Фундаментальные свойства живых систем
Признаки живой материи, которые отличают ее от неживой. Ферменты, их применение в пищевых технологиях. Отличие ферментов от небиологических катализаторов. Органы и ткани животных. Углеводы, получаемые из растительного сырья. Полисахариды второго порядка.
Рубрика | Биология и естествознание |
Вид | контрольная работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 26.11.2012 |
Размер файла | 35,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
1. Фундаментальные свойства живых систем
На данный момент нет строгого определения, что же такое жизнь, но мы можем перечислить и описать те признаки живой материи, которые отличают ее от неживой. Это прежде всего:
1. Питание.
Пища нужна всем живым существам. Они используют ее как источник энергии и веществ, необходимых для роста и других процессов жизнедеятельности. Растения и животные различаются главным образом по тому, как они добывают пищу. Почти все растения способны к фотосинтезу, т.е. они сами создают питательные вещества, используя энергию света. Фотосинтез - одна из форм автотрофного питания. Животные и грибы питаются по-иному: они используют органическое вещество других организмов, расщепляя с помощью ферментов это органическое вещество и усваивая продукты расщепления. Такое питание называют гетеротрофным. Гетеротрофами являются многие бактерии, хотя некоторые из них автотрофны.
2. Дыхание
Для всех процессов жизнедеятельности нужна энергия, поэтому основная масса питательных веществ, получаемых в результате автотрофного или гетеротрофного питания, используется в качестве источника энергии. Энергия высвобождается в процессе дыхания при расщеплении некоторых высокоэнергетических соединений. Высвобождаемая энергия запасается в молекулах аденозинтрифосфата (АТФ), который обнаружен во всех живых клетках.
3. Раздражимость
Все живые существа способны реагировать на изменение внешней и внутренней среды, что помогает им выжить. Например, кровеносные сосуды кожи млекопитающих при повышении температуры тела расширяются, рассеивая избыточное тепло и тем самым снова восстанавливая оптимальную температуру тела. А зеленое растение, которое стоит на подоконнике и освещается только с одной стороны, тянется к свету, потому что для фотосинтеза нужна определенная освещенность.
4. Подвижность
Животные отличаются от растений способностью перемещаться из одного места в другое, т.е. способностью к движению. Животным необходимо двигаться, чтобы добывать пищу. Для растений подвижность необязательна: растения способны сами создавать питательные вещества из простейших соединений, доступных почти повсюду. Но и у растений можно наблюдать движения внутри клеток и даже движения целых органов, хотя и с меньшей, чем у животных, скоростью. Могут двигаться и некоторые бактерии, и одноклеточные водоросли.
5. Выделение
Выделение, или экскреция - это выведение из организма конечных продуктов обмена веществ. Такие ядовитые «шлаки» возникают, например, в процессе дыхания, и их надо обязательно удалять. Животные потребляют очень много белков, и, поскольку белки не запасаются, их необходимо расщепить, а затем вывести из организма. Поэтому у животных выделение сводится в основном к экскреции азотистых веществ. Еще одной из форм экскреции можно считать выведение из организма свинца, радиоактивной пыли, алкоголя и массы других вредных для здоровья вещеста
6. Размножение
Продолжительность жизни у каждого организма ограничена, однако все живое «бессмертно». Выживание вида обеспечивается сохранением главных признаков родителей у потомства, возникшего путем бесполого или полового размножения. Пытаясь объяснить природу наследования признаков, «редукционисты» открыли нуклеиновые кислоты: ДНК (дезоксирибонуклеиновую кислоту) и РНК (рибонуклеиновую кислоту). В молекулах этих кислот содержится закодированная наследственная информация, которая передается от одного поколения к другому.
7. Рост
Объекты неживой природы (например, кристалл или сталагмит) растут, присоединяя новое вещество к наружной поверхности. Живые существа растут изнутри за счет питательных веществ, которые организм получает в процессе автотрофного или гетеротрофного питания. В результате ассимиляции эти веществ образуется новая живая материя.
Эти семь главных признаков живого более или менее выражены у любого организма и служат единственным показателем того, жив он или мертв. Не следует, однако, забывать, что все эти при знаки - лишь наблюдаемые проявления главных свойств живой материи, т.е. ее способности извлекать, превращать и использоват энергию извне. К тому же живая материя способна не только поддерживать, но и увеличивать свои энергитические запасы.
