Отдельные представители дисахаридов

Мальтоза, солодовый сахар.Дисахарид получается из крахмала при действии солода, содержащего фермент b-амилазу. Солод (от лат. maltum) – это проросшие, а затем высушенные и измельченные зерна хлебных злаков. В мальтозе остатки двух молекул a-D-глюкопиранозы связаны между собой a-1,4-гликозидной связью. Следует отметить, что аномерный атом со свободной полуацетальной гидроксильной группой может иметь как a-, так и b-конфигурацию.

Мальтоза кристаллизуется из водных растворов в виде моногидрата, не имеющего резко выраженной точки плавления. Водные растворы мальтозы мутаротируют.

Под действием фермента a-глюкозидазы (мальтазы) солодовый сахар гидролизуется с образованием двух молекул глюкозы. Мальтоза образуется в растительных и животных организмах как промежуточный продукт при гидролизе крахмала. Например, она образуется под влиянием ферментов пищеварительного тракта, а также во многих технологических операциях бродильной промышленности – в спиртовом производстве, пивоварении и т.д.

Схемы мутаротации мальтозы:

 

Сладость солодового сахара составляет приблизительно 0,6 сладости тростникового сахара. Однако в некоторых странах мальтозу производят для замены тростникового сахара. При осторожном окислении мальтозы ее альдегидная форма образует мальтобионовую кислоту:

 

Целлобиоза получается в качестве промежуточного продукта при неполном гидролизе полисахарида целлюлозы. Целлобиоза, как и мальтоза, построена из двух остатков глюкозы, но соединенных между собой уже b-1,4-гликозидной связью. Целлобиоза расщепляется ферментом b-глюкозидазой, который в человеческом организме отсутствует. Поэтому целлобиоза и соответствующий полисахарид целлюлоза не могут перерабатываться и служить источником питания для человека.

 

 

В свободном состоянии целлобиоза содержится в соке (патоке) некоторых деревьев. Она обладает всеми свойствами восстанавливающих дисахаридов, растворы ее мутаротируют.

Конфигурационное различие между мальтозой и целлобиозой влечет за собой и конформационное отличие: a-гликозидная связь в мальтозе распо-ложена аксиально, а b-гликозидная связь в целлобиозе – экваториально.

 

Конформационное состояние дисахаридов служит первопричиной линейного строения целлюлозы, в состав которой входит целлобиоза и клубкообразного строения амилозы (крахмал), построенной из мальтозных единиц.

Лактоза (молочный сахар) содержится в молоке (4–5 %) и получается в сыроваренной промышленности из молочной сыворотки после отделения творога. Сбраживается лишь особыми лактозными дрожжами, содержащимися в кефире и кумысе. Лактоза построена из остатков b-D-галактопиранозы и a-D-глюкопиранозы, соединенных между собой b-1,4-гликозидной связью_. Лактоза является восстанавливающим дисахаридом, причем свободный полуацетальный гидроксил принадлежит остатку глюкозы, а кислородный мостик связывает первый углеродный атом остатка галактозы с четвертым атомом углерода остатка глюкозы. Лактоза гидролизуется под действием фермента b-галактозидазы (лактазы):

 

 

Лактоза отличается от других сахаров отсутствием гигроскопичности- она не отсыревает. Молочный сахар применяется как фармацевтический препарат и как питательное средство для грудных детей. Водные растворы лактозы мутаротируют, лактоза имеет в 4–5 раз менее сладкий вкус, чем сахароза. Содержание лактозы в женском молоке достигает 8 %. Из женского молока выделено более 10 олигосахаридов, структурным фрагментом которых служит лактоза. Эти олигосахариды имеют большое значение для формирования кишечной флоры новорожденных, некоторые из них подавляют рост болезнетворных кишечных бактерий.

Мелибиоза входит в состав трисахарида рафинозы (мелитриозы), в свободном виде содержится в соке некоторых растений. Под действием фермента сахаразы от рафинозы отщепляется фруктоза и остается мелибиоза. Мелибиоза состоит из остатков a-D-галактопиранозы и a-D-глюкопиранозы, соединенных между собой a-1,6-гликозидной связью. Мелибиоза гидролизуется под действием фермента a-галактозидазы, содержащей в эмульсине (ферментный препарат, получаемый из миндаля):

 

Мелибиоза является восстанавливающим дисахаридом, содержит свободный полуацетальный гидроксил, водные растворы ее мутаротируют.

Генциобиоза– дисахарид, входящий в состав многих гликозидов (амигдалин, кроцин), а также образуется при гидролизе трисахарида генцианозы под действием фермента инвертазы (сахаразы) или разбавленной серной кислоты. Генциобиоза построена из молекулы b-D-глюкопиранозы, и молекулы a-D-глюкопиранозы, соединенных между собой b-1,6-гликозидной связью; гидролизуется под действием фермента b-глюкозидазы:

 

Генциобиоза является восстанавливающим дисахаридом, содержит свободный полуацетальный гидроксил, восстанавливает фелингову жидкость, водные растворы ее мутаротируют.

