Sacharidy sacharidy sacharidy Sacharidy sacharidy struktura sacharidů - polyalkoholy (aldehydy, ketony) - alespoň 3 uhlíky + deriváty sacharidy v přírodě - v přírodě vznikají v buňkách fotoautotrofů (fotosyntézou), heterotrofové je získávají z autotrofů nebo glukoneogenezí ⇒ 90 % sušiny rostlin, několik % sušiny živočišných tkání význam sacharidů - zdroj energie (buněčné palivo, 17 kJ/g) kryjí 50-60 % potravy člověka (80-90 % by měly tvořit polysacharidy, nejvýše 20 % oligo- a monosacharidy) rezerva energie (škrob, glykogen, inulin) - strukturní složky buněk, tkání a pletiv (celulosa, chitiny) - biologicky aktivní látky (nukleotidy, kofaktory, oligosacharidy mléka …) Sacharidy Sacharidy sacharidy klasifikace sacharidů - monosacharidy dle počtu uhlíků: triosy, tetrosy, pentosy, … - oligosacharidy 2-10 monosacharidů - polysacharidy (glykany) >10 monosacharidů - komplexní sacharidy komplexní, konjgované, obsahují navíc peptidy, proteiny, lipidy, … aldosy ketosy Sacharidy sacharidy fotosyntéza 6 CO2 + 6 H2 O → C6 H12 O6 + 6 O2 kyslík: z vody světlo: 400-750 nm zisk energie: 479 kJ/mol 1g CO2 … 0,4 g sušiny první výskyt fotosyntézy anoxická: ~ 3.5 mld let oxická: ~ 2 mld let Sacharidy sacharidy fotosyntéza - chlorofyl Sacharidy sacharidy monosacharidy triosy Sacharidy sacharidy Sacharidy sacharidy Sacharidy sacharidy Tollensovo činidlo redukce stříbrných iontů v amoniakálním prostředí NH4 OH + 2 AgNO3 → Ag+ [NH3 ]2 0 OH- 2 Ag+ [NH3 ]0 + R-HCO → 2 Ag0 + R-COO- NH4 + + 2 NH3 + H2 O Redukující cukry* redukují v amoniakálním prostředí stříbrné ionty Tollensov činidla na kovové stříbro (vzniká zrcátko). * redukující cukry obsahují alespoň jeden poloacetalový hydroxyl (video) monosacharidy důkaz cukrů Sacharidy sacharidy monosacharidy hexosy - glukóza Glukosa (hroznový cukr, škrobový cukr, dextrosa) hlavní monosacharid většiny potravin (s fruktózou) v rostlinách fotosyntézou, savci glukoneogenezí glykémie = koncentrace D-glukózy v krvi (běžně asi 5 mmol/l) do buněk pomocí inzulinu (jeho antagonista: glukagon) základ energetického metabolismu člověka mozek+krvinky spořebují cca 150 g denně zdroje: příjem / glykogen / glukoneogeneze / bílkoviny svalů když v krvi málo ⇒ produkce glukagonu a adrenalinu ukládána: játra, svaly výroba fruktosy enzymaticky disacharid glc-glc = maltóza Sacharidy sacharidy příklad Pokud má pacient v krvi koncentraci glukózy 5,6 mmol/l, jaká je její hmotnostní koncentrace? (MGlc = 180,16 g/mol) Sacharidy sacharidy příklad Pokud má pacient v krvi koncentraci glukózy 5,6 mmol/l, jaká je její hmotnostní koncentrace? (MGlc = 180,16 g/mol) Sacharidy sacharidy glukosa - glykémie, glykemický index příjem glukózy a galaktózy → zvýšení hladiny glukózy v krvi hladina glukózy v krvi (glykémie): 3,9–5,6 mmol/l nalačno po jídle nižší než 10 mmol/l, běžně do 30 min po jídle, po cca 2 hodiny GI: poměr ploch pod křivkou: potravina / glukóza fruktóza a další přednostně metabolizovány v játrech, bez inzulinu fruktóza ~ poloviční sekrece inzulinu nízký GI <55 střední GI 56-69 vysoký GI 70+ jablko ovesná kaše sladká brambora jogurt hořká čokoláda ananas pizza sýr celozrnné pečivo těstoviny cornflakes bílé pečivo hranolky med cukr Sacharidy sacharidy Sacharidy sacharidy monosacharidy hexosy - fruktóza Fruktóza (ovocný cukr, levulosa) sladší než glukóza (cca 1.5x) v ovoci bohatém na vlákniny – jahodách, ostružinách, borůvkách GI = 20 (dříve doporučované náhradní sladidlo) produkce gherlinu odbourávání v játrech - Fru-6-P → glykogen - Acetyl-KoA → syntéza mastných kyselin výroba: třtina, řepa, kukuřice +enzymatická přeměna Glc polemika o její souvislosti s obezitou, diabetem těžko stanovit její příjem (dotazníky?) Sacharidy sacharidy HFCS high-fructose corn syrup levnější a sladší než sacharóza, od 70. let postupně nahrazuje sacharózu. výroba enzymatickým štěpením kukuřičného škrobu s následnou izomerací Glc→Fru proměnlivé složení fruktosy (5-90%) bez výrazného biologického rozdílu oproti cukru polemika o souvislosti s obezitou a diabetem (studie neprůkazné) výhoda: tekutý → nápoje (rychlý průchod žaludkem, nedostatečný výlev leptinu -h.nasycení) Sacharidy sacharidy Zpracování fruktosy fruktóza: GI 20 ⇒ pozvolný růst glykémie, přechod do krve však rychlý (efektivně vychytávána játry) → složitě začleněna do glykogenu → odbourána na laktát a acetyl-KoA → příp. syntéza tuku v játrech, VLDL obavy z příliš slazených nápojů, těžko prokazatelný vliv na zdraví Sacharidy sacharidy Sacharidy sacharidy monosacharidy v potravinách téměř ve všech potravinách, proměnlivý obsah Ovoce - podle zralosti, skladování - jablka: při sklizni pouze škrob (degradace škrobu, hemicelulóz, pektinu) - glukóza, fruktóza málo obvyklé cukry: jeřabiny (sorbóza), jahody (heptulózy), avokádo (heptu-, oktu-, nonulózy až 5 %) sušené fíky ~ 60 % cukrů (bílý povlak je glukóza) hrozny ~ 