Sacharidy (1. LF UK, NT)

Z WikiSkript

(přesměrováno z Sacharidy (1. LF, NT))

Klasifikace[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Podle počtu cukerných jednotek

  • Monosacharidy
  • Oligosacharidy (2–10 monosacharidových jednotek)
  • Polysacharidy (> 10 monosacharidových jednotek)
  • Složené (komplexní, konjugované) sacharidy

Podle vázanosti:

  • volné
  • vázané
    • homoglykosidy
    • heteroglykosidy
    • aglykon (necukerná složka)

Monosacharidy[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • polyhydroxyalkylsubstituované aldehydy a ketony, odvozené sloučeniny
  • hlavní živiny, biologicky a senzoricky aktivní látky
  • vlastnost: sladká chuť

Struktura a klasifikace[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Podle druhu karbonylové skupiny Aldosy-ketosy.jpg
  • aldosy
  • ketosy
Podle počtu atomů uhlíku (3-8) (násobky CH2O (formaldehyd)):
  • triosy
    • D-(+)-glyceraldehyd (D-glycero-triosa) D-glyceraldehyd.jpg
    • L-(-)-glyceraldehyd L-glyceraldehyd.jpg
    • 1,3-dihydroxyaceton (1,3-dihydroxypropan-2-on, glyceron) Dihydroxyaceton.jpg
  • tetrosy
  • pentózy
  • hexózy
    • D-glukóza (D-gluko-hexóza) = dextrosa, hroznový cukr D-glc.jpg
    • D-fruktóza (D-arabino-hex-2-ulosa) = levulosa, ovocný cukr D-fru.jpg
Podle uspořádání řetězce
  • s přímým řetězcem
  • s rozvětveným řetězcem
Podle typu laktolu
  • furanosy Aldehyd.poloacetal-acetal.jpg
  • pyranosy Pyranosy.jpg

Mutarotace[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • anomery, anomerní C, anomerní OH Mutarotace.jpg

Konformace[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • furanosy (obálkové E, zkřížené T)
  • pyranosy (židličkové 4C1, 1C4)
  • acyklické formy (konformace cik-cak)

Výskyt[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • složky téměř všech potravin
  • netypické monosacharidy
    • D-apiosa (rozvětvený cukr), kořenové zeleniny D-apiosa.jpg
    • L-sorbosa (cukr L-řady), jeřabiny L-sorbosa.jpg
    • D-manno-hept-2-ulosa (ketoheptosa), avokádo Ketoheptosa.jpg

(zkratky: glukóza Glc, furanosa f, fruktóza Fru, pyranosa p, mannosa Man, kyselina A, apiosa Api, sorbosa Sor, β-D-glukopyranosa β-D-Glcp)

Deriváty monosacharidů[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

chemické reakce jejich vzniku:
  • oxidace (přesmyk) – cukerné kyseliny, ketoaldosy, diketosy
  • redukce – cukerné alkoholy, deoxycukry
  • dehydratace – anhydrocukry
  • reakce s dalšími sloučeninami – glykosidy, ethery, estery

Cukerné kyseliny[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • aldonové (glykonové) – glukózaoxidáza, Ca-glukonan (medicína), δ-lakton (fermentované salámy, 0,1 %)
  • alduronové (glykuronové) – polysacharidy: D-GlcA6 (glykoproteiny), D-GalA6 (pektiny), D-ManA6 a L-GulA6 (algináty)
  • aldarové (glykarové), např. vinná a jablečná kyselina
  • obsah v čekance a sladu

Ketoaldosy, diketosy[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • klíčové produkty Maillardovy reakce a oxidace
    • 3-deoxyglykosulosy, 1-deoxyglykodiulosy, 4-deoxyglykodiulosy Ketosy.jpg

Cukerné alkoholy[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • alditoly, glycitoly (deriváty glycerolu)
  • redukce poloacetalového hydroxylu mono- a oligosacharidů

Cukerne-alko.jpg

  • přirozené složky potravin
    • ribitol – riboflavin
    • arabinitol – houby
    • xylitol – houby
    • D-glucitol – švestky, jeřabiny, hrušky
    • D-mannitol – houby, jeřabiny, celer, zelená káva
    • galaktitol – houby, kysané mléčné výrobky
  • syntetické (redukce H2/kat., NaHgx, náhradní sladidla)
    • xylitol, D-glucitol
  • cyklitoly – obsah
  • cyklohexan-1,2,3,4,5,6-hexoly (inositoly, cyklosy)
    • myo-inositol (meso-inositol) Myo-inositol.jpg

velmi rozšířen, fosfolipidy, fytáty, pseudooligosacharidy (luštěniny) Galaktinol.jpg