В отличие от живой материи мертвое органическое вещество легко разрушается под действием механических и химических факторов окружающей среды. Живые существа обладают встроенной системой саморегуляции, которая поддерживает процессы жизнедеятельности и препятствует неуправляемому распаду структур и веществ и бесцельном выделению энергии. Такая регуляция направлена в поддержание гомеостаза на всех уровнях организации живых систем от молекул до целы сообществ.
2. Ферменты и их пременение в пищевых технологиях
Ферменты, или энзимы - это белковые катализаторы, ускоряющие реакции в клетке. Ферменты катализируют 2000-3000 реакций обмена, вовлечены в передачу сигнала, процесс дыхания, мышечное сокращение, свертываемость крови, транспорт веществ, обезвреживание токсичных и чужеродных соединений, нейротрансмиссию. Ферменты имеют белковую природу, однако обнаружена способность некоторых молекул РНК осуществлять автокатализ. Такие РНК получили название «рибозимы».
Ферменты катализируют превращение веществ, которые называются субстратами (S), в продукты (Р). В общем виде ферментативную реакциюможно записать так:
Как и другие химические катализаторы, ферменты:
увеличивают скорость реакции, но не расходуются в ходе процесса и не претерпевают необратимых изменений;
не изменяют состояние равновесия химической реакции, ускоряя как прямую, так и обратную реакцию в равной степени;
повышают скорость реакции, понижая энергию активации, тот энергетический барьер, который отделяет одно состояние системы от другого.
Ферменты отличаются от небиологических катализаторов следующими свойствами:
высокой эффективностью действия - скорость ферментативных реакций обычно в 106-1012 раз выше, чем соответствующих неферментативных реакций;
высокой специфичностью действия - способностью выбирать определенный субстрат и катализировать специфическую реакцию. Для ферментов характерна как высокая субстратная специфичность, так и специфичность пути превращения. Благодаря действию ферментов реакции в клетке не беспорядочны, не перепутываются, а образуют строго определенные метаболические пути;
мягкими условиями протекания ферментативных реакций: температура 37°С, нормальное атмосферное давление, рН, близкое к нейтральному. В противоположность этому для эффективного химического катализа часто требуются высокие температура и давление, а также экстремальные значения рН; Хотя на данный момент найдены ферменты способные работать при более жёстких условиях: от 20 до 70°С и рН в диапазоне от 4 до 9.
способностью к регуляции. Каталитическая активность многих ферментов может изменяться в зависимости от концентрации веществ-регуляторов больше, чем в зависимости от концентрации их субстратов. Возможность регулирования активности ферментов делает их своеобразными организаторами обменных процессов в клетке.
Активный центр - это относительно небольшой участок, расположенный в узком гидрофобном углублении (щели) поверхности молекулы фермента, непосредственно участвующий в катализе. Активные центры ферментов образуются на уровне третичной структуры. Активный центр, кроме каталитического участка, включает субстратсвязывающий участок, который отвечает за специфическое комплементарное связывание субстрата и образование фермент-субстратного комплекса; в активный центр фермента часто входит участок или домен для связывания кофактора. Каталитически активный комплекс фермент-кофактор называется холоферментом. Отделение кофакторов, обычно связанных нековалентными связями с белком, приводит к образованию неактивного апофермента:
Апофермент (неактивный)+кофактор > холофермент.
Ферменты катализируют реакции, используя в качестве кофакторов как ионы металлов, так и органические соединения, многие из которых являются производными витаминов.
Коферменты - это органические вещества, предшественниками которых являются витамины. Некоторые из них (например, NAD, HSKoA, Н4-фо-лат) непрочно связаны с белком, и восстановление их исходной структуры (регенерация) после участия в катализе может катализироваться уже другим ферментом. Есть коферменты, которые прочно (часто кова-лентно) связаны с апоферментом, т.е. представляют собой простетическую группу сложного белка (холофермента). Например, гем и флавиновые коферменты. Принятая в настоящее время классификация ферментов использует в качестве основного отличительного признака их субстратную специфичность, характер проводимых ими реакций.
