Wykład 2

Związki mineralne:
Pierwiastki chemiczne występujące w żywności:

 Makroelementy - C, H, O, N, Ca, Mg, P, Na, K, S, Cl – stanowią 99,8% masy roślin i zwierząt, ich

zawartość przekracza 50mg/kg suchej masy tkanek. To materiał budulcowy białek, lipidów, cukrów,
nukleotydów i układu kostnego oraz szeregu zewnętrznego zwierząt.

 Mikroelementy – ich znaczenie polega na regulacji aktywności enzymów, hormonów, witamin i innych

czynników decydujących o procesach metabolicznych w organizmie.
Są one niezbędne do życia organizmów. V, Cr, Ni, F i J tylko dla zwierząt, B – tylko dla roślin. Nadmiar
mikroelementów wywiera szkodliwe działanie.

 Składniki balastowe – pierwiastki przechodzące bezpośrednio i pośrednio z zanieczyszczonego

środowiska, nie spełniają pożytecznej roli w procesach fizjologicznych, szkodliwe dla człowieka, a przy
większych stężeniach toksycznych – Cd, Ag, As, Pb, Al.

Do mineralnych składników nie zalicza się węgla, tlenu, azotu, siarki.

Skutki braku lub nadmiaru niektórych pierwiastków metalicznych:
Pierwiastki korzystne lub niezbędne:
Pierwiastek Niedobór

Nadmiar

Chrom

Nieprawidłowy metabolizm glukozy

Cynk

Karłowatość, niedorozwój płciowy

Zmiany morfologiczne mózgu,
uszkodzenie trzustki

Kobalt

Anemia

Niedomagania naczyń krwionośnych

Lit

Depresja maniakalna

Magnez

Drgawki

Zaburzenia czucia

Mangan

Deformacja szkieletu, nieprawidłowe działanie
gruczołów płciowych

Bezwład ruchowy

Miedź

Anemia

Uszkodzenia watroby, naczyń
włosowatych, nerek

Potas

Choroba Addisona

Selen

Obumieranie wątroby

Kołowacizna u bydła

Sód

Choroba Addisona

Wapń

Deformacja kości, tężyczka

Zaćma, kamienie pęcherzyka żółciowego,
miażdżyca.

Skutki nadmiaru toksycznych pierwiastków z zanieczyszczonego środowiska:



Kadm – zmiany morfologiczne i czynnościowe układu oddechowego i nerek, działanie rakotwórcze,
mutagenne, embriotoksyczne.



Ołów – zaburzenia w funkcjonowaniu: wątroby i nerek, ośrodkowego i obwodowego układu
nerwowego, układu pokarmowego



Rtęć – zapalenie mózgu, neuropatia



Glin – degeneracja neuronów, choroba Alzheimera



Arsen – nowotworowe zmiany skórne, oddechowego układu chłonnego i krwiotwórczego oraz błon
śluzowych, uszkodzenie nerwów obwodowych

Źródła pierwiastków szkodliwych:



Glin – pierwiastek biologicznie czynny – występuje w postaci nierozpuszczalnych glinokrzemianów. W
skutek kwaśnych dreszczów coraz więcej jest w glebie rozpuszczalnych związków glinu, które trafiają
do roślin i wody pitnej.



Kadm – zanieczyszczenia gleby blisko zakładów przeróbki rud cynku i produkujące bakterie alkaliczne.
Kadm wypiera cynk z enzymów zawierających ten pierwiastek.



Rtęć – z zakładów elektrolizujących chlorek sodu.

Metale przenikają do żywności głownie z powietrza, gleby i wody. Stopień kumulacji przez rośliny metali
szkodliwych z gleby jest uzależniony od jej temperatury, odczyny, potencjału oksydo-redukcyjnego, obecności

związków kompleksowych, od stopnia wysycenia gleby tymi pierwiastków, działalności drobnoustrojów.
Dodatkowym źródłem metali mogą być naczynia, sprzęt, aparatura używana w czasie produkcji i przetwarzania,
oraz opakowania w których jest transportowana i przechowywana. Metale ciężkie gromadzone są przez zboża i
ziemniaki i w niektórych rejonach Polski spotykana jest zwiększona koncentracja kadmu i ołowiu w bulwach
ziemniaka, w surowcach pochodzenia zwierzęcego ilości nie przekraczają dopuszczalnych stężeń.

Mikroelementy i makroelementy:
Różnią się zawartością mikro i makro – elementów - rodzaje żywności. Dostarczając organizmowi
wystarczających ilości pierwiastków i w proporcjach wymaga udziału w diecie żywności zawierającej produkty
pochodzenia roślinnego i zwierzęcego.
Inne źródła: chlorek sodu, polifosforany, koncentraty, barwniki, woda pitna.
Zawartość sodu, potasu, żelaza i fosforu (w mg/100g) w produktach żywnościowych.

Na

K

Ca

Fe

P

Mleko krowie

48

157

120

0,1

92

Masło

5

16

13

-

21

Ser(45% tłuszczu)

450

107

1020

0,3

636

Jajo – żółtko

51

138

140

7,2

590

Jajo – białko

170

154

11

0,2

23

Wątroba wieprzowa

77

350

20

22,1

362

Śledź

117

360

34

1,1

250

Mąka pszenna 550

3

126

16

1,1

95

Mąka żytnia 997

1

240

31

2,2

-

Kukurydza – ziarna

6

330

13

-

256

Kukurydza - płatki

915

139

13

2,0

59

Owies – płatki

5

335

54

4,6

391

Ryż – ziarno

10

150

23

2,6

325

Ryż biały

6

103

6

0,6

120

Groch

2

304

24

1,8

108

Kapusta

42

490

212

1,9

87

Ziemniaki

3

443

10

0,8

50

Sałata

10

224

37

1,1

33

Marchew

60

290

41

0,7

35

Pomidor

6

297

14

0,5

26

Jabłka

3

144

7

0,5

12

Pomarańcze

2

177

42

0,4

23

Truskawki

2

147

26

1,0

29

Porzeczki czerwone

1

238

29

0,9

27

Porzeczki czarne

1

310

46

1,3

40

Śliwki

2

221

14

0,4

18

Drożdże piekarskie

34

649

28

4,9

605

Wołowina

48-60

325-440

3-4

1,4-4,7 170-217

Wieprzowina

39-80

384-441 2-5,2

1-2,1

197-210

Dorsz

55-84

258-395 20-30 0,4-0,5 140-200

Makrela

82-110 328-425

5-20

0,8-1,4 208-276

Krewetki

40-43

25-35

13-43 0,4-1,6

20-68

Zawartość mikroelementów w roślinach zalezy nie tylko od ich stężenia w środowisku, ale też od właściwości
sorpcyjnych, kwasowości, potencjału oksydacyjno - redukcyjnego gleby. Wpływają na występowanie
pierwiastków w postaci różnych związków chemicznych

Mikroelementy w warzywach i owocach uprawianych w Polsce (mg/kg suchej masy):

Li

Rb Cu Ni

Zn B

Al

Se

Cr

Mo

F Mn Co

Sałata

0,3 14 7

2,5 58 2

73 0,04 0,81 0,07 4 72

0,17

Kapusta

0,5 12 4

0,8 27 14 9

0,06 0,05 0,80 2 21

0,12

Kukurydza 0,1 3

3

0,2 30 2

3

0,09 0,06 0,18 1 4

0,04

Marchew

0,2 -

6

0,6 24 10 8

0,04 0,05 0,04 2 20

0,08

Cebula

0,1 1

5

0,7 27 11 63 0,03 0,03 0,20 3 20

0,05

Fasola

-

51 7

2,6 35 13 -

0,90 0,10 1,50 5 21

0,02

Jabłka

-

50 3

0,3 2

-

7

0,04 0,04 0,07 4 2

0,02

Buraki

0,2 -

6

0,5 37 7

-

0,04 0,05 -

5 75

0,09

Ziemniaki

-

-

5

0,6 18 6

76 0,05 0,04 0,21 2 80

0,10

Pomidory

0,1 -

7

0,5 21 6

20 0,04 0,07 0,82 1 12

0,13

ogórki

0,1 -

-

1,6 25 -

-

0,06 0,30 0,82 -

15

0,25

Średnia zawartość mikroelementów w tkankach mięśniowych (mg/kg)
Pierwiastek Wołowina

Wieprzowina Dorsz

Makrela Krewetka

Miedź

0,5-0,9

0,4-0,7

0,4-19,4

0,7-2,0

0,1-167

Cynk

24-61

14-62

2,8-52,5

5,1-39,3 1,5-66

Bor

0,1-1,4

0,1-0,9

2,6-2,0

0,5-0,8

-

Glin

0,05-1,7

0,03-1,5

0,1-21,8

0,4-17,3 1,4-90,7

Wanad

0,001-0,005 0,001-0,004

0-1,6

0-0,3

0-8,5

Selen

0,02-0,03

0,01-0,03

0,1-1,2

0,2-1,3

0,7-0,8

Chrom

0,1-0,2

0,1-0,2

0,1-0,3

0-0,1

-

Mobibden

0,1-0,4

0,1-0,3

3

0,1-0,5

0,2

Fluor

0,2-1,0

0,2-0,9

0,3-1,6

0,3-1,5

-

Mangan

0,2-0,8

0,6-1,2

0,1-0,5

0,2-0,6

0,1-4,2

Kobalt

0,003

0,001

0-1,2

0,004

0,1-2,8

Nikiel

0,01

0,01

0,005-0,05 0,01-0,3 0-0,1

Zwierzęce tkanki i organy wewnętrzne kumulują różne mikropierwiastki. Najwięcej w nerkach o wątrobie –
wytwarzają specyficzne białka z dużą ilością grup tiolowych – metalotioneinę, która wiąże metale.

Organ lub tkanka

Pierwiastki kumulowane

Wątroba

As, Cd, Pb, Be, Co, Cu, Fe, Mn, Md, Rb, Se, W, Zn

Nerki

Al., As, Cd, Hg, Pb, Bi, Co, Cr, Cu, Mn, Mo, Ni, Se, Sb, W, Zn

Tkanka tłuszczowa V
Mięśnie

Cr, Rb, Se

Mózg

Al., Pb, B, Cu

Serce

V, Cu

Płuca

Al., Ba, Bi, Si, Ti, V

Kości

Al., Cd, Pb, Ba, Be, Cr, F, Mo, Ni, V

Szpik kostny

Fe

Operacje i procesy technologiczne (obieranie, gotowanie, rozmrażanie) powodują straty substancji mineralnych



Podczas obróbki wstępnej surowca roślinnego należy unikać obierania i usuwania zielonych części
zasobnych w magnez, wapń i żelazo



W trakcie produkcji mąki i kaszy – zmniejszenie wartości żywieniowej (podczas przemiału mąki
pszennej jest 50% ogólnej ilości pierwiastków mineralnych ziarna, w tym 90% magnezu i manganu



Blanszowanie i gotowanie – ekstrakcja substancji mineralnych i ich straty w warunkach ok. 30-65%
potasu, 15-70% magnezu i miedzi, 20-40% cynku i innych pierwiastków



Otrzymywanie przetworów mlecznych – straty podczas wytrącenia zawierającego wapń skrzepu
kazeinowego który absorbuje m.in. cynk i miedź



Obróbka konserw – ekstrakcja substancji mineralnych do sosu lub wody



Zamrażanie powoduje straty makro i mikro elementów wywołane wyciekiem.

Wykład 3
Występujące niedobory substancji mineralnych dotyczą głównie wapnia, żelaza i jodu a także często cynku,
magnezu, selenu oraz chromu. Niedobory tylko niektórych można uzupełniać, z uwagi na różnorodną
przyswajalność związków chemicznych, w których wstępują w żywności. Do wzbogacania żywności stosuje się
składniki mineralne pojedynczo lub w mieszaninach (także z witaminami) w następujących postaciach:

Wapń - mleczan, cytrynian, węglan, chlorek, tlenek, wodorotlenek, glukonian i glicerofosforan.
Żelazo – glukonian, mleczan, fumaran, siarczan pirofosforanu i węglanu, cytrynian, peptonian.
Cynk - siarczan, glukonian, mleczan, cytrynian, octan i tlenek (najlepiej przyswajalny jest cynk chelatowany)
Magnez – tlenek, wodorotlenek, ortofosforan, węglan, mleczan, glukonian, cytrynian, glicerofosforan, siarczan,
chlorek.
Selen – kwas selenitowy, selenian sodu.
Chrom – pikolinian, chlorek
Mangan – węglan, chlorek, cytrynian, glukonian, siarczan, glicerofosforan.
Jod – jodek potasu, sodu lub jodan sodu.
Jako suplementy pierwiastków mineralnych stosowane są również produkty pochodzenia organicznego: melasę
i drożdże hodowlane na pożywkach zawierających selen „ drożdże selenowe” lub inne mikroelementy. Nie
istnieje potrzeba wzbogacania żywności w sód, potas, chlor, fosfor i miedź - nie stosuje się również fluoru i
siarki.

