МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОСАХАРИДОВ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ

(образован в 1953году)

____________________________________________________________________

Кафедра органической, физической и коллоидной химии

Хим.орг.-3.22.3511 зчн.плн.

Дистанционное Хим.орг.-3.22.3511 зчн.скр.

обучение Хим.орг.-3.22.3511 очн.плн.

Хим.орг.-3.22.3511 вчр.плн.

Хим.орг.-3.22.3511 вчр.скр.

Хим.орг.-3.22.2701 зчн.плн. Хим.орг.-3.22.2703 зчн.плн. Хим.орг.-3.22.2704 зчн.плн. Хим.орг.-3.22.2705 зчн.плн.

Хим.орг.-3.22.2701 зчн.скр. Хим.орг.-3.22.2703 зчн.скр. Хим.орг.-3.22.2704 зчн.скр. Хим.орг.-3.22.2705 зчн.скр.

Хим.орг.-3.22.2701 очн.плн. Хим.орг.-3.22.2703 очн.плн. Хим.орг.-3.22.2704 очн.плн. Хим.орг.-3.22.2705 очн.плн.

Хим.орг.-3.22.2701 вчр.плн. Хим.орг.-3.22.2703 вчр.плн. Хим.орг.-3.22.2704 вчр.плн. Хим.орг.-3.22.2705 вчр.плн.

Хим.орг.-3.22.2701 вчр.скр. Хим.орг.-3.22.2703 вчр.скр. Хим.орг.-3.22.2704 вчр.скр. Хим.орг.-3.22.2705 вчр.скр.

Хим.орг.-3.22.2707 зчн.плн. Хим.орг.-3.22.2708 зчн.плн. Хим.орг.-3.22.2710 зчн.плн. Хим.орг.-3.22.2712 зчн.плн.

Хим.орг.-3.22.2707 зчн.скр. Хим.орг.-3.22.2708 зчн.скр. Хим.орг.-3.22.2710 зчн.скр. Хим.орг.-3.22.2712 зчн.скр.

Хим.орг.-3.22.2707 очн.плн. Хим.орг.-3.22.2708 очн.плн. Хим.орг.-3.22.2710 очн.плн. Хим.орг.-3.22.2712 очн.плн.

Хим.орг.-3.22.2707 вчр.плн. Хим.орг.-3.22.2708 вчр.плн. Хим.орг.-3.22.2710 вчр.плн. Хим.орг.-3.22.2712 вчр.плн.

Хим.орг.-3.22.2707 вчр.скр. Хим.орг.-3.22.2708 вчр.скр. Хим.орг.-3.22.2710 вчр.скр. Хим.орг.-3.22.2712 вчр.скр.

Домбровский В.А., Шуманский С.М.

ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

В ПИЩЕВЫХ БИОТЕХНОЛОГИЯХ

Часть 1

Учебно-практическое пособие

Для студентов технологических специальностей

Всех форм обучения

Москва - 2004

УДК 547

Ó Домбровский В.А., Шуманский С.М. Органическая химия в пищевых биотехнологиях (часть1). Учебно-практическое пособие – М., МГУТУ, 2004

Рекомендовано Институтом информатизации образования РАО

Данное учебно-практическое пособие представляет собой материал расширяющий научно-технический кругозор в той части органической химии, которая касается пищевых биотехнологий. В первой части пособия в кратком и систематическом виде изложены сведения о двух основных компонентах пищевых продуктов – углеводах и липидах. Особое внимание уделено вопросам, касающихся, их строения, свойств и изменений, происходящих с ними в результате получения и переработки.

В конце каждого раздела даны вопросы и тестовые задания позволяющие контролировать степень усвоения материала, приведен список рекомендуемой литературы для самостоятельной работы.

Пособие предназначено для студентов всех специальностей, всех форм обучения.

Авторы: Домбровский В.А., д.х.н., проф.

Шуманский С.М., к.х.н., доц.

Рецензенты: Фонский Д.Ю., к.х.н., доц. кафедры «Органическая химия»

Московского государственного университета

прикладной биотехнологии

Прокопов Н.И., д.х.н., проф. кафедры «Синтез полимеров»

Московской государственной академии

тонкой химической технологии им.М.В.Ломоносова

Редактор: Свешникова Н.И.