Класс |
Реакции |
Основные поклассы, группы |
|
Оксидоредуктазы |
Окислительно-восстановительные реакции Авосст + Вокис > Аокис + Восст |
Дегидрогеназы, оксидазы, редуктазы, гидроксилазы |
|
Трансферазы |
Перенос групп А-В + С > А + В-С |
Киназы (фосфатные фуппы), трансаминазы (аминофуппы) |
|
Гидролазы |
Гидролиз связей (эфирных, пептидных, гликозидных, связей С-С, P-N) А-В + Н20 > А-Н + В-ОН |
Эстеразы, фосфатазы, протеазы, липазы, нуклеазы, тиолазы |
|
Лиазы |
Разрыв связей С-С, С-О, C-N, C-S путем элиминирования молекулы с образованием двойных связей. В обратной реакции ускоряют присоединение воды, аммиака и т.д. по двойной связи А(ХН) - В > А-Х+В-Н |
Альдегидлиазы (альдолаза), угперод-киспородлиазы (фумараза), дегидратазы (енопаза), декарбоксипазы |
|
Изомеразы |
Взаимопревращение изомеров А - Изо-А |
Изомеразы, мутазы |
|
Лигазы |
Соединение 2 молекул, сопряженное с гидролизом АТР: A + B + ATP > A-B + ADP + Pi |
Карбоксилазы, синтетазы |
Все ферменты имеют окончание «аза», прибавленное к названию субстрата или прибавленное к фразе описывающей действие фермента.
Источники получения ферментных препаратов. Ферменты присущи всем живым объектам и находятся практически во всех растениях, животных и микроорганизмах. Однако процесс биосинтеза ферментов в организме связан с обеспечением метаболизма клеток, и количество синтезируемых ферментов строго определяется жизненной потребностью организма; такие объекты не могут служить источником получения ферментных препаратов. Для этого пригодны только некоторые растительные организмы или отдельные органы растений и животных, способные накапливать значительное количество ферментов.
Растительное сырье. Источником ферментов может быть пророщенное зерно различных злаков (солод). В тропических и субтропических странах в качестве сырья для промышленного производства протеиназ используют латекс дынного дерева, латекс растений, относящихся к виду фикусовых, например листья, побеги инжира, сок зеленой массы ананаса.
Органы и ткани животных. На всех мясоперерабатывающих комбинатах собирают сырье, содержащее ферменты, консервируют его и используют для получения ферментных препаратов. Таким сырьем являются поджелудочная железа, слизистые оболочки желудков и тонких кишок свиней, сычуги крупного рогатого скота, сычужки молочных телят и ягнят, семенники половозрелых животных. Поджелудочная железа содержит большое количество разнообразных ферментов: химотрипсин, коллагеназу, эластазу, трипсин, амилазу, липазу и др. Слизистая оболочка желудков свиней и сычугов крупного рогатого скота служит источником пепсина и липазы. Из сычужков молочных телят и ягнят получают реннин (сычужный фермент). Семенники половозрелого скота содержат фермент гиалуронидазу.
Микроорганизмы. В специально созданных условиях микроорганизмы способны синтезировать огромное количество разнообразных ферментов. Они неприхотливы к составу питательной среды, легко переключаются с синтеза одного фермента на другой и имеют сравнительно короткий цикл роста (16-100 ч). Для промышленного получения ферментных препаратов используют как природные штаммы микроорганизмов, выделенные из естественных объектов, так и мутантные штаммы. Продуцентами ферментов могут быть различные микроорганизмы: бактерии, грибы, дрожжи, актиномицеты. Микроорганизмы могут синтезировать одновременно целый комплекс ферментов, но есть и такие, особенно среди мутантных штаммов, которые являются моноферментными и образуют в больших количествах только один фермент.
Из исходных материалов ферменты экстрагируют солевыми растворами. Затем их разделяют на фракции, осаждая солями [обычно (NH4)2SO4] или, реже, органическими растворителями, и очищают методами гель-проникающей и ионо-обменной хроматографии. На заключительных этапах очистки часто используют методы аффинной хроматографии. Контроль за ходом очистки фермента и характеристику чистых препаратов осуществляют, измеряя каталитическую активность фермента с применением специфических (обычно дающих цветные р-ции) субстратов. За единицу количествава фермента принимают такое его количество, которое катализирует превращение 1 мкмоля субстрата в 1 мин. в стандартных условиях. Число единиц фермента, отнесенное к 1 мг белка, называют удельной активностью.
