Επικ.. Καθηγήτρια Χημείας & Τεχνολογίας Τροφίμων Τμήμα Χημείας, Παν/μιο Πάτρα 2017

Transcript

1 Υδατάνθρακες-1 ο μέρος Αργυρώ Μπεκατώρου Επικ.. Καθηγήτρια Χημείας & Τεχνολογίας Τροφίμων Τμήμα Χημείας, Παν/μιο Πατρών Πάτρα 2017

2 ! Οι πιο διαδεδομένες οργανικές ενώσεις στη Γή Κεντρικός ρόλος στο μεταβολισμό όλων των ζωντανών οργανισμών Συντίθενται στα φυτά με τη φωτοσύνθεσηαπό CO2 + H2O, διαδικασία που αποτελεί βάση για την ύπαρξη όλων των οργανισμών που εξαρτώνται από την πρόσληψη οργανικών ενώσεων με την τροφή Υδατάνθρακες -Εισαγωγή Ηλιακή ενέργεια ΦΩΤΟΣΥΝΘΕΣΗ Νερό + Φως = Χημική Ενέργεια 1. Παγίδευση ηλιακής ενέργειας στους χλωροπλάστες 2. Απορρόφηση νερού από το φύλο Στα φυτά αποθηκεύονται με τη μορφή αμύλου 4. Παραγωγή σακχάρου 3. Απορρόφηση διοξειδίου του άνθρακα από τα στόματα Χηµική Ενέργεια & CO 2 = Σάκχαρο

3 ! Ο όρος «υδατάνθρακας» χρησιμοποιήθηκε αρχικά για να δείξει ότι στοιχειακά ήταν «υδρίτες του άνθρακα», με γενικό τύπο Cx (H2O)y Στην κατηγορία ανήκουν και άλλες ενώσεις που αποκλίνουν από το γενικό τύπο αλλά έχουν παρόμοια συμπεριφορά & αντιδράσεις Υδατάνθρακες -Εισαγωγή Στα τρόφιμα, αποτελούν βασικό θρεπτικόσυστατικό και κυριότερη πηγή ενέργειας (80%) Από τις ιδιότητες τους (διαλυτότητα, υγροσκοπικότητα, διάχυση, γεύση, κλπ.) εξαρτάται η ποιότητα πολλών υδατανθρακούχων τροφίμων (ζαχαροπλαστικής, αρτοποιίας, πηκτές, υλικά επικάλυψης κ.α.)

4 ! Κατηγοριοποιούνται σε μονοσακχαρίτες, ολιγοσακχαρίτες και πολυσακχαρίτες Υδατάνθρακες -Εισαγωγή Πολλοί από τους πολυσακχαρίτες και ολιγοσακχαρίτεςείναι άπεπτοι(πηκτίνες, κυτταρίνη, ημικυτταρίνες,ραφφινόζη, κ.α.) και η έλλειψη τους από τη διατροφή έχει σχετισθεί με διάφορες παθήσεις Για τους πεπτόμενουςυδατάνθρακες δεν υπάρχουν ειδικές απαιτήσεις στη δίαιτα (συντίθενταιστον οργανισμό, π.χ. γλυκονεογένεση) Απαιτείται όμως μια ποσότητα καθημερινής πρόσληψης στη διατροφή πεπτόμενωνυδατανθράκων για να αποφεύγεται η καύση πρωτεϊνών για ενεργειακούς σκοπούς

5 ! Μονοσακχαρίτες Οι μονοσακχαρίτεςείναι οι απλούστεροι υδατάνθρακες και αποτελούν δομικές μονάδες των ολιγο-και πολυσακχαριτών Είναι αλειφατικέςπολυυδροξυαλδεΰδες(αλδόζες), παράγωγα της γλυκεραλδεΰδης, ή αλειφατικές πολυυδροξυκετόνες (κετόζες), παράγωγα της διυδροξυακετόνης, με εισαγωγή υδροξυμεθυλεν-ομάδων (-CHOH-): ΗΟ-(CHOH) n -CHO ΟΗ-(CHOH) n-1 -CO-CHCH 2 OH ω D-γλυκεραλδεΰδη L-γλυκεραλδεΰδη ιυδροξυακετόνη ΑΛ ΟΤΡΙΟΖΗ ΚΕΤΟΤΡΙΟΖΗ

6 ! Ταξινομούνταισύμφωνα με τον αριθμό των ατόμων Cστο μόριότους σε: τριόζες, τετρόζες, πεντόζες, εξόζες κλπ. Η αρίθμησητων ατόμων Cαρχίζει από το πλησιέστερο προς την καρβονυλικήομάδα ακραίο άτομο άνθρακα Το καρβονύλιοτων αλδοζών(c1) & των κετοζών (C2) αντιδρά ενδομοριακάμε το -ΟΗ του Cν-1 (π.χ. C5στις εξόζες) για την παραγωγή ημιακετάληςή κετάλης αντίστοιχα Ημιακετάλη R-CH(OH)-OR Kετάλη R-CH(OR)2 Μονοσακχαρίτες