Ó Московский государственный университет технологий и управления, 2004

109004, Москва, Земляной вал 73

Содержание

Стр

Введение ……………………………………………………………………….. 4

1.Углеводы……………………………………………………………………… -

1.1.Моносахариды (монозы)…………………………………………………... 5

1.1.1.Методы получения моносахаридов……………………………………... 6

1.1.2.Отдельные представители моносахаридов …………………………….. 7

1.1.2.1.Пентозы ………………………………………………………………… -

1.1.2.2.Гексозы ………………………………………………………………… 8

1.1.3.Продукты превращений моносахаридов ………………………………. 10

Тест по теме «Моносахариды» ……………………………………………….. 18

Вопросы для самоконтроля по теме «Моносахариды» …………………….. -

Ответы на тестовые задания по теме «Моносахариды» ……………………. -

1.2.Олигосахариды ……………………………………………………………. 19

1.2.1.Отдельные представители дисахаридов ……………………………….. -

1.2.1.1.Невосстанавливающие дисахариды ………………………………….. -

1.2.1.2.Восстанавливающие дисахариды …………………………………….. 21

1.2.2. Отдельные представители трисахаридов …………………………….... 24

Тест по теме «Олигосахариды» ……………………………………………….. 25

Вопросы для самоконтроля по теме «Олигосахариды» ……………………… -

Ответы на тестовые задания по теме «Олигосахариды» …………………….. -

1.3.Полисахариды ………………………………………………………….…… 26

1.3.1.Отдельные представители полисахаридов ………………………………. -

1.3.2.Производные полисахаридов ……………………………………..…..… 32

Тест по теме «Полисахариды» …………………………………………….….. 35

Вопросы для самоконтроля по теме «Полисахариды» ……………………….. -

Ответы на тестовые задания по теме «Полисахариды» ……………………… -

Тест по теме «Углеводы» ……………………………………………….……... 36

Вопросы для самоконтроля по теме «Углеводы» ……………………………. 37

Ответы на тестовые задания по теме «Углеводы» …………………………… -

2. Липиды ………………………………………………………………..……... 38

2.1.Простые липиды …………………………………………………………. 40

2.1.1.Основные превращения простых липидов ………………………….….. 49

2.1.2. Пищевая ценность жиров и масел их роль в питании ………………… 52

2.2. Понятие о сложных липидах ……………………………………………… 54

Тест по теме «Липиды» ………………………………………………………… 60

Вопросы для самоконтроля по теме «Липиды» ………………………………. 61

Ответы на тестовые задания по теме «Липиды» ……………………………… -

Список рекомендуемой литературы …………………………………………… 62

Словарь основных понятий по теме «Углеводы» …………………………….. 63

Словарь основных понятий по теме «Липиды» ………………………………. 65

ВВЕДЕНИЕ

Многие органические вещества, относящиеся к белкам, жирам и углеводам, составляют основу многих пищевых продуктов. В современных пищевых биотехнологиях, т.е. при получении и кулинарной обработке продуктов, они претерпевают определенные, порой существенные, изменения. Кроме того, при изготовлении пищевых продуктов используется целый ряд соединений органического происхождения - это вещества, способствующие сохранению исходного внешнего вида и качества продуктов (консерванты), вещества, улучшающие внешний вид продуктов (пищевые красители), вещества, изменяющие структуру и физико-химические свойства пищевых продуктов (загустители, желе- и студнеобразователи, поверхностно-активные вещества и т.д.) и многие другие.

Правильная организация пищевых биотехнологий требует знания, хотя бы в самом общем виде, химического состава пищевого сырья и химических превращений, которые происходят с органическими компонентами пищи при производстве и кулинарной обработке продуктов питания.

Цель настоящего учебно-практического пособия - предоставить студентам-технологам сведения о строении и свойствах основных компонентах пищи - белках, жирах и углеводах, а также об изменениях, происходящих с ними в пищевых биотехнологиях. Помимо этого рассмотрены строения и свойства пищевых добавокорганического происхождения: красителей, подслащивающих веществ, консервантов, пищевых антиокислителей, ароматизаторов, эмульгаторов, загустителей, желе- и студнеобразователей. Отдельным разделом рассмотрены органические загрязнители пищи.

1. УГЛЕВОДЫ

Углеводы большая группа природных веществ, широко распространенных в растительном (около 80%) и животном (около 20%) мире, где они выполняют жизненно важные функции. Название “углеводы” предложил К.Шмидт ( русский химик ) в 1884 году, исходя из того, что эти вещества по составу формально отвечают соединению углевода с водой, общей формулы C_n(H₂O)_n. Например, если n=6, то мы получаем формулу глюкозы C₆(H₂O)₆=C₆H₁₂O₆. В дальнейшем стало известно много углеводов не отвечающих этому условию, то есть углеводы не являются гидратами углерода C_n(H₂O)_m. Однако название “углеводы” прочно укрепилось в химии, биологии, медицине и др.

Значение углеводов очень велико. Углеводы являются одним из важнейших продуктов питания человека, животных и многих других организмов. Углеводы позволяют всем компонентам живого организма - нуклеиновым кислотам, белкам, липидам - нормально функционировать. Углеводы нас защищают, согревают, помогают двигаться и выполнять множество важных функций. Углеводам, по-видимому, принадлежит будущее. Возможно, в перспективе они заменят исчезающие нефть, каменный уголь, сланцы, природный газ. Природа постоянно создает углеводы. В ходе сложнейших биохимических реакций в процессе фотосинтеза под влиянием солнечной энергии (l=380-700нм) хлорофилла зеленой части растений и каталитического действия эфиров фосфорной кислоты из оксида углерода (IV) и воды синтезируются многочисленные разнообразной сложности углеводы. Процесс фотосинтеза сопровождается поглощением тепловой энергии. Суммарный процесс фотосинтеза, как ассимиляция углекислого газа, можно изобразить реакцией:

nCO₂ + nH₂O¹⁸ ------® C_nH_2nO_n + nO₂ ¹⁸ — 2830 кДж (574 ккал)

Методом меченых атомов показано, что в процессе фотосинтеза кислород воды выделяется в атмосферу. В процессе ассимиляции углекислого газа растения ежегодно синтезируют до 100 млрд.тонн биомассы, связывая до 150 млрд. тонн углерода, 25 млрд тонн воды. При этом в атмосферу земли поступает до 400 млрд. тонн кислорода.

Классификация углеводов

Углеводы разделяют на два больших класса: углеводы простые и сложные.

Простые углеводы - моносахариды или монозы (в химических названиях углеводов характерно окончание - “оза”). Химический состав моносахаридов выражается общей формулой С_n(H₂O)_n, где n=3,4,5,6 и т.д. В соответствии с числом углеродных атомов в молекуле моносахарида монозы разделяют на триозы C₃H₆O₃, тетрозы C₄H₈O₄, пентозы C₅H₁₀O₅, гексозы C₇H₁₄O₇ и т.д. Моносахариды не могут гидролизоваться и превращаться в более простые углеводы.

Сложные углеводы - полисахариды или полиозы. Сложные углеводы при гидролизе способны превращаться в моносахариды. В свою очередь полисахариды делят на две группы:

а) сахароподобные углеводы или олигосахариды (греческое “олигос” - немногий), образованные из двух или нескольких моносахаридов (обычно от 2 до 8-10), которые при гидролизе дают соответствующее число тех же моносахаридов. К этой группе относятся такие дисахариды как сахароза, лактоза, целлобиоза и др.

б) несахароподобные или высшие полисахариды, образующиеся поликонденсацией моносахаридов. При полном гидролизе они могут быть превращены в моносахариды. К высшим полисахаридам относятся прежде всего крахмал, гликоген, клетчатка.

МОНОСАХАРИДЫ (монозы)

Моносахариды представляют собой твердые вещества, легко растворимые в воде, плохо - в спирте и совсем нерастворимые в эфире. Водные растворы имеют нейтральную реакцию на лакмус. Большинство моносахаридов обладают сладким вкусом, однако в зависимости от конфигурационного и конформационного строения он может изменяться. Например, a-аномер Д-маннопиранозы имеет сладкий, а ее b-аномер - горький вкус.

a-Д-маннопираноза b-Д-маннопираноза

Моносахариды различаются принадлежностью к Д- или к L-ряду. Буквами Д- и L- обозначают углеводы с одинаковыми названиями, но противоположными конфигурациями. В природе одни моносахариды встречаются больше в Д-конфигурации, чем в L, другие наоборот (L-арабиноза часто встречается в растениях, тогда как Д-арабиноза обнаружена только в некоторых видах бактерий). В зависимости от моносахарида и его принадлежности к тому или иному ряду находятся и их химические превращения (дрожжевые клетки могут вырабатывать спирт только из Д-глюкозы, L-глюкоза спиртовому брожению не подвер0гается).

В моносахаридах неразветвленнная цепь атомов углерода включает от 3 до 10 атомов. В природе распространены и имеют наибольшее значение пентозы C₅H₁₀O₅ и гексозы С₆H₁₂O₆. По химическому строению моносахариды представляют собой многоатомные спирты, имеющие альдегидную или кетонную группу (оксиальдегиды или оксикетоны). Первые называются - альдозы, а вторые - кетозы. Доказательством многоатомности сахаридов служит их реакция с основаниями. Реагируя с основаниями, моносахариды образуют алкоголяты, называемые сахаратами. Подобно глицерину, моносахариды растворяют гидроксид меди (II), образуя окрашенный в синий цвет комплекс сахарата меди.

МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОСАХАРИДОВ

Как уже отмечалось, углеводы различной сложности образуются естественным путем в растениях в процессе фотосинтеза. Химически моносахариды получают одним из следующих методов.

1. Ферментативный или кислотный гидролиз ди- и полисахаридов:

1.

C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O --------------® 2C₆H₁₂O₆

дисахарид моносахариды

(C₆H₁₀O₅)_n + nH₂O --------------® nC₆H₁₂O₆

полисахарид моносахариды

2. Неполное химическое или ферментативное окисление многоатомных спиртов.

Например, при биологическом окислении под влиянием Acetobacter xylinum Д-сорбит окисляется в L-сорбозу

H OH H H H OH H

½ ½ ½ ½ [O] ½ ½ ½

CH₂OH -- C -- C -- C -- C -- CH₂OH --------® CH₂OH -- C -- C -- C -- C -- CH₂OH

½ ½ ½ ½ -H₂O ½ ½ ½ ½½

OH H OH OH OH H OH O