Применение ферментов. В неочищенном состоянии ферменты с древнейших времен используют для получения продуктов питания и выделки изделий в хлебопечении, сыроделии, виноделии, обработке кож и т.д. Достаточно очищенные ферменты применяют в производствеве аминокислот и их смесей для искусственного питания, в производстве сахарных сиропов из углеводсо-держащего сырья, для удаления лактозы из молока и в производстве ряда лекарственных средств (некоторые очищенные ферменты сами используются как лекарственные средства). Особенно перспективно применение в промышленности иммобилизованных ферментов на полимерных носителях (например, для получения полусинтетических пенициллинов применяют иммобилизованную пенициллинамидазу). Ферменты также активно используют в химическом анализе.
Применение ферментов в пищевой промышленности можно свести в следующую таблицу:
Отрасль |
Этапы технологически» процессов и технологические цели применения ферментов |
|
Технология переработки зерна |
Повышение выхода муки и круп, улучшение качества клейковины, производство модифицированной муки зернобобовых |
|
Хлебопечение |
Сокращение расхода муки, улучшение теста, замедление черстеения изделий, улучшение цвета корочки, производство охлажденного и замороженного теста |
|
Пивоварение |
Использование неосоложенного сырья, разжижение, усиление ферментируемое™, улучшение фильтрации, контроль содержания ззота, получение низкокалорийного пива, стабилизация пива |
|
Технология молочных продуктов |
Коагуляция молока, замена сычужного фермента в производстве сыра, модификация молочного белка, создание сырного аромата, получение ферментативно модифицированных сыров, удаление перекиси водорода, получение молочного сахара |
|
Производство вина, фруктовых соков, газированных напитков, консервов |
Осветление, мацерация сырья, удаление крахмала из сока, увеличение выхода, получение сладких ликеров, стабилизация вин и соков, производство соков с мякотью и пюре |
|
Переработка крахмала |
Увеличение выхода, модификация крахмала, разжижение, осахаривание, получение глюкозо-фруктовых и зерновых сиропов |
|
Спиртовая промышленность |
Конверсия сырья, разжижение крахмала, осахаривание, улучшение роста дрожжей, увеличение выхода спирта |
|
Производство кофе |
Сепарация зерен, контроль вязкости зкетрактов, улучшение вкуса и аромата |
|
Производство белков |
Гидролиз белков и полисахаридов, снижение вязкости, производство модифицированных пептидов и белков |
|
Производство сахара |
Удаление крахмала, белков и полисахаридов |
|
Производство ароматизаторов |
Синтез тонких ароматов, получение натуральных ароматических эфиров и т.д. |
|
Производство масел и жиров |
Увеличение выхода, модификация жиров, экстракция масла, получение биологически активных веществ (лецитина, токоферолов, каротинов и др.) |
|
Технология мясопродуктов |
Увеличение выхода, тендеризация мыса, получение мясных экстрактов, текстуризация белков, продление сроков хранения |
|
Производство растительных экстрактов |
Увеличение экстрактивности, сокращение длительности экстракции, улучшение фильтрации, повышение выхода пигментов, производство чая и чайных экстрактов, сокращение времени экстракции, усиление аромата и цвета |
|
Производство пектина |
Упрощение технологии, увеличение выхода, регулирование степени этерификации |
Продолжается поиск новых возможностей использования ферментов в пищевой промышленности. Основными направлениями исследования являются:
модификация свойств индивидуальных ферментов с целью повышения их активности и удешевления целевых продуктов;
скрининг новых микроорганизмов-продуцентов ферментов;
получение новых рекомбинантных ферментов с заданными свойствами;
применение ферментативных реакций для получения ценных пищевых ингредиентов и биологически активных веществ;
разработка пищевых нанотехнологий с использованием ферментов.
Современные методы модификации ферментов позволяют увеличивать стойкость ферментов к действию различных химических реагентов и ингибиторов, рН, температурному воздействию; изменять рН оптимума ферментов, их субстратную специфичность и связывающие свойства; регулировать предпочтения определенных металлов-кофакторов и каталитические свойства ферментов.