7 ! Μονοσακχαρίτες Οι μονοσακχαρίτες κρυσταλλώνουν στις κυκλικές δομές οι οποίες ακόμηκαι σε διάλυμα υπάρχουν σε ισορροπία με τις δομές ανοικτής αλυσίδας Κυκλικές δομές γλυκόζης

8 ! Μονοσακχαρίτες Τα ασύμμετρα άτομα C τωνσακχάρων οφείλονται για την ύπαρξη στερεοϊσομερών μορφών με στροφική ικανότητα του επιπέδου του πολωμένου φωτός δεξιά(σύμβολο +ή d)ή αριστερά (- ή l) Τα εναντιομερή με βάση το ασύμμετρο άτομο C συμβολίζονται με D-& L- Π.χ.η γλυκεριναλδεΰδηέχει ασύμμετρο τον C2, άρα έχει δύο ισομερή D-και L- Με βάση τη δομή της γλυκεριναλδεΰδης, τα φυσικά σάκχαρα έχουν τη διαμόρφωση D- D-γλυκεραλδεΰδη L-γλυκεραλδεΰδη

9 ! Μονοσακχαρίτες Π.χ. κατά Fisherπροβολή α-d-γλυκόζης: Αν προβάλουμε το σάκχαρο στο επίπεδο με την καρβονυλικήομάδα στην κορυφή D-γλυκόζη Γραμμικές δομές το ασύμμετρο άτομο C, που βρίσκεται μακρύτερα απ την καρβονυλικήομάδα, έχει την -ΟΗ ομάδα του προς τα δεξιά

10 ! Με την παραδοχή της ημιακεταλικήςμορφής το άτομο του C1των αλδοζώνκαι το C2 των κετοζών γίνεται ασύμμετρο και έτσι παρουσιάζονται δυο ισομερείς μορφές Στην περίπτωση της γλυκόζης σχηματίζονται η α-γλυκόζη και η β-γλυκόζη, οι οποίες είναι κατοπτρικά ισομερή ως προς το άτομο C1 Μονοσακχαρίτες D-γλυκόζη α-d-γλυκοπυρανόζη β-d-γλυκοπυρανόζη

11 ! Η παρουσία των δύο αυτών μορφών γλυκόζης εξηγεί τον πολυστροφισμότων υδατικών της διαλυμάτων, γιατί κατά την παραμονή του σακχαρούχου διαλύματος η μία μορφή μεταπίπτει στην άλλη και τελικά ποκαθίσταται ισορρoπία, οπότε η στροφή του πολωμένου φωτός παίρνει τη σταθερή της (39) τιμή Μονοσακχαρίτες D-γλυκόζη α-d-γλυκοπυρανόζη β-d-γλυκοπυρανόζη

12 ! Μονοσακχαρίτες Γλυκόζη: η ισορροπία είναι ~ 38% α-και 62% β-και ένα ελάχιστο ποσοστό σε άκυκλημορφή που εξηγεί την δυνατότητα των σακχάρων να αντιδρούν ως άκυκλες αλδεΰδες ή κετόνες Οι κυκλικές ημιακετάλεςέχουν δακτυλίους με 5 ή 6 άτομα, και τα σάκχαρα με αυτές τις δομές είναι γνωστά με τα ονόματα φουρανόζες και πυρανόζες αντίστοιχα Η μορφή της πυρανόζης(τύπος κατά Haworth), είναι η συνήθως στη φύση λόγω της σταθερότητάς της, αν και στο χώρο ο τύπος διαμόρφωσης ανακλίντρουείναι ο ορθότερος (επόμενη διαφάνεια) Δακτύλιος φουρανοζών Δακτύλιος πυρανοζών

13 Π.χ. Γλυκόζη: προβολές& δομές Μονοσακχαρίτες Κυκλική κατά Fischer προβολή α-d-γλυκόζης Κυκλική κατά Haworth προβολή α-d-γλυκόζης Τύπος διαμόρφωσης (ανάκλιντρο) α-d-γλυκόζης ημιακεταλικέςδομές φουρανόζης& πυρανόζης

14 Π.χ. Φρουκτόζη: προβολές& δομές Μονοσακχαρίτες D-φρουκτόζη L-φρουκτόζη α-d-φρουκτοπυρανόζη β-d-φρουκτοπυρανόζη α-d-φρουκτοφουρανόζη β-d-φρουκτοφουρανόζη D-φρουκτόζη α-d-φρουκτοφουρανόζη

15 ! Μονοσακχαρίτες Π.χ. κατά Haworthπροβολή α-d-γλυκόζης: αναπαράσταση στο επίπεδο της κυκλικής της δομής (D-γλυκοπυρανόζη) D-γλυκοπυρανόζη Κυκλικές δομές Οι ΟΗ ομάδεςπου βρίσκονται προς τα δεξιά στην προβολή κατά Fischer, στην κατά Haworth προβολή βρίσκονται κάτω από το επίπεδο του δακτυλίου

