaci1lus и Streptococcus. Молочнокислое брожение играет важную роль при по­лучении молочных продуктов (кефира, простокваши и др.), а также при квашении овощей, силосовании кормов в сель­ском хозяйстве. Гомоферментативный процесс использу­ют для промышленного получения молочной кислоты.

Изомером глюкозы является фруктоза. Если глюко­за является альдегидоспиртом, то фруктоза - кетоспирт. Фруктоза более благоприятна для организма челове­ка. Она втрое слаще глюкозы, это позволяет, не снижая уровня сладости пищи, употреблять меньше сахаров, а это необходимо при заболевании сахарным диабетом и тучности. Фруктоза не повышает содержание сахара в крови, так как в кишечнике медленно всасывается в кровь, в печени быстро превращается в гликоген, легко вовлекается в обменные процессы. Содержится в меде, яблоках, грушах, арбузе, смородине и др.

Дuсахарuды (олuгосахарuды).

Наиболее широко распространенными природными ди­сахаридами являются обычный свекловичный или трост­никовый сахар - сахароза; солодовый сахар – мальтоза; молочный сахар - лактоза и целлобиоза (получающаяся принеполном гидролизе целлюлозы). Все эти дисахаридыимеют одну и ту же брутто-формулу C₁₂H₂₂О₁₁.

В кислом растворе или под действием фермента ин­вертазы сахароза гидролизуется и образует D-глюкозу и D-фруктозу.

Сахароза содержится в свекле, моркови, сливах, абри­косах, бананах.

Сладость сахарозы принимается за единицу. Глюкоза оказывается менее сладкой (0,7), а фруктоза более слад­кой (1,70). Мальтоза (солодовый cаxap) оценивается в 0,45, а лактоза (молочный сахар) в 0,22. Полученная в резуль­тате гидролиза сахарозы смесь глюкозы и фруктозы на­зывается инвертным сахаром. Он является основной coставляющей честью пчелиного меда.

Крахмал.

Крахмал является главным запасным питательным веществом растений. По составу он неоднороден и пред­ставляет собой смесь нескольких полисахаридов. Все они образуются из ά -D-глюкозы и отличаются строением цепи, числом входящих в их состав остатков глюкозы и фос­форной кислоты.

Полисахариды крахмала делятся на две фракции: ами­лозу, содержание которой в крахмале различного проис­хождения составляет от 15 до 25%, и амилопектин, на долю которого приходится от 75 до 85%.

Амилоза (C₆H₁₀О₅)n. Полисахариды амилозы представ­ляют собой неразветвленные или малоразветвленные це­почки. Амилоза имеет кристаллическое строение. Она может быть получена при обработке нативного крахмала горячей водой, в которой умеренно растворима. При этом лучше растворимый в воде амилопектин не переходит в раствор из-за того, что зерна нативного крахмала окру­жены белковой оболочкой, через которую проходят моле­кулы амилозы, но не проходят молекулы амилопектина.

Амилоза дает с раствором йода синее окрашивание. Легко гидролизуется ферментами и кислотами до маль­тозы и глюкозы.

Амилопектин (C₆H₁₀О₅)n. Молекулы амилопектина бо­лее сложны, чем амилозы. Они представляют собой силь­но разветвленные цепи. Разветвленные макромолекулы амилопектина образуют в зернах крахмала прочную сет­чатую структуру. Прочность структуры крахмального зерна обусловлена образованием мостиков между макро­молекулами за счет водородных связей.

Чистый амилопектин растворим в горячей воде лучше амилозы. Йодом окрашивается в фиолетовый цвет. Не восстанавливает оксиды металлов. При нагревании с кис­лотами крахмал гидролизуется по месту глюкозид-глю­козных связей при гидролизе вначале образуются более мелкие осколки - декстрины. Декстрины - твердые ве­щества, растворимые в воде. Нагревание крахмала до 150^оС без воды приводит к разрушению зерен, к потере способности набухания и образованию декстринов. Это имеет место при пассивировании муки, обжаривании круп. Блестящая корочка хлеба состоит из декстринов, которые содержатся и во всей массе хлеба. Сущность хле­бопечения состоит как раз в превращении нерастворимого в воде крахмала в легко усваивающиеся декстрины.

В холодной воде крахмал нерастворим, в горячей зерна его набухают и образуют густую жидкость - крах­мальный клейстер. Процесс этот проходит в несколько стадий:

1. При нагревании суспензии крахмала до 55 ^оС зерна крахмала набухают, поглощая до 50% воды от мас­сы крахмала. Суспензия не становится вязкой, процесс обратим, после высушивания свойства крахмала остаются прежними.

2. При дальнейшем нагревании (до t = 600-100 ^оС) набухание зерен ускоряется, объем их увеличива­ется в несколько раз, а вязкость резко возрастает и суспензия превращается в клейстер. В центре зер­на (ядро роста) образуется полость (пузырек). На этой стадии увеличивается количество растворимой амилозы. Раствор ее частично остается в зерне, пре­вратившись в пузырек, а частично диффундирует в окружающую среду.