Substancje mineralne nie wykorzystywane są często do wzbogacenia żywności – raczej są stosowane w
produkcji różnych suplementów, odżywek i dietetycznych środków spożywczych. Na dużą skalę wprowadzony
jest do soli spożywczej jako jodek potasu (w ilości ok. 25 mg/kg NaCl) jako środek zapobiegający deficytowi jodu
w diecie, co ma szczególne znaczenie w rejonach endemicznego występowania zmian chorobowych tarczycy. Z
innych produktów wzbogacane jest pieczywo i inne przetwory zbożowe, głównie w wapń i żelazo.
Taka „ostrożność” w wzbogacaniu żywności substancjami mineralnymi wynika z ujemnych skutków ubocznych
dla organizmu, spowodowanych ich namiarem w diecie np. nadmierne spożycie soli kuchennej może być
przyczyną nadciśnienia i schorzeń żołądka; nadmiar fosforu powoduje zaburzenia w przemianach wapnia,
nadmiar wapnia z kolei może zakłócać pracę nerek.
Należy również zwrócić uwagę na możliwości oddziaływania jonów metali z innymi składnikami żywności, które
często mają negatywny wpływ na jakość żywności:

 Jony metali dwuwartościowych (wapnia, magnezu czy baru) zmniejszają wodochłonność białek mięsa,

zmniejszają podatność białek na proces koagulacji (termicznej bądź kwasowej) wskutek tworzenia
kompleksów polisacharydowo białkowych, odwrotne zjawisko (zwiększanie wodochłonności białek)
wywołuje obecność chlorku sodu (4-6%).

 Jony metali przejściowych, nawet w śladowych ilościach, katalizują reakcję autooksydacji lipidów.

Największy wpływ mają jony żelaza – chociaż ich aktywność katalityczna jest zbliżona do jonów miedzi,
występują jednak w większej ilości – w postaci soli mineralnych, hemu, cytochromów, ferrytyny,
transferryny czy wielu enzymów. Jony żelaza (II) reagują z nierozłożonym przez katalazę nadtlenkiem
wodoru, wytwarzanym w procesie oddychania komórkowego i innych reakcjach utleniania i redukcji.

Fe

2+

+ H

2

O

2

 Fe

+3

+ OH * + OH (powstanie OH* w reakcji Fentona)

Wolne rodniki powodują łańcuchową reakcję utleniania kwasów tłuszczowych, w szczególności
nienasyconych składników fosfolipidów błon komórkowych.

RH + OH*  R* + H

2

O

R* + O

2

 ROO*

ROO* + RH  ROOH + R*
Fe

+2

+ ROOH  Fe

+3

+ RO* + OH

RO* + RH  ROH + R*

Jony żelaza biorą udział zarówno w procesie inicjacji autooksydacji, jak również podczas jej propagacji.
Jony żelaza (II) ulegają odtworzeniu w reakcji z anionorodnikiem nadtlenkowym.

Fe

+3

+ O

2

-*

 Fe

+2

+ O

2

Powstałe epoksydy lipidowe lub aldehyd di malonowy nie tylko pogarszają jakość żywności poprzez
zmianę barwy i tekstury, ale mają działanie szkodliwe (toksyczne ) i mutagenne. Należy podkreślić, że
wolne rodniki atakują również składniki żywności (białka, kwasy nukleinowe czy ich połączenia
kompleksowe).

 Jony metali przejściowych przyspieszają reakcje nieenzymatycznego brunatnienia, a produkty tego

procesu często powodują pogorszenie smaku i zapachu żywności.

 Jony metali przejściowych przyspieszają również reakcję termicznego rozkładu tlenku tri metyloaminy

z wytworzeniem dimetyloaminy powodującej m.in. kształtowanie się zapachu ryb.

Znajdujące się w żywności składniki mineralne wstępują w postaci soli kwasów zarówno nieorganicznych jak i
organicznych, związków kompleksowych rozpuszczalnych i nierozpuszczalnych. Tak duża różnorodność form ich
występowania i często bardzo mała zawartość niektórych z nich znacznie utrudnia znalezienie uniwersalnych
metod analitycznych do oznaczania ich zawartości w rozmaitych produktach spożywczych.
W badaniach zawartości składników mineralnych w celu kontroli jakości żywności powinno się wybrać metody
oznaczeń zalecane w odpowiednich normach przedmiotowych. Należy tez przestrzegać określonego normami
sposobu i częstotliwości pobierania próbek do badań.
Najczęściej stosowane metody analityczne to:



Spektrofotometria w świetle widzialnym



Emisyjna spektrofotometria płomieniowa



Absorpcyjna spektrofotometria atomowa



Spektrofotometria fluorescencji atomowej lub rentgenowskiej



Spektrografia



Elektrony jonoselektywne

Pierwiastek

Znaczenie dla organizmu

Źródła występowania

Sód

Reguluje ciśnienie osmotyczne , równowagę kwasowo-
zasadową, aktywuje enzymy (np.amylazę)

Sól kuchenna, węglan, fosforan,
mleczan i cytrynian sodu – wędliny,
sery, solone śledzie, mięso, pieczywo

Potas

Reguluje ciśnienie osmotyczne komórek, aktywuje enzymy
(glikozydy), antagonista sodu (4:3)

Warzywa, owoce, orzechy

Wapń

Składnik kości, zębów, istotny w kontrakcji mięśni i aktywności
neuronów, składnik enzymów (α-amylazy i termo lizyny)

Mleko i produkty mleczne, warzywa i
owoce

Magnez

Składnik kości, zębów, aktywator enzymów (m.in.cyklu
Krebsa), czynnik antystresowy, bierze udział w funkcjach
obronnych organizmów. Antagonista wapnia (1:1)

Produkty zbożowe, warzywa, orzechy,
ziarno sojowe, kakao, produkty mleczne

Żelazo

Składnik hemoglobiny i mioglobiny (przenoszenie tlenu),
magazynowany w białkach – ferrytynie i transferrynie, składnik
wielu metaloenzymów (nitrogeneza , oksydazy, hydrogenazy,
reduktazy, dehydrogenazy, deoksygenazy)

Mięso, drożdże, produkty
pełnoziarniste, nasiona roślin
strączkowych, sałata, szpinak, morele,
pietruszka, rzeżucha

Cynk

Oddziaływuje na system immunologiczny, składnik ok. 80
enzymów (anhydroza węglanowa, karboksypeptaza,
dehydrogenazy alkoholowe, dysmutaza ponadtlenkowa,
fosfataza)

Ryby, skorupiaki, mięso, mleko,
przetwory mleczne, ziarno zbóż

Miedź

Bierze udział w tworzeniu czeronych ciałek krwi, wspomaga
wchłanianie żelaza z jelit, składnik metaloprotein i wielu
enzymów (oksydazy, dysmutaza ponadtlenkowa)

Mięso, ryby, zielone warzywa liściaste,
orzechy, nasiona roślin strączkowych,
czarny pieprz

Mangan

Wspomaga odporność organizmu, wpływa na chrzęstniecie
tkanek i metabolizm tłuszczów i węglowodanów, składnik
(oksydaz, karboksylaz)

Orzechy, nasiona roślin straczkowych,
pełnoziarniste produkty, drożdże piwne,
kakao

Kobalt

Składnik witaminy B

12

Orzechy, warzywa, zboże, wątroba

Molibden

Aktywator enzymów

Nasiona roślin strączkowych, zboża,
drożdże, kakao

Chrom

Ser, mięso, orzechy, miód, kakao, czarna

herbata, ziarna

Fosfor

Składnik kości i zębów, we krwi regulator równowagi
kwasowo-zasadowej, składnik w tkankach związków
wysokoenergetycznych

Mięso, ser, orzechy, zboża, drożdże.
Przyswajalność fosforu zmniejsza kwas
fitynowy, glin, żelazo i wapń

Siarka

Składnik wielu białek i hormonów (insulina – przemiany
węglowodanów), heparyny, tkanki łącznej włosów, paznokci i
skóry

Wszystkie produkty zawierające białko

Chlor

Wraz z sodem regulator ciśnienia osmotycznego, składnik
płynu gastrycznego

Sól kuchenna (sery, wyroby
wędliniarskie i rybne, mięso i pieczywo)

Fluor

Składnik kości i zębów

Mięso, ryby, mleko, nasiona strączkowe,
warzywa, woda mineralna, czarna
herbata

Jod

Składnik hormonów tarczycy

Ryby morskie, małże, krewetki, niektóre
warzywa

Krzem

Elastyczność i odporność tkanek i mięsni

Ziarno zbóż, owoce i warzywa

Składnik enzymów biorących udział w procesie odtruwania
organizmu z metali ciężkich, antyoksydant

Ryby, mięso, ziarno sojowe i zboża,
woda pitna.

Rola wapnia w żywności pochodzenia roślinnego polega na wiązaniu poszczególnych komórek w tkankach
roślinnych poprzez wytwarzanie nierozpuszczalnego pektynianiu wapnia. Przemiana protopektyny w
rozpuszczalną pektynę wiąże się ze zmianą tekstury tkanki – tkanka mięknie i nabiera nieprzyjemnych cech
„mączystości”. Taki proces zachodzi w trakcie przejrzewania owoców

70% żelaza występującego w organizmie człowieka zawarte jest w hemoglobinie i mioglobinie. Enzymy
zawierają 0,7% ogólnej ilości żelaza, a pozostała ilość jest magazynowana w białkach – transferynie i ferrytynie.
Żelazo jest centrum aktywnym cząsteczek uczestniczącym w przenoszeniu tlenu i elektronów (w procesach
redox), jest składnikiem metaloenzymów np. nitrogenezy, oksydazy, hydrogenazy, reduktazy, dehydrogenazy,
de oksydazy. Wiele produktów zawiera żelazo – mięso i produkty mięsne, jaja (zwłaszcza żółtko), a z produktów
roślinnych szpinak, którego rola jako źródła żelaza jest zacznie przejaskrawiona, W ocenie należy bowiem brać
pod uwagę nie bezwzględną zawartość żelaza, a jego przyswajalność, która jest determinowana formą, w jakiej
żelazo występuje. Najlepiej jest przyswajalne żelazo występujące w formie hemowej, a w takiej występuje w
produktach pochodzenia zwierzęcego, z wchłaniany w ok.20 %. Żelazo z produktów roślinnych
jest wchłaniane

Niedobór żelaza jest jednym z najczęściej występujących problemów zdrowotnych, zwłaszcza w krajach
rozwijających się, w których 2/3 kobiet i dzieci cierpi na niedobór żelaza. W Europie i w USA 10-20% kobiet w
wieku rozrodczym cierpi na niedokrwistość. Z kolei nadmiar żelaza w diecie może być szkodliwy, z uwagi na
powstawanie nierozpuszczalnych fosforanów żelaza, co prowadzi do deficytu fosforanu w organizmie.

Jod u zwierząt wyższych gromadzi się w gruczole tarczycowym – substancją czynną jest tyroksyna
(tetrajodotyronina) i trijodotyronina. Hormony te odgrywają ważną rolę – aktywują enzymy łańcucha
oddechowego, stymulują wzrost młodych organizmów. Niedobór jodu wywołuje karłowatość młodych
zwierząt, a u ludzi powoduje kretynizm, może tez być powodem utraty słuchu. Powstające wole można
skutecznie leczyć solą jodową. Nadmiar hormonów tarczycy powoduje rozkojarzenie fosforylacji oksydacyjnej.
Bardzo dużo jodu występuje w niektórych wodorostach morskich – prawdopodobnie jest to genetyczna
adaptacja z tych epok, gdy zbiorniki wodne były zasobne w ten pierwiastek.

Wykład 4
Węglowodany (cukrowce, sacharydy) z punktu widzenia budowy chemicznej to polihydroksyaldehydy (aldozy)
lub polihydroksyketony (ketozy). Ich funkcja w organizmach to:

 Źródło energii
 Substancje zapasowe
 Substancje podporowe
 Substancje budulcowe
 Hydrokoloidy utrzymujące wodę w tkankach.

Sacharydy są najbardziej rozpowszechnionymi naturalnymi związkami organicznymi na ziemi. Występują w
organizmach roślinnych i zwierzęcych, ale wytwarzane są przez rosliny w postaci fotosyntezy. W zielonych

częściach roslin (chlorofile i barwniki pomocnicze – karotenoidy) pod wpływem światła powstają z dwutlenku
węgla i wody:

6 CO

2

+ 12H

2

O  Światło ; chlorofil  C

6

H

12

O

6

+6O

2

+ 6H

2

O

W roślinach, a więc i w żywności pochodzenia roślinnego węglowodany stanowią dominujący składnik zarówno
pod względem ilości występowania, jak i różnorodności form, w których są spotykane. Mleko stanowi jedyne
znaczące źródło węglowodanów pochodzenia zwierzęcego.

Podział węglowodanów uzależniony jest od przyjętego kryterium. I tak:

 Ze względu na obecnaość grupy funkcyjnej (oprócz hydroksylowych)

o Aldozy (grupa aldehydowa –CHO)
o Ketozy (grupa ketonowa, karbonylowa –C=O)

 Ze względu na podatność na utlenienie

o Posiadające właściwości redukcyjne (grupa aldehydowa w formie hemiacetalowej)
o Nie posiadające właściwości redukcyjnych (grupa ketonowa, lub aldehydowa biorąca udział w

wiązaniu O-glikozydowym)

 Ze względu na wielkość cząsteczki

o Cukry proste (monosacharydy)

 Triozy
 Tetrozy
 Pentozy
 Heksozy
 Heptozy

o Disacharydy – złożone z dwóch jednostek cukrów prostych
o Oligosacharydy – złożone z 3-10 jednostek cukrowych
o Polisacharydy – złożone z wielu (powyżej 10) jednostek cukrowych

Wielocukry mogą być polikondensatami tego samego cukru prostego (skrobia – α-glukoza, celuloza-β-glukoza);
różnych jednostek cukrowych (galaktazy – glukoza, ksyloza, arabinoza, galaktoza); hetero polisacharydy
zawierające obok różnych jednostek cukrowych inne związki (hemicelulozy – kwas glukuronowy, pektyny –
kwas galakturonowy, ligniny – zbudowane z alkoholi fenylopropenowych)

W organizmach roślinnych węglowodory spełniają różne funkcje:

 Stanowią źródło energii
 Występują jako substancje zapasowe i podporowe
 Hydrokoloidy zatrzymują wode w tkankach

W technologii żywności struktura i skład sacharydów występujących w surowcach pochodzenia roślinnego
wpływa na:

 Smak
 Właściwości teksturowe
 Właściwości reologiczne
 Wartość żywieniową produktu

Monosacharydy:
Najprostrze triozy w organizmach to aldehyd glicerynowy i dihydroksyaceton. Oba związki są w organizmach
metabolitami w ciągu glikoli tycznym i fermentacji etanolowej. Znaczenie biologiczne mają również dwie triozy
– erytoza i erytruloza.
Pentozy – D-ryboza i D-dezoksyryboza to składniki kwasów nukleinowych (RNA i DNA).
D-ksyloza, zwana cukrem drzewnym, występuje w postaci ksylanów w zdrewniałych tkankach roślinnych – w
drewnie ale także w słomie zbóż.

Arabinoza jest jednym z nielicznych cukrów występujących w przyrodzie w konfiguracji L. W stanie wolnym
wystepuje w drewnie roślin iglastych, w stanie związanym jest składnikiem gum i hemiceluloz, składnikiem
lektyny ziemniaka (glikoproteina), jest jedynym składnikiem ścian komórkowych występującym w postaci
pierścienia furanozowego.

Najważniejszą heksozą wszystkich żywych organizmów i bardzo istotnym składnikiem wielu artykułów
żywnościowych jest glukoza, dawniej zwana dekstrozą lub cukrem gronowym (stanowi ok. 20 % świeżej masy
winogron).
Występuje powszechnie w owocach i warzywach, stanowiąc formę zapasową rozpuszczoną w wakuoli
centralnej.
Na skalę techniczną glukozę otrzymuje się ze skrobi w procesie hydrolizy chemicznej lub enzymatycznej.
Zastosowanie glukozy:

 Przemysł piekarski
 Przemysł cukierniczy
 Przemysł farmaceutyczny
 W produkcji napojów – dla pacjentów po operacjach; z małą zawartością soli mineralnych dla osób

będących na diecie; z dużą zawartością soli mineralnych dla sportowców (zapobiega strato energii)

Po zastąpieniu w diecie sacharozy syropem glukozowym zaobserwowano spadek cholesterolu w plazmie.

Fruktoza – występuje w owocach, miodach, jest składnikiem sacharozy i insuliny (bulwy topinamburu).
Fruktoza ma duże znaczenie w technologii żywności, jest lepiej rozpuszczalna w wodzie od sacharozy czy
glukozy. Podczas pieczenia ulega łatwiej rozkładowi niż glukoza i szybciej wchodzi w ciąg reakcji Maillarda, która
powoduje atrakcyjne zabarwienie pieczywa. Fruktoza ma właściwości silnie higroskopijne – zapobiega
wysuszaniu wyrobów cukierniczych i piekarskich, przedłużając tym samym okres ich składowania. Fruktoza jest
intensywnie słodka – dodana do napoi obniza wartość energetyczną. Fruktoza trudniej krystalizuje i dlatego
nadaje gładszą teksturę lodom.

Miody – to mieszanina wodna substancji organicznych i nieorganicznych. Średnia zawartość wody – 17,4%
(miód wrzosowy 23%). Sucha masa miodu to mieszanina fruktozy i glukozy 70-80% (w miodach spadziowych
60-65%), przy czym wyższa jest zawartość fruktozy. Poziom sacharozy – 3%, przy czym w miodach i nektarach
do 10%
Miody spadziowe mogą zawierać znaczne ilości (5-38%) tri sacharydu – melezytizy – (α-D-glukopiranozylo-1,3-
β-D-fruktozopiranozylo-2,1-D-glukopiranozyd).

Występowanie monosacharydów w żywności:
L-arabinoza

Gumy roślinne, hemicelulozy, saponiny, protopektyna

D-ksyolza

Ksylany, hemicelulozy, gumy roślinne, saponiny, glikozydy

D-liksosa

Kwasy nukleinowe drożdży

D-ryboza

Kwas rybonukleinowy

D-apioza

Pietruszka, nasiona selerów

L-fukoza

Mleko kobiece, algi, śluzy i gumy roślinne

D-galaktoza

Oligo- i polisacharydy, śluzy i gumy roślinne, glikozydy, saponiny

D-glukoza

Składnik organizmów roślinnych i zwierzęcych

D-mannoza

Glony, śluzy roślinne, pomarańcze

L-ramnoza

Śluzy i gumy roślinne, glikozydy, pektyny, saponiny

D-fruktoza

Owoce, miód

L-sorboza

Jarzębina

D-manno-2-heptuloza

Owoce awokado

Występowanie disacharydów w żywności:
Celobioza (2 cz. Β-D-glukozy 14)

Celuloza-rośliny

Kojibioza (2 cz. Α-D-glukozy 12)

Miód

Laktoza (β-D-galaktoza 14 D-glukoza)

Mleko

Laminaribioza (β-D-glukoza 13 D-glukoza)

Miód

Maltoza (2 cz. α-D-glukozy 14)

Skrobia, buraki cukrowe, miód

Melibioza (α-D-galaktoza 16 D-glukoza)

Ziarno kakaowe

Nigeroza (α-D-glukoza 13 D-glukoza)

Miód, piwo

Sacharoza (β-D-fruktoza 21 α-D-glukoza)

Burak cukrowy, trzcina cukrowa,
karmel

Trehaloza (2 cz. α-D-glukozy 11)

Sporysz, młode grzyby

Turanoza (α-D-glukoza 13 D-fruktoza)

miód

Występowanie oligosacharydów w żywności:
Erloza (α-D-glukoza 14 α-D- glukoza β-D-fruktoza)

Miód

Gencjanoza (β-D-glukoza 16 α-D-glukoza 12 β-D-
fruktoza)

Kłącza goryczki

Gentoza (α-D-glukoza 14 α-D-glukoza 12 D-
glukoza)

Miód

Likotrioza (α-D-glukoza 16 α-D-glukoza 16 α-D-
galaktoza)

Pomidory

Melezytoza (α-D-glukoza 13 β-D-fruktoza 21 α-
D-glukoza)

Kasza manna, nektar kwiatowy, miód

Rafinoza (α-D-galaktoza 16 α-D-glukoza 12 β-D-
fruktoza)

Buraki cukrowe, trzcina cukrowa

Umbelliferoza (α-D-galaktoza 12 α-D-glukoza 12
β-D-fruktoza)

Korzenie blaszkowatych

Stachioza (α-D-galaktoza 16 α-D-galaktoza 16 α-
D-glukoza 12 β-D-fruktoza)

Karczochy, nasiona roślin strączkowych

Izomaltopentoza (α-D-glukoza 16 [α-D-glukoza]

3

α-

D-glukoza)

Miód

Surowce zawierające sacharozę (buraki, trzcina cukrowa, sorgo cukrowe) stanowią surowiec w produkcji cukru.
Sacharoza wykorzystywana jest do osmoaktywnego utrwalania różnych artykułów żywnościowych o
pożądanym słodkim smaku (marmolady, dżemy, konfitury), jako wypełnienie w wyrobach czekoladowych,
ciastkach czy cukierkach.
Laktoza – występuje w mleku ssaków, jej hydrolizę katalizuje β-galaktozydaza. Brak tego enzymu powoduje
nietolerancję mleka przez organizm. Tetrasacharydy i tri sacharydy (stachioza i rafinoza) występują w nasionach
soi, soczewicy czy grochu są gazo twórcze – powodują wzdęcia i dlatego zaliczane są do związków przeciw
żywieniowych.

Głównym źródłem mono- i oligosacharydów w żywności są owoce i warzywa zarówno surowe jak i
przetworzone. W trakcie procesów technologicznych podlegają różnym przemianom zachodzącym pod
wpływem temperatury, zmian kwasowości środowiska, obecnością innych związków chemicznych.
W trakcie przechowywania w surowcach roślinnych zachodzą również przemiany samorzutne, z których
najważniejszy to proces oddychania (respiracji).

Wykład 5

Oddychanie w świeżo zebranych owocach przebiega szybciej niż w przechowywanych przez dłuższy czas.
Oddychanie w warunkach tlenowych powoduje mniejsze straty sacharydów niż oddychanie w warunkach
beztlenowych, ponieważ w tych warunkach cukry zużywane są jako substraty procesu. Przedłużające się
oddychanie beztlenowe może prowadzić do daleko idących zmian biologicznych tkanki z uwagi na toksyczne
oddziaływanie końcowych produktów rozpadu – etanolu i kwasu mlekowego. Proces oddychania jest również
ściśle uzależniony od temperatury – podlega zazwyczaj regule Vant Hoffa. Dla większości płodów 0

O

C to

najkorzystniejsza temperatura przechowywania (wyjątek banany dla których najlepsza temperatura to 14-16

O

C,

gdyż w innych temperaturach następuje zbyt intensywna przemiana skrobi w oligosacharydy i cukry proste).
Podobne zjawisko zachodzi podczas przechowywania ziemniaków w temperaturze 0

O

C (słodowanie bulw).

Podczas dojrzewania owoców substancje pektynowe ulegają degradacji – polisacharydy przechodzą w mono- i
oligosacharydy, co powoduje intensyfikację smaku słodkiego. Wzmacnia się oddychanie owoców i ilość
wydzielonego CO

2

może wzrosnąć o 150-250%. Zjawisko to nosi nazwę klimakterium (wzrost klimakteryczny,

klimakteryka).

Z tego punktu widzenia owoce możemy podzielić na dwie grupy :

 Wykazujące klimakterykę – jabłka, morele, awokado, banany, mango, papaja, brzoskwinie, gruszki,

śliwki, pomidory.

 Nie wykazujące klimakteryki – wiśnie, ogórki, figi, winogrona, pomarańcze, grapefruity, melony,

ananasy, truskawki.

Bardzo niskie temperatury przechowywania (ok. -18

O

C i niższe) zapobiegają zmianom chemicznym i

biochemicznym, niemniej jednak niektóre procesy katalizowane przez enzymy (np. hydroliza cukrów)
przebiegają nadal, co potęguje słodki smak.

Właściwości chemiczne:

 Redukcja do alkoholi (elektrochemicznie, katalityczne uwodornienie, metody chemiczne) – powstają

alditole – alkohole wielowodorotlenowe.

W wyniku redukcji ketoz powstają dwa alditole (z D-fruktozy – D-glucitol i D-mannitol). Glucitol, mannitol i
ksylitol stosowane są jako substraty sacharozy w produkcji żywności dietetycznej, oraz jako czynniki
zapobiegające krystalizacji i polepszające właściwości rehydratacyjne suszonych produktów. Ksylitol ma
właściwości słodzące zbliżone do sacharozy, a nie ulega fermentacji – stosowany jest do produkcji cukierków,
dżemów niskokalorycznych, gumy do żucia. Wyroby te są szczególnie zalecane dla dzieci, gdyż nie powodują
próchnicy.

 Utlenianie – w środowisku obojętnym lub słabo zasadowym powstają laktony – glukono-δ-lakton,

który jest stosowany jako dodatek do proszków do pieczenia, surowych, fermentowanych kiełbas,
produktów mleczarskich – do wyrobów gdzie korzystne jest stopniowe uwalnianie kwasów.
Enzymatyczne (oksydaza glukozowa) utlenianie cukrów do glukono-δ-laktonu prowadzone jest w celu
zmniejszenia zawartości tlenu, który powoduje niepożądane zmiany barwy i smaku soków owocowych
czy piwa.

Otrzymywanie aldehydów (grupa karboksylowa przy szóstym węglu) prowadzi do otrzymania kwasów
uronowych, które są związkami rozpowszechnionymi w przyrodzie – w produktach roślinnych występują jako
składniki substancji żelujących – pektyn i slginianów.
Utlenianie silnymi utleniaczami prowadzi do powstania kwasów dikarboksylowych.

 Reakcje grupy hydroksylowej:

o Grupy hydroksylowe sacharydów mogą tworzyć wewnątrz cząsteczkowe i między

cząsteczkowe wiązania wodorowe stabilizujące struktury przestrzenne oligo- i
polisacharydów.

o Z grupą karboksylową kwasów – estry:

 Oktaoctan sacharozy czynnik nadający goryczkę napojom (otrzymywany w reakcji

acetylowania – działanie bezwodnikiem kwasu octowego)

 Octan celulozy jako dodatek do napojów
 Estry sacharozy i kwasów tłuszczowych – emulgatory i niskokaloryczne substytuty

tłuszczów

 Estry glukozy i kwasu galusowego występują w roślinach jako taniny

 Proste estry cukrów są na ogół nietrwale – np. wicjanina (6-bezoilo-β-D-

glukopiranoza) występująca w owocach żurawiny w czasie ogrzewania czy
składowania ulega hydrolizie. Uwolniony kwas benzoesowy działa antyseptycznie.

o Z grupa hydroksylową – etery

Kompleksy sacharozy, glukozy i laktozy z żelazem (II) są wykorzystywane w lecznictwie jako preparaty
zawierające łatwo przyswajalne żelazo.

 Reakcje w środowisku kwaśnym:

o Hydroliza oligo- i polisacharydów (inwersja)
o Rewersja – łączenie się powstałych monosacharydów (główne produkty – izomaltoza i

gencjobioza)

o Dehydratacja – ogrzewanie w słabo kwaśnym środowisku, szczególnie ketoz, daje reduktory

(kilka grup karbonylowych), które w żywności działają jako antyoksydanty; w wysokiej
temperaturze powstają anhydrocukry.

 Reakcje w wysokiej temperaturze – sacharoza ulega karmelizacji – dehydratacja prowadzi do

powstania bezbarwnego izosacharanu, który pod wpływem temperatury przechodzi w brutalne formy
spolimeryzowane.

O

O

O

O

OH

OH

izosacharan

 Reakcje w roztworach alkalicznych – główne procesy to izomeryzacja i enolizacja. W obecności tlenu

czy innych czynników utleniających wiązanie endiolowe ulega rozerwaniu – powstają kwasy lub
hydroksykwasy i dodatkowo lotne związki, kształtujące aromat.

 Reakcje grupy karbonylowej z grupą aminową – reakcje Maillarda, nieenzymatyczne brunatnienie.

Bezpośrednia reakcja grupy karbonylowej lub hemiacetalowej cukrów z grupą aminową
aminokwasów, peptydów lub innych związków. Przebiega ona w wielu, złożonych etapach. Pierwszymi
produktami są niskocząsteczkowe związki heterocykliczne (m.in.furany, furanony, piranony, furazony,
pirazyny, pirydyny, pirole) to bezbarwne substancje, ale nadające aromat. Związki te ulegają
wzajemnym interakcjom (reakcje kondensacji, polimeryzacji) i w efekcie powstają brunatne substancje
o masie powyżej 300 D.

Etapy procesu:
- przyłączenie pierwszorzędowej grupy aminowej do grupy karbonylowej, następnie eliminacja wody i
utworzenie przejściowej formy iminy, która to forma ulega cyklizacji do glukozaminy – N-glikozydu (N-glikozydy
są formami szeroko rozpowszechnionymi w organizmach żywych – w żywności powstają jako pierwszy produkt
reakcji aminokwasów z cukrami, szczególnie w podwyższonej temperaturze.

H

C

O

C

H

OH

C

C

C

CH

2

OH

OH

OH

H

HO

H

H

D

-

glukoza

+

H

2

N

R

1

C

C

C

C

C

CH

2

OH

NH

R

1

H

OH

H

OH

OH

OH

H

HO

H

H

H

2

O

H

2

O

C

C

C

C

C

CH

2

OH

H

N

H

HO

H

H

OH

OH

H

OH

R

1

CH

2

OH

O

HO

OH

OH

NH

R

1

Glukozyloamina

- powstanie 1-amino-1-deoksyketoz (przegrupowanie Amadori) oraz 2-amino-2-deoksyaldoz (przegrupowanie
Heynsa)

Przegrupowanie aldozyloamin (reakcja Amadori):

C

C

C

H

NH

OH

H

HO

H

R

C

C

H

C

NH

H

HO

O

R

H

C

C

H

H

NH

R

O

C

HO

H

1-amino-1-deoksyketoza

Przegrupowanie ketozyloamin (reakcja Heynesa):

H

C

C

C

H

NH

R

OH

H

HO

C

C

C

H

H

HO

NH

R

O

H

C

C

C

H

NH

R

O

H

H

HO

2-amino-2-deoksyaldoza

- w wysokich temperaturach możliwość reakcji Steckera – reakcja aminokwasów ze związkami α-
dikarbonylowymi której produktami są:
α-aminoketon (prekursor pirazyn) Az aminokwasu – aldehyd

C

C

O

O

H

3

C

H

3

C

C

C

H

H

COOH

CH

3

H

3

C

H

2

N

-CO

2

C

C

O

H

3

C

H

3

C

NH

2

H

(CH

3

)

2

CH

CHO

C

CH

O

NH

2

H

3

C

H

3

C

CH

C

CH

3

H

2

N

O

CH

3

O

2

H

2

O

-

N

N

H

3

C

H

3

C

CH

3

CH

3

diacetyl

walina

tetrametylopirazyna

Reakcja Streckera i dalsze przemiany aminoketonów do pirazyny:

- powstawanie pięcio- lub sześciowęglowych, bezbarwnych związków heterocyklicznych (furany, furanony,
piranony, pirazyny, pirole, pirydyny), które nadają aromat

O

CHO

O

CH

3

O

O

CH

3

O

OH

O

O

OH

CH

3

O

OH

H

3

C

H

2

C

H

3

C

O

O

H

3

C

O

O

O

H

3

C

N

N

R

O

R

O

H

H

furfural

2-acetylfuran

isomaltol

maltol

"Maggi lactone"



-angelicalactone



-angelicalactone

2,5-dixopiperazines

- polimeryzacja, polikondensacja związków heterocyklicznych – brunatne produkty.

Uproszczony schemat
reakcji Maillarda

H

C

C

C

C

C

CH

2

OH

OH

OH

H

O

NH

H

HO

H

H

NH

2

C

C

C

C

C

CH

2

OH

H

H

H

H

O

O

H

OH

OH

H

2

C

C

C

C

C

CH

2

OH

OH

H

H

H

O

O

OH

CH

2

C

C

C

C

CH

2

OH

OH

OH

O

O

H

H

H

O

CHO

HO

N

CHO

HO

R

N

O

-

R

HO

+

O

CH

2

OH

O

N

R

CH

2

OH

O

N

R

O

-

CH

2

OH

+

O

OH

CH

3

HO

H

3

C

O

O

O

OH

CH

3

HO

OH

CH

3

OH

HO

O

Zwiazki heterocykliczne

Przebieg reakcji Maillarda uzależniony jest od:

 Składu produktu (struktura i stężenie wolnych aminokwasów i cukrów redukujących – szybkość reakcji

jest wprost proporcjonalna do odległości grupy aminowej od karboksylowej w aminokwasach;
natomiast pentozy łatwiej podlegają reakcjom niż heksozy)

 Wilgotności (najszybciej procesy przebiegają przy zawartości wody ok. 30%, a więc w produktach

suszonych czy zagęszczonych reakcje przebiegają szybko)

 Temperatura – wzrost temperatury o 10

O

C przyśpiesza ciemnienie 2-3 krotnie, a czasem nawet 3-4

krotnie

 Wzrost pH również sprzyja zwiększaniu szybkości ciemnienia. Reakcja jest powolna w środowisku,

którego pH jest poniżej 5-6 i szybko rośnie wraz ze wzrostem pH. W środowisku zasadowym
brunatnienie przebiega poprzez azotowe związki pośrednie.

Najlepszą metodą zapobiegania nieenzymatycznemu ciemnieniu jest wymrażanie produktów.

Reakcje Maillarda mają duży wpływ na cechy sensoryczne żywności:

 Ujemnym skutkiem jest obwiązanie wartości żywieniowej białek poprzez blokowanie aminokwasów,

głównie lizyny (produkty zbożowe – podczas wypieku chleba zostaje związane 10-15% lizyny, podczas
czerstwienia dalsze 5%, a przy przygotowaniu tostów następują dalsze straty o 5-10%). Natomiast w
sokach owocowych reakcja Maillarda powoduje głównie straty witaminy C.

 Dodatnim – kształtowanie odpowiedniej barwy i aromatu środka spożywczego (pieczywo,

przyrządzanie tostów, prażenie ziarna kakaowego i orzechów ziemnych, wyrób płatków

śniadaniowych, biszkoptów obróbka termiczna herbaty, przygotowanie słodów przy wyrobie whisky
itp.) oraz właściwości antyoksydacyjnr produktów reakcji.

Wykład 6

Polisacharydy:

Polisacharydy stanowią bardzo ważną grupę składników zywności, gdyż ich zawartość i właściwości w dużym
stopniu decydują o wartości i przydatności surowców pochodzenia roślinnego. Przyczyny zróżnicowania
właściwości polisacharydów to:



Różny skład monosacharydów stanowiących ich podstawowe jednostki strukturalne.



Różna kolejność wiązania cukrów w hetero polisacharydach



Różny typ wiązań łączących cząsteczki monosacharydów w łańcuchy



Możliwość występowania niesacharydowych podstawników



Różna struktura przestrzenna cząsteczek

Z żywieniowego punktu widzenia polisacharydy dzielimy na:



Przyswajalne (trawione przez człowieka) – skrobia



Nieprzyswajalne (nietrawione przez człowieka) – kompleks składników roślinnych ścian komórkowych:
celuloza, hemicelulozy, ligniny, pektyny. Ta pozostałość ścian komórek roślinnych, opornych na
hydrolizę enzymatyczną w przewodzie pokarmowym człowieka nosi nazwę błonnika pokarmowego w
odniesieniu do diety człowieka. Nazywana również błonnikiem czy włóknem surowym.