16 ! Κυκλικές δομές Μονοσακχαρίτες Ο C1(ασύμμετρος) ορίζει πότε ένα σάκχαρο έχει την διαμόρφωση: α-d-γλυκοπυρανόζη a- (με το OH-κάτω απ το επίπεδο του δακτυλίου) β-d-γλυκοπυρανόζη β- (με το OH-πάνω απ το επίπεδο του δακτυλίου)

17 Η κατά Fisher προβολή των D-αλδοζών D-γλυκεριναλδεΰδη Μονοσακχαρίτες Τριόζη Τετρόζες D-ερυθρόζη D-θρεόζη Πεντόζες D-ριβόζη D-αραβινόζη D-ξυλόζη D-λυξόζη Εξόζες D-αλλόζη D-αλτρόζη D-γλυκόζη D-μαννόζη D-γουλόζη D-ιδόζη D-γαλακτόζη D-ταλόζη

18 Η κατά Fisher προβολή των D-κετοζών Διυδροξυακετόνη Μονοσακχαρίτες Τριόζη Τετρόζες D-ερυθρουλόζη Πεντόζες D-ριβουλόζη D-ξυλουλόζη Εξόζες D-ψικόζη D-φρουκτόζη D-σορβόζη D-ταγατόζη

19 Φυσικές ιδιότητες Η πρόσληψη υγρασίας από ένα σάκχαρο σε κρυσταλλική μορφή εξαρτάται από τη δομή, τα παρόντα ισομερή, και την καθαρότητα Η συγκράτηση νερού από τα σάκχαρα έχει πολλές εφαρμογές στην τεχνολογία τροφίμων Η διαλυτότητατων μονο-και ολιγοσακχαριτών είναι πολύ καλή Τα ανωμερή διαφέρουν σημαντικά ως προς τη διαλυτότητα Μονοσακχαρίτες Υγροσκοπικότητα & διαλυτότητα Οι μονοσακχαρίτεςείναι σε μικρή έκταση διαλυτοί στην αιθανόλη και αδιάλυτοι σε οργανικούς διαλύτες (αιθέρας, χλωροφόρμιο, βενζόλιο)!

20 Χημικές ιδιότητες Αναγωγή προς αλκοόλες (Αλδιτόλες) Μονοσακχαρίτες D-Γλυκόζη D-Σορβιτόλη D-Μαννόζη D-Μαννιτόλη D-Γαλακτόζη D-Δουλτσιτόλη Οι πολυυδροξυλιωμένεςαλκοόλες (αλδιτόλες) είναι διαλυτές στο νερό & έχουν γλυκιά γεύση Χρησιμοποιούνται ως υγροσκοπικέςκαι ως γλυκαντικές ουσίες στα τυποποιημένα τρόφιμα, π.χ. σε τσίχλες για πρόληψη τερηδόνας, τρόφιμα για διαβητικούς και τρόφιμα χαμηλών θερμίδων Υπάρχουν και στη φύση (γλυκερόληστα λιπίδια, σορβιτόληστα φρούτα, μαννιτόλη σε φυτικούς ιστούς κλπ.)!

21 Χημικές ιδιότητες Οξείδωση προς αλδονικά, δικαρβοξυλικά& ουρονικά οξέα Μονοσακχαρίτες Τα σάκχαρα έχουν αναγωγικές ιδιότητες δηλαδή η αλδεϋδικήομάδα μπορεί να οξειδωθεί προς καρβοξυλικήδίνοντας το αντίστοιχο αλδονικό οξύ Άλατα αλδονικών οξέων με ασβέστιο χρησιμοποιούνται για χορήγηση του στοιχείου αυτού από το στόμα Ουρονικάοξέα σχηματίζονται με οξείδωση της ακραίας πρωτοταγούς ΟΗ ομάδας (δύσκολη αντίδραση χημικά, γίνεται ενζυμικά στη φύση) Π.χ. το γαλακτουρονικόοξύ αποτελεί δομικό συστατικό των πηκτινών (φρούτα), και μαννουρονικόοξύ του αλγινικούοξέως (πολυσακχαρίτης από φύκη)!

22 Χημικές ιδιότητες Οξείδωση προς αλδονικά, δικαρβοξυλικά& ουρονικά οξέα Μονοσακχαρίτες Οξείδωση αλδοζώνκαι στα δύο άκρα δίνει τα αλδαρικά ή σακχαρικά οξέα Π.χ. το βλεννικό οξύ(d-γαλακταρικό οξύ)υπάρχει στη φύση αλλά χρησιμοποιείται και για τη χημική ανάλυση (διάκριση) γαλακτόζης από άλλα μονοσάκχαραγιατί είναι αδιάλυτο σε οξέα Oι κετόζεςόταν οξειδώνονται δίνουν μικρότερα προϊόντα (διάσπασης) π.χ. γλυκολικό(υδροξυοξικό)& το τριυδροξυ-βουτυρικό οξύ από φρουκτόζη!