3. Углеводы, получаемые из растительного сырья
Углеводы широко распространены в природе, главным образом, в растительном мире. Синтезируются углеводы в зеленых частях растений. Наряду с белками и жирами, они являются необходимой составной частью пищи человека и животных, причем по количеству преобладают над всеми другими компонентами.
В семенах злаков углеводы составляют до 80%, а в рисе до 90%. Большое количество содержится их в хлебе, крупах и картофеле в виде крахмала, в виде сахаров - в сахаре, в кондитерских изделиях, сладких плодах и ягодах.
Многие отрасли пищевой промышленности связаны с биохимической переработкой углеводов (брожение теста, получение вина, пива, спирта, дрожжей, пищевых кислот, ацетона и т.д.). В крахмало-паточной промышленности из растений добывается крахмал и превращается в патоку, декстрины, глюкозу, мальтозу. Свеклосахарная промышленность добывает из клубней сахарной свеклы и сахарного тростника ценнейший пищевой продукт - сахарозу.
Углеводы - это вещества, состоящие из углерода, кислорода и водорода с общей формулой Сm(Н20) n. Они делятся на две группы: моносахариды и полисахариды, которые в свою очередь делятся на полисахариды первого порядка (сахароза, мальтоза, лактоза и др.) и полисахариды второго порядка - высокомолекулярные углеводы (крахмал, клетчатка и др.).
Наиболее важное значение из моносахаридов в пищевом отношении имеют глюкоза и фруктоза.
Глюкоза широко распространена в растительном мире; она находится в семенах, плодах, листьях и корнях растений в свобод-ном состоянии или в составе полисахаридов. Много ее в соке винограда (до 10%). Особенно много связанной глюкозы находится в растениях в виде крахмала и клетчатки. Много в пчелином меде - около половины сухих веществ. В промышленности глюкозу получают путем кислотного гидролиза крахмала. Глюкоза сбраживается дрожжами, негигроскопична. Сладость ее составляет 70% от сладости сахарозы.
Фруктоза (левулеза, плодовый сахар) в природе распространена как в свободном, так и в связанном состоянии. Вместе с глюкозой она находится во многих плодах и ягодах. В равном с глюкозой количестве находится в виноградном соке и пчелином меде. В связанном состоянии находится в сахарозе. Получают из сахарозы, инсулина, трансформацией других моноз методами биотехнологии.
Глюкоза и фруктоза играют большую роль в пищевой промышленности, являясь важным компонентом продуктов питания и исходным материалом при брожении.
Пентозы. В природе широко распространены L (+) - арабиноза, рибоза, ксилоза, главным образом в качестве структурных компонентов сложных полисахаридов: пентозанов, гемицеллюлоз, пектиновых веществ, а также нуклеиновых кислот и других природных полимеров.
L (+) - арабиноза, не сбраживается дрожжами. Содержится в свекле.
Рибоза - важный структурный компонент рибонуклеиновых кислот.
D-ксилоза - структурный компонент содержащихся в соломе, отрубях, древесине полисахаридов ксилозанов. Получаемую при гидролизе ксилозу используют в качестве подслащивающего вещества для больных диабетом.
Гликозиды. В природе, главным образом в растениях, распространены производные сахаров, получившие название гликозидов. Молекула гликозида состоит из двух частей: сахара, он обычно представлен моносахаридом, и агликона («несахара»).
В качестве агликона в построении молекул гликозидов могут принимать участие остатки спиртов, ароматических соединений, стероидов и т.д. Многие из гликозидов имеют горький вкус и специфический запах, с чем и связана их роль в пищевой промышленности, некоторые из них обладают токсическим действием, об этом следует помнить.
Гликозид синигрин - содержится в семенах черной и сарептской горчицы, корнях хрена, в рапсе, придавая им горький вкус и специфический запах. Под влиянием содержащихся в семенах горчицы ферментов этот гликозид гидролизуется. Горький и жгучий вкус, который характерен и из-за которого ценятся горчица и хрен, обусловлен образованием при гидролизе эфирногорчичного масла. Содержание калиевой соли синигрина в горчице и хрене достигается 3-3,5%.
В косточках персика, абрикосов, слив, вишен, яблок, груш, в листьях лавровишни, семенах горького миндаля содержится гликозид амигдалин. Он представляет собой сочетание дисахарида гентиобиозы и агликона, включающего остаток синильной кислоты и бензальдегида. При кислотном или ферментативном гидролизе образуются две молекулы глюкозы, синильная кислота и бензальдегид. Содержащаяся в амигдалине синильная кислота может вызвать отравление.