8 % vinný mošt 120-250 g/l Glc:Fru 0,5-0,9 suchá vína < 4 g/l sladká vína > 45 g/l Sacharidy sacharidy Sacharidy sacharidy zelenina převážně Glc a Fru zřídka arabinosa, xylosa běžně <10 % kukuřice ale i 16 % také v luštěninách (sója 3 %) okopaniny a kořenová: škrob maso - glykogen (živočišný škrob) až 1 % → posmrtná degradace → 0,X % monosacharidy, fosforečné estery (glu-6-P) mléčné výrobky - monosacharidy stopově - spíš disacharid laktosa vejce v sušině ~ 10 g/kg (tzn. 1 %) z toho polovina glykoproteiny zbytek galaktóza Sacharidy sacharidy Sacharidy sacharidy Med základní složení složka obsah [%] fruktóza 38 glukóza 31 voda 17* maltóza 7,3 vyšší cukry 1,5 sacharóza 1,3 minerální látky 0,17 *obsah vody je významný parametr hodnocení medu, neměla by překročit 18 % (hrozí fermentace) Sacharidy sacharidy Sacharidy sacharidy invertní cukr “umělý med” ekvimolární směs glukóza a fruktózy vyráběn kyselou hydrolýzou / enzymaticky mírně sladší než sacharóza využití cukrovinky (hygroskopický - výhoda - vláčnost) zmrzliny (zvyšuje jemnost) výroba umělých sladidel falšování medu proč je invertní? Sacharidy sacharidy Polarimetrie běžné světlo je nepolarizované (kmitá všemi směry) polarizace světla může nastat: ● odrazem ● dvojlomem ● polaroidem Sacharidy sacharidy Polarimetrie princip polarimetru zdroj světla polarizátor linárně polarizované světlo nepolarizované světlo kyveta se vzorkem vzorek stáčí rovinu polarizace analyzátor pozorovatel, detektor Sacharidy sacharidy chemguide.co.uk Sacharidy sacharidy schéma subjektivního polarimetru Polarimetrie Sacharidy sacharidy Polarimetrie Sacharidy sacharidy Polarimetrie využití polarimetrie ➢ studium opticky aktivních látek ➢ cukrovarnictví (sacharimetry - přímo uzpůsobené pro stanovení sacharózy) ➢ kontrola chirální čistoty látek ➢ bílkoviny v moči, steroidy, ... Sacharidy sacharidy Agávový sirup ● ze sukulentů Jižní Ameriky ● sladivost ~2krát vyšší než cukr ● nízký glykemický index (20-30) ● vysoký poměr fruktózy (až 97%), z inulinu ● problémy spojené s vysokým obsahem fruktózy Sacharidy sacharidy fyziologie, výživa sacharidy celkově ~ 55 % energie z toho jednoduché ideálně <20 % zpracování sacharidů polysacharidy: štěpení amylasami → oligosacharidy: hydrolyzovány glykosidasami → monosacharidy → resorpce v t.s. (glukóza a galaktóza aktivně, ostatní difúzí) → transformace na glukózu v játrech → glukóza metabolizována ve svalech → voda, CO2 (přebytek: glykogen) Sacharidy sacharidy Deriváty sacharidů sacharidy jsou díky kyslíku reaktivní → množství derivátů redukcí karbonylové skupiny → cukerné alkoholy (alditoly, cyklitoly) glycerol, nejjednodušší alditol - sladký - přirozeně (i nepřirozeně) ve víně: třetí hlavní složka, 5-20 g/l, vytváří plnou a jemnou chuť. ⇒ přísada méně kvalitních vín, jako E422 - jedovatý jen ve vyšších dávkách (orální LD50 několik gramů/kg) - kosmetika (zvlhčující účinek - pouze zředěný) Sacharidy sacharidy Sacharidy sacharidy obsah D-glucitolu (sorbitolu) v ovoci D-glucitol (sorbitol) náhradní sladidlo, cca 50% sladivost (E420), přirozeně v ovoci (jeřabiny, sušené švestky) výroba ze sacharózy využití: léky, zubní pasty (nekariogenní) Sacharidy Xylitol březový cukr, v ovoci a zelenině nekariogenní (naopak prevence) vysoká hodnota endotermní rozpouštěcí entalpie praktické využití potravinářství (žvýkačky) farmacie (zubní pasty, ústní vody) nevýhody projímavé účinky (>40 g) nebezpečný pro psy Sacharidy sacharidy Obsah hlavních alditolů ve vínu [mg/l] Sacharidy sacharidy cyklitoly skupina odvozená od cyklohexanu většinou šest hydroxyskupin, ale i pět, čtyři a tři skupiny nejvýznamější skupina: inositoly (dříve cyklosy) 8 stereoisomerů Myo-inositol: běžně v potravinách dřív vitamin B8 Sacharidy sacharidy cukerné kyseliny součástí mnoha složek potravin vznikají oxidací aldehydové skupiny (-onové) nebo primární alkoholové (-uronové). Přirozeně vznikají enzymaticky, ale také Maillardovou reakcí. Kyselina glukonová běžná složky rostlinných materiálů, produkt neenzymového hnědnutí. Součást medu bránící jeho kažení. lakton k.glukonové v potravinářství potlačuje růst hnilobných MO (postupně totiž hydrolyzuje na volnou kyselinu) glukono-1,5-lakton Sacharidy sacharidy cukerné kyseliny Sacharidy sacharidy cukerné kyseliny (aldonové kyseliny) - glukonová kyselina Sacharidy sacharidy cukerné kyseliny (uronové kyseliny) - glukuronová kyselina Sacharidy sacharidy výskyt, využití cukerných kyselin a laktonů kys. glukonová a mannonová: v rostlinách, potravinách po reakci neenzymovém hnědnutí alduronové kyseliny: v polysacharidech 6,3-Glukuronolakton: výživa sportovců (zrychluje tvorbu a zpomaluje odbourávání svalového glykogenu) EFSA popírá obavy z taurinu i 6,3-G-L. (NOAEL 1 g/kg) běžný lidský metabolit γ-lakton glutamové kys.: konzervace salámů 6,3-Glukuronolakton Sacharidy sacharidy další deriváty: glykosidy (cukr + aglykon), ethery, estery cukr + aglykon → heteroglykosid cukr + cukr → homoglykosid minoritní stavební složky, hydrokoloidy běžné, hlavně PO4 3- nukleotidy od kys. sírové, octové Sacharidy sacharidy Sacharidy sacharidy Oligosacharidy Sacharidy sacharidy disacharidy glykosidy, kde aglykon = jiný sacharid ~ homoglykosidy kondenzací α- nebo β-anomerní -OH sk. Kondenzují dvě poloacetalové ⇒ neredukující s. neredukující ● Neobsahuje anomerní hydroxylovou skupinu ⇒ α/β anomer ● dvojnásobné glykosidy redukující ● každý jiný případ ● vykazují mutarotaci Obr.: možnosti vazby dvou molekul α a β D glukopyranosy O-α-D-glukopyranosyl-(1→4)-D-glukopyranosa α-D-Glcp-(1→4)-D-Glcp α-D-glukopyranosyl-α-D-glukopyranosid α-D.Glcp-(1↔4)α-D-Glcp Sacharidy sacharidy disacharidy: výskyt, využití V potravinách běžná součást: ovoce, zelenina, med, mléko hlavní komponenty: D-monosacharidy (Glc, Fru, Gal, Man) aldosy jako pyranosy, fruktóza jako furanosa nejčastěji ze D-Glc ⇒ glukooligosacharidym, případně Glc/Fru V těle ■ enzymatická hydrolýza na monosacharidy ➢ invertasa, sacharasa, laktasa, maltasa ■ vliv na glykémii: podobný jako příslušné monosacharidy (platí pro využitelné) ■ některé mají kariogenní účinky (sacharosa, maltosa) Průmyslové využití hydrogenace disacharidů → alkoholické cukry ze škrobů výroba oligosacharidů fyziologické vlastnosti umělých oligosacharidů: - vesměs nekariogenní (nevyužitelné mikroflórou) - mnohé nestravitelné (nízkoE potraviny) - často prebiotické účinky (oligofruktóza, galaktooligosacharidy a laktulóza) např. i mateřské mléko (15 g nestravitelných oligos./litr funkce enzymu sacharasa, respl invertasa (eng.: sucrase) http://www.mtchs.org/ Sacharidy sacharidy disacharidy: výskyt, využití palatinosa (isomaltulóza): glukóza+fruktóza vázané glykosidickou vazbou 1,6 Výroba ze sacharózy. Umělý oligosacharid pro výživu sportovců. Pomalé štěpení, úplné využití, stabilita v kyselém prostředí Sacharidy sacharidy Sacharidy sacharidy α-D-glukopyranosyl-(1→4)-D-glukopyranosa maltóza disacharid glukózy strukturní jednotka škrobu cca ½ sladivost V potravinách ● ve většině potravin ● hydrolýzou škrobu: chlebové těsto hydrolýzou škrobu kvasinkami Saccharomyces cerevisiae a enzymaticky. Nejdřív obsah roste, když kvasinky spotřebují Glc a Fru, začne klesat). V chlebu 2-4 %. ● v klíčících semenech (slad) → produkt enz. hydrolýzy. stupňovitost piva; exktrakt původní mladiny EPM ● v medu (~ 7 %) a maltózových sirupech Využití maltózové sirupy, maltooligosacharidy hydrogenace → glukopyranosyl-glucitol (90% sladivost, nekariogenní, malý vliv na krevní cukr) maltóza je nazývána sladový cukr (vzniká ve sladu hydrolýzou škrobu) Sacharidy sacharidy maltóza redukce na maltitiol Maltitol = produkt hydrogenace maltózy α-D-glukopyranosyl-(1→4)-D-glucitol sladivost 90%, avšak jen malý vliv na hladinu krevního cukru. nekariogenní, slabé laxativum, stimuluje růst střevní mikroflóry E965: ve žvýkačkách, sladkostech, sladidlech, zmrzlinách maltitol Sacharidy sacharidy sacharóza řepný cukr, třtinový cukr produkt fotosyntézy → ve vegetativních částech rostlin je monilizována při klíčení semen a zrání ovoce cukrová třtina až 26 % cukrová kukuřice až 17 % ovoce až 8 % řepa až 20 % hlavní průmyslový zdroj: cukrová třtina u nás: cukrová řepa (Beta vulgaris) jinde: datle (Irák, Alžírsko), palmový cukr (Indie, Kambodža, Filipíny), javor (Kanada, USA, Jap) https://youtu.be/6NMQ9niBB2s α-D-glukopyranosyl-β-D-fruktofuranosid Sacharidy sacharidy HISTORIE CUKRU Nová Guinea domestikace curkové třtiny 10 000 let pochoutka i součást rituálů pozvolné šíření mezi ostrovy → až do Asie: 1000 př.n.l. Indie zpracování na prášek (lék): 500 n.l. rafinace tajná věda předávaná z mistra na učně Persie cca 600: sladkosti Arabské armády si po dobytí odnesly cukr i znalosti Arabové šířili cukr dál zdokonalili rafinaci, 15.stol: těžká práce v rafinériích pro zajatce Evropa poznala cukr od bristkých a francouzských křižáků cukrové třtině se ale v mírných podmínkách nedaří → závislost na dodávkách od muslimských obchodníků ⇒ cukr vzácný (koření) Nová Guinea Indie PersieArábie Británie Francie Sacharidy sacharidy HISTORIE CUKRU #2 ostrovy v Atlantském oceánu mořeplavci (Portugalsko, Španělsko) hledali oblasti vhodné k pěstování třtiny: → Madeira (1425), Kanárské o., Kapverdy → Karibské ostrovy (1493) - HispaniolaMadeira Kanárské o. KapverdyKaribské o. Sacharidy sacharidy mlýn na cukr. Santa Cruz (stř. Amerika), 18.stol HISTORIE CUKRU #3 kolonializmus 17. století cukr namísto koření už běžné zboží na vznikajících plantážích otroci z Afriky cca 11 milionů Afričanů ▲ trojúhelník cukr → Londýn, Amsterodam, Paříž → výměna za hotové výrobky → západní pobřeží Afriky → výměna výrobků za další otroky Sacharidy sacharidy cukrová řepa sacharóza výroba cukru z cukrové řepy 1. řepa → řepné řízky, extrakce 2. epurace - čiření: Ca(OH)2 odstraní se: bílkoviny, red.cukry, aminokyseliny, ionty 3. odstranění hydroxidu → lehká šťáva saturace CO2 , filtrace 4. zahuštění → těžká šťáva (60%+ sacharózy) 5. krystalizace melasa 96 % sacharóza (surový cukr) 1-2% voda 1% anorganické ionty 1% organické ionty https://youtu.be/6NMQ9niBB2s afinace → afináda odstředění, promytí vodou/párou rafinace → rafinovaný cukr další krystalizace Sacharidy sacharidy melasa zbytek po vycukernění řepy či třtiny ~ 60% sacharosy ~ 40% necukrů (org.