23 Χημικές ιδιότητες Επίδραση αλκαλίων Μονοσακχαρίτες + Προκαλεί άνοιγμα του δακτυλίου και ενολοποίηση(ενδιόλη) Επίδραση πιο ισχυρών αλκαλίων ενισχύει τον ισομερισμόπρος ενδιόλεςc2-c3, C3-C4 κλπ. Οι ενδιόλεςδιασπώνται στο δ. δεσμό προς μίγματα αλδεϋδών, πεντοζών, τετροζώνή τριοζώνπου πολλαπλασιάζουν την αναγωγική ικανότητα των σακχάρων Εφαρμογή στον προσδιορισμό σακχάρων π.χ. με τη μέθοδο Layne-Eynon(αναγωγή Cu +2 Cu +1 υπό βρασμό σε αλκαλικό περιβάλλον)!

24 Χημικές ιδιότητες Επίδραση οξέων Μονοσακχαρίτες Αραιά διαλύματα οξέων έχουν μικρή επίδραση στους μονοσακχαρίτες Θέρμανση σε ισχυρά όξινο περιβάλλον προκαλεί αφυδάτωση προς φουρανικά παράγωγα: φουρφουράληαπ τις πεντόζες και 5-υδροξυμέθυλοφουρφουράλη απ τις εξόζες 5-υδροξυμέθυλο-φουρφουράλη Οι φουρφουράλεςαντιδρούν εύκολα προς ενώσεις καστανών χρωμάτων, στις οποίες οφείλεται η αμαύρωσητων τροφίμων κατά την επεξεργασία!

25 Χημικές ιδιότητες Επίδραση οξέων Μονοσακχαρίτες Από αναλυτική άποψη έχει σημασία η συμπύκνωση των φουρφουραλώνμε φαινόλες, όπου στηρίζονται οι μέθοδοι ποσοτικής και ποιοτικής ανάλυσης των σακχάρων, όπως: Δοκιμή Molisch: με αλκοολοκό διάλυμα α-ναφθόνης& π. θειικό οξύ ανίχνευση σακχάρων Δοκιμή Fiehe: με ρεσορκινόλη& HCl ανίχνευση τεχνητού ιμβερτοσακχάρουστο μέλι Αντίδραση ανθρόνης: με ανθρόνη& π. θειικό οξύ ποσοτικός προσδιορισμός σακχάρων Αντίδραση Seliwanoff:! με ρεσορκινόλη& HCl διάκριση κετοζών- αλδοζών Κετόζη Υδροξυμεθυλο- φουρφουράλη Ρεσορκινόλη Κερασέρυθρο χρώμα

26 Χημικές ιδιότητες Γλυκοζίτες Μονοσακχαρίτες Προϊόντα συμπύκνωσηςενός σακχάρου κι ενός άλλου συστατικού(όταν δεν είναι σάκχαρο, ονομάζεται αγλυκόνη) Σχηματίζονται από το -H του ημιακεταλικού ΟΗ, οπότε και οι ολιγο- & πολυσακχαρίτες θεωρούνται γλυκοζίτες Λαμβάνονται σε μικρές ποσότητες από την τροφή αλλά επηρεάζουν πολύ την ποιότητα των τροφίμων ή τον οργανισμό, π.χ.: Γλυκοαλκαλοειδήμε βιολογική δράση (π.χ. σολανίνη πατάτας) Γλυκοζίτες που με υδρόλυση αποδίδουν HCN ή πολυφαινόλες, οι οποίες με οξείδωση δίνουν σκούρα χρώματα Σαπωνίνες (στεροειδείςγλυκοζίτες) που δημιουργούν αφρισμό (π.χ. δημιουργούν πρόβλημα στην εκχύλιση των τεύτλων) Γλυκοζίτες που είναι φυσικές χρωστικές ή έχουν πικρές γεύσεις!

27 Χημικές ιδιότητες Γλυκοζίτες Ανάλογα με το άγλυκο συστατικό διακρίνονται σε Ο-γλυκοζίτες, Ν-γλυκοζίτες & S-γλυκοζίτες Ο-γλυκοζίτες: γλυκό συστατικό κυρίως η β-d-γλυκοπυρανόζη& άγλυκο συστατικό φαινόλες, φλαβόνες, στεροειδή, τερπενοειδή κ.α., π.χ.: ανθοκυανίνη ανθοκυανίνες (άγλυκο συστατικό ανθοκυανιδίνηφυσικές χρωστικές) Μονοσακχαρίτες φλαβονοειδή (άγλυκο συστατικό φλαβόνη ή φλαβονόλη, π.χ. εσπεριδίνη)! εσπεριδίνη

28 Χημικές ιδιότητες Γλυκοζίτες Ανάλογα με το άγλυκο συστατικό διακρίνονται σε Ν-γλυκοζίτες: νουκλεοτίδια (ενώσεις αζωτούχου βάσης & ριβόζης) ορισμένα χρησιμοποιούνται ως ενισχυτικά γεύσης, π.χ.: Μονοσακχαρίτες Ο-γλυκοζίτες, Ν-γλυκοζίτες & S-γλυκοζίτες 5 -Ρ-ξανθοσίνη P-ξανθοσίνη Γουανιλικό νάτριο Γουανιλικό νάτριο!

