Углеводы, простые и сложные

Инулин

Инулин относится к классу натуральных природных полисахаридов. Действие его подобно действию пребиотика, то есть вещества, которое, почти не адсорбируясь в кишечнике, активизирует метаболизм и рост полезной микрофлоры.

Важно!

Инсулин на 95 процентов состоит из фруктозы, одна из функций которой заключается в связывании глюкозы и выведении ее из организма, благодаря чему снижается концентрация сахара в крови.

Польза инулина:

• выведение токсинов;
• нормализация работы ЖКТ;
• улучшение усваивания как витаминов, так и минералов;
• укрепление иммунитета;
• снижение риска развития онкозаболеваний;
• устранение запоров;
• улучшение усваивания инсулина;
• препятствование образованию сгустков крови;
• нормализация кровяного давления;
• способствование выведению желчи.

Важно!

Инулин легко усваивается человеческим организмом, вследствие чего применяется при сахарном диабете в медицине в качестве заменителя крахмала и сахара.

В каких продуктах содержится инулин?

Лидером по содержанию инулина по праву признан топинамбур, съедобные клубни которого по своим вкусовым качествам напоминают привычный всем вкус картофеля. Так, в клубне топинамбура содержится порядка 15 – 20 процентов инулина.

Кроме того, инулин содержится в таких продуктах:

• чеснок;
• цикорий;
• банан;
• одуванчик;
• эхинацея;
• лук;
• ячмень;
• рожь;
• лопух;
• девясил;
• агава.

Интересный факт!

Сегодня инулин активно используется при производстве многих продуктов питания, а также напитков: мороженого, сыров, мясных изделий, мюслей, соусов, соков, продуктов детского питания, хлебобулочных, макаронных и кондитерских изделий.

Углеводы. Генетический D- ряд сахаров

«Углеводы широко распространены в природе и выполняют в живых
организмах различные важные функции. Они поставляют энергию для биологических
процессов, а также являются исходным материалом для синтеза в организме других
промежуточных или конечных метаболитов. Углеводы имеют общую формулу C_n(H₂O)_m, откуда и возникло название
этих природных соединений.

Углеводы делятся на простые сахара или моносахариды и полимеры этих
простых сахаров или полисахариды. Среди полисахаридов следует выделить группу
олигосахаридов, содержащих в молекуле от 2 до 10 моносахаридных остатков. К ним
относятся, в частности, дисахариды.

Моносахариды являются гетерофункциональными соединениями. В их молекулах
одновременно содержатся и карбонильная (альдегидная или кетонная), и несколько
гидроксильных групп, т.е. моносахариды представляют собой
полигидроксикарбонильные соединения — полигидроксиальдегиды и
полигидроксикетоны. В зависимости от этого моносахариды подразделяются на
альдозы (в моносахариде содержится альдегидная группа) и кетозы (содержится
кетогруппа). Например, глюкоза – это альдоза, а
фруктоза – это кетоза.

 (глюкоза
(альдоза))                    (фруктоза (кетоза))

В зависимости от числа атомов углерода в молекуле
моносахарид называется тетрозой, пентозой, гексозой и т.д. Если объединить
последние два типа классификации, то глюкоза – это альдогексоза, а фруктоза –
кетогексоза. Большинство встречающихся в природе моносахаридов – это пентозы и
гексозы.

Моносахариды изображаются в виде проекционных формул
Фишера, т.е. в виде проекции тетраэдрической модели атомов углерода на
плоскость чертежа. Углеродная цепь в них записывается вертикально. У альдоз
наверху помещают альдегидную группу, у кетоз – соседнюю с карбонильной
первичноспиртовую группу. Атом водорода и гидроксильную группу при
асимметрическом атоме углерода располагают на горизонтальной прямой.
Асимметрический атом углерода находится в образующемся перекрестье двух прямых
и не обозначается символом. С групп, расположенных вверху, начинают нумерацию
углеродной цепи. (Дадим определение асимметрическому атому углерода: это атом
углерода, связанный с четырьмя различными атомами или группами).

Установление абсолютной конфигурации, т.е. истинного
расположения в пространстве заместителей у асимметрического атома углерода
является весьма трудоемкой, а до некоторого времени было даже невыполнимой
задачей. Существует возможность характеризовать соединения путем сравнения их конфигураций
с конфигурациями эталонных соединений, т.е. определять относительные
конфигурации.

