Галактоманнаны, арабиногалактан. Основные представители

Размещено на http://www.allbest.ru/

Контрольная работа

По органической химии

Тема:

Галактоманнаны, арабиногалактан. Основные представители

1. Галактоманнаны

Галактоманнаны являются резервными углеводами, представляющими собой полисахаридный запас клеточных стенок эндосперма некоторых семян. К широко используемым относятся галактоманнаны из бобов рожкового дерева, гуара, и в меньшей степени кустарника тары.

Эти три вида галактоманнанов построены из цепей полностью линейного маннана, к которым через равные интервалы присоединены боковые цепи единичных остатков галактозы. Эти полидисперсные галактоманнаны можно легко отличить друг от друга по различному соотношению маннозы и галактозы, которое находится в интервале 1,6:1 до 3,5:1. Такое большое количество галактозных боковых ответвлений, составляющее около 20-40% от общей массы, предотвращает прочную когезию (слипание) основной цепи, что препятствует образованию кристаллических зон.

Вода комнатной или повышенной температуры может легко проникать между отдельными молекулами, гидратируя или растворяя доступную камедь. При прорастании семян эндосперм поглощает до 75% воды в расчете на его сухую массу, что делает возможным диффузию необходимых для прорастания ферментов и транспорт низкомолекулярных веществ, необходимых для роста растения.

Таблица 1

Ежегодное потребление гидроколлоидов в граммах на душу населения в 1990 г. (жители США и европейских стран)

2. Способы получения

Вечнозеленое рожковое дерево растет на территориях вокруг Средиземного моря, особенно в Марокко и Португалии. Оно может достигать высоты 10-15 м, а его корни уходят на глубину 25 м. Продолжительность жизни рожкового дерева больше 100 лет. Стручки рожкового дерева убирают один раз в год (рис. 1).

Рис. 1. Рожковое дерево

Длина стручков 10-30 см, бобы твердые коричневого цвета (рис. 2). В древние времена семена использовали как меру веса примерно 0,2 г (карат)

Рис. 2. Прокаленные бобы стручкового дерева

Рис. 3. Размолотый эндосперм камеди рожкового дерева

Оболочку снимают концентрированной серной кислотой или прокаливанием, эндосперм размалывают (рис. 3.).

Камедь рожкового дерева (Е410) - разрешена индивидуально или в сочетании с другими загустителями и стабилизаторами в 13 стандартах на пищевые продукты. Также разрешена в консервах для детского питания.

В РФ разрешена в качестве стабилизатора консистенции, загустителя, текстуратора и связующего агента в пищевые продукты; в качестве наполнителя в джемы, желе, мармелады и другие подобные продукты, включая низкокалорийные, индивидуально или в комбинации с другими полисахаридами.

3. Гуаровая камедь (Е 412)

Это размолотый эндосперм семян однолетнего стручкового кустарникового растения гуар (выращивали в Индии, гуар - с санскритского - пища коров). Плантации гуара созданы в африканских странах, Австралии, Колумбии, Бразилии, Аргентине, в США. Целые семена (рис. 4.) размалывают на мельнице, оболочка сдирается с эндосперма, его размалывают и получают мелкие чешуйчатые хлопья гуаровой камеди. Чешуйки превращают в муку.

С 1907 года гуаровое дерево было признано источником сырья растительного происхождения, пригодного в пищу для рогатого скота, и для человека, хотя возделывалось это растение в западной части Индии и граничащих областях Пакистана всегда.

В настоящее время урожай, собираемый в Индии ежегодно, составляет почти 80% от общего мирового объема.

Рис. 4. Плоды гуара

Урожайность гуара зависит от метеорологических условий цветения, созревания, обильные осадки повышают урожайность растений.

В конце октября осуществляется сбор урожая и его сушка в течение 15 дней на полях под солнцем. Отходы после сбора семян, благодаря высокому содержанию клетчатки, используются на корм скоту.