Гликозид ванилина содержится в стручках ванили (до 2% на сухое вещество), при его ферментативном гидролизе образуются глюкоза и ванилин. Ванилин - ценное душистое вещество, применяемое в пищевой и парфюмерной промышленности.
В картофеле, баклажанах содержатся гликозиды салонины, которые могут придавать картофелю горький, неприятный вкус, особенно, если плохо удаляются наружные его слои.
Наибольшее пищевое значение из полисахаридов первого порядка имеют три дисахарида: сахароза, мальтоза и лактоза. Все они являются кристаллическими веществами, хорошо растворимы в воде, сладкие. Наибольшую сладость имеет сахароза, затем мальтоза и лактоза. Все три сахара оптически активны и обладают общим для полисахаридов свойством подвергаться гидролитическому распаду (кислотному или ферментативному) с образованием двух моноз.
Сахароза (тростниковый сахар, свекловичный сахар) - наиболее известный и широко применяемый в питании и пищевой промышленности сахар. Содержится в листьях, стеблях, семенах, плодах, клубнях растений. В сахарной свекле от 15 до 22% сахарозы, сахарном тростнике -12-15%, это основные источники ее получения, отсюда же возникли и ее названия - тростниковый или свекловичный сахар. В картофеле 0,6% сахарозы, луке - 6,5, моркови - 3,5, свекле - 8,6, дыне - 5,9, абрикосах и персиках - 6,0, апельсинах - 3,5, винограде - 0,5%. Ее много в кленовом и пальмовом соке, кукурузе - 1,4-1,8%. Гидролиз сахарозы сопровождается образованием глюкозы и фруктозы. Сахароза сбраживается дрожжами (после гидролиза), а при нагревании выше температуры плавления (160-186°С) карамелизуется, т.е. превращается в смесь сложных продуктов: карамелана, карамелена и других, теряя при этом воду. Эти продукты под названием «колер» используют при производстве напитков и в коньячном производстве для окраски готовых продуктов.
Мальтоза (солодовой сахар) при гидролизе распадается на две молекулы глюкозы. В свободном состоянии мальтоза в природе встречается главным образом в семенах злаковых, особенно при их прорастании. Сбраживается дрожжами в присутствии глюкозы. Мальтоза довольно широко распространена в природе, она содержится в проросшем зерне и особенно в больших количествах в солоде и солодовых экстрактах. Отсюда и ее название (от лат. maltum - солод). Образуется при неполном гидролизе крахмала разбавленными кислотами или амилолитическими ферментами, является одним из основных компонентов крахмальной патоки, широко используемой в пищевой промышленности.
Лактоза (молочный сахар) - сахар, дающий при гидролизе галактозу и глюкозу. Лактозу получают из молочной сыворотки; отхода при производстве масла и сыра. В коровьем молоке содержится 4-6% лактозы. Отсюда и возникло ее название (от лат. lactum - молоко). Не участвует в спиртовом брожении, но под влиянием молочнокислых дрожжей гидролизуется с последующие сбраживанием образовавшихся продуктов в молочную кислоте (молочнокислое брожение). Сбраживается лактоза лишь теми видами дрожжей, которые вырабатывают фермент лактазу.
Полисахариды второго порядка - это высокомолекулярные соединения. В растительном мире они играют роль запасного питательного вещества или же являются основой опорных тканей организма. Полисахариды под действием кислот или соответствующих ферментов расщепляются на свои первичные строительные структуры.
Крахмал - наиболее важный по своей пищевой ценности и использованию в пищевой промышленности полисахарид, главный компонент зерна, картофеля и многих видов пищевого сырья. Например, в зернах разных злаков крахмала содержится от 55 до 80%, в картофеле - 75%. Содержание крахмала в пищевом сырье определяется культурой, сортом, условиями произрастания, спелостью. Под действием ферментов или кислот при нагревании крахмал присоединяет воду и гидролизуется. Глубина гидролиза зависит от условий его проведения и вида катализатора (кислота, ферменты). В ходе гидролиза постепенно идет деполимеризация крахмала и образование декстринов, затем мальтозы, а при полном гидролизе глюкозы. Деструкция крахмала, которая начинается с набухания и разрушения крахмальных зерен и сопровождается его деполимеризацией (частичной или более глубокой) до образования в качестве конечного продукта глюкозы, происходит при получении многих пищевых продуктов - патоки, глюкозы, хлебобулочных изделий, спирта и т.д. При ферментном гидролизе солодовой амилазой - в основном в мальтозу и частично в глюкозу. Патока применяется в кондитерской промышленности в качестве антикристаллизатора.