Относительная конфигурация моносахаридов определяется по
конфигурационному стандарту – глицериновому альдегиду, которому еще в конце
прошлого столетия произвольно были приписаны определенные конфигурации,
обозначенные как D- и L- глицериновые
альдегиды. С конфигурацией их асимметрических атомов углерода сравнивается
конфигурация наиболее удаленного от карбонильной группы асимметрического атома
углерода моносахарида. В пентозах таким атомом является четвертый атом углерода
(С₄), в гексозах – пятый (С₅), т.е.
предпоследние в цепи углеродных атомов. При совпадении конфигурации этих атомов
углерода с конфигурацией D-
глицеринового альдегида моносахарид относят к D- ряду. И, наоборот, при совпадении с конфигурацией L- глицеринового
альдегида считают, что моносахарид принадлежит к L- ряду. Символ D означает, что
гидроксильная группа при соответствующем асимметрическом атоме углерода в
проекции Фишера располагается справа от вертикальной линии, а символ L- что
гидроксильная группа расположена слева.

Виды медленных углеводов

Как правильно питаться. Все об углеводах.

Watch this video on YouTube

Структура сложного углевода включает в себя несколько молекулярных цепочек, в которых заключено множество моносахаридов. Подобный состав характерен для крахмала, глюкоманнана, декстрина, гликогена, целлюлозы, хитина. В каждом из этих веществ, относящихся к медленным углеводам, содержатся тысячи и тысячи моносахаридов, что обеспечивает длительный процесс переваривания, энергия в ходе которого высвобождается медленно.

На углеводы от общего объема потребляемых суточных калорий должно приходиться как минимум 50%. Сложные рекомендовано употреблять перед силовой тренировкой. Один прием включает в себе не менее 40 граммов. Медленно усваиваемые, оно постепенно и равномерно обеспечивают необходимый для спортсмена уровень глюкозы в крови.

Благодаря сложным углеводам, согласно медицинским исследованиям, возрастают показатели выносливости, а процесс жиросжигания ускоряется. Они поддерживают энергию на неизменно устойчивом уровне. Съедая порцию углеводов, человек длительное времени не чувствует голода, что является основным залогом успеха в сокращении суточного калоража питания.

Источников для получения этого соединения много. К самым распространенным относится крахмал. Его медленное расщепление в желудочно-кишечном тракте, сопровождаемое преобразованием в глюкозу не позволяет моносахаридам в крови упасть ниже положенной отметки. Большое количество крахмала содержится в бобовых и зерновых культурах.

Расщепление гликогена на глюкозу происходит в печени. Никакие дополнительные ферменты не принимают участие в данном процессе. Наибольшее количество гликогена содержит свиная и говяжья печень, чуть меньше — дрожжевые клетки, морепродукты, раки.

Клетчатка не усваивается полностью, но выполняет важную роль. Она, проходя пищеварительный тракт, способствует очищению организма и выведению холестерина, шлаков и солей металлов из кишечника, а также препятствует развитию гнилостных процессов. Стимулируя повышенное отделение желчи, она повышает чувство сытости.

В результате расщепления фруктозы образуется побочный полисахарид, называемый инулином. Он применяется в качестве заменителя сахара для диабетиков, содержится в артишоке и цикории.

Клетчаткой богаты все медленные углеводы, что делает эти соединения полезными для пищеварения. Постепенно расщепляясь, они превращаются в глюкозу, равномерно поступающую в кровь, дарят длительное чувство сытости и поддерживает энергетический баланс в организме.

Образование гликозидной связи путем конденсации

1. Процесс образования гликозидных связей в углеводах представляет собой реакцию конденсации, что означает, что во время процесса образуется молекула воды.
2. Реакция конденсации образуется между группой ОН и аномерным углеродом сахара.
3. Эти гликозидные связи образуются в реакции синтеза дегидратации.
4. Когда спирт атакует аномерный углерод, группа ОН углерода замещается атомом кислорода молекулы спирта. Группа ОН углерода и оставшийся атом Н спирта высвобождаются в виде молекулы воды.
5. Реакция гликозилирования включает нуклеофильное замещение аномерного центра. Поскольку реакция происходит у вторичного атома углерода за счет атаки слабых нуклеофилов (акцепторов сахара), она часто следует мономолекулярному механизму SN1.
6. Результатом гликозидной связи является молекула сахара, связанная с другой молекулой простой эфирной группой.
7. Образованная эфирная связь имеет атом кислорода, связанный с двумя атомами углерода, что приводит к относительно стабильной структуре, чем со спиртовой группой. В результате гликозидная связь приводит к более стабильной структуре сахара.

Это интересно

В случае с некоторыми отдельными сладкими продуктами огромную роль играет не только объем сахаров на 100 грамм этого продукта, но и количество влаги.

Дело в том, что вода с легкостью выводится из человеческого организма, при этом в работе остаются так называемые моносахариды. Ел же в продукте ее присутствует достаточное количество, то человек может получать больше глюкозы и других сахаров, чем необходимо.

Существует также теория, что человеку для получения достаточного количества клетчатки на день, необходимо всего лишь съесть одно яблоко. На самом деле это миф. Человеку требуется до пяти несладких фруктов в день с целью достижения нормального уровня суточного потребления.

Еще одним интересным моментом является то, что нельзя отдавать предпочтение только крахмалсодержащим углеводам или же моносахаридам. Необходимо обеспечить баланс примерно 1:1,5 в пользу крахмалсодержащих продуктов для нормального функционирования организма. Поэтому обязательно в рационе должны присутствовать каши, хлеб и другие подобные продукты в достаточном количестве.

Если не запивать водой или любой другой жидкостью продукты с содержанием подобных элементов, то в случае превышения нормы, риск превращения их в жиры значительно снижается. Поэтому диетологи рекомендуют пить только по истечению часа после приема пищи.

Мало кому известен также такой факт, что свежевыжатые соки необходимо употреблять в разбавленном виде. В таком случае снижается нагрузка на внутренние системы, и уменьшается калорийность употребляемого продукта.

Подводя итоги, если употреблять углеводы грамотно, то они способны принести пользу вашему организму

Однако не следует усердствовать с такими продуктами, и важно придерживаться вышеперечисленных рекомендаций специалистов

Углеводы и правильная тактика похудения

Правильная пища, способствующая эффективному снижению веса – та, что богата клетчаткой и имеет низкий гликемический индекс, поскольку медленно расщепляется в организме.

Есть углеводы следует только на завтрак и обед, а вечернее меню составлять из белковых продуктов. Потребность в чем-нибудь сладком и вкусном удовлетворять поеданием орехов – это порадует вкусовые рецепторы и отлично поддержит физические силы: 10 орехов и не навредят, и обеспечат достаточным количеством питательных веществ.

Диетологи советуют есть каши, семена подсолнечника, богатые клетчаткой белокочанную капусту, кислые яблоки. А абрикосы, клюква, свежие огурцы обеспечат организм во время диеты пектином, также полезны и разрешены – гречка, рис, макаронные изделия.

В желании поддержать физическое здоровье и сделать фигуру стройной, главное – не переусердствовать, и не забывать о том, что даже в режиме диеты следует обеспечить организм питанием, в котором присутствует полный, сбалансированный комплекс витаминов, макроэлементов, к которым и относятся углеводы, и микроэлементов.

В каких продуктах питания содержатся полезные углеводы?

В отличие от быстрых углеводов медленные углеводы усваиваются постепенно, не вызывая резких скачков глюкозы, что позволяет надолго насытить организм и предотвратить резкие перепады голода и сытости.

Медленные углеводы в рационе – это залог стабильного настроения и хорошего самочувствия. Международная организация здравоохранения рекомендует потреблять 45-65% медленных углеводов от общего рациона. В зависимости от индивидуальных особенностей и целей эта цифра может быть больше.

Основные источники медленных углеводов – это растительные продукты – крупы, бобовые, овощи, фрукты, цельнозерновые продукты.

Как говорилось выше, медленные углеводы могут быть усвояемыми и неусвояемыми. Неусвояемые углеводы – это клетчатка или пищевые волокна, которые дают ощущение сытости и помогают поддерживать здоровье ЖКТ. Неусвояемые углеводы не менее важны, чем усвояемые.

Свойства углеводов

К основным свойствам углеводов стоит отнести следующее:

1. Молекулярная масса. Среди углеводов можно встретить весьма простые элементы, молекулярная масса которых составляет примерно 200, и гигантские полимеры. Их молекулярная масса достигает нескольких миллионов.
2. Растворимость в воде. Моносахариды легко растворяются в воде и образуют сиропы.
3. Окисление. Этот процесс приводит к получению соответствующих кислот. К примеру, окисление глюкозы аммиачным раствором гидрата окиси серебра приводит к формированию глюконовой кислоты.
4. Восстановление. При восстановлении сахаров удается получить многоатомные спирты. В роли восстановителя выступает водород в никеле, алюмогидрид лития и т.д.
5. Алкилирование. Под этим термином понимают образование простых эфиров.
6. Ацилирование. В это понятие включают образование сложных эфиров.

Переваривание углеводов

Переваривание углеводов, особенно крахмала, начинается в полости рта под воздействием фермента, содержащегося в слюне – α-амилазы слюны. Процесс идет только при щелочном pH, оптимум pH 6,0–7,0). Здесь крахмал гидролизуется до мальтозы, мальтотриозы и декстринов. 