+anorg. ionty, aminokyseliny-Glu, další) liší se řepná/třtinová(neobsahuje akonitovou kys.) využití v likérnictví, výroba lihu výroba rumu krmivo pro zvířata substrát pro výrobu droždí sacharóza Sacharidy sacharidy Sacharidy sacharidy laktóza mléčný cukr jen málo kariogenní a laxativní. 40% sladivost v těle zpracována laktasou výskyt: pouze v savčím mléce ~ 5 % (doprovázena Glc) výroba: filtrací syrovátky kravského mléka výživa dobře využitelný zdroj energie silně ovlivňuje glykémii Sacharidy sacharidy výskyt intolerance laktosy laktóza intolerance laktózy laktóza štěpana laktázou (β-galatosidasou) v tenkém střevě -řada lidí neschopnost produkovat laktasu v dospělosti -vrozená / prvotní / druhotná laktáza Sacharidy sacharidy laktóza snížení obsahu laktózy v syrovátce během fermentace Vyhláška 157/2008 Sb., o potravinách určených pro zvláštní výživu a o způsobu jejich použití, která stanovuje limit laktosy v potravinách s nízkým obsahem laktosy na 10 g.kg-1 a bezlaktosové potraviny mohou obsahovat pouze 100 mg laktosy na 1 kg. zralé tvrdé sýry neobsahují téměř žádnou laktózu laktóza je štěpena bakteriémi mléčného kvašení → vzniká mléčná kyselina ⇒ kvašené výrobky (jogurty, acidofilní mléko) neobsahují laktózu Sacharidy sacharidy sladidlo sladivost (rel. k sacharóze 100%) kalorie na gram Sacharóza 100 4 Polyglycitoly 40 – 90 3 Sorbitol 60 2,6 Xylitol 100 2,4 Maltitol 90 (prášek), 40 – 90 (sirup) 2,1 Isomalt 45 – 65 2 Lactitol 40 2 Mannitol 70 1,6 Erythritol 70 0,2 snížení potřeby cukrů pomocí polyolů hydrolyzáty a alkoholické cukry, sladká chuť → náhrada cukrů vznikají hydrolýzou škrobů, i přirozeně nekariogenní, bez vlivu na glykémii někdy laxativní účinky (nad 50 g sorbitolu) Sacharidy sacharidy Sacharidy sacharidy Refraktometrie Abbeho refraktometr schéma Abbeho refraktometru (z http://anl.zshk.cz/vyuka/refraktometrie.aspx) Sacharidy sacharidy Sacharidy sacharidy Sacharidy sacharidy polysacharidy klasifikace - struktura řetězců deset až milion jednotek podle složení ● homopolysacharidy (např. škrob) ● heteropolysacharidy (většina) podle struktury ● lineární ○ větvené ○ nevětvené ● cyklické lineární polysacharid amylosa, celulosa jednou větvený lineární dextran substituovaný lineární guarová guma několikrát větvený lineární amylopektin cyklický cyklodextrin Sacharidy sacharidy polysacharidy dextran struktura polysacharidů ● primární - pořadí monosacharidů pravidelná (arabinoxylany), ale i nepravidelná (pektin) ● sekundární konformace, vzájemná vazba. Lineární molekuly často vzájemné Hvazby, či dokonce šroubovicové konformace (karagenany) ● terciální kombinace sekundárních struktur - krystalické mikrofibrily celulosy, šroubovice karagenanu polysacharidy jsou polydisperzní Sacharidy sacharidy polysacharidy klasifikace - funkce dle původu polysacharidy rostlin významné pro výživu také jako aditiva (přirozená i modifikovaná) polysacharidy živočichů podle funkce zásobní (rezervní) glykogen, škrob stavební (strukturní) chitin, celulosa, necelulosové polys. (hemicelulosa, β-glukany), pektiny ostatní rostlinné exudáty (arabská guma) a slizy (okra) Nutriční hledisko využitelné škroby, glykogen nevyužitelné (dříve balastní) celulosa, hemicelulosa, pektin, modifikované škroby, slizy, gumy škrobová zrna rýže Sacharidy sacharidy polysacharidy glykogen jeden z mála živočišných polysacharidů významných ve výživě zásobní zdroj Glc pro buňky celkem 250 - 800 g ■ svalový: ⅔ , zdroj E ■ jaterní: ⅓ , granule v cytoplazmě , udržuje glykémii (pokles → glukogenolýza) role post-mortem (→k.mléčná → zrání) ⇒ množství glykogenu vliv na kvalitu masa v potravě zpracován α a β amylasou → dextriny → Glc, maltóza >106 Glc, jednou za 8-12 jednotek vazba α-(1→6) Sacharidy sacharidy celulóza pektin lignin polysacharidy stavební polysacharidy rostlin Sacharidy sacharidy polysacharidy výskyt v potravinách ovoce pektin, celulosa, lignin škrob ubývá během zrání (jablka 3→0 %; banán výjimka) zelenina škrob převládá, zráním přibývá škrob, celulosa, pektin, lignin u některých druhů fruktany (topinambury, česnek, cibule) obiloviny hlavně škrob, otruby: lignin silně závisí na stupni vymletí (endosperm 83 % hmotnosti zrna, otruby 15 %, klíček 2 %) OBSAH POLYSACHARIDŮ V PŠENIČNÉ MOUCE Sacharidy sacharidy polysacharidy použití polysacharidů ● textura potravin, organoleptické