Гуаровая дробленка перемалывается в порошок с использованием механического воздействия. Для контроля физических параметров используются различные марки гуарового порошка, отличающиеся размером частиц, вязкостью при гидратации гуаровой камеди водой, степенью гидратации.

В 1957 г. гуаровая камедь была внедрена на международный рынок. В коммерческих целях в основном использовалась загущающая способность гуара.

Как загуститель, гуаровая камедь применялась в бумажной, горной, текстильной, нефтедобывающей отраслях промышленности, в косметических и фармацевтических изделиях. Впоследствии гуаровая камедь была применена и в пищевой промышленности.

Рис. 5. Строение молекул гуаровой камеди

По химическому строению гуаровая камедь представляет собой неионогенный полисахарид растительного происхождения (рис. 5).

Молекулярная структура представляет собой прямую цепь, образованную галактозой и маннозой, следовательно, гуаровая камедь является галактоманнаном. Галактоманнан является гидроколлоидом с высоким молекулярным весом. При растворении в холодной и горячей воде гуаровая камедь образует высоковязкий гель. Вязкость геля зависит от температуры, времени и концентрации гуаровой камеди.

Гуаровая камедь используется в пищевой промышленности:

• для регулирования вязкости;

• для стабилизации эмульсий;

• для придания продуктам кремообразной консистенции;

• для повышения эластичности продуктов (рис. 6);

• в молочных продуктах - для удержания влаги, для придания кремообразной структуры низкокалорийным продуктам;

• в замороженных продуктах - для предотвращения роста кристаллов льда;

• для увеличения объема продукции при изготовлении сыров;

• в продуктах быстрого приготовления - для придания однородной консистенции;

• в мясных продуктах - для увеличения вязкости фарша, уменшения потери влаги;

• для увеличения срока хранения продуктов.

Рис. 6. Эластичность мясным продуктам придают гидроколлоиды

Признанным достоинством гуаровой камеди является свойство достигать максимально возможных значений вязкости в первые 3 минуты при гидратировании. Это свойство гуаровой камеди используется для стабилизации супов, каш быстрого приготовления, в сиропах и фруктовых напитках.

В кондитерских изделиях гуаровая камедь используется как улучшитель теста, сокращающий потери влаги при производстве и хранении. В некоторых видах мучных изделий гуаровая камедь способствует образованию пленок, для придания хрустящей и рассыпчатой текстуры. В макаронах быстрого приготовления используется для придания однородной структуры.

Гуаровая камедь оказывает на организм следующее воздействие: нормализует кишечную проницаемость; обладает слабительным эффектом; очищает организм от токсинов; способствует уменьшению аппетита; снижает уровень холестерина.

Гуаровая камедь с ее широким спектром применения является максимально экономичным пищевым стабилизатором.

Вред гуаровой камеди заключается в передозировке, которая приводит к метеоризму, болям в желудке и кишечнике, тошноте.

Гуаровую камедь в качестве БАД следует принимать с осторожностью, так как имеются побочные эффекты, связанные с сочетанием камеди с другими лекарственными препаратами.

4. Камедь тары (Е 417)

Размолотый эндосперм семян стручкового растения вида Caesalpinia spinosa, или дерева тара. Внешне камедь тара представляет собой порошок белого с оттенками жёлтого цвета, практически не имеющий запаха.

Функциональные свойства камеди тара во многом схожи со свойствами камеди гуара и камеди рожкового дерева, так как камедь дерева тара так же является галактоманнаном, состоящим из остатков галактозы и маннозы в соотношении 1:3. Получают ее отделением кожуры семян (38-40%) и зародышей (38-40%), помолом выделенного эндосперма (около 20%). Примеси: остатки кожуры семян и зародышей.

Родина дерева тара - Куба и Южная Америка. Вечнозеленое дерево до 6м высотой. Прямой колючий ствол с сильно колючими ветвями. Перистые папоротникообразные листья. Желтые ароматные цветки. Плоды - привлекательные стручки (рис. 7).