Попадая в желудок, пища приобретает кислую среду, в которой амилаза слюны инактивируется. В желудке происходит только частичный гидролиз дисахаридов сахарозы и мальтозы. Дальнейшее переваривание углеводов происходит в тонком кишечнике. 

Гидролиз дисахаридов

В двенадцатиперстной кишке пищеварение происходит при участии α-амилазы поджелудочной железы – углеводы гидролизуются до декстринов и дисахаридов. Кишечный сок содержит ферменты: глюкоамилазу и гликозидазы, а также лактазу, сахаразу и мальтазу, которые переваривают углеводы в простые сахара. 

Около 50% глюкозы уже всасывается в двенадцатиперстной кишке, а остальная часть из тощей кишки попадает в кровь в воротной вене. Поглощенные простые сахара попадают в печень через кровоток. Там большая часть гексоз превращается в глюкозу – часть попадает в кровоток, часть окисляется в печени, а часть превращается в гликоген, сохраняясь в качестве резервного материала.

Химические свойства фруктозы

Химические свойства фруктозы таковы, что могут вступать в реакции, характерные для моносахаридов. В результате образуются простые и сложные эфиры. Также формируются ацетали и гликозиды.

Наличие карбонильной группы позволяет получить продукты присоединения нуклеофильных реагентов. К ним относятся пептиды, аминокислоты, амины и прочие вещества. В сочетании с фенилгидразином получается озазон. Это вещество идентично озазону глюкозы или маннозы.

Элемент восстанавливается до маннита или сорбита. Это допустимо делать в том числе и ферментативным методом. Промышленный метод изготовления маннита базируется на каталитическом гидрировании карбонильной группы вещества. В этом процессе принимает участие никелевый или медный катализатор.

В условиях промышленности проводится каталитическое окисление фруктозы. Это осуществляется кислородом или воздухом. В процесс участвуют катализаторы на базе благородных металлов. В результате формируются такие продукты, как 5-кетофруктоза и 2-кето-D-глюконовая кислота.

Вещество отличается нестабильностью в растворах щелочей и кислот. В этом заключается ее основное отличие от глюкозы и прочих альдоз. В щелочной среде вещество изомеризуется в глюкозу и маннозу.

При нагревании в щелочных условиях наблюдается фрагментация вещества. Как следствие, вырабатываются метилглиоксаль, глицеральдегиды, молочная кислота. Также могут синтезироваться прочие продукты разложения.

По мере увеличения температуры твердой фруктозы или ее концентрированного раствора наблюдается дегидратация и вырабатываются продукты конденсации. При нагревании с участием аминокислот удается получить продукты реакции Майяра. Они имеют окрас и запах.

При нагревании фруктозы при участии кислоты наблюдается дегидратация. В результате вырабатывается 5-гидроксиметилфурфурол. Эта особенность лежит в основе реакции на фруктовый сахар – пробы Селиванова.

Сахара

Вещества, известные как «сахара» и «сахариды», характеризуются сладким вкусом. Они легко растворяются в воде. Такие углеводы содержат несколько гидроксильных групп и по крайней мере одну карбонильную группу (альдегид или кетон). Они синтезируются в основном растениями из углекислого газа и воды в процессе фотосинтеза, в котором исходным материалом является вода, поступающая через корневую систему из почвы, и углекислый газ (CO 2), присутствующий в воздухе. 

Животные могут синтезировать некоторые углеводы из жиров и белков, но большинство животных углеводов имеют растительное происхождение. Углеводы – один из основных источников энергии (сжигание 1 г дает человеку около 4 ккал).

Углеводы, содержащиеся в пище человека, делятся на простые и сложные сахара.

Углеводы

Углеводами называют органические соединения, состоящие из углерода, водорода, кислорода. Содержат карбонильную группу и множество карбоксильных групп. Служат источником энергии для клеток.

Классификация углеводов

Химические свойства углеводов

Химические свойства углеводов обусловлены строением. Соединения вступают в реакции по карбоксильной группе, по спиртовому гидроксилу или кетонной группе в зависимости от природы сахаров в составе. 