vlastnosti (plnidla, zahušťovadla, stabilizátory, gelotvorné látky) ● význam roste s popularitou výrobků se sníženým obsahem tuku ● dříve hlavně nativní škrob, dnes na vzestupu modifikované škroby (modifikované škroby, celulosy, gumy, polysacharidy MO) ● neškrobové polysacharidy: gumy (guarová, lokustová), karagenany, agary, pektiny, algináty ● přírodní rozpustná vláknina (Psyllium) Sacharidy sacharidy polysacharidy fyziologie a výživa využitelné (škroby, glykogen) částečně využitelné nevyužitelné alespoň pro monogastrické (celulosa, hemicelulosy, pektin, lignin, aditivní škroby) = vláknina (vláknina potravy) ~ roughage, dietary fiber Sacharidy sacharidy polysacharidy vláknina ● rostlinný původ ● neštěpitelná trávicím aparátem ⇒ nestravitelná ● nevyužitelná jako přímý zdroj E ● prebiotikum ● polysacharidy + nepolysacharidové polymery dřevo je vláknina Sacharidy sacharidy polysacharidy vláknina ● rozpustná vláknina - měkká, bobtnavá - absorbuje vodu - substrát sacharolytických bakterií - pektiny, gumy, slizy, polysacharidy řas, část hemicelulos - zvyšuje viskozitu obsahu žaludku a střev (ovlivňuje absorpci látek) ● nerozpustná vláknina - hrubá, plnidla - nerozpustná ve vodě - celulosa, lignin, část hemicelulos - zvětšuje objem potravy - zkracuje dobu průchodu, zlepšuje peristaltiku Sacharidy sacharidy polysacharidy vláknina Sacharidy sacharidy polysacharidy vláknina - energie vlákniny - v potravinách jako “sacharidy”, avšak E nevyužitelná - rozpustná: částečně štěpena již v tenkém střevě - nerozpustná: odolává - obojí hlavně mikroorganismy ( → krátké mastné kyseliny) - zisk cca 3 kJ/g (škrob 17) - ovlivnění glykemického indexu Sacharidy sacharidy polysacharidy vláknina - metody stanovení více možností (ne)enzymaticko-gravimetrické metody enzymaticko-chemické (kolorimetrické/chromatografické) nejčastější postup enzymaticko-gravimetrický postup podle AOAC (Association of Analytical Chemists) umožňuje stanovit: polysacharidy buněčných stěn, část rezistentního škrobu, gumy, slizy a lignin. Sacharidy sacharidy polysacharidy zdroje a využití vlákniny pektin v ovoci, do marmelád, jogurtů kys.galakturonová botná→gel gumy (guarová, …) v rostl. šťávách zahušťování, mražené výr. lignin dřevnatá vláknina, nepolys. stvoly, semena, zrna proti rakovině? polysacharidy řas stabilizátory, zahušťovadla (agar, alginát, karagenan, …) pudinky, zmrzliny chitin exoskelety, houby, řasy hypocholesterolemický efekt Sacharidy sacharidy chitin lineární polymer z jednotek N-acetylglukosaminu a glukosaminu stavební polysacharid bezobratlých, hub (žampiony), plísní (Aspergillus oryzae, A.sojae) a kvasnic (Saccharomyces cerevisiae) 2. nejrozšířenější polysacharid na zemi (po celulose). Komerčně z krunýřů mořských bezobratlých (po odstranění bílkovin) deacetylací ⇒ chitosan ⅔ exoskeletu krabů je chitin chitosan hlavní podíl glukosaminu ⇒ rozpustný ve vodě, nerozpustný v zásadách tvoří viskózní disperze; jako chitin nestravitelný, navíc snižuje hladinu cholesterolu a tuků v séru; emulgátor margarínů, zahušťovadlo, farmacie, kosmetika doplněk k hubnutí, ale také nosič léčiv Sacharidy sacharidy funkce vlákniny rozpustná nerozpustná regulace digesce a absorpce sacharidů v tenkém střevě ★ regulace absorpce tuků a cholesterolu v tenkém střevě ★ vazba žlučových kyselin na přechodu tenkého-tlustého střeva ★ ★ vazba vody a zvětšení střevního obsahu ★ substrát pro sacharolytické bakterie (které ji fermentují na krátké mastné kyseliny) ★ naředění toxického obsahu střeva ★ ★ úprava doby průchodu tráveniny ★ ★ Sacharidy sacharidy polysacharidy příjem vlákniny nízký příjem do jisté míry civilizační choroby průměrný příjem v Česku 12 g/den (98 % populace < 25 g) v USA: 15 g doporučený denní příjem: 30 g rozpustná:nerozpustná 1:3 vláknina dříve jako balastní látka, snaha o omezení, první omezení vlákniny v chlebu na přelomu 18/19.stol, Napoleonův kuchař Parmentier. Bílý chléb získal převahu až v minulém století. Během ve 20. století velká proměna stravovacích návyků Studie: vláknina je hlavním faktorem nižšího výskytu střevních chorob (zejm. kolorektálního karcinomu) africké oproti evropské populaci Sacharidy sacharidy SZPI: Výživová a zdravotní tvrzení Sacharidy sacharidy pektiny Anti-cancer activities of pH- or heat-modified pectin. Lionel Leclere, Pierre Van Cutsem and Carine Michiels. Front. Pharmacol. 