Рис. 7. Дерево тара со стручками

Камедь тара легко растворяется в воде. При одном и том же значении концентрации горячий раствор камеди тара более вязкий, чем растворы камеди гуара или камеди рожкового дерева.

Камедь тара позволяет удерживать дисперсные системы в стабильном состоянии достаточно продолжительное время. С другими гидроколлоидами камедь тара проявляет свойство синергизма.

Камедь тара хорошо растворима в воде; нерастворима в этаноле, органических растворителях. Не расщепляется пищеварительными ферментами, микрофлора кишечника может только частично отщеплять и разрушать галактозу боковых цепей.

Камедь тары может использоваться вместо гуаровой камеди или камеди рожкового дерева. Синергическое укрепление геля на агаре, каррагинане и ксантане слабее, чем в случае камеди рожкового дерева. Основное применение камедь тары находит в желирующих смесях с ксантаном, гелланом, каррагинаном и т.д.

химический галактоманнан камедь гуммиарабик

5. Физико-химические свойства и технологические функции галактоманнанов

Галактоманнаны регулируют текстуру, предотвращают расслоение или осаждение, повышают устойчивость к процессам замораживания - оттаивания, предотвращают синерезис, сохраняют стабильность замутненных соков и безалкогольных напитков, могут использоваться в качестве пищевых волокон.

6. Применение в пищевых продуктах

Данные пищевые добавки применяются в продуктах быстрого приготовления, молочных продуктах, мороженом, мучных, кондитерских изделиях, фруктовых желе и джемах, детском питании.

Камедь рожкового дерева (Е 410) широко используется в качестве загустителя благодаря тому, что на нее не влияют кислоты, соли и нагревание (как и на гуаран). При смешивании с ксантаном, каррагинаном, гелланом, агаром или альгинатом камедь бобов рожкового дерева усиливает желирующее действие последних. Основной областью использования камеди рожкового дерева является производство плавленых сыров (4-6 г/кг), мороженого и молочных продуктов (5-10 г/кг). Она может добавляться в тесто для сохранения свежести хлебобулочных изделий в количестве 1-5 г/кг.

Высокая степень разветвления молекулы обеспечивает хорошую растворимость гуаровой камеди (Е 412) даже в холодной воде. Однопроцентный раствор камеди обладает псевдопластическими и тиксотропными свойствами, имеет вязкость 3000-7000 сПз, которая почти не изменяется при добавлении солей и кислот.

Гуаровая камедь используется для загущения и стабилизации соусов, майонезов, кетчупов, мороженого (в количестве до 1%), может использоваться для сохранения для сохранения свежести хлебобулочных изделий (в количестве 0,2-0,5%). Вместо гуара и камеди рожкового дерева может использоваться камедь тары.

7. Арабиногалактан. Гуммиарабик

Гуммиарабик - камедь (смола) с дерева акации, используемая в торговле с древнейших времен. Использовалась египтянами для бальзамирования мумий, для приготовления красок писать иероглифы. 1 г растворим в 2 мл воды, получается легко текучий раствор.

Химическое строение, особенности структуры гликопротеида

Состоит из углеводных цепей галактозы, рамнозы, арабинозы, глюкуроновой кислоты. Есть неудаляемый азот. Предполагается структура крупных блоков углеводов с мол. массой около 250 000 Да. Блоки соединены полипептидной цепью около 400 аминокислотных остатков.

Способы получения

Согласно определению Объединенного Экспертного Комитета ФАО/ВОЗ по Пищевым Добавкам (JACFA), гуммиарабик (Agrigum) представляет собой высушенный на воздухе экссудат, полученный при надрезе стволов или ветвей Acacia Senegal L. Willdenaw или Acacia seyal, а также других родственных разновидностей акации (Fam. Leguminosae). Собирают с деревьев вручную, для усиления камедетечения постукивают деревья (рис. 8.). Эти акации произрастают в Африке, Индии и Австралии (имеют высоту от 3,6 м до 4,2 м).