Deoxycukry[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • redukce primárního / sekundárního hydroxylu – přírodní, Maillardova reakce

2-deoxycukry

  • 2-deoxy-D-ribosa (thyminosa), deoxyribonukleové kyseliny Thyminosa.jpg

6-deoxycukry (6-deoxyhexózy = methylpentózy) Fukosa-rhamnosa-chinovosa.jpg

Anhydrocukry[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

anhydridy cukrů, glykosany, eliminace vody, hlavně poloacetalová a další OH

  • přírodní složky polysacharidů CH2O Karagenan-agar.jpg
    • 3,6-anhydro-α-D-galaktopyranosa (karagenany)
    • 3,6-anhydro-α-L-galaktopyranosa (agar)
  • produkty termických reakcí Karamel.jpg
    • 1,6-anhydro-β-D-glukopyranosa (β-glukózan, levoglukózan) (karamel)

Glykosidy, ethery, estery a další deriváty[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Glykosidy.jpg

  • O-glykosidy – velmi rozšířeny
  • ethery: 4-O-methyl-D-GlcpA (hemicelulosy), 2-O-methyl-D-Xylp (pektiny)
  • estery – přírodní (fosfáty, acetáty, benzoáty aj.), syntetické (mastné kyseliny, emulgátory)
  • S-glykosidy – glukosinoláty
  • N-glykosidy – přírodní (ATP, NADH), Maillardova reakce (glykosylaminy)
  • aminodeoxycukry – přírodní (chitosamin), Maillardova reakce (Amadoriho produkty)
  • C-glykosidy

Oligosacharidy[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • homoglykosidy
  • pentózy, hexózy, cukerné kyseliny aj. deriváty
  • furanosy, pyranosy

Klasifikace[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Podle počtu monosacharidů (monos, 2-10)

  • disacharidy (biosy) – dekasacharidy (dekaosy)

Podle přítomnosti poloacetalové OH

  • redukující (glykosidy)
  • neredukující (glykosylglykosidy)

Podle převažujícího monosacharidu

  • glukooligosacharidy
    • maltosa, maltooligosacharidy
  • fruktooligosacharidy
  • galaktooligosacharidy

Podle stravitelnosti

  • stravitelné
  • nestravitelné

Podle biologických účinků

  • prebiotické účinky (stimulují růst a metabolismus žádoucí mikroflóry)
  • probiotické účinky (s vlákninou ovlivňují a regulují peristaltiku)
  • synbiotické účinky (současně prebiotické i probiotické)

Sach podle biol poločas.jpg

Názvosloví[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • maltosa
    • α-D-glukopyranosyl-(1→4)-D-glukopyranosa,
    • 4-O-α-D-glukopyranosyl-D-glukopyranosa
    • α-D-Glcp-(1→4)-D-Glcp
  • α,α-trehalosa
    • α-D-glukopyranosyl-α-D-glukopyranosid
    • α-D-Glcp-(1↔1)-α-D-Glcp

Glukooligosacharidy[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

maltosa = α-D-Glcp-(1→4)-D-Glcp (sladový cukr) Maltosa.jpg

Výskyt

  • produkt hydrolýzy škrobu, reverze glukózy
  • slad, chléb (1,7-4,3 %), med (2,7-16 %)

Výroba

  • maltosové (85 %), glukosové sirupy (kyseliny, enzymy)
  • maltosa
  • isomerace na maltulosu, α-D-Glcp-(1→4)-D-Fruf
  • redukce na maltitol, α-D-Glcp-(1→4)-D-glucitol

Fruktooligosacharidy[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

sacharóza = α-D-Glcp-(1↔2)-β-D-Fruf (řepný cukr) Sacharóza.svg

Výskyt

ovoce do 8 % .
zelenina 0,1-12 % .
káva zelená (pražená) 6-7 % (0,2 %) .
cukrová řepa 15-20 % řepný cukr
cukrová třtina 12-26 % třtinový cukr
javor cukrodárný (šťáva) 5 % javorový sirup
datle 81 % (suš.) datlový cukr

Výroba (z cukrové řepy)

