Углеводы — особый класс органических соединений, широко распространенный
в природе. В жизни растений углеводы являются основным питательным и
главным опорным материалом клеток и тканей, составляя 85—90 % всей массы
растительного организма. В организме человека углеводы являются основным
источником энергетических процессов. Потребность взрослого человека в
углеводах при умеренных физических нагрузках составляет 365—400 г в
сутки.
В состав углеводов входят углерод, водород и кислород.
Все углеводы разделяют на две группы — моносахариды и полисахариды.
Несколько молекул моносахаридов, соединяясь между собой с выделением
воды, образуют молекулу полисахарида. Полисахариды могут состоять из
двух, трех или четырех молекул моносахаридов. В этом случае они
называются полисахаридами 1-го порядка. Углеводы, содержащие в молекуле
значительно большее количество молекул моносахаридов (или полисахаридов
1-го порядка), называются полисахаридам» 2-го порядка.
К наиболее распространенным в природе моносахаридам относятся глюкоза и
фруктоза, из полисахаридов 1-го порядка— дисахариды — сахароза, мальтоза
и лактоза, а из полисахаридов 2-го порядка — крахмал, клетчатка,
гликоген, пектиновые вещества и др.
Моносахариды. Глюкоза, фруктоза — это сладкие на вкус углеводы (сахара),
легко усваиваемые организмом.
Глюкоза (виноградный сахар) и фруктоза (плодовый сахар) широко
распространены в растительном мире, где они находятся в семенах, плодах,
листьях и корнях растений в свободном состоянии или входят в состав
полисахаридов.
Полисахариды 1-го порядка. К ним относятся сахароза, мальтоза и
лактоза. Сахароза, или свекловичный сахар, является самым
распространенным в растительном мире сахаром. В больших количествах она
находится в сахарной свекле и сахарном тростнике, из которых ее получают
в промышленном масштабе. Сахароза легко подвергается
гидролизу—ферментативному или кислотному распаду на составляющие ее
компоненты (глюкозу и фруктозу).
Мальтоза, или солодовый сахар, в свободном состоянии в природе
встречается довольно редко, главным образом и семенах злаковых при их
прорастании и в больших количествах прп гидролизе крахмала.
.Лактоза (молочный сахар) содержится и молоке всех млекопитающих.
Полисахариды 2-го порядка. К ним относятся крахмал, клетчатка и
др. Крахмал является наиболее распространенным it природе углеводом.
Крахмальные зерна имеют овальную сферическую или неправильную форму.
Наиболее крупные крахмальные зерна у картофеля, а самые мелкие у риса и
гречихи. Зерна пшеничного крахмала имеют чечевицеобразную форму, размеры
их колеблются от 3 до 50 мкм.
В холодной воде крахмальные зерна не растворяются, а только набухают.
При постепенном нагревании взвеси крахмальных зерен в воде набухают все
сильнее, и при определенной температуре происходит клейстеризация
крахмала — разрушение крахмальных зерен с поглощением ими 4—5-кратного
количества воды. При этом образуется вязкий коллоидный раствор,
называемый клейстером. Температура клейстеризации крахмальных зерен
пшеницы 62,5 °С.
Характерным свойством крахмала является его способность окрашиваться в
синий цвет при добавлении раствора йода. Пользуясь этим свойством, можно
обнаружить очень малые количества крахмала.
По своему строению крахмал представляет собой высокомолекулярный
полимер, состоящий из полисахаридов двух типов — амилозы и амилопектина,
различающихся по своим свойствам. Молекулы обоих этих полисахаридов
построены из остатков глюкозы, связанных между собой в цепочки. Однако
молекула амилозы имеет линейную структуру, а молекула амилопектина —
разветвленную. Соотношение между содержанием амилозы и амилопектина в
крахмале различных растений неодинаково. Пшеничный крахмал содержит
около 25 % амилозы и 75 % амилопектина.
При кипячении с кислотами происходит гидролиз крахмала с превращением
его в глюкозу. Под действием фермента амилазы, который содержится в
большом количестве в проросшем зерне, в слюне, происходит ферментативный
гидролиз крахмала— расщепление с образованием мальтозы. В качестве
промежуточного продукта при гидролизе крахмала в большем или меньшем
количестве образуются полисахариды размой молекулярной массы —
декстрины.
Клетчатка (целлюлоза) составляет структурную основу оболочек
растительных клеток. Древесина более чем наполовину состоит именно из
клетчатки.
Клетчатка является прочным веществом, нерастворимым в воде. При
кипячении с крепкой серной кислотой клетчатка полностью превращается в
глюкозу. Клетчатка не переваривается организмом человека, поэтому ее
относят к так называемым балластным веществам. Однако она усиливает
перистальтику— сокращение стенок кишок, благодаря которому происходит
передвижение пищи внутри организма.