Występowanie polisacharydów w żywności:

Skrobia – amyloza + amylopektyna (α-D-glukoza 14 α-D-glukoza)

n

(α-D-glukoza

16 α-D-glukoza)

n

Ziemniaki, ziarniaki zbóż

Celuloza (β-D-glukoza 14 β-D-glukoza 16)

n

Składnik roślin

Glikogen (α-D-glikoza 14 α-D-glukoza)

n

(α-D-glukoza 16 α-D-glukoza)

n

Wątroba, mięśnie

Insulina (β-D-fruktoza 12 β-D-fruktoza)

n

Topinambur, cykoria

Pektyny (kwas α-D-galakturonowy 14 kwas α-D-galakturonowy zestryfikowany
metanolem; L-ramnoza, galaktoza, arabinoza, ksyloza)

Ściana komórkowa roślin, owoce
(jabłka, cytrusy)

Alginiany (kwas β-D-mannurowy 14 kwas α-L-guluronowy)

n

Brunatne glony

Agar – agaroza (agarobioza – (β-D-galaktoza 14 3,6-anhydro- α-L-galaktoza) 13
agarobioza) + agaropektyna (β-D-galaktoza 13 β-D-galaktoza); kwas
galakturonowy, pirogronowy, siarkowy

Czerwone glony rhydopyceae
(krasnorosty)

Karageny, furcelan – polisacharydy analogiczne do agaru

Glony, wodorosty

Gumy roślinne: arabska (L-arabinoza, L-ramnnoza, D-galaktoza, kwas glukuronowy);
tragakanowa (kwas galakturonowy, D-galaktoza, D-ksyloza, L-fukoza, L-arabinoza

Drzewa (arabska – akacja)

Skrobia
Skrobia zbudowana jest z amylozy (30%) – α-D-glukopiranozy połączonej wiązaniami 1-4 glikozydowymi i
amylopektyny – rozgałęzionej z dodatkowymi wiązaniami 1-6 glikozydowymi.
Główne źródła skrobi to:



Ziarna zbóż (w tym kukurydza i ryż)



Ziemniaki

W produktach naturalnych skrobia wystepuje w formie ziaren o wielkości i kształcie charakterystycznym dla
surowca, z którego pochodzi.

Właściwości:
Ziarna skrobi są nierozpuszczalne w zimniej wodzie, w gorącej wodzie pęcznieją, a powyżej pewnej
temperatury, innej dla każdego gatunki skrobi, zwaną temperaturą kiełkowania, otoczka ich pęka. Struktura
ulega wówczas nieodwracalnemu zniszczeniu, a lepkość roztworu wzrasta.
Skrobia skleikowana ulega retrogradacji. Zjawisko to polega na wytworzeniu pomiędzy sąsiednimi cząsteczkami
amylozy mostków wodorowych i powstaniu krystalicznej struktury, opornej na działanie enzymów.

Właściwości chemiczne skrobi można podzielić na dwie grupy:



Właściwości wynikające z jej budowy wielkocząsteczkowej



Właściwości jej monomeru – cząsteczek D-glukopiranozy (analogiczne jak glukozy)

Właściwości skrobi wielkocząsteczkowej to reakcje, którym ulegają wiązania glikozydowe – hydroliza, która
może być prowadzona przy pomocy:



Enzymów



Kwasów

Enzymatyczna hydroliza skrobi przy doborze odpowiednich preparatów i warunków procesu jest selektywna i
umozliwia otrzymanie syropów skrobiowych czy maltodekstryn o różnych właściwościach. Najczściej stosowane
enzymy to:



α-amylaza – przyspiesza hydrolizę wiązań α-1-4 glikozydowych wewnątrz łańcucha.



β-amylaza – przyspiesza hydrolizę co drugiego wiązania 1-4 od nieredukującego końca cząstki –
odszczepia maltozę.



Glukoamylaza – przyspiesza hydrolizę wiązania 1-4 od nieredukującego końca (odszczepia glukozę), a
także hydrolizuje wiązania 1-6 glikozydowe



Pullunalaza – przyspiesza hydrolizę wiązania 1-6 glikozydowego.

Przebieg procesu hydrolizy kwasowej zależy od rodzaju i stężenia kwasu, temperatury, czasu działania oraz
rodzaju skrobi.
Podczas kwasowej hydrolizy skrobi zachodzą reakcje towarzyszące:



Rozkład glukozy do 5-hydroksymetylofurfuralu i następnie kwasu lewulinowego i mrówkowego.



Glukoza w obecności aminokwasów ulega reakcji Maillarda dając barwne produkty.



W środowisku kwaśnym glukoza ulega rewersji – kondensuje z powrotem do oligosacharydów
(izomaltozy, gencjobiozy, celobiozy, rafinozy, trehalozy)które nie ulegają fermentacji. Ich obecność w
hydrolizatach skrobiowych jest niepożądana, gdyż obniżają one wydajność glukozy

W czasie składowania ziemniaków następuje hydroliza zawartej w nich skrobi, proces przebiega najszybciej w
temp. 0

O

C.

W owocach podczas przechowywania zawartość skrobi maleje, w warzywach rośnie.

Reakcje podczas kwasowej hydrolizy skrobi:

Skrobia

hydroliza

hydroksymetylofurfural

kwas
lewulinowy

kwas
mrówkowy

Produkty rewersji - oligosacharydy:
izomaltoza, gencjonioza, celobioza,
saforoza, trehaloza

rewersja

hydroliza

glukoza

Modyfikacja skrobi:
Skrobię można modyfikować poprzez:



Modyfikację chemiczną bez degradacji, która polega na podstawieniu w grupach hydroksylowych bez
rozerwania pierścieni piranozowych – pozwala to na obniżenie temperatury kleikowania, zmniejsza
tendencję do retro generacji, zwiększa zdolność pęcznienia.



Modyfikacja z degradacją – rozerwanie pierścienia, podstawienie innych grup funkcyjnych. Tego typu
modyfikacja powoduje zmianę właściwości zarówno fizycznych, jak i chemicznych.
Przykładem modyfikacji z degradacją pierścienia jest utlenianie skrobi.

C

O

H

O

R

1

OH

OH

R

2

1/2 O

2

C

O

OH

O

OH

R

1

OH

R

2

CH

2

OH

O

R

2

OH

OH

R

1

H

2

O

-

+ 1/2 O

2

+ O

2

- H

2

O

+ H

2

O + 1/2 O

2

- R

2

H

C

CH

2

OH

H

OH

C

O

OH

OH

OH

R

1

+ 1/2 O

2

- H

2

O

CH

2

OH

O

C

C

H

H

O

O

R

2

R

1

+ O

2

CH

2

OH

O

C

C

OH OH

O

O

R

1

R

2

skrobia

Schemat reakcji utleniania skrobi:



Innym sposobem modyfikowania skrobi jest proces sieciowania międzycząsteczkowego kwasem
adypinowym lub gliceryną. Tego typu modyfikacje poprawiają stabilność żeli i znacznie zwiększają ich
lepkość.

Duże znaczenie praktyczne mają estry skrobi:



Kwasu octowego i propionowego – pochodne karboksymetylowe i hydroksypropylenowe
wykorzystywane są jako zagęstniki i stabilizatory



Estry kwasu fosforowego i skrobi ziemniaczanej mają właściwości słabego kationity

Wpływ temperatury na skrobię:
Ogrzewanie skrobi w stanie suchym powoduje w niej nieodwracalne przemiany zwane dekstrynacją. Otrzymane
produkty noszą nazwę dekstryn, czasami dekstryn technicznych ( nie należy ich utożsamiać z dekstrynami
chemicznymi powstającymi w procesie hydrolizy kwasowej czy enzymatycznej) są rozpuszczalne w zimnej
wodzie, a lepkość ich roztworów wodnych jest wyższa. Ogrzewanie skrobi do temperatury do 200

O

C prowadzi

do depolimeryzacji jej cząsteczki i powstawania odpornych na rozkład wiązań β-1-6 glikozydowych.
Powstaje także i szereg innych substancji: kwas i aldehyd
kwas i aldehyd

Na skalę techniczną skrobia jest otrzymywana przez wymywanie wodą ziaren skrobiowych z rozdrobnionego
surowca (ziemniaki lub zboże). Po oddzieleniu tzw. wycierki otrzymywane jest mleczko krochmalowe, które po
rafinacji i odwodnieniu podawane jest suszeniu:
- do wilgotności 20 % w skrobi ziemniaczanej
- do wilgotności 12 % w skrobi pszennej
Końcowym produktem jest krochmal (mąka ziemniaczana, skrobia ziemniaczana).

Cyklodekstryny
Produkowane są w trakcie enzymatycznej degradacji skrobi przez takie bakterie jak: Bacillus macerans, czy
Klebsiella pneumoniae. Po raz pierwszy wyizolowane zostały w 1891 roku przez Villiersa. Ich inne spotykane
nazwy to cykloglukopiranozy, który po raz pierwszy dokonał pełnej ich charakterystyki w 1904 roku.

Wewnętrzne zagłębienie zawiera dwa pierścienie grup C-H, pomiędzy którymi znajduje się pierścień tlenów
glukopiranozowych. Powierzchnia cyklodekstryn jest w zasadzie hydrofilowa (dzięki skierowanym na zewnątrz
pierścienia pierwszorzędowym grupom hydroksylowym przy węglu C-6) i dlatego są one rozpuszczalne w
wodzie. Natomiast wnętrze ma charakter hydrofobowy, co powoduje, że cyklodekstryny posiadają zdolność

tworzenia związków inkluzyjnych. Stanowią w związku z tym cząsteczkę gospodarza dla rozmaitych
organicznych i nieorganicznych cząsteczek (głównie lipidowych) lub jonów.
Dzięki temu znajdują zastosowanie w przemyśle jako nośniki osłaniające nietrwałe lub lotne związki.

Przemysł spożywczy i kosmetyczny:



Składniki żywności sproszkowanej, trudno rozpuszczalnej w wodzie narażonej na rozkład termiczny,
sublimację czy reakcje indukowane światłem (barwniki, witaminy)



Niwelują nieprzyjemny zapach i smak



Chronią przed łatwym dostępem mikroorganizmów



Kompleksy cyklodekstryn ze składnikami organicznymi aplikowane są w kosmetykach; uzyskuje się
preparaty stabilne i łatwe w dozowaniu (suche pudry)



Medycyna, farmacja – transportery, składniki tabletek, maści czy syropów. Niwelują niekorzystny
zapach i smak podawanych leków.

Glikogen:
W organizmach zwierząt glikogen jest zapasowym polisacharydem, odpowiednikiem skrobi u roślin. Ma większą
masę cząsteczkową i jest w większym stopniu rozgałęziony. Występuje w mięśniach i w wątrobie zwierząt.
Ulega hydrolizie enzymatycznej pod wpływem tych samych enzymów co skrobia. Nie jest wyodrębniony na
skalę przemysłową ani stosowany w przemyśle spożywczym.

Wykład 7

Celuloza:
Celuloza jest bardzo rozpowszechnionym materiałem zapasowym wszystkicj roślin wyższych. Zbudowana jest z
cząsteczek β-D-glukopiranozy, połączonych wiązaniami β-1-4 glikozydowymi. Stopień polimeryzacji celulozy
waha się w granicach 1000-14 000, co odpowiada masie cząsteczkowej od 160 do 2270 kDa.

W formie natywnej łańcuchy celulozy tworzą włókniste struktury – płaskie cząsteczki celulozy są ułożone
warstwowo, a struktura jest stabilizowana w płaszczyźnie poziomej wewnątrz- i międzycząsteczkowymi
wiązaniami wodorowymi, a w płaszczyźnie pionowej hydrofobowymi oddziaływaniami pomiędzy cząsteczkami.
Taka struktura jest trwała, odporna na działanie czynników chemicznych i wytrzymała mechanicznie.

W drewnie i podobnych materiałach cząsteczki celulozy mają strukturę fibrylarną i powiązane są z ligninami i
hemicelulozami.
W innych tkankach celuloza nie ma tak wyraźnej struktury fibrylarnej. Rozmieszczona jest w amorficznych
żelach zawierających również pektyny, ligniny czy hemicelulozę.
Zmiany struktury owoców czy warzyw, obserwowane w trakcie ich dojrzewania, spowodowane są zmianami
struktury i stopnia uwodnienia tej grupy związków.
Celuloza nie jest trawiona w przewodzie pokarmowym człowieka i większości zwierząt – nie syntetyzują one
bowiem enzymów powodujących hydrolizę wiązań β-glikozydowych. Takie enzymy wytwarzane są przez wiele
drobnoustrojów, z których niektóre żyją w przewodach pokarmowych zwierząt poligastrycznych (wielo
żołądkowych – trawożernych).