  • extrakce řízků (difúze)
  • čištění (epurace) surové šťávy, čiření Ca(OH)2
  • saturace CO2
  • filtrace, lehká šťáva
  • zahuštění – těžká šťáva (61-67 % sacharózy, 68-72 % sušiny)
  • surový (hnědý) cukr – 96 % sacharózy, 2–3 % necukrů, 1–2 % vody (1,0–1,2 % organických, 0,8–1,0 % anorganických látek)
  • afináda
  • rafináda – melasa (krmivo, substrát pro kvasné procesy), výroba invertního cukru, dalších produktů

Galaktooligosacharidy[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

laktosa = β-D-Galp-(1→4)-D-Glcp (mléčný cukr) Laktosa.jpg

Výskyt

  • kravské mléko 4-5 %
  • lidské mléko 5,5-7 %

Výroba (ze syrovátky)

  • ultrafiltrací
  • po zahuštění krystalizací - výroba galaktosy, galaktitolu, laktulosy, laktitolu

další β-galaktooligosacharidy mléka

α-galaktooligosacharidy luštěnin[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

obsah Galaktooligosacharidy luštěnin.jpg

Reakce sacharidů[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • komplexní enzymové a neenzymové reakce
  • karbonylové, anomerní OH, primární OH, sekundární OH

Reakce neenzymového hnědnutí

  • reakce samotných sacharidů
  • reakce Maillardova (reakce s proteiny, aminosloučeninami)
  • karamelizace

Reakce sacharidů

  • Reaktanty
    • redukující mono- a oligosacharidy
    • neredukující oligo- a polysacharidy po hydrolýze

Hlavní reakce monosacharidů (reakce acidobazicky katalyzované)

  • v kyselém prostředí (další faktory: teplota, doba)
    • vznik (hydrolýza) glykosidů, dehydratace, vznik reduktonů
  • v alkalickém prostředí
    • mutarotace, isomerace, přesmyky, fragmentace, oxidace

Vznik a hydrolýza glykosidů

  • reakce poloacetalových OH Reakce-polyacetalových-OH.jpg

Hydrolýza (inverze)

  • výroba škrobových sirupů
  • invertního cukru
  • galaktosy

Vznik (reverze, Fischerova reakce)

  • vedlejší produkty inverze (škrobové sirupy: 5-6 %)
  • vedlejší produkty karamelizace
  • nízkoenergetické výrobky
  • indikátory falšování

Dehydratace

  • reakce poloacetalových OH a dalších OH
  • poloacetalový OH / další OH → anhydrocukry (glykosany)
  • další OH / další OH → deoxycukry

Anhydrocukry

  • β-D-Glcp → 1,6-anhydro-β-D-Glcp (β-glukózan) Beta-glukosan.jpg
  • vedlejší produkty inverze (glukóza < 1 %)
  • vedlejší produkty karamelizace (více)

Deoxycukry

  • 1,2-enolizace (série isomerací a dehydratací)
    • 1-2-enolizace.jpg
    • 2-3-enolizace.jpg
  • 2,3-enolizace (karamelové aróma) 2a3-enolizace.jpg

Vznik reduktonů

  • antioxidanty
    • redukce organických látek, iontů kovů Redukton-triulosa.jpg
    • pH < 6 (podobně jako endioláty) monoanionty
    • pH > 6 dianionty

Isomerace

  • aldosa → ketosa
  • aldosa → aldosa (epimerace) Epimerace.jpg

Isomerace disacharidů

  • laktosa – β-D-Galp-(1→4)-D-Glcp
  • laktulosa – β-D-Galp-(1→4)-D-Fruf
  • epilaktosa – β-D-Galp-(1→4)-D-Manp

Přesmyky na kyseliny

  • 1-en-1,2-diol, Cannizzarova reakce, benzylový přesmyk

Fragmentace

  • vznik velmi reaktivních sloučenin
    • retroaldolizací Aldolizace.jpg
    • oxidací (po isomeraci, dehydrataci) Oxidace-po-isomeraci-dehydrataci.jpg

Maillardova reakce[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Reakce neenzymového hnědnutí[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Reaktanty

  • cukry (karbonylové sloučeniny)
    • monosacharidy a redukující oligosacharidy
    • (neredukující oligosacharidy, polysacharidy, glykosidy)
      • triosa > …. > pentóza > hexóza (acyklická forma)
      • aldosa > ketosa
      • α-dikarbonyly > aldehydy > ketony > sacharidy
  • bílkoviny (aminosloučeniny)
    • ε-NH2 Lys, N-koncová NH2, guanidylová Arg, SH Cys
    • volné aminokyseliny, aminy, amoniak
    • ε-NH2 > …. > β-NH2 > α-NH2
    • NH3 > R-NH2 > aminokyselina

Reakční podmínky

  • aktivita vody (aw 0,3–0,7)
  • pH (9–10)
  • další (teplota, doba reakce, další složky)

Důsledky pozitivní, negativní

  • vznik aromatických látek
  • vznik žlutých, hnědých, černých pigmentů melanoidinů
  • snížení výživové hodnoty
  • potenciálně toxické produkty
  • reakce in vivo (glykosylace bílkovin)

Mechanismy reakce - 3 fáze reakce

  • počáteční fáze
    • vznik glykosylaminu (Amadoriho přesmyk) a aminodeoxycukru (Amadoriho produktu)
  • střední fáze
    • rozklad sacharidů, glykosylaminů, aminodeoxycukrů (dehydratace, fragmentace)
    • rozklad aminokyselin (Streckerova degradace)
  • závěrečná fáze
    • reakce produktů a rozkladných produktů, vznik vonných, chuťových a barevných látek (melanoidinů)

Glykosylaminy a aminodeoxycukry[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

GAG-ADC.jpg

  • ketosy → ketosylamin → aldosamin (2-amino-2-deoxyaldosa), Heynsův p.
  • mechanismy (reakce acyklických forem)

Reakce-acyklickych-forem-1.jpg
Reakce-acyklickych-forem-2.jpg

Rozklad aminodeoxycukrů

  • 1,2-enolizace, kyselé prostředí
  • 2,3-enolizace, neutrální a alkalické prostředí
    • vznik glykosulos a glykodiulos (aldoketos a diketos)

Vznik glykosulos.jpg

Analogie s reakcemi samotných cukrů

  • nižší aktivační energie
  • produkty obsahují N a S
  • kvalitativně i kvantitativně více produktů

paralelně rozklad samotných cukrů a aminokyselin

Významné heterocyklické produkty

Heterocykl-produkty.jpg

Maillardova reakce u významných komodit[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • pozitivní i negativní důsledky, žádoucí i nežádoucí reakce

technologie (vůně, chuť, barva, nutriční hodnota)

  • pražení
  • vaření, pečení, smažení
  • sušení
  • extruze, mikrovlnný ohřev
  • mléko, mléčné výrobky – Lys: 10-30 % tradiční sušení, 3 % sprejové sušení
  • cereálie, cereální výrobky – Lys: 70 % kůrka chleba, 10 % celkem
  • maso, masné výrobky – mutageny
  • ovoce, zelenina
  • káva, kakao, ořechy

Reakce při zpracování mléka nevyužitelný (blokovaný) Lys

Reakce mleka.jpg

  • isomerace laktosa → laktulosa + epilaktosa
  • lysinoalanin

Inhibice Maillardovy reakce

  • vytváření nepříznivých podmínek
    • obsah vody (aktivita), snížení teploty, úprava pH
  • odstranění jednoho z partnerů
  • použití inhibitorů Inhibice-maillarda.jpg

Karamelizace[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

  • cukry (sacharóza, glukóza, fruktóza, škrobové sirupy, invertní cukr)
  • teplota 150–190 °C (240 °C)
  • doba reakce 5–10 hodin
  • katalyzátor
  • karamel – pevný produkt
  • kulér – roztok
třída název kuléru přídatné látky použití
I CP kaustický Na2C03, K2CO3, NaOH. KOH, H2S04, octová, citronová kyselina lihoviny (vysoký obsah alkoholu)
II CCS kaustický sulfitový S02, H2S04, Na2S03, K2S03, NaOH, KOH ocet, pivo, lihoviny, aromatizovaná vína, medovina
III AC amoniakový NH3, (NH4)2S04, Na2C03, H2S04, NaOH, KOH pivo aj. alkoholické nápoje, kyselé potraviny
IV SAC amoniakový-sulfitový NH3, S02, (NH4)2S03, Na2S03, K2S03, Na2C03, K2C03, NaOH, KOH, H2S04 kyselé potraviny, nealkoholické nápoje

Odkazy[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Související články[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Zdroj[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]