29 Χημικές ιδιότητες Γλυκοζίτες Μονοσακχαρίτες γλυκοπρωτεΐνες Συνιγρίνη (σινάπι, μουστάρδα, κ.α.) ΜικτοίΟ-& Ν-γλυκοζίτες γλυκοζίτες: γλυκοπρωτεΐνες(π.χ. από το ΟΗ μιας σερίνης& την αμινομάδα μιας λυσίνης) S-γλυκοζίτες: απαντούν σε διάφορα φυτικά τρόφιμα και με υδρόλυση δίνουν ισοθειοκυανικούςεστέρες (π.χ. σιναπέλαια) με δριμύτητα γεύσης!

30 Πεντόζες Αραβινοξυλάνη Ξυλάνη Διάφορα μέλη Πεντόζες: Είναι ευρύτατα διαδεδομένες στη φύση ενωμένες ως συστατικά πολυσακχαριτών ή γλυκοζιτών (ημικυτταρίνες ξύλων, RNA, DNA) Πεντοζάνες: ανυδριτικά παράγωγα πεντοζών(π.χ. αραβινόζης& ξυλόζης) Ενώσεις μεγάλου ΜΒ που δεν πέπτονται!

31 Πεντόζες Οι πιο γνωστές πεντόζεςείναι οι: D-ξυλόζη: συστατικό πεντοζανώνστα άχυρα, πίτυρα, ξύλο L-αραβινόζη: συστατικό κόμμεων, πηκτινικώνυλών, ημικυτταρινών Διάφορα μέλη D-ριβόζη: συστατικό νουκλεϊνικών οξέων!

32 Εξόζες Διάφορα μέλη Ευρύτατα διαδεδομένες στη φύση, με κυριότερες τις γλυκόζη, φρουκτόζη, γαλακτόζη, μαννόζη D-γλυκόζη: Ελεύθερη ή συστατικό πολλών ολιγο-, πολυσακχαριτών και γλυκοζιτών Βιομηχανικά παράγεται από υδρόλυση αμύλου (αμυλοσιρόπι) με αραιά οξέα ή με συνδυασμό ενζύμων (αμυλάσες)!

33 Εξόζες Διάφορα μέλη Ευρύτατα διαδεδομένες στη φύση, με κυριότερες τις γλυκόζη, φρουκτόζη, γαλακτόζη, μαννόζη D-γλυκόζη: Προϊόντα ενζυμικής υδρόλυσης με διαφορετική περιεκτικότητα σε γλυκόζη, μαλτόζη& δεξτρίνεςέχουνδιαφορετική γλυκύτητα και φυσικές ιδιότητες Έχουν εφαρμογή στη βιομηχανία τροφίμων ως ενισχυτικά γεύσης, για τη ρύθμιση ιξώδους, υγροσκοπικότητας&σημείου πήξης, καιγια την παρεμπόδιση κρυστάλλωσης!

34 Εξόζες! D-φρουκτόζη: Μέλι, φρούτα, μελάσσα Παρασκευάζεται με υδρόλυση της ινουλίνης (πολυσακχαρίτης) D-γαλακτόζη: Συστατικό ολιγο-& πολυσακχαριτών Παραλαμβάνεται με υδρόλυση λακτόζης(ο δισακχαρίτης του γάλακτος), ραφφινόζης, κόμμεων κ.α. D-μαννόζη: Εσπεριδοειδή, μελάσσα, ελιές, κ.α. Διάφορα μέλη

35 Δισακχαρίτες Σπουδαία κατηγορία συστατικών των τροφίμων -Σχηματίζονται από δύο μόρια μονοσακχαριτών - Οι κυριότεροι είναι η σακχαρόζη (καλαμοσάκχαρο), η μαλτόζη, και η λακτόζη Σακχαρόζη (καλαμοσάκχαρο)-ζάχαρη: Ολιγοσακχαρίτες (α-d- γλυκοπυρανόζυλο-1 2-β-D-φρουκτοφουρανοζίτης) Πολύ διαδεδομένη στη φύση (φρούτα, σακχαροκάλαμο, σακχαρότευτλα, μέλι, γλεύκος) Δεν είναι ανάγον σάκχαρο επειδή δεν έχει ελεύθερο ημιακεταλικό ΟΗ Με όξινη ή ενζυμική υδρόλυση μετατρέπεται σε μίγμα γλυκόζης + φρουκτόζης (ιμβερτοσάκχαρο) (αναστροφή ή ιμβερτοποίηση)!

