Кейс учителя химии на тему: «УГЛЕВОДЫ»

Зябкина О.А., учитель химии МБОУ Митрофановской СОШ Кейс учителя химии на тему: «УГЛЕВОДЫ» Углеводы – обширный класс органических соединений. В клетках живых организмов   углеводы   являются   источниками   и  аккумуляторами   энергии,  в организмах   растений   и   некоторых   животных   выполняют   роль   опорного (скелетного)   материала,   входят   в   состав   многих   важнейших   природных соединений, выступают в качестве регуляторов биохимических процессов в клетке. В соединении с белками и липидами сложные высокомолекулярные комплексы,   представляющие   основу   живой   материи.   Они   входят   в   состав природных биополимеров – нуклеиновых кислот, участвующих в хранении и передаче   наследственной   информации.   Углеводы   образуются   в   растениях фотосинтеза,   происходящего   под   действием   солнечных   из   газа   и   воды,   а образующийся   при   этом   кислород   выделяется   в   атмосферу.   Углеводы являются   первыми   органическими   веществами   в   круговороте   углерода   в природе.  Строение, классификация и свойства углеводов Все углеводы делятся на две группы: простые и сложные. Простыми углеводами (моносахариды, монозы) называют углеводы,  которые не способны гидролизоваться с образованием более простых   соединений. Обычно их состав отвечает формуле CnH2nOn, то есть число  атомов углерода равно числу атомов кислорода. Сложные углеводы (полисахариды, полиозы) – это углеводы, способные гидролизоваться на более простые. Сложные углеводы очень разнообразны по составу, молекулярной массе, а следовательно, и по свойствам. Их делят на две   низкомолекулярные   (сахароподобные)   и   высокомолекулярные (несахароподобные) полисахариды. Молекулы простых углеводов – моноз – построены из неразветвленных углеродных цепей, содержащих различное число атомов углерода. В состав организмов   растений   и   животных   входят   главным   образом   монозы   с   5–6­ углеродными атомами – пентозы и гексозы. В   молекулах   моносахаридов   имеются   углеродные   атомы,   связанные   с четырьмя   различными   заместителями.   Они   получили   название асимметричных.   Наличие   в   молекулах   моноз   асимметричных   углеродных атомов   приводит   к   появлению   оптических   изомеров,   обладающих способностью вращать плоскополяризованный луч света. Наличие   спиртовых,   альдегидных   или   кетонных   групп,   а   также появление в циклических формах моноз группы – ОН с особыми свойствамиопределяет   химическое   поведение   этих   соединений,   а   следовательно,   и превращение их в биохимических и технологических процессах. Особое место в превращениях моносахаридов занимают два процесса: дыхание и брожение. C6H12O6 + 6O2  6CO2 + 6H2O + Q Дыхание   –   это   экзотермический   процесс   ферментативного   окисления моноз до воды и углекислого газа: Дыхание   с   фотосинтезом   является   важнейшим   процессом   для жизнедеятельности организмов. Различают аэробное (кислородное) дыхание – дыхание при достаточном количестве   кислорода,   и   дыхание,   являющееся,   в   сущности,   спиртовым брожением  C6H12O6  2С2Н5ОН + 2СO2 Спиртовое   брожение,   протекающее   под   влиянием   микроорганизмов, играет  исключительную  роль в производстве  вина,  хлебобулочных  изделий. Кроме спиртового молочнокислое брожение моноз:  Это основной проценсс при получении простокваши, кефира и других молочнокислых продуктов, квашении капусты. Моносахариды  –  твердые   кристаллические   вещества,   хорошо растворяются   в   воде,   трудно   растворимы   в   спирту.   Большинство   из   них имеют сладкий вкус. Рассмотрим наиболее важные Глюкоза  широко   распространена   в   природе,   содержится   в   зеленых частях   растений,   в   виноградном   соке,   семенах   и   фруктах,   ягодах,   мёде. Входит в состав важнейших полисахаридов: сахарозы, крахмала, клетчатки. Получают   глюкозу   гидролизом   крахмала   и   клетчатки.   Сбраживается дрожжами. Фруктоза  в   свободном   состоянии   содержится   в   зеленых   частях растений, нектаре цветов, семенах, меде. Входит в состав сахарозы, образует высокомолекулярный полисахарид инсулин. Сбраживается дрожжами. Полисахариды  (сложные   углеводы).   Молекулы   полисахаридов построены из различного числа остатков моноз. В зависимости от этого их делят   на   низкомолекулярные   и   высокомолекулярные   полисахариды.   Из первых особое значение имеют дисахариды, молекулы которых построены из двух  одинаковых  или разных остатков моноз. Главнейшие из дисахаридов – мальтоза и сахароза. Мальтоза  (солодовый   сахар).   Молекула   мальтозы   состоит   из   двух остатков   глюкозы.   Мальтоза   широко   распространена   в   природе,   она содержится в проросшем зерне и в особенно больших количествах в солоде. При гидролизе мальтозы образуются две молекулы глюкозы: С12Н22О11 + Н2О  2С6Н12О6Этот   процесс   играет   большую   роль   в   пищевой   промышленности. Например, при брожении теста мальтоза служит источником сбраживаемых сахаров. Сахароза  (тростниковый,   свекловичный   сахар).   При   ее   гидролизе образуются глюкоза и фруктоза: С12Н22О11 + Н2О  С6Н12О6 + С6Н12О6 Сахароза   –   наиболее   известный   и   широко   применяемый   в   питании   и пищевой промышленности   сахар.  Содержится  в листьях, стеблях, семенах, плодах,   клубнях   растений.   В   сахарной   свекле   от   15   до   22  %   сахарозы,   в сахарном тростнике – 12–15 % , это основные источники ее получения. Крахмал (С6Н10О3) – резервный полисахарид, главный компонент зерна, картофеля   и   многих   видов   пищевого   сырья.   Наиболее   важный   по   своей пищевой   ценности   и   использованию   в   пищевой   промышленности несахароподобный полисахарид. В клетках растений крахмал образует зерна. Особенно крупные зерна крахмала в клетках картофеля. Форма зерен зависит от вида растения. От особенностей строения и размеров крахмальных зерен и, естественно, от состава крахмала зависят его физико­химические свойства. Крахмал   –  смесь   полимеров   двух   типов,   построенных   из   остатков   глюко­ пиранозы, амилазы и амилопектина. Пищевая ценность углеводов Углеводы занимают исключительно большое место в питании. Их доля в продуктах   питания   человека   составляет   50–60   %   (по   калорийности). Основными   источниками   углеводов   являются   растительные   продукты. Углеводы   по   усвояемости   в   организме   условно   можно   разделить   на   две группы:   усвояемые   организмом   человека   (глюкоза,   фруктоза,   сахароза, крахмал)   и   неусвояемые – пищевые   волокна   или   балластные вещества (целлюлоза,   гемицеллюлоза   и   пектиновые   вещества).   Из   углеводов   первой группы легче всего усваиваются фруктоза и глюкоза, затем сахароза, мальтоза и лактоза. Из усвояемых сахаров первостепенное значение принадлежит сахарозе, широко   используемой   в   приготовлении   кондитерских   и   хлебобулочных изделий, варенья и других «сладких» продуктов. Широко   распространены   также   глюкоза   и   фруктоза.   В   питании предпочтительнее фруктоза, чем глюкоза. Фруктоза слаще глюкозы, поэтому для   той   же   сладости   необходимо   меньшее   ее   количество.   Превращение фруктозы в организме протекает несколько иначе, чем глюкозы, что очень важно для больных схараным диабетом. Источник фруктозы в питании – мед, свекла, фрукты, сахароза. Из   дисахаридов   необходимо   отметить   лактозу.   Лактоза   способствует жизнедеятельности   молочнокислых   бактерий   в   пищеварительном   тракте, антагонистов   кислотных   микроорганизмов.   У   многих   людей   отсутствует активность   фермента   лактазы,   гидролизующей   лактозу.   Поэтому   делаютсяпопытки создать для таких людей молочные  продукты,  в которых лактоза частично гидролизована или в них внесен фермент лактаза. Потребность   человека   в   углеводах   связана   с   его     энергетическими затратами и равна в среднем 365–500 г/сутки, из них крахмала – 350–400 г/сутки, моно­ и дисахаридов – 50–100 г/сутки. Избыток   углеводов   способствует   ожирению,   нарушению   функций   нервной системы. Для уменьшения количества «незащищенных» (рафинированных) и увеличения   доли   «защищенных»   углеводов,   обеспечения   необходимого содержания   балластных   веществ   требуется   снижение   потребления   сахара, многих кондитерских изделий, хлеба из муки высших сортов, манной крупы, макарон   и   увеличение   в   рационе   хлеба   из   ржаной   муки,   из   целого   зерна, овощей и фруктов, то есть продуктов с повышенным содержанием крахмала, клетчатки, а не сахарозы, глюкозы и фруктозы.