Сахароза (тростниковый или свекловичный сахар). Название возникло в связи с получением либо из сахарной свеклы, либо из сахарного тростника Чрезвычайно широко распространена в растениях (в листьях, стеблях, семенах, фруктах, ягодах, корнях, клубнях). Ее много в кленовом соке, в пальмовом соке, в кукурузе. Этот наиболее известный и широко применяемый сахар играет огромную роль в питании человека. Очень хорошо растворяется в воде, кристаллизуется в виде больших моноклинических кристаллов, Т_пл. = 185 °С. Сбраживается дрожжами. Сахароза не восстанавливает фелинговую жидкость, водные растворы сахарозы не обладают мутаротацией, не содержит свободного полуацетального гидроксила, поэтому она не способна к окси-оксо-таутомерии и является невосстанавливающим дисахаридом. Сахароза построена из остатков a-D-глюкопиранозы и b-D-фруктофуранозы, соединенных своими полуацетальными гидроксилами при помощи a-, b-1,2-гликозидной связи. При нагревании с кислотами или под действием ферментов сахаразы или инвертазы (b-фруктофуронозиды при рН 3,5-5,5 и a-глюкозидазы при рН 7,0) сахароза гидролизуется с образованием смеси равных количеств глюкозы и фруктозы:

 

Сахароза гидролизуется легче, чем другие дисахариды – скорость ее гидролиза в кислом растворе в тысячу раз больше, чем скорость гидролиза мальтозы или лактозы. Это связано с тем, что остаток фруктозы, входящий в состав сахарозы, находится в фуранозной форме:

 

 

Гидролиз сахарозы легко проследить с помощью поляриметра, так как раствор сахарозы имеет правое вращение, а образующаяся смесь D-глюкозы и D-фруктозы имеет левое вращение, благодаря превалирующему значению левого вращения D-фруктозы. Следовательно, по мере гидролиза сахарозы величина угла правого вращения постепенно уменьшается, проходит через нулевое значение, и в конце гидролиза раствор, содержащий равные количества глюкозы и фруктозы, приобретает устойчивое левое вращение. В связи с этим гидролизованную сахарозу (смесь глюкозы и фруктозы) называют инвертным сахаром, а сам процесс гидролиза – инверсией (от лат. inversia – переворачивание, перестановка). Природным инвертным сахаром является мед, состоящий из равных количеств глюкозы и фруктозы. Главные источники получения сахарозы в пищевой промышленности – сахарный тростник и сахарная свекла. В корнеплодах сахарной свеклы содержится до 27% сахарозы, а соке сахарного тростника несколько меньше – до 14 – 26% сахарозы. Получение сахарозы сводится к извлечению ее из сахарной свеклы или сахарного тростника водой с последующей очисткой и кристаллизацией. Тростниковый сахар был известен за много столетий до нашей эры, производство его зародилось в Индии, затем было перевезено в Персию, и значительно позже сахар попал в Европу. Половину мировой продукции сахара вырабатывают из сахарного тростника. Первое промышленное производство сахара из сахарной свеклы было организовано в Германии, а затем распространилось по всей Европе. В России первый завод по выработке сахара из сахарной свеклы был построен 1802 г. в селе Алябьево под Тулой.

Сахар является одним из важнейших пищевых продуктов, обладает консервирующими свойствами. Кроме непосредственного употребления в пищу, его применяют в кондитерской, консервной, плодоовощной, хлебопекарной и других отраслях пищевой промышленности. Известно, что каждый грамм сахара при усвоении («сгорании») в организме дает 17,2 кДж тепла. Более того, сахар, легко окисляясь, способствует лучшему усвоению жиров. Следует отметить, что инвертный сахар организмом усваивается еще легче и, кроме того, обладает одним очень важным технологическим свойством – он задерживает кристаллизацию сахарозы. Это свойство особенно ценно в кондитерском производстве, при варке варения, приготовлении помадки и т. д. Если сварить варение из сладких ягод, то оно быстро засахарится. Наличие кислоты в самих плодах или добавленной при варке вызовет гидролиз части сахарозы с образованием инвертного сахара, что предотвратит засахаривание варенья и будет способствовать его длительному хранению.

Трегалоза (микоза, грибной сахар). Впервые была найдена в спорынье, затем во многих грибах и в некоторых бактериях, в водорослях и в некоторых высших растениях. В пекарских дрожжах содержание трегалозы достигает 18 %, считая на сухое вещество, Сбраживается большинством дрожжей. Трегалоза относится к невосстанавливающим дисахаридам, она не содержит свободного полуацетального гидроксила и поэтому не восстанавливает фелингову жидкость, не мутаротирует. Трегалоза построена из двух молекул a-D-глюкопиранозы, соединенных своими полуацетальными гидроксилами при помощи a-1,1-гликозидной связи. Трегалоза гидролизуется под действием фермента трегалазы (или разбавленными минеральными кислотами) с образованием двух молекул глюкозы: