Водорастворимые полисахариды из лекарственных и пищевых растений

Третьей кристаллической модификацией амилозы, о которой имеется больше сведений, является так называемая V-форма. Она образуется в результате ретроградации в присутствии комплексообразователей. Рентгенограммы этой формы указывают на то, что она является гибкой спиралью, в каждом витке которой содержится шесть или семь остатков D-глюкозы в зависимости от размера молекулы комплексообразователя. Форма В может образовываться из V-формы путем растяжения спирали и разрыва одних и образования других водородных связей. Рентгеновские спектры V-формы амилозы сравнивали с рентгеновскими спектрами ряда циклических олигосахаридов, полученных при действии на крахмал амилазы из Bacillus macerans. Эти циклические олигосахариды (циклоамилозы, декстрины Шардингера) состоят из α-(1 →4).связанных остатков D-глюкозы и имеют вид замкнутой петли, причем рентгенограмма циклогексамилозы сходна с рентгенограммой V-формы; считают, что она соответствует одному витку V-спирали.

Амилопектин при анализе методом метилирования в качестве основного продукта образует 2,3,6-три-О-метил-D-глюкозу и около 4% 2,3,4,6-тетра-О-метил-D-глюкозы; это означает, что длина его цепи меньше, чем в амилозе. Выделение помимо этих продуктов 2 3-ди-О-метил-0-глюкозы указывает на наличие 1,4,6-связанных моносахаридных остатков в точках ветвления. длину цепи такой единицы определяют по количеству муравьиной кислоты, выделяющейся при периодатном окислении терминальных моносахаридных остатков на невосстанавливающем конце цепей; более точно эту величину определяют ферментативным расщеплением. Средняя длина цепи обычно составляет 17 — 26 моносахаридных остатков. Цепи в разветвленной молекуле амилопектина могут быть расположены по-разному.

Молекулы амилопектина слишком велики, и точное определение их молекулярной массы затруднено. Однако по результатам светорассеяння они состоят примерно из 106 остатков D-глюкозы, что делает амилопектнн одной из самых больших природных молекул.

. Неспособность амилопектнна связывать нод в большом количестве (его комплекс с иодом нмветхарактерную красную окраску) обусловливается наличием в его молекуле большого числа точек ветвления, что делает невозможным осуществление какой-либо спиральной конформации.

Пищевое и промышленное значение. В желудочном тракте человека и животного крахмал поддаётся гидролизу и превращается в глюкозу, которая усваивается организмом. Промежуточными продуктами гидролиза крахмала являются декстрины.

Крахмал, как пищевая добавка, используется для загущения многих пищевых продуктов, приготовления киселей, заправок и соусов.

Крахмал является наиболее распространенным углеводом в рационе человека и содержится во многих основных продуктах питания. Главными источниками крахмала в мире являются Зерновые культуры: рис, пшеница, кукуруза; различные корнеплоды, в том числе картофель, а также маниок. Большинство других крахмалистых продуктов произрастают только в местах с определённым климатом, например: рожь, ячмень, гречиха, овёс, пшено, желуди, бананы, каштаны, сорго, батат, плоды хлебного дерева, ямс, таро, чилим, маранта, арракача, канна, колоказия, кандык японский, пуэрария дольчатая, маланга, кислица клубненосная, такка перистонадрезанная, саго, и многие виды бобовых, таких как чечевица, бобы садовые, маш, горох лущильный, нут.

Широкоизвестными блюдами, содержащими крахмал, можно назвать: хлеб, блины, лапшу, макароны, каши, кисели и различные лепешки, в том числе тортильи.

Для пищеварительных ферментов расщепление кристаллического крахмала (класс РК3) представляет некоторую сложность. Сырой крахмал плохо переваривается в двенадцатиперстной и тонкой кишках, а бактериальное разложение будет проходить в основном в толстой кишке. Продукты с большим количеством амилозы, хуже перевариваются, чем с амилопектином. При этом даже резистентный (неперевариваемый) крахмал (классов РК2, РК3, РК4) играет свою физиологическую роль: снижает уровень сахара после пищевой гипергликемии (увеличения концентрации глюкозы в крови, особенно важно для больных сахарным диабетом), образует органические кислоты — энергию эпителия толстого кишечника, поддерживает иммунитет кишечного тракта, противовоспалительную защиту организма и другое. В целях повышения усваиваемости крахмала его термически обрабатывают. Поэтому, прежде чем люди начали использовать огонь, зерно и другие высококрахмалосодержащие продукты были не самым лучшим способом получения энергии организма (в отличие от белковой пищи).

В пищевой промышленности крахмал используется для получения глюкозы, патоки, этанола, в текстильной — для обработки тканей, в бумажной — в качестве наполнителя.

Камеди

Растительные камеди являются в основном высокоразветвленными полисахаридамн, содержащими остатки гексуроновых кислот в солевой форме и ряд остатков нейтральных моносахаридов, которые часто этерифицнрованы. Камеди могут образовываться самопроизвольно или при повреждении коры или плодов, выделяются в виде вязких жидкостей, которые застывают в виде стеклообразной массы и защищают места повреждения от микроорганизмов. Многие камеди находят промышленное применение в качестве загустителей или стабилизаторов эмульсий. Для определения строения камедей используют разницу в скоростях гидролиза различных гликозидных связей, получая путем избирательного распада олигосахариды, структура которых может быть установлена более легко и точно. Наиболее часто проводят аутогидролиз (нагревание кислой камеди в водном растворе), мягкий гидролиз 0,01 М кислотой для отщепления L-арабинофуранозных звеньев, гндролнз 0,1 — 0,5 М кислотой или продолжительный аутогидролиз для разрушения более лабильных связей между остатками гексопираноз и жесткий кислотный гидролиз 0,5 М серной кислотой для отщепления всех моносахаридных остатков за исключением гексоуроновых кислот, что приводит к выделению кислых олигосахаридов, в частности дисахаридов, содержащих один остаток гексуроновой кислоты. В некоторых случаях, как оказалось, строение камедей близко к строению других менее сложных растительных полисахаридов.

Гуммиарабик, камедь из различных видов Acacia, является, по-видимому, наиболее известным примером растительной камеди и типичным представителем ряда камедей, содержащих внутренние цепи из остатков β-(1→3)-связанной D-галактозы. К этим цепям присоединены цепи, в состав которых входят остатки L-арабинофуранозы, L-рамнопиранозы и D-глюкопирануроновой кислоты. Аутогидролиз арабиковой кислоты (кислой формы гуммиарабика) приводит к L-арабинозе, L-рамнозе и дисахариду D-галакто-L-арабинозе; следовательно, эти остатки присоединены к основным цепям. В общем виде строение этого полисахарида изображено формулой  
(7), в которую не включены уникальные моно- и дисахаридные звенья, присоединенные к внешней цепи. Ряд других камедей из Acacia, как было показано, имеет один и тот же D-галактановый кор, но различные степень разветвленности, природу и способ присоединения периферических остатков L-арабинозы и L-рамнозы. Некоторые камеди, например камедь из А. karroo,  также содержат остатки α-D-глюкопирануроновой кислоты, присоединенные (1→4)-связями к остаткам D- галактозы. Камеди из растений семейства Acacia подгруппы Juli florae содержат большее число кислотных групп и метоксигрупп и имеют более высокую молекулярную массу, но содержат меньше остатков L-рамнозы и L-арабинозы.

Камедь из Anogeissus latifolia имеет внутренние цепи, состоящие из чередующихся остатков D-глюкуроновой кислоты и D-маннозы с высоким содержанием концевых остатков L-арабинофуранозы. Небольшое количество L-арабинопиранозных звеньев присутствует в более кислотоустойчивой части полисахарида.

