Роль и распространение углеводов в тканях сельскохозяйственных растений

Роль углеводов и шкала их сладости

Углеводы составляют три четверти сухой массы растений и служат главным продуктом фотосинтеза. Они используются растительным организмом как основной дыхательный материал и запасные питательные вещества, которые накапливаются в корнях, клубнях и семенах. Кроме того, углеводы формируют клеточные стенки, растительные волокна, а также преобладают в составе плодов и ягод. К этой группе соединений относятся крахмал, целлюлоза, сахара, пектины, инулин, гемицеллюлозы, камеди и слизи.

Сахара служат важнейшим источником энергии в рационе. При этом по степени сладости они значительно различаются. Если принять сладость глюкозы за базовый показатель, сахара распределяются по убыванию сладости в определенном порядке. В растениях при этом обнаруживается лишь ограниченное число моносахаридов.

• Доля углеводов в сухой массе — 3/4
• Сладость фруктозы — 220
• Сладость сахарозы — 200
• Сладость глюкозы — 100
• Фуранозные формы во фруктозе — 15%

Практические свойства основных моносахаридов

Глюкоза содержится в свободном виде во всех зеленых частях растений, семенах, различных плодах и ягодах, особенно в винограде. Она входит в состав крахмала, целлюлозы, многих ди- и трисахаридов. В промышленных масштабах глюкозу вырабатывают путем кислотного гидролиза картофельного или кукурузного крахмала. Полученная патока широко применяется в кондитерском производстве и медицине.

Фруктоза присутствует в зеленой массе растений, нектаре цветов, плодах и семенах зерновых культур. В виде бета-D-фруктофуранозы она входит в состав сахарозы, рафинозы, стахиозы и полифруктозидов. Наиболее известный полифруктозид — инулин — накапливается в качестве запасного углевода в клубнях топинамбура (земляной груши), цикория и кок-сагыза. Как и глюкоза, фруктоза легко сбраживается дрожжами.

Галактоза входит в состав раффинозы, агар-агара, гемицеллюлоз, растительных гумми и слизей. В свободном кристаллическом виде этот моносахарид выделяется из плодов плюща. Удельное вращение водных растворов галактозы после установления равновесия между альфа- и бета-формами составляет +80,2°. Этот сахар сбраживается только специфическими лактозными расами дрожжей.

Манноза встречается в растениях в виде полисахаридов-маннанов и гликозидов, а в свободном состоянии обнаруживается редко. Чаще в растительных тканях присутствует ее производное — спирт маннит. В лабораторных и промышленных целях маннозу получают гидролизом гемицеллюлоз из скорлупы каменного ореха. Удельное вращение ее растворов в состоянии равновесия равно +14,2°, моносахарид легко сбраживается дрожжами.

Сорбоза содержится в сброженном бактериями соке рябины и образуется при окислении шестиатомного спирта D-сорбита. Этот моносахарид имеет большое значение для витаминной промышленности как сырье для синтеза аскорбиновой кислоты (витамина C). Удельное вращение его водных растворов после завершения мутаротации составляет -43,4°.

Арабиноза входит в состав слизей, пектинов, гумми и гемицеллюлоз, причем в растениях она обычно находится в L-форме. Для практических нужд ее получают путем кислотного гидролиза вишневого клея или свекловичного жома. Удельное вращение водных растворов арабинозы после окончания мутаротации составляет +104,5°.

Практическое значение пентоз: от утилизации растительных остатков до синтеза ферментов

Ксилоза, рибоза и апиоза — это пятиуглеродные моносахариды (пентозы), которые определяют прочность клеточных стенок растений и участвуют в важнейших биохимических процессах. Для агронома и переработчика наибольший практический интерес представляет ксилоза, или «древесный сахар». Этот углевод входит в состав гемицеллюлоз и пентозановксиланов, формирующих жесткий каркас стеблей и семенных оболочек. Богатые ксилозой пожнивные остатки и отходы переработки — солома, отруби, лузга подсолнечника и хлопковая шелуха — служат ценным сырьем для получения чистой ксилозы методом кислотного гидролиза.

• Удельное вращение водного раствора — +18,8°
• Сырье для кондитерской ксилозы — кукурузные кочерыжки
• Продукт восстановления ксилозы — спирт ксилит

Полученная путем гидролиза кукурузных кочерыжек ксилоза обладает очень сладким вкусом и востребована в кондитерской промышленности. При окислении этого моносахарида образуется ксилоновая кислота, а при восстановлении — пятиатомный спирт ксилит. Ксилит активно используется в химическом производстве при получении алкидных смол, детергентов, лаков и клеев. Поскольку этот спирт имеет сладкий вкус, но не усваивается организмом человека, его применяют в производстве продуктов для больных сахарным диабетом и ожирением.

Рибоза и апиоза выполняют в растительном организме иные биологические функции. Рибоза является обязательным компонентом рибонуклеиновых кислот (РНК), важнейших ферментов и нуклеотидов. В свободном состоянии в растительной клетке она встречается редко, а при химическом восстановлении дает многоатомный спирт рибит (при окислении — рибоновую кислоту). Апиоза относится к группе альдопентоз с разветвленной углеродной цепью. В растениеводстве этот моносахарид известен как компонент флавонового гликозида апиина, который накапливается в тканях петрушки.