Роль і поширення вуглеводів у тканинах сільськогосподарських рослин

Роль вуглеводів та шкала їхньої солодкості

Вуглеводи становлять три чверті сухої маси рослин і служать головним продуктом фотосинтезу. Вони використовуються рослинним організмом як основний дихальний матеріал і запасні поживні речовини, що накопичуються в коренях, бульбах та насінні. Крім того, вуглеводи формують клітинні стінки, рослинні волокна, а також переважають у складі плодів і ягід. До цієї групи сполук належать крохмаль, целюлоза, цукри, пектини, інулін, геміцелюлози, камеді та слизи.

Цукри служать найважливішим джерелом енергії в раціоні. При цьому за ступенем солодкості вони значно різняться. Якщо прийняти солодкість глюкози за базовий показник, цукри розподіляються за спаданням солодкості у певному порядку. У рослинах при цьому виявляється лише обмежена кількість моносахаридів.

• Частка вуглеводів у сухій масі — 3/4
• Солодкість фруктози — 220
• Солодкість сахарози — 200
• Солодкість глюкози — 100
• Фуранозні форми у фруктозі — 15%

Практичні властивості основних моносахаридів

Глюкоза міститься у вільному вигляді в усіх зелених частинах рослин, насінні, різних плодах і ягодах, особливо у винограді. Вона входить до складу крохмалю, целюлози, багатьох ди- і трисахаридів. У промислових масштабах глюкозу виробляють шляхом кислотного гідролізу картопляного або кукурудзяного крохмалю. Отримана патока широко застосовується в кондитерському виробництві та медицині.

Фруктоза присутня у зеленій масі рослин, нектарі квітів, плодах і насінні зернових культур. У вигляді бета-D-фруктофуранози вона входить до складу сахарози, рафінози, стахіози та поліфруктозидів. Найбільш відомий поліфруктозид — інулін — накопичується як запасний вуглевод у бульбах топінамбура (земляної груші), цикорію та кок-сагизу. Як і глюкоза, фруктоза легко зброджується дріжджами.

Галактоза входить до складу рафінози, агар-агару, геміцелюлоз, рослинних гуммі та слизів. У вільному кристалічному вигляді цей моносахарид виділяється з плодів плюща. Питоме обертання водних розчинів галактози після встановлення рівноваги між альфа- і бета-формами становить +80,2°. Цей цукор зброджується тільки специфічними лактозними расами дріжджів.

Манноза зустрічається в рослинах у вигляді полісахаридів-маннанів і глікозидів, а у вільному стані виявляється рідко. Частіше в рослинних тканинах присутнє її похідне — спирт маніт. У лабораторних і промислових цілях маннозу отримують гідролізом геміцелюлоз зі шкаралупи кам'яного горіха. Питоме обертання її розчинів у стані рівноваги дорівнює +14,2°, моносахарид легко зброджується дріжджами.

Сорбоза міститься у збродженому бактеріями соці горобини й утворюється при окисненні шестиатомного спирту D-сорбіту. Цей моносахарид має велике значення для вітамінної промисловості як сировина для синтезу аскорбінової кислоти (вітаміну C). Питоме обертання його водних розчинів після завершення мутаротації становить -43,4°.

Арабіноза входить до складу слизів, пектинів, гуммі та геміцелюлоз, причому в рослинах вона зазвичай знаходиться в L-формі. Для практичних потреб її отримують шляхом кислотного гідролізу вишневого клею або бурякового жому. Питоме обертання водних розчинів арабінози після закінчення мутаротації становить +104,5°.

Практичне значення пентоз: від утилізації рослинних залишків до синтезу ферментів

Ксилоза, рибоза та апіоза — це п'ятивуглецеві моносахариди (пентози), які визначають міцність клітинних стінок рослин і беруть участь у найважливіших біохімічних процесах. Для агронома і переробника найбільший практичний інтерес становить ксилоза, або «деревний цукор». Цей вуглевод входить до складу геміцелюлоз і пентозанів-ксиланів, що формують жорсткий каркас стебел і насінних оболонок. Багаті на ксилозу пожнивні рештки та відходи переробки — солома, висівки, лушпиння соняшнику та бавовняне лушпиння — служать цінною сировиною для отримання чистої ксилози методом кислотного гідролізу.

• Питоме обертання водного розчину — +18,8°
• Сировина для кондитерської ксилози — кукурудзяні качани
• Продукт відновлення ксилози — спирт ксиліт

Отримана шляхом гідролізу кукурудзяних качанів ксилоза має дуже солодкий смак і затребувана в кондитерській промисловості. При окисненні цього моносахариду утворюється ксилонова кислота, а при відновленні — п'ятиатомний спирт ксиліт. Ксиліт активно використовується в хімічному виробництві при отриманні алкідних смол, детергентів, лаків і клеїв. Оскільки цей спирт має солодкий смак, але не засвоюється організмом людини, його застосовують у виробництві продуктів для хворих на цукровий діабет і ожиріння.

Рибоза та апіоза виконують у рослинному організмі інші біологічні функції. Рибоза є обов'язковим компонентом рибонуклеїнових кислот (РНК), найважливіших ферментів і нуклеотидів. У вільному стані в рослинній клітині вона зустрічається рідко, а при хімічному відновленні дає багатоатомний спирт рибіт (при окисненні — рибонову кислоту). Апіоза належить до групи альдопентоз із розгалуженим вуглецевим ланцюгом. У рослинництві цей моносахарид відомий як компонент флавонового глікозиду апіїну, який накопичується в тканинах петрушки.