Трагакантовая камедь содержит внутренние цепи, состоящие из 4-0-замещенных остатков α-D-галактуроновой кислоты и является примером камеди, родственной по строению пектовым кислотам. Камеди из растений родов Sterculia и Кhaya имеют внутреннюю цепь из остатков галактуроновой кислоты, но с включением в нее различного числа остатков 2-0-замещенной  L-рамнозы и ряда других моносахаридов (в том числе D-глюкуроновой кислоты) в качестве невосстанавливающих концевых остатков. Трагакантовая камедь лишь частично растворима в воде, однако ее основной компонент, трагакантовая кислота, был выделен. Установлено, что трагакантовая кислота (9) состоит из остатков D-галактуроновой кислоты, D-ксилозы, L-фукозы и D-галактозы и содержит небольшие количества D-глюкуроновой кислоты, L-рамнозы и L-арабинозы. В качестве минорного компонента в этой камеди обнаружен высокоразветвленный L-арабино-D-галактан.

Полисахариды, содержащие необычный компонент — L-глюкозу обнаружены в камеди мескитового дерева.

Применение. Гуммиарабик ранее широко применяли во многих отраслях промышленности как клеящее вещество; с развитием производства полимеров он всё больше утрачивает своё значение. В станковой живописи используется как связующее для сухих пигментов [1]. Входит в состав некоторых безалкогольных напитков в качестве эмульгатора, например диетической Кока-колы.

В кулинарии гуммиарабик позволяет повысить стойкость эмульсий, уменьшить образование комков и пены, предотвратить засахаривание, не сильно меняя вкус продукта. Эти свойства полезны в кондитерской и хлебобулочной промышленности (печенья, пастила, начинки для конфет, глазурь и т.д.), в молочной (йогурты, кремы, сливки, мороженое и т.д.), при производстве напитков (в т.ч. газированных и алкогольных) и т.п. Регулирует точку замерзания, удерживает влагу. Гуммиарабик также использовали в древние времена, при создании чернил для папирусной письменности, добавляя его в разведённую в воде сажу.

Трагакант используют в ряде отраслей промышленности. Камедь непосредственного применения в медицине не имеет, однако она используется в фармацевтической промышленности в качестве связывающего вещества при изготовлении эмульсий, таблеток и пилюль. Чаще всего она используется в косметике для приготовления эмульсий, в кондитерской промышленности, а также в текстильной промышленности для закрепления красок.

Слизи

Слизи выделяют из коры, семян, корней и листьев растении. В их состав входят кислые и нейтральные полисахариды. В семеиах они, по-видимому, играют роль резервуаров для удерживания воды, чтобы защитить семена от обезвоживания.

Растительные слизи зачастую построены менее сложно, чем камеди. Одной из групп растительных слизей, насчитывающей большое число представителей, являются галактоманнаны. Обычный источник их получения — семена бобовых растений.

Другой большой группой слизей являются глюкоманнаны, найденные в различных видах ароидных и лилейных, в семенах ирисовых, в клубнях орхидных растений («салеп») и др. Эти полисахариды имеют линейное строение, причем остатки D-глюкозы и D-маннозы связаны β-(1→4)-связями; некоторые представители слизей этой группы содержат разветвления в положении 3.

Существует большая группа растений, содержащих слизи более сложного строения, напоминающие камеди тем, что в их состав входят уроновые кислоты и несколько нейтральных моносахаридов. Примерами таких растений служат лен, подорожник, некоторые крестоцветные, окра (Hibiscus esculentus), вяз (Ulmus fulcra) и др.

Наконец, хорошо известно семейство полисахаридов, родственное гемицеллюлозам, но содержащееся в зернах злаков. Сложные смеси этих полисахаридов, называемые иногда «зерновой камедью», Могут быть извлечены водой из пшеничной, ржаной или ячменной муки.

Слизи семян бобовых растений являются D-галакто-D-маннанами; в семенах других растений обиаружены L-арабино-D-ксиланы и D-ксило-L-арабинаны, а также кислые полисахариды. В зависимости от источника выделения соотношение моносахаридов в этих полисахаридах различно, однако их молекулы построены по одному плану; они содержат цепи (10), состоящие из β-(1→4)-связанных остатков маннозы, к которым (1→6)-связями присоединены через разные интервалы боковые цепи, состоящие из одного остатка α-D-галактозы. Например, у гуарана остаток 0-галактозы присоединен к каждому второму остатку маннозы, а у маннанов из плодов фителефаса содержание галактозы очень мало. Слизи из семян и луковиц ряда растений, например семян ириса и луковиц лилии, представляют собой в основном линейные D-глюко-D-маннаиы, цепи которых состоят из связанных (1→4)-связями остатков D-глюкопиранозы и D-маннопиранозы в соотношении от 1: 1 до 1: 3. Оказалось, что эти моносахариды расположены хаотически, что сильно напоминает D-глюко-D-маннан гемицеллюлоз. Некоторые слизи этой группы содержат в небольшом количестве остатки D-галактопиранозы в виде  состоящих из одного моносахаридного остатка боковых цепей.

Другая группа нейтральных слизей (ассоциированных с кислыми полисахаридами) выделена из хлебных злаков и состоит из высокоразветвленных L-арабино-D-ксиланов. Эти слизи (11) построены из β-(1→4)-связанных остатков D-ксилозы, к которым через нерегулярные промежутки присоединены α-(1→3)-связью остатки α-L-арабинофуранозы, Слизь из семян кресс-салата содержит нейтральный полисахарид, цепи которого построены из α-(1→5)-связанных остатков L-арабинофуранозы; к этим цепям  присоединены остатки L-арабинозы и D-ксилозы.

Кислые слизи охарактеризованы хуже; тем не менее показано, что они содержат цепи из чередующихся остатков D-галактуроновой кислоты и L-рамнозы, к которым присоединены боковые цепи состоящие из остатков З-О-метил-D-галактозы, D-галактозы, L-рамнозы и D-ксилозы, а также 4-О-метил-D-глюкуроновой кислоты. Слизи из вяза ржавого (13) и семян кресс-салата (14) являются типичными представителями этого класса соединении.

Применение. Гуаран в качестве пищевой добавки E412 используется в пищевой промышленности в качестве стабилизатора, загустителя и структуратора. Гуаровая смола относится к полисахаридам и является достаточно хорошо растворимым веществом. В организме человека гуаран практически не всасывается кишечником, поэтому считается, что он полезен для здоровья. Эта добавка уменьшает аппетит и эффективно снижает повышенный уровень насыщенных жиров и холестерина в организме. Также гуаровая камедь помогает выводить из кишечника токсины и вредные бактерии, увеличивает усваиваемость кальция организмом. Используется в диетическом питании, помагая обеспечивать чувство сытости в организме. Основным свойством гуаровой камеди является способность замедлять кристаллизацию льда в различных замороженных продуктах, благодаря чему особенно часто она применяется в мороженном или в изготовлении разнообразных охлажденных кондитерских изделий. Также в качестве стабилизатора добавка E412 может применяться в мясной промышленности, хлебопекарном производстве, увеличивая срок годности изделий и придавая им большую упругость и плотность. Кроме того, добавку используют в качестве стабилизатора для сыров и некоторых других молочных продуктов (кефир, йогурт, молоко), а также в желе, джемах и замороженных десертах. E412 улучшает внешний вид различных салатов, приправ и кетчупов. Также она содержится в сиропах и соках, различных пищевых концентратах, сухих супах, рыбных консервах, в различных маслах, жирах и даже в корме для домашних животных.

Другие сферы применения гуаровой камеди:

Текстильная промышленность;