В последние годы все более широкое применение в пищевой промышленности находят модифицированные крахмалы, свойства которых в результате разнообразных видов воздействия (физического, химического, биологического) отличаются от свойств обычных крахмалов. Модификация крахмала позволяет существенно изменить его свойства (гидрофильность, способность к клейстеризации, студнеобразование), а следовательно, и направление его использования. Модифицированные крахмалы нашли применение в хлебопекарной и кондитерской промышленности, в том числе для получения безбелковых продуктов питания.
В растительных продуктах наряду с углеводами, обеспечивающими организм энергией, содержатся так называемые непищевые углеводы - целлюлоза, или клетчатка, и пектиновые вещества. Практического значения как источник энергии в пищевом рационе клетчатка не имеет, поскольку усваивается только на 25%, но клетчатка способствует нормальной функции кишечника.
Клетчатка - самый распространенный высокомолекулярный полимер. Это основной компонент и опорный материал клеточных стенок растений. Содержание клетчатки в волосках семян хлопчатника 98%, древесине - 40-50, зернах пшеницы - 3, ржи и кукурузе - 2,2, сое - 3,8, подсолнечнике с плодовой оболочкой - до 15%. Молекула клетчатки имеет линейное строение и состоит из 2000-3000 остатков глюкопиранозы. Клетчатка нерастворима в воде и при обычных условиях не гидролизуется кислотами. При повышенных температурах при гидролизе образуется в качестве конечного продукта D-глюкоза. Продукты гидролиза, содержащие клетчатку отходов, которые образуются при переработке древесины, широко используют для получения кормовых дрожжей, этилового спирта и других продуктов. В настоящее время под действием ферментного комплекса целлюлаз уже в промышленных условиях получают продукты гидролиза клетчатки, в том числе глюкозу. Учитывая, что возобновляемые запасы целлюлозосодержащего сырья практически безграничны, ферментативный гидролиз клетчатки является очень перспективным путем получения глюкозы.
Гемицеллюлозы - это группа высокомолекулярных полисахаридов, образующих совместно с целлюлозой клеточные стенки растительных тканей. Присутствуют главным образом в периферийных оболочечных частях зерна, соломе, кукурузных початках, подсолнечной лузге. Содержание их зависит от сырья и достигает 40% (кукурузные початки). В зерне пшеницы и ржи до 10% гемицеллюлоз. В их состав входят пентозаны, образующие при гидролизе пентозы (арабинозы, ксилозы), гексозаны, гидролизующиеся до гексоз (маннозы, галактозы, глюкозы, фруктозы) и группа смешанных полисахаров, гексоз и урановых кислот. Гемицеллюлозы обычно имеют разветвленное строение; порядок расположения моноз внутри полимерной цепи неодинаков. Они растворяются в щелочных растворах. Кислотный гидролиз гемицеллюлозы протекает значительно легче, чем целлюлозы. В гемицеллюлозы иногда включают группу агара (смесь сульфированных полисахаридов - агарозы и агаропектина) - полисахарида, присутствующего в водорослях и применяемого в кондитерской промышленности. Гемицеллюлозы широко применяют для получения разнообразных технических, медицинских, кормовых и пищевых продуктов, среди которых необходимо выделить агар и агарозу, ксилит. Гемицеллюлозы относят к группе пищевых волокон, необходимых для нормального пищеварения.