36 Δισακχαρίτες Μαλτόζη: (α-d-γλυκοπυρανόζυλ-1 4-D-γλυκοπυρανόζη γλυκοπυρανόζη) Ολιγοσακχαρίτες Συστατικό αμύλου & γλυκογόνου κύριο ζυμώσιμο σάκχαρο στο ζυθογλεύκος Είναι ανάγον σάκχαρο επειδή έχει ελεύθερο ημιακεταλικό-οη στο ένα από τα δύο μόρια γλυκοπυρανόζης Λακτόζη (γαλακτοσάκχαρο): (β-d-γαλακτοπυρανόζυλ-1 4-β-D-γλυκοπυρανόζη) Συστατικό του γάλακτος Αποτελείται από ένα μόριο γλυκόζης & ένα γαλακτόζης Είναι ανάγον σάκχαρο Απορροφά οσμές & φυσικά χρώματα και χρησιμοποιείται στη βιομηχανία τροφίμων ως μεταφορέας τους!

37 Τρισακχαρίτες Ραφφινόζη Ολιγοσακχαρίτες (α-d-γαλακτοπυρανόζυλ-1 6-α-D-γλυκοπυρανόζυλ γλυκοπυρανόζυλ-1 2-β-D-φρουκτοφουρανοζίτης) Ο σπουδαιότερος τρισακχαρίτης Συστατικό σόγιας, σακχαρότευτλων, κ.α. Δεν είναι ανάγον σάκχαρο επειδή δεν έχει ελεύθερα ημιακεταλικά ΟΗ µελιβιόζη γαλακτόζη γλυκόζη φρουκτόζη ιµβερτάση α-γαλακτοσιδάση!

38 Τρισακχαρίτες Ραφφινόζη Ολιγοσακχαρίτες (α-d-γαλακτοπυρανόζυλ-1 6-α-D-γλυκοπυρανόζυλ γλυκοπυρανόζυλ-1 2-β-D-φρουκτοφουρανοζίτης) Με ήπια υδρόλυση δίνει φρουκτόζη & το δισακχαρίτη μελιβιόζη γαλακτόζη γλυκόζη α-γαλακτοσιδάση *Η ραφφινόζη αποβλήτων όπως η µελιβιόζη ιµβερτάση μελάσα αξιοποιείται βιοτεχνολογικά (με ζύμωση) μόνο με φρουκτόζη συνδυασμό μικροοργανισμών που εκφράζουν τα ένζυμα ιμβερτάση και α- γαλακτοσιδάση!

39 ! Είναι πολυμερείς υδατάνθρακες με >10 μονάδες μονοσακχαριτών Είναι ουσίες χωρίς γλυκιά γεύση, και στη φύση απαντούν με πολύ μεγάλα ΜΒ εκατοντάδες ή χιλιάδες μόρια μονοσακχαριτών Ανάλογα με τη χημική σύσταση διακρίνονται σε: Ομοπολισακχαρίτες ένα είδος μονοσακχαρίτη ως δομικό μόριο (π.χ. κυτταρίνη, άμυλο, γλυκογόνο) Ετεροπολυσακχαρίτες δυο ή περισσότερα είδη μονοσακχαριτών ως δομικά μόρια (π.χ. ημικυτταρίνες, πηκτίνες, κόμμεα, κ.α.) Πολυσακχαρίτες Ομο- Ετερο-

40 Ομοπολισακχαρίτες Άμυλο: Πολυσακχαρίτες Αποθηκευτικός υδατάνθρακας φυτών όπως δημητριακά & όσπρια Αποτελείται από δύο είδη πολυμερών της α-d-γλυκόζης ενωμένα με α-1 4 γλυκοζιτικούςδεσμούς: Αμυλόζη(30%) (γραμμικό πολυμερές) Αμυλοπηκτίνη(~70%) (διακλαδισμένο πολυμερές με επιπλέον πλάγιες αλυσίδες που ενώνονται μεταξύ τους με α-1 6 γλυκοζιτικούς δεσμούς)!

41 Ομοπολισακχαρίτες Άμυλο: Οι κόκκοιτου είναι αδιάλυτοι στο νερό, αλλά το απορροφούν και διογκώνονται Πολυσακχαρίτες Με αύξηση της θερμοκρασίας παρουσία νερού: καταστρέφεται η κρυσταλλική δομή των κόκκων σχηματίζονται διαμοριακοί δεσμοί-η σχηματίζεται πηκτή (ζελατινοποίηση)!

42 Ομοπολισακχαρίτες Αμυλόζη-αμυλοπηκτίνη Πολυσακχαρίτες CH 2 OH Αμυλόζη α, 1 6 δεσμός CH Μαλτόζη α, 1 4 δεσμός Αμυλοπηκτίνη Οι α-1 4δεσμοί είναι πιο ευέλικτοι και τείνουν να σχηματίζουν ελικοειδείς δομές Οι α-1 6 δεσμοί οδηγούν στο σχηματισμό παράλληλων επίπεδων δομών αμυλοπηκτίνης που συγκρατούνται με δεσμούς-η