W procesie enzymatycznej hydrolizy celulozy uczestniczą przynajmniej trzy enzymu – celulozy:



Endo-β-1,4-glukanaza – przyspiesza hydrolizę wiązań znajdujących się wewnątrz natywnego łańcucha
celulozy – powstają liczne wolne, krótsze łańcuchy.



Egzo-β-1,4-glukanaza (celobiohydrolaza) przyspiesz odszczepienie cząsteczek celobiozy od końca
łańcucha celulozowego



β-1,4- glikozydaza – przyspiesza hydrolizę celobiozy do glukozy.

W każdej jednostce D-glukozowej, będącej składnikiem łańcucha celulozy trzy dostępne ugrupowania
hydroksylowe OH. Reakcjom chemicznym ulegają te grupy. Po podstawieniu tych grup celuloza traci zdolność
do tworzenia wiązań wodorowych i w konsekwencji staje się w wodzie rozpuszczalna.

Istnieje cały szereg sposobów modyfikacji celulozy dotyczące:



długości łańcucha polisacharydowego (jego stopnia polimeryzacji DP, masy cząsteczkowej MW)



liczby grup hydroksylowych w każdej jednostce D-glukozowej podstawionej innym ugrupowaniem
(stopień podstawienia DS.)



różnorodności podstawienia – czy są to grupy OH podstawione wzdłuż łańcuch celulozy w sposób
statystyczny czy też powstały wzdłuż łańcucha celulozy bloki podstawione, przedzielone blokami
niemodyfikowanej celulozy.



Rodzaj grupy podstawiającej (ugrupowanie metylowe; etylowe; karboksymetylowe; tlenku propylenu
o różnej długości – liczby grup tlenku propylenu w łańcuchu – MS (molar substitution); grupy
octanowe; nitrowe)

Każda z tych wprowadzonych grup, w różny sposób wpływa na własność modyfikowanej celulozy i jej własności
reologiczne i często determinuje ich wykorzystanie praktyczne.

Karboksymetyloceluloza (CMC):
Produkt reakcji zalkalizowanego roztworu celulozy (alkalicelulozy) z kwasem monochlorooctowym ClCH

2

COOH.

Zmieniając liczbę podstawionych grup hydroksylowych w każdej jednostce D-glukozowej otrzymuje się
modyfikowane CMC różniące się stopniem spęcznienia i rozpuszczalnością w wodzie. Gdy mniej niż 1/3
wszystkich dostępnych grup OH zostanie podstawiona ugrupowaniem karboksymetylenowym to taka celuloza
jest tylko rozpuszczalna w alkaliach.
Gdy stopień podstawników przekracza 0,6 to CMC jest rozpuszczalne w gorącej i zimniej wodzie. Z reguły w
CMC wartość stopnia podstawienia Ds. nie przekracza 1,4.
CMC tworzy pseudo-plastyczne, lepkie roztwory dobrze stabilizujące zawiesin zdolność do stabilizacji zawiesin
rośnie wraz ze wzrostem DP i maleje z DS.

Hydroksyetyloceluloza (HEC):
Jest produktem reakcji alkalicelulozy z tlenkiem etylenu. Powstający polimer ma charakterystyczny niejonowy,
rozpuszczalny w wodzie, różni się stopniem podstawienia, etylenu HEC tworzy pseudoplastyczne roztwory,
odwracalne termicznie, stabilne w szerokim zakresie wartości pH 2-11. Które mają silny efekt zagęszczający.

Cetylo-hydroksyetylkoceluloza:
Zmodyfikowana HEC prez wprowadzenie ugrupowania cetylowego C

16

H

33

. Cetylowa pochodna HEC tworzy z

niskocząsteczkowymi środkami czynnymi mieszaniny i substancje zwiększające jej odporność na działanie
wysokich temperatur, obecność elektrolitów, a w szczególności wielowartościowych.

Nonoksyndo-hydroksyetylocelulozy:
Właściwości są podobne do właściwości cetylowej pochodnej tego związku. Posiada ona grupę fenolowąi
łańcuch nonylowy C

9

H

19

. Nonohydroksy-HEC tworzy odwracalne pseudoplastyczne roztwory nie wrażliwe na

działa jak detergent – obniża napięcie powierzchniowe wody.

Metyloceluloza (MC):
Produkt modyfikacji alkalicelulozy, hydroksyetylometyloceluloza, tworzą pseudoplastyczne roztwory,
odwracalne termicznie, rozpuszczalne w zimnej wodzie, nierozpuszczalne w gorącej. MC nie wrażliwa na
działanie elektrolitów, nawet wielowartościowych kationów, obniża napięcie powierzchniowe wody.
Estry celulozy fizjologicznie nieszkodliwe dodane do żywności w celu poprawienia tekstury, struktury,
wydajności.
Otrzymywana jest celuloza mikrokrystaliczna w procesie kontrolowanej hydrolizy. Posiada w mieszaninie z CMC
stosowana jako dodatek do produktów suszonych.

Hemicelulozy:
Niejednorodna grupa polimerów cukrów prostych połączonych wiązaniami β-glikozydowymi tworzących
rozgałęzione łańcuchy. Są one jednym z głównych składników ściany komórkowej roślin. Stanowią ok. 20%
suchej masy ściany pierwotnej oraz ok. 30% suchej masy ściany wtórnej.
Można wyróżnić hemicelulozy zapasowe (celulozany):
- ksylany
- mannany
- galaktazy

W porównaniu z celulozą, hemicelulozy są łatwiej rozpuszczalne w wodzie. Stopień polimeryzacji hemicelulozy
jest również niższy niż celulozy – wynosi ok. kilkuset reszt glukozowych.

Ksylany – są najczęściej występującym przedstawicielem hemiceluloz w drewnie drzew iglastych i liściastych. W
łańcuchach bocznych występują reszty kwasu metyloglukaronowego, liczne grupy OH ksylozy są zacetylowane,
często wstępuje arabinoza.

Mannany – to druga grupa hemiceluloz, występująca w drewnie. Zbudowane są z mannozy i glukozy,
powiązanych β-1,4-glikozydowo, niektóre mannomery są zacetylowane, w łańcuchach bocznych może
występować α-1,6-galaktoza.

Galaktazy- Występują w dużej ilości w rdzeniu drzewa modrzewiowego. Są to łańcuchy zbudowane z reszt
galaktozy, połączonych wiązaniami β-1,3 glikozydowymi. W łańcuchach bocznych występuje galaktoza,
arabinoza, które to cukry z węglem głównym połączone są wiązaniami β-1,6 glikozydowymi.

Galaktomany – występują w nasionach roślin motylkowych jako polisacharydy zapasowe. Zbudowane są z reszt
mannopiranozy powiązanych β-1,4 glikozydowo, do których przyłączone są reszty galaktopiranozy wiązaniami
α-1,6 glikozydowymi lub odwrotnie – w łańcuchu głównym jest galaktoza, a w bocznych – mannoza.
Poszczególne galaktomany różnią się pomiędzy sobą stosunkiem mannozy do galaktozy. I tak:



W karubinie (mąka z ziaren chleba świętojańskiego) 1:4



W gumie guar – 1:2



W gumie tara (nasiona z drzewa tara rosnącego w Peru) 1:3

Galaktomany mają zdolność wiązania wody i tworzenia bardzo lepkich roztworów, nawet przy małym stężeniu.
W obecności wielowarstwowych kationów tworzą żele. W przemyśle żywnościowym, często w połączeniu z
innymi hydrokoloidami, stosowane są jako stabilizatory zup, sosów, kremów, lodów czy budyni.
Jest to polisacharyd o rozgałęzionej budowie i wyjątkowo wysokiej masie czasteczkowej MW dochodzącej do 1-
2 milionów. Składa się z obojętnych aldoheksoz – łańcuch główny utworzony jest jednostek galaktozowych i w
sposób przypadkowych doczepione SA grupy z mannozy. Średni stosunek jednostek galaktozowych do
mannozowych ma się jak 2:1.

Guma Guar tworzy lepkie, przezroczyste, pseudoplastyczne roztwory, nie wykazujące granicy odkształcalności,
posiadające pewną elastyczność. Ta ostatnia własność wynika z bardzo dużej wartości MW gumy guar.
Obecność jonów boranowych lub kationów powoduje żelowanie, przy czym żele są termo odwracalne.
Żelowanie następuje łatwiej przy wyższych wartościach pH, obniżając wartość pH poniżej 7 obserwuje isę
„topnienie” żelu.
Guma guar jest stabilna w wyjątkowo szerokim zakresie wartości pH 3,5 - 10, 5.

Guma z ziaren świętojańskich (Locust Bean Gum)

Rozgałęziony polisacharyd, o strukturze podobnej do gumy guar, otrzymywany z ziaren drzewa
świętojańskiego. Łańcuch główny składa się z jednostek D-galaktozowych.
W porównaniu do gumy guar jest to polisacharyd o mniejszej liczbie rozgałęzień (o budowie bardziej liniowej).
Tworzy lepkie roztwory o charakterze pseudoplastycznym, nie wykazuje granicy odkształcalności. Przy wysokich
szybkościach ścinania ulega nieodwracalnej degradacji – następuje zmniejszenie wartości MW i w konsekwencji
obniżenie lepkości. Podobnie jak guma guar w obecności jonów boranowych tworzy termo odwracalne żele w
środowisku neutralnym lub lekko alkalicznym. Z reguły toleruje obecność innych soli wielowartościowych.
Tworzy stabilne roztwory, których lepkość może wzrastać podczas podwyższania temperatury. Roztwory są
stabilne w szerokim zakresie pH 3,5 – 15,5.

Pektyny:
Pektyny są hetero polisacharydami, których główny szkielet stanowi łańcuch cząsteczek kwasu α-D-
galakturonowego, częściowo zestryfikowanego metanolem, a co dziesiąta cząsteczka połączona jest wiązaniem
α-(1-2) z L-ramnozą, co powoduje skręcenie łańcucha.
Ponadto w pektynach stwierdzono występowanie galaktanów, arabanów, ksylanów. Ich ilość uzależniona jest
od gatunku rośliny. W zależności od pochodzenia pektyny różnią się masą cząsteczkową, stopniem
zestryfikowania grup karbonylowych, co decyduje o ich właściwościach żelujących.

Skład pektyn różnych surowców:
Surowiec

Kwas
galakturonowy

D-galaktoza

L-arabinoza

L-ksyloza

Jabłka

87,3

1,4

9,3

0,8

Cytryny

89,4

3,1

6,1

-

Pomarańcze

67,3

15,6

14,2

-

Buraki cukrowe

67,5

14,8

13,1

-

Wykład 8

Zawartość pektyn w różnych surowcach:
Grapefruit

1,6 – 4,5 %

Pomidor

0,2 – 0,5 %

Porzeczka, agrest

0,9 – 1,5 %

Wytłoki jabłkowe

15 – 18% s.m.

Zielony groszek

0,9 – 1,4 %

Pulpa cytryn

30 – 35% s.m.

Jabłko

0,5 – 1,6 %

Pulpa Pomarańczy

30 – 40% s.m.

Winogrona

0,2 – 1,0 %

Wysłodki buraków cukrowych

25 – 30% s.m.

Wysłodki buraków cukrowych, pomimo że są zasobne w pektyny, nie są wykorzystywane do ich produkcji z
uwagi na niską masę cząsteczkową i mały stopień zestryfikowania – w związku z powyższym nie tworzą żeli.

CONH

2

H

O

H

OH

H

OH

OH

H

OH

H

amid kwasu galakturonowego

Substancje pektynowe dzielimy na:



Protopektyny – nie rozpuszczalne w wodzie, substancje macierzyste pektyn, z których w wyniku
hydrolizy otrzymywane są pektyny



Pektyny – rozpuszczalne w wodzie kwasy poligalakturonowe, o różnym stopniu zmetylowania, zdolne
do tworzenia żeli w ściśle określonych warunkach (pH, stężenie)



Kwasy pektynowe – rozpuszczalne w wodzie kwasy poligalakturonowe, o bardzo niskim stężeniu
zestryfikowania metanolem, zdolne do tworzenia żeli w obecności jonów wapnia.



Kwasy pektowe – kwasy poligalakturonowe otrzymane w wyniku deestryfikacji pektyn, wolne od grup
metoksylowych.