Пектиновые вещества - это группа высокомолекулярных полисахаридов, входящих в состав клеточных стенок и межклеточных образований растений совместно с целлюлозой, гемицеллюлозой, лигнином, не усваиваются организмом, но играют важную роль в физиологии питания и в пищевой технологии. Содержится в клеточном соке. Наибольшее количество пектиновых веществ находится в плодах и корнеплодах: яблоках, айве, абрикосах, сливе (до 1,5%). Получают их из яблочных выжимок, свеклы, корзинок подсолнечника. Различают нерастворимые пектины (протопектины), которые входят в состав первичной клеточной стенки и межклеточного вещества, и растворимые, содержащиеся в клеточном соке. Основным структурным компонентом его является галактуроновая кислота, из молекул которой строится главная цепь, а в состав боковых цепей входят L-арабиноза, D-галактоза и рамноза. При созревании и хранении плодов нерастворимые формы пектина переходят в растворимые, с этим связано размягчение плодов при созревании и хранении. Переход нерастворимых форм в растворимые происходит при тепловой обработке растительного сырья, осветлении плодово-ягодных соков. Пектиновые вещества способны образовывать гели в присутствии кислоты и сахара при соблюдении определениях соотношений. На этом основано их использование в качестве студнеобразующего вещества в кондитерской и консервной промышленности для производства мармелада, пастилы, желе и кремов, а также в хлебопечении, сыроделии.
Литература
живой материя фермент полисахарид
1. Общая технология пищевых производств. Дегтяренко Г.Н., Никифорова Т.А., Волошин Е.В., Рагузина Л.М./ Оренбург: ГОУ ОГУ, 2003. - 40 с.
2. Всё о пище с точки зрения химика. Скурихин И.М., Нечаев А.П./М.: Высш. шк. - 1999.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Характеристика ферментов, органических катализаторов белковой природы, которые ускоряют реакции, необходимые для функционирования живых организмов. Условия действия, получение и применение ферментов. Болезни, связанные с нарушением выработки ферментов.
презентация [2,6 M], добавлен 19.10.2013Развитие неживой и живой природы. Структура и ее роль в организации живых систем. Современный взгляд на структурную организацию материи. Проблемы самоорганизации, изучаемые в синергетике, законы построения организации и возникновения упорядоченности.
контрольная работа [38,2 K], добавлен 31.01.2010Общая характеристика живой и неживой природы. Неорганические и органические вещества в клетке: макроэлементы, микроэлементы, ультрамикроэлементы, соли, вода, нуклеиновые кислоты, углеводы, белки, липиды. Понятие биогенных элементов. Свойства воды.
презентация [3,7 M], добавлен 26.04.2012Природа как весь мир в многообразии его форм, различия между живой и неживой природой. Высокая устойчивость творений неживой природы, ее слабая изменчивость в масштабах человеческой жизни. Способность живых организмов давать жизнь другим организмам.
презентация [2,6 M], добавлен 06.09.2013Углеводы как неотъемлемый компонент клеток и тканей живых организмов растительного и животного мира и основная часть органического вещества на Земле. Простые и сложные углеводы, их химические свойства. Особенности моносахаридов, их виды и классификация.
презентация [1,2 M], добавлен 17.11.2014Химические элементы, входящие в состав живой материи. Синтез микроорганизмами различных ферментов. Физиология и принципы культивирования микроорганизмов. Метаболизмы, дыхание микроогранизмов, краткая характеристика питательных сред, рост и размножение.
реферат [26,1 K], добавлен 21.01.2010Электромагнитные взаимодействия как определяющий уровень организации материи. Сущность живого, его основные признаки. Структурные уровни организации живой материи. Предмет биологии, ее структура и этапы развития. Основные гипотезы происхождения жизни.
лекция [28,4 K], добавлен 18.01.2012Определение ферментов как специфических белков, присутствующих во всех живых клетках биологических катализаторов. Пространственность структурной молекулы ферментов, процесс биосинтеза оксидоредуктазы, трансферазы, гидролазы, лиазы, изомеразы и лигазы.
контрольная работа [13,5 K], добавлен 27.01.2011Описание отличительных особенностей живой природы, ее основных структурных уровней от молекулярного до экосистемного. Различные степени сложности неживой природы. Теория биологической эволюции, основанная на открытии Дарвином естественного отбора.
реферат [66,7 K], добавлен 22.12.2010Ферменты (энзимы) – каталитические белки. Характеристика, функция и принципы строения ферментов. Условия максимальной активности, кофакторы и коферменты. Распределение ферментов в организме. Диагностическое значение маркерных, секреторных и изоферментов.
презентация [27,2 K], добавлен 28.11.2015