Углеводы входят в состав клеток и тканей всех растений и животных организмов. В сухом остатке различных органов растений находится примерно 70 – 80 % углеводов. Более низкое содержание углеводов отмечается лишь в семенах масличных растений. В организме человека и животных углеводы легко подвергаются распаду, в процессе которого выделяется значительное количество энергии.
По химической природе они представляют собой соединения, содержащие альдегидную или кетонную и несколько гидроксильных групп, или продукты их конденсации.
Среди углеводов различают моносахариды, олигосахариды и полисахариды.
Моносахариды – углеводы, молекулы которых содержат от двух до семи атомов углерода и больше, один из которых образует карбонильную группу. В зависимости от количества атомов углерода их называют тетрозой, пентозой, гексозой, гептозой. В природе наиболее распространены гексозы и пентозы. К гексозам, например, относится глюкоза (декстроза). Она встречается в зеленых частях растений, семенах, различных ягодах и фруктах. Особенно много ее в зрелом винограде, откуда она и получила свое второе название – виноградный сахар. Из нее построены крахмал, целлюлоза, гликоген. Глюкоза постоянно находится в крови человека, нормальное содержание ее колеблется от 0,085 до 0,120 %. При кратковременном приеме с пищей большого количества глюкозы процентное содержание ее значительно возрастает и она выводится с мочой. А при сахарной болезни (диабете) в крови всегда много глюкозы и она почти постоянно присутствует в моче. В медицине чистая глюкоза в виде 20– и 40 %-ного раствора применяется для внутривенных инъекций.
В состав сложных полисахаридов (слизей и гемицеллюлоз) входит моносахарид манноза, который образован из многоатомного спирта маннита. Маннит содержится в каротиносодержащих растениях (морковь), луке, сливах, грибах, различных водорослях, ананасах. Особенно богата маннитом морская капуста. Моносахарид галактоза входит в состав трисахарида раффинозы, полисахарида агар-агара, гемицеллюлоз, а также молочного сахара (лактозы). Плодовый сахар – фруктоза (левулеза) в основном содержится в плодах и зеленых частях растений, в нектаре цветов. Фруктоза имеет наибольшую из всех сахаров сладость. Она входит в состав сахарозы и полисахаридов, встречающихся в цикории и некоторых других растениях. Чистая фруктоза получается при гидролизе инулина и сахарозы. При окислении шестиатомного спирта сорбита образуется сорбоза – промежуточный продукт синтеза витамина С (аскорбиновой кислоты). Много ее образуется при бактериальном сбраживании сока рябины. Богаты сорбитом сливы, персики, абрикосы, яблоки, вишни, груши. Чистый сорбит служит заменителем сахара для больных диабетом. Кроме того, его применяют при некоторых заболеваниях желудочно-кишечного тракта, печени и др.
В небольших количествах встречаются в созревших фруктах пентозы. К ним относятся арабиноза, входящая в состав некоторых слизей, пектиновых веществ, гемицеллюлозы; ксилоза, также встречающаяся в составе слизей и гемицеллюлозы (используется в кондитерском производстве); рибоза и дезоксирибоза, входящие в состав нуклеиновых кислот.
Олигосахариды – углеводы, состоящие из небольшого количества моносахаридов, чаще всего гексоз. Наибольшее значение из них имеют дисахариды, к которым относится и сахароза – свекловичный или тростниковый сахар, состоящий из остатков молекул глюкозы и фруктозы. Сахароза встречается в листьях, стеблях, семенах, фруктах, ягодах, корнях и клубнях различных растений. Этот важнейший питательный и вкусовой продукт получают обычно из сахарной свеклы, содержащей его до 27 %, и сахарного тростника – до 20 %.
Солодовый сахар (мальтоза) в свободном виде в природе не встречается, но образуется в пищеварительном тракте при ферментативном расщеплении крахмала. Мальтоза также построена из глюкозы. Большое количество ее содержится в солоде, получающемся при хранении зерен злаков в теплом и влажном помещении. В рожках спорыньи, грибах, водорослях, а также в некоторых высших растениях встречается грибной сахар – трегалоза, при гидролизе которой образуется глюкоза. Из глюкозы образована и целлобиоза – основная строительная единица клетчатки.
Молочный сахар – лактоза – построен из глюкозы и галактозы. Он содержится в молоке человека и животных, найден также в пыльцевых трубочках некоторых растений. Трисахарид раффиноза, встречающийся в семенах хлопчатника, сахарной свекле и других растениях, построен из глюкозы, фруктозы и галактозы.
Полисахариды – высокомолекулярные вещества, состоящие из большого количества остатков моносахаридов. В растениях они служат запасными питательными веществами, а также играют роль скелетных веществ.
Крахмал – важнейший резервный полисахарид. Его много в зернах злаков, клубнях и корнях растений. Построен крахмал из огромного количества молекул глюкозы. Он является главным углеводом нашей пищи. Путем гидролиза из него можно получать патоку и сладкий густой сироп, представляющий собой неочищенную глюкозу. Зерна крахмала в растениях отличаются как по форме (сферической, овальной, неправильной) и величине, так и по своему составу и некоторым свойствам. В медицине крахмал в разваренном виде иногда употребляют как обволакивающее средство при желудочно-кишечных заболеваниях. Лучшие сорта крахмала, например рисовый, употребляют в качестве присыпки и в косметике.
В некоторых растениях крахмал заменяет растворимый в воде высокомолекулярный углевод инулин. Его много в клубнях земляной груши, корнях одуванчиков и цикория, в артишоках. Во многих растениях встречаются другие различные резервные полисахариды.
Гликоген – полисахарид, играющий важную роль в превращениях углеводов в животном организме. Он содержится в тканях человека и животных, а также в грибах, дрожжах, в зернах сахарной кукурузы. При кипячении гликогена с кислотами образуется глюкоза.
Клетчатка, или целлюлоза, – опорный полисахарид, из которого строятся оболочки растительных клеток. Древесина почти наполовину состоит из целлюлозы, а волокна хлопка – на 90 %. Она, как и крахмал, построена из глюкозы. В кишечнике животных под влиянием ферментов, выделяемых бактериями, клетчатка расщепляется. В пищеварительном тракте человека клетчатка практически не переваривается. Это учитывают при составлении рационов питания для некоторых категорий больных. Например, пища, богатая грубой клетчаткой, полезна для лиц со склонностью к запорам. Наряду с этим клетчатка, особенно овощей и фруктов, способствует нормализации жизнедеятельности полезных кишечных микроорганизмов.
Гемицеллюлозы – полисахариды, построенные из различных моносахаридов. Обычно в растениях они находятся вместе с целлюлозой, но легче подвергаются гидролизу. Много гемоцеллюлозы в семенах, орехах, кукурузных початках, соломе и древесине. Особенно богаты ею отруби.
Агар-агар – содержится в красных морских водорослях. Он состоит из соединенных между собой остатков галактозы и остатка серной кислоты. Он растворяется в горячей воде, а при охлаждении раствора образует студневидную массу. Используют агар-агар в кондитерском производстве, а также в бактериологии как питательную среду при культивировании микроорганизмов.
Полисахаридальгиновая кислота. Эту кислоту и ее соли используют как стабилизатор при производстве мороженого и технических эмульсий.
Пектины – это студнеобразные межклеточные вещества, состоящие из высокомолекулярных углеводов. Особенно богаты пектинами яблоки, вишня, крыжовник, черная смородина, цитрусовые, редис, свекла.
Незрелые плоды и ягоды содержат протопектин, который под воздействием фермента протопектиназы и органических кислот постепенно превращается в пектин. Именно пектины придают мягкость созревшим ягодам, они же обусловливают густую консистенцию варенья, мармелада и других продуктов их переработки.
Издавна пектинами пользовались для лечения поносов. В пищеварительном тракте они почти не перевариваются, а адсорбируют на своей поверхности ядовитые вещества, содействуя их обезвреживанию и выведению из организма.
Пектины связывают и такие вредные вещества, как радиоактивные кобальт и стронций. Сейчас их применяют как профилактическое средство для уменьшения опасности производственных отравлений свинцом, медью, кобальтом и др. Они оказывают благоприятное влияние на жизнедеятельность полезных микроорганизмов, обитающих в кишечнике, и в то же время способствуют удалению вредных бактерий.
Слизи – вещества различного химического состава, преимущественно полисахариды, близкие к пектинам и клетчатке. При кипячении с водой слизи разбухают и образуют студнеобразную массу. Их обволакивающие свойства используют в медицине (при кашле, желудочно-кишечных заболеваниях и др.). Применяют их и как наружное смягчающее средство. Богаты слизью льняное семя, семена айвы, зерна ржи.