43 Ομοπολισακχαρίτες Πολυσακχαρίτες Δομή αμυλόζης

44 Ομοπολισακχαρίτες Πολυσακχαρίτες Δομή αμυλοπηκτίνης

45 Ομοπολισακχαρίτες Αμυλόζη-αμυλοπηκτίνη Η αμυλόζηέχει μικρότερο ΜΒ ( ) απ την αμυλοπηκτίνη( ) Η αμυλόζη σχηματίζει μπλε σύμπλοκομε το ιώδιο και γι αυτό το άμυλο χρησιμοποιείται ως δείκτης σε αντιδράσεις του ιωδίου Πολυσακχαρίτες Γαλακτωματοποιητής ή ιώδιο Σύμπλοκοαμυλόζηςμε με γαλακτωματοποιητή ή ιώδιο Μετά το ψήσιμο, τα αμυλούχα προϊόντα (π.χ. ψωμί) «παλινδρομούν» (σκληραίνουν μπαγιατεύουν)!

46 Ομοπολισακχαρίτες Αμυλόζη αμυλοπηκτίνη Πολυσακχαρίτες Η αμυλόζησχηματίζει σύμπλοκα με γαλακτωματοποιητές(π.χ. λιπαρά οξέα) οι οποίοι χρησιμοποιούνται ως πρόσθετα σε τυποποιημένα προϊόντα (π.χ. αρτοποιίας) για διατήρηση της φρεσκάδας Γαλακτωματοποιητής ή ιώδιο! Η αμυλόζησχηματίζει ευκολότερα πηκτές και υδρολύεται ευκολότερα από ένζυμα Σύμπλοκοαμυλόζηςμε με γαλακτωματοποιητή ή ιώδιο

47 Ομοπολισακχαρίτες Δεξτρίνες Προϊόντα μερικής υδρόλυσης του αμύλου (με οξέα ή ένζυμα) μικρότερων ΜΒ Πολυσακχαρίτες Διακρίνονται σε: Αμυλοδεξτρίνες ή διαλυτό άμυλο (δίνουν μπλε χρώμα με ιώδιο) Ερυθροδεξτρίνες (δίνουν ερυθρό χρώμα με ιώδιο) Αχροοδεξτρίνες (δε δίνουν χρώμα με ιώδιο) Διαλύονται στο νερό και καθιζάνουν με προσθήκη αλκοόλης (λευκό θόλωμα η ιδιότητα αυτή χρησιμοποιείται για την ανίχνευση νοθείας με αμυλοσιρόπι στο μέλι) Έχουν αναγωγικές ιδιότητες γιατί έχουν ελεύθερα ημιακεταλικά-οη!

48 Ομοπολισακχαρίτες Άμυλο (λειτουργικές ιδιότητες): Πολυσακχαρίτες Το ποσοστό αμυλόζης-αμυλοπηκτίνηςκαι η ιδιαίτερη δομή των κόκκων καθορίζουν τις φυσικοχημικές ιδιότητες του αμύλου, που διαφέρουν ανάλογα με την προέλευσήτου, και έχουν τεράστια τεχνολογική σημασία για την τεχνολογία τροφίμων Το άμυλο χρησιμοποιείται ως πρόσθετοστα τρόφιμα εξαιτίας των παραπάνω λειτουργικών ιδιοτήτων και έχει πολλές εφαρμογές ως πηκτοποιητικό μέσο, σταθεροποιητής γαλακτωμάτων κ.α.!

49 Ομοπολισακχαρίτες Άμυλο (λειτουργικές ιδιότητες): Κρυσταλλικότητα (crystallinity) Διογκωτική ικανότητα (swelling power) Διαλυτότητα (solubility) Ζελατινοποίηση (gelatinization) Παλινδρόμηση(retrogradation) Πολυσακχαρίτες Αλληλεπίδραση με λιπίδια & ιώδιο, κ.α. Ενζυμική υδρόλυση (αμυλολυτικά ένζυμα)!!

50 Ομοπολισακχαρίτες Κυτταρίνη Πολυμερές γλυκόζης ενωμένης με β-1 4 γλυκοζιτικό δεσμό: αλυσίδα γραμμική, δεν ελίσσεται και δεν έχει διακλαδώσεις Συστατικό φυτικών ιστών μαζί με λιγνίνες, ημικυτταρίνες (ξυλάνες)& πηκτίνες Αδιάλυτη στο νερό και άπεπτη Πολυσακχαρίτες Πολύ ανθεκτική σε οξέα, αλκάλια και ένζυμα (κυτταρινάσες) Πολύ κρυσταλλική - σχηματίζει δεσμούς-η διαμοριακά σχηματίζοντας μικροίνες (microfibrils)!