Рис. 8. Сборщик гуммиарабика

Рис. 9, 10. Акация и чешуйки гуммиарабика

После сбора урожая во время сухого сезона (это декабрь - май на пограничной с Сахарой территории) смолу акации очищают простым физическим путем (растворением в воде, центрифугированием, фильтрацией и стерилизацией) без химической и энзиматической модификации. Простая стерилизация гарантирует бактериальную безопасность. Наконец, легко растворимые в воде сухие смеси получают путем грануляции и/или методом распыления - это и есть конечный продукт. Продается в виде бесцветных или желтоватых кусков блестящего, раковистого излома.

Один из ведущих экспортеров (около 80% мирового производства) -- является Судан. Гуммиарабик продается в гранулах (рис. 11.)

Рис. 11. Гуммиарабик в гранулах

8. Физико-химические свойства и технологические функции арабиногалактана. Применение в пищевых продуктах

Гуммиарабик (Е 414) вряд ли можно считать загустителем, поскольку его растворы имеют низкую вязкость даже при концентрациях 50%, однако он может стабилизировать дисперсии. Это используется в производстве ароматизаторов и фруктовых порошков, полученных распылительной сушкой; хорошая растворимость в воде при незначительной гигроскопичности гуммиарабика обеспечивает быстрое растворение порошка.

Гуммиарабик легко растворяется в воде и дает растворы с рН - 4,5 , цвет от бледно-желтого до оранжево-коричневого. Растворы камеди становятся вязкими только при больших концентрациях. Вязкость 30%-го раствора гуммиарабика сравнима с вязкостью 1%-х растворов карбоксиметилцеллюлозы и ксантановой камеди, которые являются наиболее распространенными загустителями.

Гуммиарабик стабилизирует эмульсии «масло в воде», не изменяя их консистенцию. Это его свойство используют в производстве эмульсий для напитков и напитков на основе эфирных масел. Гуммиарабик позволяет ароматизатору при хранении напитка оставаться равномерно распределенным по всему объему.

Обогащенная белком камедь гуммиарабика - хороший эмульгатор, она адсорбируется на поверхности масляных капель, а ее углеводные блоки препятствуют коалесценции. 20% эмульсия апельсинового масла требует 12% гуммиарабика, стабильна в течение нескольких месяцев.

Одним из недостатков существующей технологии производства жевательной резинки является значительная потеря аромата из основы при добавлении жидких ароматических веществ. Инкапсуляция ароматических веществ с использованием рафинированных Agrigum и введение их в жевательную резинку позволяет снизить потери ароматических веществ почти на 50%, повысить способность продукта удерживать аромат, а также высвобождать его, улучшая при этом воздействие аромата на вкусовые рецепторы и делая послевкусие более длительным. В данном случае гуммиарабик рекомендуется использовать как эмульгатор и как связующий компонент для равномерного перемешивания основы с подсластителем (сорбит, маннитол и т.д.).

Гуммиарабик применяется в производстве жевательной резинки, пастилы, суфле, зефира, ириса.

Дражирование -- это процесс, при котором слои покрытия наносят на твердый центр. Это открывает широкий диапазон для применения гуммиарабика: от покрытия орехов и изюма до дражирования сахаром, шоколадом, йогуртом и т.д., нанесения заключительного покрытия на готовый продукт, причем любой из этих процессов может быть улучшен при помощи Agrigum (гуммиарабика) в большей или меньшей степени.