3. При длительном нагревании с избытком воды крах­мальные пузырьки лопаются и вязкость клейстера снижается.

Консистенция клейстера зависит от количества крах­мала: при содержании крахмала 2-

5% он получается жид­ким, при содержании 6-8% клейстер получается густым,

Гликоген.

Животные организмы запасают глюкозу в виде животного крахмала - гликогена, откладывающе­гося в основном в печени и мышцах. В отличие от амило­пектина eгo молекулы сильно разветвлены.

В некоторых растениях (топинамбур) роль резервного питательного вещества играет инулин (C₆H₁₀О₅)n. Он хо­рошо растворим в воде, при гидролитическом расщепле­нии почти полностью превращается в D-фруктозу. Осно­вой инулина является ß-D-фруктофураноза.

Крахмал - ценное питательное вещество. К продук­там, содержащим крахмал, относятся зерна риса (62­-86%), кукурузы (57-72%), пшеницы (57-75%) и клубни картофеля (12-24%).

Б) Белки (текст для чтения и повторения)

Белки - это сложные полимеры, молекулы которых построены из остатков ά -аминокислот. В состав белков входят различных 20 видов ά-аминокислот.

Аминокислоты в белках связаны последовательно пеп­тидной связью

О Н

I

-C-N-

которая образуется в результате взаимодействия -NH₂ группы одной молекулы с

-СООН группой другой моле­кулы аминокислоты.

Фибриллярные белки состоят из макромолекул, име­ющих вид тонких вытянутых нитей. В эту группу входят белки мышечных тканей и кожных покровов, белки во­лос, рогов, перьев, шерсти, шелка. При комнатной тем­пературе эти белки нерастворимы в воде, но могут набу­хать в ней. При повышенной температуре некоторые из них (желатин) растворяются с образованием очень вяз­ких растворов.

Глобулярные белки пептидных цепей белка состоят измакромолекул эллипсоидальной, реже шаровидной формы. Они хорошо растворимы в воде, причем вязкость их растворов невелика. К ним относятся белки крови, молока.

Наличие в макромолекулах белков двух противоположных по свойствам групп: основной –NH₂ и кислотной - СООН, сообщает белкам амфотерные свойства.

В результате приготовления пищи белки претерпевают изменения. Для кулинарных процессов особое внимание имеет тепловая денатурация белков. Типичным приме- ром может служить денатурация куриного белка (альбумина) при варке: из прозрачного растворимого в воде вещества он превращается в более или менее твердую, непрозрачную, нерастворимую в воде массу. Исследования показали, что денатурация или свертывание белка при нагревании большей частью складывается из двух различных процессов:

· понижения растворимости белка (собственно денатурация);

· коагуляции золей денатурированного белка.

Обе стадии невозможно отделить одну от другой.

Сущность тепловой денатурации можно рассмотреть на при­мере глобулярных белков. Основная молекула глобулярного белка, как известно, состоит из одной или несколь­ких полипептидных цепей, сложенных складками и об­разующих клубки. Такая структура стабилизируется не­прочными связями, среди которых большую роль игра­ют водородные связи, образующие поперечные мостики между параллельными пептидными цепями или их складками. При нагревании белков происходит усилен­ное движение полипептидных цепей или их складок, что вызывает разрыв непрочных связей между ними. В результате этого наблюдается развертывание и перегруп­пировка складок, сопровождаемые перераспределением полярных и неполярных радикалов, причем неполяр­ные радикалы концентрируются на поверхности глобул, понижая их гидрофильность, а, следовательно, и раство­римость.

Для денатурации белка необходимо присутствие неко­торого минимального содержания воды. Безводный бе­лок при нагревании не подвергается денатурации. Так, сухой альбумин выдерживает нагревание в струе сухого воздуха при температуре 393^оК без заметного изменения его растворимости.

При денатурации белки становятся нерастворимыми и утрачивают способность к набуханию.

Денатурация, кроме нагревания, при кулинарной об­работке пищевых продуктов может быть вызвана и дру­гими причинами. Например, взбивание яичного белка, сливок превращает их в пену, состоящую из пузырьков воздуха, окруженных тонкими белковыми пленками, образование которых также сопровождается развертыва­нием пептидных цепей за счет разрыва связей при меха­ническом воздействии. Таким образом, при образовании пленок происходит частичная или полная денатурация белка. В отличие от тепловой она называется поверхност­ной денатурацией.

Цель: Изучение свойств углеводов и белков.

Оборудование:

Приборы: штатив для пробирок, спиртовая горелка

Посуда: пробирки, тигли

Реактивы: сахароза, крахмальный клейстер, этиловый спирт, дистиллированная вода,

раствор йода, раствор белка, раствор уксуснокислого свинца, концентрирован-

ная азотная кислота, раствор слюны