2013 ● značně polydisperzní polysacharidy ● obsaženy v pletivech vyšších rostlin ● ovlivňují texturu ovo-zel ○ ovoce ~1 % (hodně: jablka, slívy, rybíz; málo: třešně, borůvky <0.5 %) ○ zelenina max 0.5 % (mrkev, rajčata) ● gely málo viskózní (nevyužívá se k zahušťování), viskozitu zvýší sacharóza a Ca2+ Strukturu tvoří tři domény: a) polygalakturonát, částečně esterifikovaný methanolem a acetátem (25-100 jedn., až 75 % esterifikováno) b) rhamnogalakturonan I slepé větve zakončene rhamnózou (její celk. obsah 1-4 %). Také arabinóza a galaktóza. c) rhamnogalakturonan II obsahuje navíc další další cukerné zbytky, řetězce zesítěny kyselinou boritou Sacharidy sacharidy pektiny Enzymatická hydrolýza pektinových látek nativní enzymy ovoce i zeleniny (pektinesterasy, pektindepolymerasy), v kyselém i alkalickém prostředí hydrolýza esterových vazeb → nízkoesterifikované pektiny (pektové kyseliny), reagují s Me2+ kationty → spontánní želírování (ovocné šťávy), tvrdnutí (brambory, květák) enzymy lze inaktivovat teplem, za cenu změny chuti foto: Food chemistry (lecture). Dr Boominathan. Sacharidy sacharidy pektiny Tvorba gelů závisí na esterifikaci pektinu. Vysoceesterifikované pektiny (>50%) tvoří gely s cukrem v kyselém prostředí. Uchovávají strukturu i po ochlazení. Tvorba pektinových gelů: ● cukr váže vodu, dehydratuje pektin ● kyseliny potlačují disociaci COOH skupin. Čím více skupin esterifikováno, tím méně kyselin je k tvorbě gelu třeba. ○ rychle želírující pektiny tvoří gely při pH ~3.3 ○ pomalu želírující při ~2.8 ○ nízkoesterifikované (<50 %) pektiny vyžadují k želatinaci přítomnost Ca2+ iontů. Jsou však termoreverzibilní. grafika: silvateam.com nízkoesterifikovaný pektin (množství COOH skupin) vysoceesterifikovaný pektin Sacharidy sacharidy Zásadní složky marmelády Pektiny Vařením jsou uvolněny ze slupek a jader a vzájemně se spojují do gelové sítě. Gel váže vodu a zůstává stabilní i po ochlazení (není termoreverzibilní). Obsah pektinu v ovoci se různí (někdy třeba přidat jiný druh či želírovací směs) Cukr Důležitý pro chuť i samotný vznik marmelády. Poměr s ovocem asi 1:1. Váže vodu, což vede k většímu síťování pektinu (nejsou rozpuštěny). Snížení aktivity vody také zabraňuje bakteriálnímu růstu. Kyseliny Ionizace pektinových COOH skupin působí repulzi molekul → snížení pH ji omezuje. Množství přirozených kyselin (citronová, jablečná, vinná) většinou nestačí. Sacharidy sacharidy škrob amylum, starch ● hlavní zásobní PS rostlin ● v plastidech - organelách v cytoplazmě(zde i biosyntéza) → přes den v pletivech fotosyntézou přechodný škrob, → v noci je zdrojem sacharózy → syntéza zásobního škrobu v amyloplastech → skladování v micelách: škrobová zrna (granule) struktura škrobu ● amylosa ● amylopektin obvykle v poměru 1:3, ale i speciální odrůdy ○ amyloškroby ○ voskové odrůdy (víc amylopektinu) bimodální distribuce granulí cereálních škrobů 20 a 5 μm Sacharidy sacharidy helikální úsek amylosy větvení amylopektinu Amylosa α-D-(1→ 4)-glukan lineární molekula 1000-2000 jednotek částečně esterifikována P (0.0X%) Amylopektin D-glukóza (1,4) a (1,6) větvení po 10-100 jedn. částečně esterifikován stupeň polymerace 50k až 1M větvená struktura A(vnější řetězec),B(vnitřní),C(hlavní) škrob základní složky škrobu: homopolysacharidy amylosa a amylopektin ukládaná forma: škrobová zrna Sacharidy sacharidy Rostlina obsah škrobu (%) Rýže 70-80 Brambory 17-24* Ječmen 52-62 Pšenice 59-72 Žito 52-57 Kukuřice 65-75 Fazole 46-54 maniok jedlý u nás: brambory, obiloviny jinde také: sladké brambory, tapioka~maniok~cassava ovoce, semena: banány, kaštany, oříšky škrob zdroje a výroba škrobu *tzn. v sušině až 85 % Sacharidy sacharidy škrob výroba z brambor zrna v amyloplastech volná, nevázaná ⇒ jednoduchý postup hustota ~ 1,6 g/cm3 → dekantace → čistý škrob Sacharidy sacharidy imbibice: cca 0,2 g vody na 1 g škrobu beze změny objemu Záhřevem roste absorpce vody (vratná), než nastane botnání. Po dosažení teploty cca 60 °C rozrušování mezimolekulárních vodíkových můstků (počáteční želatinační teplota) → želatinace nevratný proces: prudké zvětšování objemu zrn, hydratace nových skupin, amylosa difunduje do roztoku → škrobový maz (=kolapsovaná, mnohonásobně zvětšená zrna [1g až 200ml] obklopená amylosou) se zvyšující teplotou pokračuje hydratace, zrna ztrácejí integritu (rozmezí teplot 10–15 °C). Nad teplotou mazovatění hydratace pokračuje natolik, že vodíkové můstky jsou zpřetrhány a dochází k desintegraci zrna zchlazení: škrobový gel (obnova H-vazeb, podle stupně degradace, poměru PS, =želatinované granule v matrici tvořené amylosou) místa interakce glukanů s vodou. Na 1 Glc připadá 1,5 vody škrob mazovatění, želatinace viskogram: pšeničný (1), bramborový (2), kukuřičný škrob (3) Sacharidy sacharidy Ochlazování • vzniká škrobový gel: spojitá, pevná trojrozměrná síť, obsahující velké množství vody, viskozita roste (viskózní pasty) Retrogradace • škrobový gel po čase mění strukturu a reologické vlastnosti, vznik dvoufázového systému pevná látka-kapalina • další tvorba intermolekulárních vodíkových vazeb (přednostně u amylosy) • závislá na obsahu vody (20-90%, nejvíc ~50) Podle teploty: pod -5 °C retrogradace inhibována -5 až 25 °C vysoká míra retrogradace > 30 °C potlačení retrogradace > 65 °C žádná retrogradace mražené potraviny: vysoký poměr amylopektinu