Najważniejszą właściwością pektyn jest ich zdolność do wiązania wody i tworzenia żeli – wzrata ona wraz ze
wzrostem ich masy cząsteczkowej i zależy od stopnia zestryfikowania.
Pektyny dzielimy na:



Pektyny wysokometylowane (HM) – ponad 50% grup karboksylowych uległo estryfikacji alkoholem
metylowym. Tworzą żele w pH<3,5 przy stężeniu cukru powyżej 60%. Szybkość ich żelowania zależy od
stopnia metyzacji – im większy (ponad 75%) tym proces przebiega szybciej.



Pektyny niskometylowane (LM) – stopień metkowania poniżej 50. W obecności jonów wapnia tworzą
żele w roztworach słabo kwaśnych a nawet obojętnych, niezależnie od stężenia cukru.

Pektyny ulegają de estryfikacji i depolimeryzacji pod wpływem kwasów i zasad, a także wskutek działania
enzymów pektyno litycznych, które stosuje się przy produkcji soków owocowych.

Pektyny stosowane są do wyrobu dżemów i galaretek owocowych i jako stabilizatory do napojów i lodów.

Degradacja pektyn:

Wpływy środowiska:
W silnie kwaśnym środowisku (pH<1) i temperaturze poniżej 40

O

C zachodzi głównie hydroliza wiązń estrowych.

Proces ten może być wykorzystany do otrzymywania pektyn niskometylowanych.

W środowisku zasadowym zachodzi podobna reakcja, z tym, że szybkość procesu jest ok.100 razy wyższa i
towarzyszy jej częściowa depolimeryzacja. Do otrzymywania pektyn niskometylenowych najkorzystniejsza jest
hydroliza amoniakalna.

Najbardziej selektywna jest hydroliza enzymatyczna.
W procesie hydrolizy enzymatycznej mogą brać udział trzy grupy enzymów:



Pektylohydrolaza pektyn (pektynoesteraza) – przyspiesza hydrolizę wiązań estrowych, działa liniowo
wzdłuż łańcucha. Otrzymane w wyniku jej działania pektyny niskometylowane nie są stosowane jako
substancje żelujące, gdyż są wrażliwe nawet na śladowe ilości jonów wapnia.



Glikanohydrolaza Poli-α-(1-4) galakturonidu (poligalakturonaza) – przyspiesza hydrolizę wiązań
glikozydowych, przede wszystkim położonych w sąsiedztwie wolnych grup karboksylowych, przy czym
szybciej ulegają degradacji pektyny niskometylowane niż wysokometylowane. Te enzymy są głównymi
składnikami preparatów enzymatycznych pektyno litycznych, stosowanych w celu degradacji pektyn w
rozdrobnionych owocach w celu zwiekszenia wydajności soku i zmniejszenia lepkości soków przez
zagęszczaniem.



Liazy Poli-α-(1-4) galakturonoidu katalizuje niehydrolityczny rozkład wiązań glikozydowych (β-
eliminacja) z wytworzeniem podwójnego wiązania pomiędzy węglami 4 i 5.

Enzymy pektyno lityczne występują tylko w niektórych owocach – pod wpływem ich działania w

niedojrzałych owocach nierozpuszczalna protopektyna ulega enzymatycznej hydrolizie do rozpuszczalnej
pektyny, co objawia się mięknięciem owoców.
Niektóre grzyby wytwarzają enzymy pektynolityczne – mięknięcie ogórków kiszonych spowodowane jest

działaniem enzymów wytwarzanych przez pleśnie.
Niekorzystna jest również w procesie otrzymywania cukru hydroliza pektyn zachodząca w burakach
cukrowych. Rozkład pektyn może zachodzić również pod wpływem działania na owoce promieniowania
jonizującego. W procesie de estryfikacji pektyn uwalnia się alkohol metylowy – ma zastosowanie przy

produkcji win.

Błonnik pokarmowy:

Błonnik pokarmowy (BP) to zespół substancji ścian komórkowych roslin, nie trawionych w przewodzie
pokarmowym człowieka, składający się z celulozy (monomer – glukoza), hemicenoz (ksyloza, mannoza,
arabinoza, galaktoza, kwas glukuronowy), pektyn (kwas galakturonowy, arabinoza, galaktoza, ksyloza),

gum roślinnych, a także lignin, które towarzyszą celulozie (zbudowanych nie z monosacharydów lecz
alkoholi fenylopropenowych – synapinowy, koniferylowy, p-hydroksycynamonowy).
Skład błonnika jest bardzo zróżnicowany – w owocach i warzywach dominuje celuloza i pektyny, w

ziarnach zbóż – hemicelulozy. I tak:



Owoce i warzywa zawierają 40% pektyn i 35% celulozy



Ziarno – 84% hemicelulozy i 3% celulozy



Otręby – 50% hemicelulozy i 30% celulozy

Substancje zaliczane do błonnika, z uwagi na ich nie trawienie przez człowieka uważano dawniej za
zbędny balast.

Składnik

Monomery

Masa cząsteczkowa kDa

celuloza

glukoza

160 – 2270

hemicelulozy

Ksyloza
Mannoza

Arabinoza
Galaktoza
Kwas glukuronowy

10 – 25

pektyny

Kwas glukuronowy

Arabinoza
Galaktoza
ksyloza

25 – 200

ligniny

Alkohole:

4 – 8

Synapinowy

Koniferylowy
p-hydroksycynamonowy

Substancje zaliczane do błonnika, z uwagi na trawienie przez człowieka, uważano dawniej za zbędny

balast.
Obecnie przypisuje się mu wielokierunkowe, pozytywne oddziaływanie:



Przyspieszenie perystaltyki jelit



Obniżenie wchłaniania cholesterolu



Opóźnienie hydrolizy węglowodanów i w rezultacie obniżenie stężenia glukozy we krwi
(znaczenie dla diabetyków0

Diety bogate w błonnik pokarmowy zalecane są zwłaszcza przy otyłości, cukrzycy, zapobieganiu
miażdżycy czy kamienicy żółciowej.
Z punktu widzenia profilaktyki różnych chorób bardzo ważny jest skład spożywanego błonnika.

Zawartość błonnika pokarmowego w warzywach i owocach (% w suchej masie):
Produkt
żywnościowy

Błonnik
pokarmowy

Hemiceluloza

Celuloza

Ligniny

Kapusta

11,6

1,5

8,0

,0

Marchew

19,9

3,8

11,6

4,5

Groszek

17,4

-

17,5

4,9

Ogórki

28,0

5,5

17,6

4,9

Pomidory

15,4

2,1

9,2

4,1

Ziemniaki

6,1

1,8

2,8

1,5

Jabłka

7,6

2,9

4,7

0,1

Truskawki

10,7

0,6

8,4

1,6

śliwki

6,1

2,2

3,2

0,6

Produkty pochodzenia roślinnego (węglowodany
w 100g produktu)

Ogółem (g)

Błonnik (g)

Cukier

99,8

0

Płatki kukurydziane

84,2

11,0

Miód pszczeli

79,5

-

Ryż

78,9

2,4

Chleb chrupki

78,9

10,5

Kasza manna

76,7

2,5

Kasza jęczmienna perłowa

75,0

6,2

Kasza pszenna poznańska lub mazowiecka

74,9

5,1

Makaron dwujajeczny

72,0

5,3

Płatki owsiane

69,3

6,9

Czekolada wyborowa

62,5

-

Otręby pszenne

61,9

15,5

Groch łuskany

61,7

12,2

Fasola biała

61,6

25,3

Marmolady (średnio)

59,2

1,6

Bułki i chleb pszenny

47,5

3,5

Pieczywo chlebowe jasne

45,0

5,4

Pieczywo chlebowe ciemne

42,1

6,3

Soja

34,8

-

Winogrona

17,3

Banany

17,0

Porzeczki czarne

16

Śliwki

Ziemniaki

Wiśnie

12,0

-

Kukurydza – kolby

11,1

1,4

Gruszki

10,9

1,6

Jabłka

8,8

1,3

Pomarańcze

8,1

1,4

Włoszczyzna bez kapusty

7,5

2,5

Buraki

7,0

2,3

Kapusta

6,2

2,5

Cebula

6,1

1,5

Cytryny

5,9

2,5

Marchew

5,5

1,9

Pomidory

4,9

1,5

Produkty pochodzenia zwierzęcego (węglowodany w g na 100g
produktu)

ogółem

Drobiowe

8,9

Wątróbka wołowa

5,8

Mleko 2% tłuszczu

4,3

Nerki wołowe

0,9

Konina, cała tusza

0,5

Alginiany:
Alginiany występują w brunatnych glonach jako składnik ścian komórkowych. Są one liniowymi
polisacharydowymi, zbudowanymi z reszt kwasu β-D-mannurowego i α-L-guluronowego połączonych
wiązaniami β-(1-4) glikozydowymi – jednostki kwasu mannurowego i guluronowego pozostające do

siebie w stosunku 3:2.
Struktura konformacyjna cząsteczki alginianu odpowiada modelowi silnie pofałdowanej wstążki i jest
stabilizowana przez wbudowany jon wapnia. Cenną właściwością alginianów jest stabilność lepkości

roztworów w granicach pH od 4,5 do 10.

Grupy karboksylowe oddziaływają z jonami wapniowymi a te z kolei oddziaływają regularnie załamanymi

wstążkami i grupami karboksylowymi pochodzącymi od drugiego łańcucha alginianu. Utworzenie całej
takiej sieci wiązań pomiędzy sąsiednimi łańcuchami prowadzi do żelowania roztworu algninanu. Punkt
żelowania zależy od stężenia jonów Ca

2+

.

Wyższa zawartość kwasu guluronowego w alginianach ułatwia żelowanie, żele są wtedy gęsto

usieciowane i kruche. Wyższa zawartość kwasu mannuronowego tworzy żele bardziej elastyczne.

Audyt 1

Witaminy:
Nazwa ta stosowana jest do wszystkich związków biologicznie czynnych, niezbędnych do prawidłowego

funkcjonowania organizmów, a w większości egzogennych cztli dostarczających do organizmu z
pożywieniem w gotowej postaci lub w formie prekursorów.
Stanowią grupę o niskiej masie cząsteczkowej zróżnicowanej budowie i strukturze chemicznej.

Podział ze względu na rozpuszczalność:



Rozpuszczalne w wodzie (Wit. C, H i witaminy z grupy B)



Nierozpuszczalne w wodzie (Wit. A, D, K, E)

Podział ten jest praktyczny. Informuje o artykułach żywnościowych w jakich dana witamina może

występować. Wskazuje jej główne funkcje (rola witamin rozpuszczalnych w wodzie – znaczenie, jako
składników koenzymów wielu enzymów).

Są to substancje bardzo wrażliwe na działanie czynników zewnętrznych:



Fizycznych



Chemicznych

Np. światło, temperatura, zmiana kwasowości, tlen.

Niedobór witamin w organizmie to hipowitaminoza (obniżenie odporności), całkowity brak witamin –
awitaminoza.

Nadmiar witamin – hiperwitaminoza. Przedawkowanie może doprowadzić do terapii witamin, a nie
niewłaściwego odżywiania.

Ich ubytki w trakcie przechowywania i przetwarzania są stosunkowo duże.

Witamina C:

CH

O

C

C

C

HO

C

HO

HO

OH

O

H

2

Aktywność witaminy C wykazuje kwas askorbinowy (pochodna węglowodanów) i jego forma utleniona –
kwas dehydroksyaskorbinowy.

Człowiek, małpy, Świna morska nie syntetyzują enzymu – dehydrogenazy kwasu L-gulonowego, pod
którego wpływem lakton kwasu L-gulonowego przekształcony jest w kwas askorbinowy.

Źródło:
Owoce i warzywa (owoce dzikiej róży, kiwi, nać pietruszki, papryka, kalafior, kapusta włoska, ziemniaki,
cytryny, truskawki, pomarańcze).

Niedobór:
Krwawienie dziąseł, zaplenie i rozchwianie zebów (szkorbut), ogólnie osłabienie i senność.

Znaczenie:
Uczestniczy w regulowaniu potencjału oksydoredukcyjnego w komórce, zapobiega przeziębieniom,
osłabia odczyty alergiczne, przyspiesza gojenie ran pooperacyjnych, zapobiega zakrzepom w naczyniach

żylnych.

Tiamina (witamina B

1

, aneuryna):

NH

2

N

N

H

3

C

NH

2

CH

2

N

+

S

CH

3

CH

2

CH

2

OH

Witamina ta nie ulega rozkładowi w środowisku kwaśnym, nawet w podwyższonej temperaturze, w
środowisku zasadowym traci swoją aktywność biologiczną.

Źródła:
Ziarna zbóż i ich przetwory (szczególnie pieczywo ciemne) oraz watroba wieprzowa i wołowa, mięso,

drożdże.

Niedobór:
Brak witaminy B

1

prowadzi do wystapienia objawów choroby beri-beri (zaburzenia układu nerwowego,

czynności serca i zaniku mięśni)

Znaczenie:

Pirofosforan tiaminy jest ważnym koenzymem enzymow z klasy transferaz, bierze udział w m.in.
dekarboksylacji α-ketokwasów

Ryboflawina (witamina B

2

):

H

3

C

H

3

C

N

N

N

NH

O

O

H

2

C CH CH

CH

CH

2

OH OH OH OH

Jest bardziej trwała w środowisku kwaśnym niż w zasadowym i jest wrażliwa na działanie światła.

Źródła:
Wątroba, mięso (głównie cielęcina), jaja, ser, zielone liściaste warzywa, mąka i mleko. Tylko w mleku

występuje w formie wolnej, pozostałe produkty dostarczają ją organizmowi w postaci flawinoprotein lub
fosforanów flawinowych.

Niedobór:
U zwierząt – zahamowanie wzrostu, zaburzenia skórne, oddechowe.
U człowieka – przyczyna pękania kącików ust i występowania zmian około ocznych.

Znaczenie:
Jest składnikiem ważnych grup prostetycznych enzymów z klasy oksydoreduktaz – FMN (mononukleotyd

flawinowy) i FAD (di nukleotyd flawinoadeninowy).

Witamina B

3

, czyli kwas nikotynowy (witamina PP, niacyna):

N

C

OH

O

kwas nikotynowy

N

C

NH

2

O

nikotynoamid

Aktywność witaminy PP wykazuje również amid kwasu nikotynowego. Związki te są termo stabilne,
odporne na odczyn środowiska i utleniania. Największe ich straty w pożywieniu powodowane są

(podobnie jak dla większości witamin rozpuszczalnych w wodzie) rozdrabnianiem i płukaniem surowców.

Niedobór:

Specyficzne zapalenie skóry, zwane pelagią lub rumieniem lombardzkim, wywołuje tez biegunkę i
majaczenia.

Źródła:
Wątroba, mięso, ziarniaki zbóż, drożdże, niektóre warzywa.

Znaczenie:
Nikotynoamid jest składnikiem dwóch ważnych koenzymów współpracujących z enzymami z klasy
oksydoreduktaz;
Dinukleotyd nikotynoamidoadeninowy (NAD

+

) i jego formy ufosforylowanej – fosforanu di nukleotydu

nikotynoamidoadeninowego (NADP

+

).

Audyt 2

Prowitamina B

5

(kwas pantotenowy, witamina C):

HO CH

2

C

CH

C

NH

CH

2

CH

2

C

OH

O

O

CH

3

CH

3

OH

Jest związkiem dość trwałym.

Źródła: wątroba, mięso, jaja, groch

Niedobór:
U ludzi brak objawów niedoboru, u szczurów siwienie sierści, a u kurcząt zapalnie skóry.

Znaczenie:
Składnikiem koenzymu A, współpracującego z enzymami z klasy transfera. Acylowany koenzym A, zwany

też „aktywnym octanem”. Odgrywa kluczową rolę w metabolizmie związków węgla.

Witamina B

6

(pirydoksyna, adermina):

Jest odporna na działanie podwyższonej temperatury tlenu, natomiast jest wrażliwa na działanie światła.
Aktywność biologiczną wykazują również pochodne pirydoksyny – pirydoksamina i pirydoksal.

Źródła:
wątroba, mięso, warzywa, ziarniaki zbóż, drożdże.

Niedobór:

Rzadko spotykany, objawia się zapaleniem skóry lub w skarjnych przypadkach u dzieci konwulsjami.

Znaczenie:

Ufosforylowane pochodne pirydyksaminy i pirydoksalu są koenzymami enzymów z klasy transferaz
biorących udział w reakcji transami nacji i dekarboksylacji aminokwasów

Witamina B

8

czyli biotyna (witamina H):

C

HN

HC

H

2

C

S

NH

CH

C

CH

2

CH

2

CH

2

CH

2

COOH

O

Jest w środowisku obojętnym termostabilna, zminy pH środowiska (zakwaszanie i
alkalizowanie)powodują jej rozkład. Biotyna ulega dezaktywacji pod wpływem awidyny – glikoproteiny
wystepują w białku jaj. Dieta ludzi spozywających surowe hajka powinna zawierać zwiększone ilości
witaminy H.

Źródła:
Drożdże, wątroba, żółtko jaja, groch, kalafior

Niedobór:
U ludzi jest bardzo rzadko spotykany. Jego ojawy to zmiany skórne, bóle mięśniowe i osłabienie.

Znaczenie:
Jest koenzymem enzymów z klasy transferaz. Bierze udział w procesach karboksylacji.

N

CH

2

OH

CH

2

OH

HO

H

3

C

Witamina B

12

(kobalamina):

Wodne roztwory kobalaminy sątrwałe w środowisku, którego pH waha się od 4-7, ale wrażliwe są na
działanie światła

Źródła:
Produkty pochodzenia zwierzęcego – wątroba, nerki, mięso wołowe, mleko, ryby

Niedobór:
Przyczyna występowania u ludzi anemii złośliwej. Przypuszcza się, że schorzenie występuje nie tyle z
braku witamin w pożywieniu, ile z braku w organizmie glikoproteiny zawierającej kwas neuraminowy,

wytwarzanej w błonie śluzowej żołądka, który jest koniecznym czynnikiem procesie przyswajania
witaminy B

12

.

Znaczenie:
Koenzym enzymów z klasy liaz, izomeraz i ligaz, uczestniczy głównie w reakcjach izomeryzacji kwasów
lub przenoszenia grup metylowych.

Kwas foliowy:

N

N

H

2

N

OH

N

N

CH

2

NH

C

NH

O

CH

COOH

CH

2

CH

2

COOH

Kwas foliowy jest związkiem nietrwałym, wrażliwym na działanie światła, czyników utleniających i

redukujących, ulega hydrolizie w środowisku kwaśnym i alkalicznym. Proces ten jest stymulowany
wzrastającą temperaturą.

Źródło:

CH

2

R

N

N

C

N

C

N

H

H

N

H

2

C

R

CH

CH

3

CH

3

H

H

2

C

R

CHS

CH

3

CH

3

CH

CH

2

CO

NH

CH

2

CH

H

3

C

O

P

O

-

O

O

H

R

C

0

CN

CH

3

H

3

C

H

3

C

R

CH

2

R

H

O

H

H

OH

H

H

HOCH

2

N

CH

3

H

3

C

R=CH

2

CO

NH

2

Organizm człowieka syntezuje kwas foliowy. Dostarczany jest on w pożywieniu w zielonych częściach
roślin, wątrobie i drożdżach (folium – liść).

Niedobór:

Istotny element w procesie biosyntezy kwasów nukleinowych, bo jego brak zakłóca proces biosyntezy
prekursorów puryny.

Znaczenie :
Kwas foliowy (a ściślej jego zredukowana forma – kwa tetrahydrofoliowy) jest składnikiem koenzymu f,
współpracującego z enzymami z klasy transferaz, głównie w reakcjach przenoszenia cząsteczek

jednowęglowych.

Witaminy rozpuszczalne w tłuszczach:

Witamina A (retinol, akseroftol):
Aktywność witaminy A wykazują polieny i ich pochodne, mające w swoim składzie pierścień β-jononu.

Witamina A oraz jej prowitaminy są trwałe w środowisku beztlenowym, w którym destrukcji ulegają w
temperaturze powyżej 130

O

C. Szybko ulegają rozkładowi pod wpływem tlenu, a szczególnie szybko w

obecności enzymów (z klasy oksydoreduktaz), nadtlenków, jonów metali ciężkich i promieniowania UV.

H

3

C

CH

3

CH

3

CH

2

OH

CH

3

CH

3

H

3

C

CH

3

CH

3

C

CH

3

CH

3

O

H

H

3

C

CH

3

CH

3

CH

2

OH

CH

3

CH

3

retinol (wit. A

1

)

retinol

3-dehydroretinol
(wit. A

2

)

Źródła:
Produkty pochodzenia zwierzęcego – trany rybne, wątroba, masło, jaja. W warzywach i owocach –
karoteny – bezpośrednie prekursorzy witaminy A. W organizmach zwierzęcych karoteny metabolicznemu

przekształceniu w fizjologicznie czynne formy witaminy A. Bogatym źródłem karotenów jest marchew,
natka pietruszki, szpinak, sałata, boćwina, pomidory, banany, morele.

Niedobór:

Zahamowanie wzrostu, braki są przyczyną tzw. kurzej ślepoty co w następstwie może prowadzić do
zrogowacenia nabłonka gałki ocznej – kseroftalmi.

Witamina D (kalcyferol):
Aktywność witaminy D wykazują pochodne steroli, powstające w wyniku przemiany fotochemicznej i
termicznej.

Jest odporna na oddziaływania środowiska zasadowego, podwyższonej temperatury i długotrwałe
przechowywanie. Rozkładowi ulega w środowisku kwaśnym i pod wpływem silnego promieniowanie
nadfioletowego

R

H

H

HO

CH

2

CH

3

KALCYFEROL (WIT. D)

R=

CH

CH

CH

CH

CH( CH

3

)

2

CH

3

CH

3

D

2

ergosterol

R=

CH

CH

2

CH

2

CH

2

CH( CH

3

)

2

CH

3

D

3

7-dehydrocholesterol

Źródła:
Tłuszcze niektórych ryb, mleko, masło, jaja, wątroba, kalcyferol powstaje w organizmach zwierzęcych ze

swoich prekursorów pod wpływem naświetlania promieniami słonecznymi.

Niedobór:
Zaburzenia w gospodarce wapniowo-fosforanowej organizmu i w tworzeniu kości. U dzieci przyczyną

choroby zwanej krzywicą. U dorosłych – zmiękczenie, zrzeszotnienie, porowatość i ruchliwość kości.
Produkty żywnościowe są wzbogacane w witamine D. Nadmiar jest przyczyną zatruć (brak apetytu, bóle
głowy itp.)

Witamina E:

R

1

R

3

R

2

HO

O

CH

3

CH

2

(CH

2

CH

2

CHCH

2

)

3

CH

3



-tokofenol - R

1

,R

2

,R

3

- CH

3

W warunkach beztlenowych witamina E jest odporna na działanie temperatury, kwasów i zasad,
natomiast jest wrażliwa na działanie tlenu i promieniowania ultrafioletowego.

Źródła:
Oleje roślinne, jaja, masło, szpinak, kapusta.

Niedobór:
U zwierząt doświadczalnych zaburzenia układu rozrodczego.

Znaczenie:
Uniwersalny fizjologiczny przeciwutleniacz i przeciwutleniacz przemysłowy.

Witamina K:

Aktywność biologiczną witaminy K wykazują pochodne 1,4-naftohinon.

Menadion jest związkiem syntetycznym, o wielokrotnie wyższej aktywności od naturalnej witaminy K i
dodatkowo łatwiej rozpuszczalna w wodzie – lepiej przyswajalny przez organizm.

Filochinon:
Stanowi oleistą sieć nierozpuszczalną w wodzie. W temperaturze powyżej 100

O

C ulega rozkładowi. Jest

wrażliwy na działanie kwasów, zasad i promieniowanie ultrafioletowe.

CH

3

H

CH

3

CH

3

O

O

3

filochinon

Witamina K

1

O

O

CH

3

CH

2

CH

C

CH

2

CH

3

(CH

2

CH

2

CH

CH

2

)

3

CH

3

H

Źródła:

Organizm ludzi potrafi ją syntetyzować, zielone części warzyw – kapusta, szpinak.

Niedobór:

Występuje rzadko. Pojawia się w przypadku przyjmowania antybiotyków, wyniszczających bakterie
przewodu pokarmowego.

Znaczenie:
Obecność witaminy K jest konieczna do zapewnienia procesu prawidłowego krzepnięcia krwi. Ma
właściwości przeciwbakteryjne, przeciwgrzybiczne, przeciwbólowe i przeciwzapalne.