51 Ομοπολισακχαρίτες Πολυσακχαρίτες Κυτταρίνη β, 1 4 δεσμός Κελλοβιόζη

52 Ομοπολισακχαρίτες Κυτταρίνη Κυτταρικό τοίχωμα Πολυσακχαρίτες Μικρο-ίνες κυτταρίνης σε ένα φυτικό κύτταρο Μικρο-ίνα Δεσμοί-Η Μόρια κυτταρίνης Μονομερές β-γλυκόζης

53 Ομοπολισακχαρίτες Γλυκογόνο Αποθηκευτικός υδατάνθρακας των ζώων(ζωικό άμυλο) Αποτίθεται κυρίως στο συκώτι και τους μυς Δομή του ανάλογη με της αμυλοπηκτίνης αλλά πιο διακλαδισμένη Είναι άσπρη, άμορφη μάζα που υδρολυόμενη δίνει δεξτρίνες, μαλτόζη & γλυκόζη Πολυσακχαρίτες! Σχήμα: Σχηματική 2-D τομή του γλυκογόνου. Πυρήνας: πρωτεΐνη γλυκογενίνη, απαραίτητη για την έναρξη της σύνθεσης του γλυκογόνου («εκκινητής»). Ο «κόκκος» μπορεί να περιέχει ~ μονομερή γλυκόζης

54 Ομοπολισακχαρίτες Ινουλίνη Γραμμική πολυφρουκτοζάνη(β-2 1) με ένα τελικό μονομερές γλυκόζης Φυτικές ινουλίνες: 20 μέχρι μερικές χιλιάδες μονομερή Πολυσακχαρίτες Οι μικρού μεγέθους ονομάζονται φρουκτοολιγοσακχαρίτες (FOS) με απλούστερη την 1-κεστόζη (2 ΦΡΟΥΚΤΟΖΗ + 1 ΓΛΥΚΟΖΗ) Αποθηκευτικός υδατάνθρακας φυτών αντί αμύλου Χρησιμοποιείται ευρέως ως πρόσθετοσε τρόφιμα λόγω των ιδιοτήτων της: γλυκύτητα (μικρή), ενεργειακό περιεχόμενο, πριβιοτικέςιδιότητες, βελτίωση απορρόφησης ιχνοστοιχείων, χαμηλός γλυκαιμικός δείκτης, κ.α.!

55 Ομοπολισακχαρίτες Χιτίνη Πολυσακχαρίτες Πολυσακχαρίτης κελύφους οστρακόδερμων (γαρίδες, κλπ.) Παρόμοια δομή με κυτταρίνη με τη διαφορά ότι σε κάθε μόριο γλυκόζης στη θέση C2αντί για -ΟΗ υπάρχει η αμιδική ομάδα -NHCOCH3 (αμινοσάκχαρο, Ν-ακέτυλο-γλυκοζαμίνη)!

56 ! Υδατάνθρακες Είδος Μονοσακχαρίτες από τους οποίους αποτελείται Πηγές Μονοσακχαρίτες Γλυκόζη, Φρουκτόζη ισακχαρίτες (Καλαµοσάκχαρο) Σακχαρόζη D-γλυκόζη, D-φρουκτόζη Φρούτα, φυτικά µέρη, αίµα, γλεύκος, µέλι κ.λπ. χυµοί φρούτων, µέλι, αίµα Σακχαροκάλαµο, τεύτλα, φρούτα, λαχανικά, µέλι Μαλτόζη D-γλυκόζη Προϊόντα υδρόλυσης αµύλου, µέλι Λακτόζη D -γαλακτόζη, D-γλυκόζη Γάλα, τυρός, γαλακτοκοµικά προϊόντα Ολιγοσακχαρίτες Ραφινόζη, D-γαλακτόζη, D-γλυκόζη, D-φρουκτόζη Όσπρια, δηµητριακά, Σταχυόζη βαµβακόσπορος, σακχαρότευτλα. Πολυσακχαρίτες Αµυλο, δεξτρίνες D-γλυκόζη ηµητριακά, όσπρια, βολβοί, ρίζες Κυτταρίνη D-γλυκόζη Τοιχώµατα κυττάρων φυτών Γλυκογόνο D-γλυκόζη Συκώτι, ζωικοί ιστοί Ηµικυτταρίνες L-αραβινόζη, D-ξυλόζη, L-ραµνόζη,D-γαλακτόζη, D-µανόζη, D-γλυκόζη, D-γλυκουρονικό οξύ, D-γαλακτουρονικό οξύ Κυτταρικά τοιχώµατα φυτών, δηµητριακά, όσπρια, ξηροί καρποί, αλεύρι Πεντοζάνες L-αραβινόζη, D-ξυλόζη Όπου και οι ηµικυτταρίνες Πηκτινικές ύλες D-γαλακτουρονικό οξύ, L-αραβινόζη, D-γαλακτόζη, L- Φρούτα, λαχανικά, σακχαρότευτλα ραµνόζη, L-φουκόζη Ινουλίνη D-φρουκτόζη Chicory Κόµµεα Eτεροπολυσακχαρίτες Σπόροι, εκκρίµατα φυτών, φύκη, µικροοργανισµοί

57 Υδατάνθρακες-1 ο μέρος Ευχαριστώ! Αργυρώ Μπεκατώρου Επικ.. Καθηγήτρια Χημείας & Τεχνολογίας Τροφίμων Τμήμα Χημείας, Παν/μιο Πατρών Πάτρα 2017