škrob mazovatění, želatinace - retrogradace nativní škrob želatinace retrogradace Sacharidy sacharidy škrob mazovatění Sacharidy sacharidy ? škrob změny při pečení Sacharidy sacharidy škrob změny při pečení chleba - cca 10% část škrobových zrn poškozena mletím - enzymová hydrolýza při kynutí: α a β amylasy - amylosa α-amylasa (dextrinogenní) štěpí 1→ 4 vazby → Glc, maltosa, limitní α-dextriny β-amylasa (sacharogenní) odštěpuje maltosu - amylopektin α i β-amylasy: → limitní β-dextriny (dále je štěpí pullulanasa, isoamylasa) vazby α(1→6) nejsou štěpeny - štěpení amylasami i při vysokých teplotách (pumpernickel) - želatinace (rozsah podle obsahu vody, lipidů, emulgátorů) - vliv obsahu tuku a oleje: zpomaluje botnání a želatinaci (bílé pečivo obsahuje méně tuku a želatinuje víc) - kůrka: pražné dextriny: α-(1→ 6) a etherové (6→ 6) vazby. (160°C+: neenzymová hydrolýza a následná kondenzace) - retrogradace → tvrdnutí chleba (krátkodobá reželatinace rozpečením) Sacharidy sacharidy Stárnutí pečiva zahrnuje různé děje: ● kůrka tuhne a stává se žmoulavá vlhkost prochází z chleba ven skrze kůrku ● chléb celkově schne ● ztrácí se aroma vonné látky vytěkají a/nebo jsou vázány na škrob, částečně uvolnitelné zahřátím ● střídka bělá a průhlední škrob retrograduje způsoby uchování pečiva ○ papírový pytlík pečivo zůstává křupavé, ale brzy tvrdne, nemožnost rozpéct. ○ plastový obal uchová vlhkost za cenu ztráty křupavosti, lze rozpéct ○ mraznička dvojité zabalení: dlouho vydrží, po rozpečení jako nové; pozvolna rozmrazit, v předehřáté troubě rozpéct, rozkroje zakrýt ○ lednička: špatně Křupavé pečivo se prodává v papíru. Francouzská bageta vydrží do večera křupavá v papírovém pytlíku, během pár dní ale zkamení. měkké pečivo bývá běžně v plastu dobře uchová vlhkost Sacharidy sacharidy škrob vaření těstovin, rýže vařením těstovin se amylosa uvolňuje do roztoku → slepování prevence: přídavek monoacylglycerolu či emulgátoru (emulgace amylosy) proprání (odstranění přebytečného škrobu) malé množství soli (omezení želatinace) Sacharidy sacharidy škrob další potraviny konzervace nezralého ovoce a zeleniny jablka, hrášek: často husté kalné nálevy kyselé prostředí: hydrolýza škrobu → méně viskózní roztoky delší ohřev okyselených pudinků s ovocem → řídnutí pudinku ztekucování dresinků, majonéz: enzymy zeleniny konzervace nezralého ovoce může způsobit zakalení kvůli obsahu škrobu Sacharidy sacharidy Sacharidy sacharidy Škrobová zrna brambor mají velikost 15 až 50 μm. Nativní škrob poměrně rezistentní, mazovatěním při vyšších teplotách se stravitelnost výrazně zvyšuje. mendelu.cz Sacharidy sacharidy škrob brambory 1 porce (170 g) ~ 6 % denní doporučené energie ze sacharidů nativní b.škrob málo stravitelný složení hlavní polysacharid: škrob vláknina (převážně ve šlupce) bílkoviny cca 10 %, vhodné složení (83 % IEAA), hodně Lys na rostlinu vitaminy (vit.C ~ 50 % v jedné porci) minerální látky (hlavně K) Sacharidy sacharidy škrob přemrzlé brambory skladování kolem bodu mrazu ⇒ enzymová hydrolýza škrob → oligo- a monosacharidy (až 7 %) sladká chuť, hnědnutí při smažení odstranění sladké chuti: skladování několik dní při ~ 20 °C Sacharidy sacharidy škrob výživové hledisko škrob = využitelný sacharid enzymy α-amylasa: sliny, pankreatická isoamylasa α-(1→ 6) trávení v tenkém střevě většina škrobů rychle nebo pomalu stravitelná Některé však nezpracovatelné pro enzymy → nevyužitelné retrogradací škrobu +1% rezistence (→ MO) klasifikace a příklady stravitelných a rezistentních škrobů: Sacharidy sacharidy škrob využití škrobu v potravinách (textura, funkční vlastnosti) ● zahušťovadla a plnidla ● želírující látky ● poutače vody ● náhrada tuků ● nosič vonných látek ● stabilizátory emulzí a pěn používané formy: nativní zrna, dispergované, sušené disperze surovina pro výrobu cukrů a jejich derivátů, surovina pro výrobu modifikovaných škrobů 50:50 potravinářství : průmysl průmyslové aplikace škrobů - papírenství - textilnictví - farmaceutika - stavebnictví - kosmetika Sacharidy sacharidy škrob modifikované škroby omezující vlastnosti nativních škrobů - nerozpustné ve studené vodě - v kyselém prostředí hydrolyzují - viskozita mazů je vysoká → gumovité - amylosové gely rigidní, kalné, retrogradující - voskové gely jsou zase měkké, kalné modifikované škroby ● přeměněné hydrolyzované, oxidované ● zesítěné ● substituované estery, ethery Sacharidy sacharidy škrob modifikované škroby microcoreresearch.com Sacharidy sacharidy škrob modifikované škroby - přeměněné a) kyselou hydrolýzou: škroby modifikované kyselinami b) oxidací: bělené a oxidované škroby c) záhřevem: dextrinované škroby kyselá hydrolýza zahřívání koncentrovaných disperzí se zředěnými kyselinami (HCl, sírová) štěpení části amylosy i amylopektinu → rozpustný škrob, granule botnají i ve studené vodě hydrolyzované škroby: - méně