Реакции гидролитического разложения сложных сахаров идут по схеме:

Реакции гидрирования характерны для сахаров, содержащих карбонильную группу (например, глюкоза), которая в результате восстанавливается до спиртового гидроксила при повышенной температуре в присутствии никелевого катализатора:

Альдегидная группа в составе вступает в характерную реакцию с гидроксидом меди. Образуется оксид меди II кирпично-красного цвета:

По альдегидной группе проходит и реакция «серебряного зеркала» с серебра нитратом в аммиачной среде. Образуется осадок серебра, глюконат аммония, аммиак и вода:

Спиртовой гидроксил в составе определяет взаимодействие с гидроксидом двухвалентной меди. Осадок голубого цвета переходит в насыщенный синий раствор медного комплекса:

Процессы брожения

Процесс ферментативного разложения глюкозы на этиловый спирт и углекислый газ называют спиртовым брожением:

Продуктом молочнокислого брожения становится молочная кислота. Возможны процессы масляно-кислого, лимонно-кислого брожения: 

Растворы моносахаров

В растворе моносахара соединяются между собой через альдегидные группы. Раствор глюкозы содержит две модификации: альфа-форму и бета-форму:

Полисахара сгорают до углекислого газа и воды:

(С₆H₁₀O₅)_n + 6nO₂ → 6nCO₂ + 5nH₂O

Характерная реакция крахмала с раствором йода:

Образуется ярко синее окрашивание. При повышении температуры цвет исчезает, при охлаждении снова проявляется.

Биологические функции углеводов

Углеводы выполняют функции в организме такие, как:

• энергетическая;
• защитная (иммунная);
• структурная;
• запасающая;
• рецепторная.

Углеводы образуют стенки клеток, обеспечивают распознавание клеток, присоединение к ним биологически активных веществ, участвуют в фотосинтезе.

Смотри также:

• Теория строения органических соединений: гомология и изомерия (структурная и пространственная). Взаимное влияние атомов в молекулах
• Характерные химические свойства предельных одноатомных и многоатомных спиртов, фенола
• Характерные химические свойства альдегидов, карбоновых кислот, сложных эфиров
• Характерные химические свойства азотсодержащих органических соединений: аминов и аминокислот. Важнейшие способы получения аминов и аминокислот
• Взаимосвязь органических соединений

Принцип строения

Молекула углевода (общая формула — Cn (H2O)m) состоит из нескольких гидроксильных (-ОН) и карбонильных (=С=О) групп. Химические и физические свойства этих веществ получили большой спрос в фармакологии. Любое органическое соединение относится к одной из трёх существующих категорий углеводов. Всё зависит от того, какой принцип строения они имеют:

• олигосахариды;
• моносахариды;
• полисахариды.

В первую группу входят от 2 до 10 структурных единиц, например, триозы (трисахариды), диозы (дисахариды), пентасахариды, тетраозы (тетрасахариды) и гексасахариды.

Наибольшее распространение получили C18H32O17 (мелицитоза, раффиноза, мальтотриоза) и C12H22O11 (сахароза, лактоза, мальтоза). Олигосахариды могут состоять из неоднородных и однородных молекул. По этой причине принято различать следующие органические вещества:

1. Гетероолигосахариды. В состав входят молекулы разной структуры.
2. Гомоолигосахариды. Все молекулы обладают одинаковой структурой.

Простейшими сахарами являются моносахариды. В их состав входит только одна молекула. Моносахариды включают несколько групп, которые различаются итоговым количеством атомов углерода. Для живых организмов самыми значимыми являются пентозы (C5H10O5), входящие в состав нуклеиновых кислот и гексозы (например, глюкоза). К категории самых сложных углеводов относятся полисахариды, состоящие из большого количества моносахаридов (максимум 10 тыс.):

• хитин;
• крахмал;
• целлюлоза;
• гликоген.

Заключение

Информация, разобранная в статье, во всех подробностях отвечает на вопрос поставленной в самом начале. Углеводы – не враг. Продукты содержащие углеводы не только можно, но и нужно включать в рацион.

В качестве заключения обозначим несколько рекомендаций:

• Не исключайте углеводы, но и налегайте на них сверх меры.
• Отдавайте предпочтение сложным углеводам с низким ГИ.
• Простые углеводы и продукты с высоким ГИ оставьте на утро и на время после активной тренировки. Они помогут взбодриться и подавят возникшую усталость.
• Хитрите, если соблюдаете норму КБЖУ. Захотелось поесть, а время обеда еще далеко? Выход прост – выпейте чашечку бодрящего кофе или успокаивающего чая.
• Не впадайте в крайности. Если в гостях предлагают кусочек торта и вы хотите его съесть – не отказывайтесь. Ограничения в еде грозят расстройствами пищевого поведения и проблемам не только с физическим, но и психологическим здоровьем.
• Рассчитайте собственную норму. Если необходимо достичь похудения или, наоборот, нарастить мышечную массу, то следование норме поможет в достижении целей.