Гуммиарабик используется в хлебобулочной промышленности благодаря его влагоудерживающей способности. Смола акации хорошо растворима в холодной воде и образует прозрачные растворы. Кроме того, Agrigum имеет хорошие адгезионные свойства, что используется в глазурях и украшениях кондитерских изделий и улучшает однородность продукта в случае использования в качестве стабилизатора эмульсий

9. Применение гуммиарабика в других областях

Гуммиарабик -- важный компонент в художественных акварельных красках. Он смешивается с пигментами и глицерином для производства красок в виде пасты для тюбиков или в виде сухих блоков. Гуммиарабик увеличивает блеск готовой краски и лучше связывает краску с бумагой. Художники также используют растворы гуммиарабика для растворения красок и усиления яркости пигментов.

Смола акации используется как эмульгатор или суспензирующий агент в различных типах чернил, проявляя свои защитные свойства гидроколлоида.

Изготовление клише для литографии включает зернение алюминиевой основы (подложки -- репродукционной пластинки), её покрытие подкисленным гуммиарабиком и затем нанесение светочувствительного раствора на поверхность подложки для получения фотографического изображения. Как только фотографическое изображение попадает на подложку, её поверхность опрыскивают раствором гуммиарабика для образования тонкой полимерной пленки на тех местах поверхности подложки, где не требуется закрепление чернил.

В косметике гуммиарабик используют в лосьонах и защитных кремах, где он выполняет функции стабилизатора для увеличения вязкости и улучшения поверхностных свойств, для защитной смазки и улучшения органолептических свойств готового изделия. Гуммиарабик также используется как связующий агент для препаратов из глины и как клеевая основа в косметических масках для лица.

Литература

1. Вопросы и задачи по органической химии; Альянс - Москва, 2012. - 256 c.

2. Органическая химия. В 2 книгах. Книга 2. Специальный курс; Дрофа - Москва, 2008. - 592 c.

3. Органическая химия. Задачи по общему курсу с решениями. В 2 частях. Часть 2; Бином. Лаборатория знаний - Москва, 2012. - 720 c.

4. Основы органической химии; Дрофа - Москва, 2006. - 560 c.

5. Руководство к лабораторным занятиям по органической химии; Гостехиздат - Москва, 2009. - 384 c.

6. Сборник задач по органической химии; Издательство МГУ - Москва, 2000. - 160 c.

7. Алексеенко В.А., Суворинов А.В., Власова Е.В. Металлы в окружающей среде. Оценка эколого-геохимических измерений. Сборник задач; Логос - Москва, 2012. - 515 c.

8. Артеменко А.И. Органическая химия; Высшая школа - Москва, 2002. - 560 c.

9. Артеменко А.И. Органическая химия; Высшая школа - Москва, 2007. - 560 c.

10. Артеменко А.И. Удивительный мир органической химии; Дрофа - Москва, 2008. - 256 c.

11. Артемова Э.К., Дмитриев Е. В. Основы общей и биоорганической химии; КноРус - Москва, 2011. - 256 c.

12. Белобородов В.Л., Зурабян С.Э., Лузин А.П., Тюкавкина Н.А. Органическая химия. В 2 книгах. Книга 1. Основной курс; Дрофа - Москва, 2008. - 640 c.

13. Боровлев И.В. Органическая химия. Термины и основные реакции; Бином. Лаборатория знаний - Москва, 2010. - 360 c.

14. Габриелян О.С., Остроумов И.Г., Дорофеева Н.М. Практикум по общей, неорганической и органической химии; Академия - Москва, 2011. - 256 c.

15. Зурабян С.Э., Лузин А.П. Органическая химия; ГЭОТАР-Медиа - Москва, 2011. - 384 c.

16. Иванов В.Г., Горленко В.А., Гева О.Н. Органическая химия; Академия - Москва, 2010. - 624 c.

17. Илиел Э. Основы стереохимии; Бином. Лаборатория знаний - Москва, 2005. - 120 c.

18. Имашев У.Б. Основы органической химии; КолосС - Москва, 2011. - 464 c.

19. Кабачник М.И., Мастрюкова Т.А. Межфазный катализ в фосфорорганической химии; Едиториал УРСС - Москва, 2002. - 320 c.

Размещено на Allbest.ru