viskózní disperze (možno větší c) - plnidla, náhrady tuků - cukrovinky, pudinky, dropsy oxidace a bělení malým množstvím peroctové / peroxidu / chlornanu sodného / manganistanu draselného bělení: odstranění doprovodných barevných látek oxidace: na C-6 → karbonyly až karboxyly na C-2 a 3 → dikarboxylová kyselina vznikají oxidované škroby: - čiré tekuté soly - nížší viskozita - snížená tendence retrogradovat použití jako hydrolyzované, + lepší adheze Sacharidy sacharidy škrob modifikované škroby - přeměněné - oxidace Chlornan sodný NaClO je silné oxidační činidlo. Je součástí dezinfekcí, bělicích prostředků i bazénové chemie. Po smíchání s vodou vytváří silně oxidující kyselinu chlornou. Sacharidy sacharidy E 1404 oxidovaný škrob Moramyl OXB (=bramborový) papírenství: klížení, vytvrzování, úprava povrchů Moramyl OXP (=pšeničný) sádrokartonové desky, zahušťovadlo, stabilizátor, želé cukrovinek, obalování masa a ryb, textilní průmysl (šlichtování) Sacharidy sacharidy dextrinované škroby zahříváním nativních a mírně okyselených škrobů (HCl, fosforečná, sírová) na 100-200 °C, min.-hod. reakce: hydrolýza, transglukosidace, desintegrace → bílé dextriny nejkyselejší prostředí, krátký ohřev, převládá hydrolýza viskózní, tendence retrogradovat → žluté dextriny rozpustné ve studené vodě hydrolýza→transglukosylace→polymerace (→20% větv.) → britské gumy (nejméně kyselé prostředí) nejméně kyselé prostředí, transglukosidace (→25% větv.) rozpustné ve studené vodě, adhezivní látky, povrchy cukroví, enkapsulace adhezivní látky (povrchy), nosiče aromat a nerozp. aromat škrob modifikované škroby - přeměněné Sacharidy sacharidy škrob modifikované škroby - zesíťené a) nativní, b) zesíťovaný škrob pod elektronovým mikroskopem zesítěné škroby dva hlavní typy: -adipáty (od kys. adipové) -fosfáty reakce → příčné vazby příčná vazba za 1-2k glu jednotek přesto rheologické změny integrita zbotnalých granulí tvoří nekohezní pasty → zahušťování omáček, polévek → náplně pečiva + textilní průmysl Sacharidy sacharidy Sacharidy sacharidy Sacharidy sacharidy E 1412 fosforečnanový diester škrobu diškrobfosfát Moramyl ZB (=bramborový) mod. škrob rozpustný za studena, masové konzervy, paštiky, majonézy, náplně Moramyl ZBH (=bramborový) mod. škrob rozpustný za tepla, marmelády, dresingy, masná výroba škrob modifikované škroby - zesítěné Sacharidy sacharidy škrob modifikované škroby - stabilizované stabilizované škroby substituce -OH skupin: estery (acetáty, fosfáty, estery vyšších MK) ethery (hydroxyalkylethery) z nativních nebo modifikovaných škrobů ~ 2.5 % acetylových skupin snížení želatinační teploty, stabilita vůči retrogradaci, stabilita v kyselém prostředí ethery stabilizace emulzí o/v - majonézy ethery s vyššími MK oblíbená modifikace: hydroxypropylované diškrobové fosfáty (pro nízké teploty, kyselé pH) Sacharidy sacharidy E 1442 hydroxypropyl diškrobový fosfosfát TRECOMEX AET4 paštiky, masové konzervy (zabraňuje uvolňování masové šťávy) palačinky, těstoviny (hladká textura, vodoodpudivý povrch) škrob modifikované škroby - stabilizované Sacharidy sacharidy značení modifikovaných škrobů Sacharidy sacharidy škrob modifikované škroby výživové hledisko přeměněné škroby: normální složky potravy (analogické produkty in vivo) stabilizované škroby: estery - stravitelnost srovnatelná s nativními ethery - nižší stravitelnost zesítěné škroby: nižší stravitelnost oproti nativním Sacharidy sacharidy škrob hydrolyzáty škrobu dříve hydrolýza kyselinami, dnes také enzymově řada produktů (dlouhé řetězce, jednoduché cukry, větvení) řada využití (sladidla, náhražky tuků a cukru) kyselá hydrolýza škrobu HCl v suspenzi škrobu 150 °C, několik minut enzymová hydrolýza škrobu α-(1→ 4): amylasy (exo-, endo-) α-(1→ 6): pullulanasy obdobné produkty jako kyselá hydrolýza, avšak lépe definované a regulovatelné. Možno vytvářet speciální produkty (Fru, cyklo). produkty směs sacharidů charakterizuje: glukózový ekvivalent (dextrosový ekvivalent, DE) DE 0 nativní škrob DE 100 glukóza DE <20 maltodextriny nesladké viskózní roztoky viskozita, hladkost, lesk → cukrovinky brání krystalkům → zmrzliny škrobové sirupy DE 20-38 typ I DE 38-58 typ II maltózový sirup DE 58-73 typ III maltózový sirup DE 73+ typ IV glukózový sirup výroba cukrovinek, nealko, sirupy, zkvasitelné Sacharidy sacharidy škrob hydrolyzáty škrobu maltodextriny Maltodextrin 1,5 Kg popis produktu Sacharidy sacharidy vzorec a kuželovitá struktura β-cyklodextrinu (7 jednotek glukosy) škrob hydrolyzáty škrobu: cyklodextriny enkapsulace tvorba inkluzních komplexů omezení těkavosti, zvýšení stability. → nosiče vonných látek Sacharidy sacharidy celulosa D-Glukosa β(1 → 4) neredukující konec redukující konec celulosové mikrofibrily Sacharidy sacharidy Pektiny polygalakturonová kyselina (částečně esterifikovaná methanolem) Pektiny (E440) například v: