Фармакогнозія з основами біохімії рослин - Ковальов В. М. 2004
Спеціальна частина
Вуглеводи
Полісахариди
Полісахариди (CnH2n,On)m — природні полімерні високомолекулярні вуглеводи, побудовані з моносахаридів, з’єднані глікозидними зв’язками і утворюють лінійні або розгалужені ланцюги.
Будова і класифікація
Полісахариди поділяють на гомополісахариди, що побудовані з одного сахару, і гетерополісахариди, до складу яких входять залишки різних моносахаридів (від двох до шести). Найпоширеніші з рослинних полісахаридів: гексози — глюкоза, галактоза, маноза, галактуронова кислота; пентози — арабіноза, ксилоза; поширені також дезоксигексози — рамноза, фруктоза; 2-аміносахари — глюкозамін, галактозамін. Багато поліолів мають замінники невуглеводної природи — залишки сірчаної або фосфорної, органічних кислот, найчастіше оцтової.
Схематична класифікація поширених полісахаридів
Полісахариди можуть з’єднуватися ковалентними зв’язками з природними полімерами інших видів. Такі речовини називають змішаними полісахаридами. Крім вуглеводневої частини вони мають білковий або ліпідний компонент, наприклад, нуклеїнові кислоти і глікопротеіни, що містять поліглікозидні та поліпептидні ланцюги, ліпополісахариди, які побудовані з компонентів вуглеводневої і ліпідної природи, тощо.
Назва полісахариду походить від назви відповідного моносахариду із зміною суфіксу -оза на -ан. Наприклад, полісахарид, який побудований із залишків D-манози, має назву D-манан; із залишків D-галактози і D-манози,— D-галакто-D-манан.
Систематичної хімічної номенклатури полісахаридів досі немає. Ми притримуємося класифікації, що базується на хімічному складі і будові полісахаридів. Глікани поділяються на групи відповідно до хімічного складу і будови основного нерозгалуженого, найбільш довгого ланцюга. Якщо макромолекула містить великі ланцюги невуглеводневої будови (білковий, ліпідний та ін.), то відповідні сполуки виділяються в окрему групу (схема).
Традиційно біологічно активні поліози класифікують за їх фізичними властивостями на камеді, слизи і пектинові речовини без урахування хімічної структури. Деякі полісахариди, крім того, мають тривіальні назви: гомоглікани — клітковина, крохмаль, амілоза, інулін, хітин; гетероглікани — хондріотин, пектин, гепарин тощо. Поліуронідами називають полісахариди, що побудовані з залишків уронових кислот, геміцелюлозами — полісахариди, що супроводжують целюлозу; мукополісахариди побудовані із залишків аміносахарів і уронових кислот тощо.
Поширення та біологічні функції в рослинах
Полісахариди входять до складу тканин усіх живих організмів. За фізіологічною роллю в життєдіяльності рослин полісахариди поділяють на:
метаболіти — моносахариди та олігосахариди, що беруть участь у біохімічних процесах і є похідними речовинами вторинного синтезу;
запасні речовини — групи полісахаридів, що виконують резервну функцію (крохмаль, інулін, деякі галактоманани, пектинові речовини, іноді моно- і олігосахариди);
структурні, або скелетні речовини — целюлоза, геміцелюлоза та пектин, які є опорним матеріалом клітинних оболоноку вищих рослин; клітинна оболонка грибів побудована з хітину.
Біологічні функції полісахаридів різноманітні:
енергетичний резерв клітин — крохмаль, глікоген, ламінарин, інулін, деякі рослинні слизи;
захисна — капсульні полісахариди мікроорганізмів, гіалуронова кислота і гепарин — в тканинах тварин, камеді — у рослин;
підтримання водного балансу відбувається завдяки аніонним сполукам (слизи, пектин, полісахариди водоростей), а також вибірковій іонній проникності клітин;
забезпечення специфічних міжклітинних взаємодій та імунологічних реакцій: складні полісахариди утворюють клітинні поверхні і мембрани; гліколіпіди — найважливіші компоненти мембран нервових клітин і оболонок еритроцитів; вуглеводи клітинної поверхні часто зумовлюють взаємодію клітин з вірусами.
Фізико-хімічні властивості
Полісахариди — аморфні, рідко кристалічні, високомолекулярні сполуки з молекулярною масою від 2000 до декількох мільйонів. Як правило, природні полісахариди — це суміш полімергомологів. Вони легко утворюють міжмолекулярні зв’язки. Оскільки кожна молекула полісахаридів внаслідок великої кількості вільних гідроксильних груп високополярна, вони нерозчинні в спирті і неполярних розчинниках. Розчинність полісахаридів у воді різноманітна: деякі лінійні гомоглікани (ксилани, манани, целюлоза, хітин) у воді не розчиняються внаслідок міцних міжмолекулярних зв’язків: складні і розгалужені полісахариди або розчиняються у воді (глікоген, декстрани), або утворюють драглі (пектини, агар-агар, альгінові кислоти тошо). На розчинність полісахаридів впливають неорганічні солі, pH середовища; вони краще розчинні у лужному середовищі, ніж у кислому або нейтральному.
Деякі полісахариди утворюють високоупорядковані надмолекулярні структури, що перешкоджає гідратації окремих молекул; такі полісахариди (хітин, целюлоза) нерозчинні у воді.
Розчини полісахаридів обертають площину поляризації, що використовується для виявлення їх будови; іноді відновлюють реактив Фелінга (декстрини). Обробка полісахаридів кислотами викликає їх деполяризацію. Під впливом розведених або концентрованих кислот полісахариди зазнають часткового або повного розщеплення глікозидних зв’язків з утворенням моно- або олігосахаридів. У розчинах глікани асоціюють. Іноді вони утворюють структуровані системи і можуть випадати в осад.
Основною функціональною групою полісахаридів є гідроксильна. Вона здатна етерифікуватися і окислюватися. Карбоксильні групи уронових кислот можуть бути етерифікованими, відновленими, аміногрупи аміносахарів — ацильованими. Полісахариди спроможні утворювати комплекси з металами, неметалами та низькомолекулярними органічними сполуками.
Методи виділення і дослідження
Високомолекулярна структура та складність будови полісахаридів зумовлюють їх недостатню вивченість. Дослідження полісахаридів складається з трьох етапів: виділення, очищення, власне аналіз.
Виділення проводять холодною або гарячою водою. При цьому витяжка забруднюється білками, мінеральними солями, водорозчинними барвниками.
Для очищення екстракту використовують діаліз, дробне осадження спиртом або четвертинними амонійними основами, ультрафільтрацію, ферментоліз тощо. Існує стандартний метод дослідження полісахаридів, розроблений Джерміном та Ішервудом. Обсушений рослинний матеріал екстрагують протягом 12 год киплячою водою. Отриманий екстракт іноді називають пектинами без урахування їх структури. Цей комплекс осаджують спиртом і виділяють центрифугуванням. Залишки рослинного матеріалу хлорують в м’яких умовах. Це веде до повного вилучення лігніну і pозриву будь-яких зв’язків між целюлозою та полісахаридами клітинної оболонки, які називають геміцелюлозами. Після цього протягом декількох годин геміцелюлози екстрагують 4 М розчинам лугу при кімнатній температурі. Нерозчинну целюлозу видаляють центрифугуванням.
Дослідження будови полісахаридів включає встановлення молекулярної маси, моносахаридного складу, характеру зв’язків між задишками моносахаридів, черговості їх розташування в ланцюзі та виду розгалуження молекули. Використовують хімічні та фізико-хімічні методи аналізу.
Важливим методом дослідження полісахаридів є їх частковий кислотний або ферментативний гідроліз до і після метилювання. Якісний склад моносахаридів і їх метильованих похідних встановлюють методом паперової, тонкошарової або газорідинної хроматографії і електрофорезом після повного кислотного гідролізу.
Для встановлення структури полісахаридів застосовують також методи гельфільтрації, іонообмінної хроматографії і перйодатний метод. Молекулярну масу визначають методом ультрацентрифугування, гель-фільтрації, світлорозсіювання тощо. Сучасні методи встановлення будови полісахаридів — це інфрачервона спектроскопія, ЯМР-спектроскопія, використання лектинів, імунохімічні методи.
Вміст полісахаридів в рослинній сировині визначають ваговим методом. Суму відновлювальних моносахаридів після гідролізу гдіканів встановлюють спектрофотометричним методом (препарати мукалтін, плантаглюцид, ламінарид тощо).
Біологічна дія та використання
У фармацевтичній практиці полісахариди використовують як самостійні лікарські засоби і як допоміжний матеріал в технології виготовлення ліків. Медичні препарати з полісахаридів мають пом’якшувальну, ранозагоювальну, противиразкову, обволікаючу, відхаркувальну, болезаспокійливу, послаблюючу дію тощо. Екзогенні полісахариди при введенні в організм зменшують запалення, прискорюють репаративні процеси, впливають на ланки імунітету, гальмують ріст пухлин. Захисна дія полісахаридів на органи травлення, особливо сульфованих гліканів, обумовлена їх здатністю утворювати з білками речовини із новими фізико-хімічними властивостями, які можуть обмежувати травну активність пепсину. Вуглеводи, внаслідок їх взаємодії з іонами важких металів, використовують для лікування і профілактики свинцевих отруєнь та токсикозів, що викликані радіологічними ізотопами.
Полісахаридні комплекси з білками і біогенними елементами, що мають імуномодулюючу дію, були виділені з вегетативних органів рослин родин айстрові, бобові, барвінкові та рутові. Мають місце спроби створити протипухлинні препарати на основі полісахаридів кульбаби лікарської, насіння маку, листя смородини чорної. В експерименті доведено гіпоглікемічну дію гліканів з листя алое, стеблин кукурудзи, коріння горобейника. Полісахариди кукурудзи мають гіпохолестеринемічну дію. Як допоміжні види сировини, що містять біологічно активні полісахариди, запропоновано використовувати шроти, наприклад, з плодів обліпихи після отримання масла, з квіток цмину піскового в процесі виробництва препарату фламін тощо.
Полісахариди, у порівнянні з синтетичними полімерами, мають переваги при застосуванні:
рослинні глікани підлягають мікробіологічному й ензіматичному розпаду та повністю виводяться з організму;
вони у своїй більшості нетоксичні, їхні метаболіти не завдають шкоди організму;
більшість полісахаридів, що застосовуються у медицині, розчинні у воді; якщо нерозчинні, то шляхом простих хімічних трансформацій вони легко стають здатними розчинятися або набухати у воді з утворенням гелів;
полісахариди мають велике різноманіття структур і форм (волокна, плівки, гранули, порошки, драглі або в’язкі розчини), внаслідок чого використовуються при створенні різних лікарських препаратів: таблеток, пігулок, основи для покриття таблеток і капсул оболонками, основ для мазей, стабілізаторів суспензій і емульсій, розчинників в очних формах та ін’єкцій.
Камеді застосовують в основному як емульгатори, в розчинах — як обволікаючий засіб, а також у клізмах для зменшення подразнення при запальних і виразкових процесах у шлунку і кишечнику. Камеді знижують місцеву подразнюючу дію деяких лікарських препаратів, уповільнюють всмоктування ряду лікарських речовин та мають ще багато цінних властивостей: підвищену в’язкість, клейкість, драглистість, завдяки цьому використовуються як зв’язуючі речовини, загусники і стабілізатори у харчовій промисловості. Слизи застосовують у медицині як обволікаючі та пом’якшувальні засоби.
Пектинові речовини та геміцелюлози містяться у кожній рослині, тому важливо зважати на їх вплив у сукупному терапевтичному ефекті від вживання ягід журавлини, плодів шипшини, калини, квіток ромашки, липи, нагідок, коренів солодки, трави череди та ін.
У чистому вигляді пектин використовують як емульгатор, стабілізатор, основу для мазей, а також як самостійний лікарський засіб. Пектин має кровоспинну дію, знижує вміст холестерину в крові, впливає на обмін жовчних кислот, має анафілактичну дію, знижує токсичність антибіотиків і пролонгує їхню дію. Препарати, що містять пектин, стимулюють загоєння ран. Так, комплекс пектинових речовин ромашки аптечної (препарат камілазид) має противиразковий ефект, обумовлений дією на секреторну функцію шлунка і трофічні процеси у тканинах. Полісахариди алое і каланхое, які відносять до пектинових речовин, мають позитивний вплив на загоєння ран і опіків.
Пектин використовують для пролонгування дії основної речовини і як добавка, що знижує побічний ефект. Так, аспірин в комплексі з пектином діє менш подразливо. Існує протитуберкульозний препарат з пектином, що має депо-ефект. В Україні розроблені гранули кверцетину і пектину з широким спектром фармакологічної дії.
Пектини як складова частина ліків та їжі здатні зв’язувати радіонукліди, отруйні хімічні речовини, солі важких та лужно-земельних металів і перетворювати їх на водорозчинні сполуки. Росте чисельність препаратів, харчових продуктів та біологічно активних харчових добавок, до складу яких входять рослинні волокна. Раніше їх відносили до так званих «баластних речовин». Термін «харчові волокна» об’єднує пектинові речовини, запасні полісахариди подібні інуліну, клітковину, геміцелюлози, камеді. Крім того, до них відносять і невуглеводні утворення, наприклад лігнін.
Вживання рослинних волокон викликає такі фармакологічні ефекти: пригнічення апетиту та підвищення почуття насичення, зниження потреб« в енергії; нормалізація моторної функції кишечника; уповільнення росту гнилостних мікробів; нормалізація кишкової мікрофлори; зниження ступеня всмоктування жиру в тонкому кишечнику; зниження рівня холестерину в крові; позитивний вплив на обмін вітамінів і ліпідів в системі кишково-печінкової циркуляції. Завдяки цьому зменшується ризик хронічних запорів, геморою, апендициту, раку товстої кишки, розвитку жовчнокам’яної хвороби, ожиріння, ішемічної хвороби серця, гіпертонічної хвороби, цукрового діабету.
У лікувальному харчуванні рослинні волокна радять застосовувати як ентеросорбенти в кількості 25 г щодобово для фізіологічної детоксикації організму. Детоксикаційні властивості щодо солей важких та лужно-земельних металів і отруйних хімічних речовин проявляються при вживанні пектинів в профілактичній дозі 2 г щодобово.
Основні лікарські препарати з ЛРС, які містять полісахариди, наведені в табл. 1 Додатків.
Гомополісахариди
Гомополісахариди — це полісахариди, що побудовані з однакових моносахаридів. В залежності від вуглеводного компоненту їх поділяють на глюкани (амілоза, амілопектин, целюлоза, глікоген, декстрани, хітин тощо), фруктани (інулін, флеїн, тритицин тощо), галактани (агар-агар, карагінан) та ін.
Глюкани
Целюлоза (від cellula — клітина), або клітковина (С6Н10О5)n — складова частина оболонок рослинних клітин. Її вміст залежить від виду рослини. Насіння бавовнику на 98 % складається з целюлози, деревина листяних та хвойних порід дерев — на 40-50, зерно пшениці — на 1,9 %.
Целюлоза — лінійний полісахарид, побудований із залишків ß-D-глюкопіранози, що поєднані 1 → 4 глікозидними зв'язками. Ланка, яка повторюється у ланцюгу клітковини, є залишком целобіози.
Целюлоза являє собою жорстку спіраль, крок якої дорівнює 2 ∙ З елементарним ланкам. Гідроксильні групи беруть участь в утворенні внутрішньо- та міжмолекулярних водневих зв’язків. Кожна макромолекула целюлози (міцелла) складається приблизно з 60 молекул глюкози. Міцели орієнтовані так, що утворюють сітчасті структури. Основа надмолекулярної структури целюлози — елементарні високовпорядковані мікрофібрили, асоційовані в агрегати — целюлозне волокно. У середньому на мікрофібрилу целюлози припадає декілька сотень одиниць макромолекул.
Целюлоза — біла речовина. У більшості відомих розчинників не розчиняється, розчиняється з частковою деструкцією в концентрованих розчинах мінеральних кислот і деяких солей, наприклад у перхлораті берилію. При повному кислотному гідролізі целюлози утворюється тільки глюкоза, при частковому — олігосахариди целобіоза, целотріоза, целотетроза, які є проміжними продуктами розпаду.
Після кислотного гідролізу бавовняної целюлози отримують мікрокристалічну целюлозу (ступінь кристалічності 70-85 %). Вона складається з окремих агрегатів макромолекул, які мають певне співвідношення між довжиною та товщиною. Цю целюлозу використовують для освітлення соків, прискорення екстрагування ефірних олій, як наповнювач при виготовленні лікарських засобів (таблетки, емульсії), як каталізатор, стабілізатор тощо.
Сировиною для виробництва целюлози є деревина, трави, відходи сільського господарства. Подрібнену біомасу нагрівають з хімічними реагентами (кислотними, лужними, комбінованими), які переводять лігнін та геміцелюлози в розчин або частково їх деструкують. Нерозчинну целюлозу відділяють, відбілюють та використовують у виробництві паперу, картону, штучних волокон, для синтезу, у фармацевтичній та харчовій промисловості.
Целюлоза позитивно впливає на перистальтику кишечника, нормалізує травлення. Вона не засвоюється у травному каналі людини і має велику адсорбуючу здатність.
Багаті на целюлозу різноманітні види бавовнику (Gossy ріum, род. Malvaceae). Рід бавовнику налічує 30 дикорослих видів, що зростають у тропічних областях, і 5 культурних. З культурних видів найпоширеніший бавовник шорсткий — Gossyrium hirsutum L., який вирощують на всіх континентах. Найкраще за якістю волокно дає бавовник барбадоський, або перуанський, — Gossypium barbadense L. Вирощують його переважно в Єгипті, південних районах Туркменії, Таджикистану, Узбекистану. Він дає близько 10% світового виробництва бавовни-сирцю.
Бавовна-сирець на 30-40% складається з волокна, решта — насіння. Для використання в медицині бавовну-сирець оббирають, знежирюють, відбілюють, відмивають і розчісують на спеціальних пристроях. Лікарська сировина, вата, за ступенем знежирювання і чистоти поділяється на гігроскопічну очну, гігроскопічну хірургічну, компресну. Вона містить 98% целюлози. Це класичний хірургічний та перев’язний матеріал. Поглинанню рідини сприяє не тільки будова мікрофібрил, але й капілярність самих волокон клітковини. Вату та бинти іноді просочують антисептичними розчинами. З вати виробляють колодій і різні похідні целюлози (метилцелюлозу карбоксиметилцелюлозу тощо), які використовують як допоміжний засіб при виготовленні деяких лікарських форм.
З насіння бавовнику отримують жирну олію, госипол та його похідні. Госипол — це токсичний димер сесквітерпенової природи. Його виділяють також з коріння. Як противірусний засіб при лишаях та псоріазі застосовують 3 % лінімент госиполу.
Декстрини — це низькомолекулярні глюкани, що утворюються внаслідок часткового розщеплення крохмалю або глікогену Під впливом ферментів (амілаз, фосфорилаз), кислот або нагрівання до 180-200 °С. Вони мають змінний склад. Термоліз і гліколіз призводять до випадкової деполімеризації полісахаридів з утворенням широкого набору сполук. Ендоферменти (а-амілаза) переважно розщеплюють а-1→ 4 зв’язки в крохмалі і глікогені з утворенням крім мальтози і мальтотриози а-декстрину. Це більш-менш низькомолекулярні лінійні або розгалужені олігосахариди, що містять поряд з сс-1 → 4 зв’язками один-два зв’язки а-1 → 6 між залишками глюкози. Амілаза із Bacillus macerans перетворює крохмаль на циклічні олігосахариди з 6, 7 і 8 залишками D-глюкопіранози, з’єднані а-1 → 4 зв’язками, що отримали назву відповідно а, ß і γ- циклодекстринів, або декстрини Шардингера.
Декстрин — білий або жовтуватий порошок, солодкуватий за смаком, розчинний у холодній воді, важкорозчинний у розведеному спирті, нерозчинний в абсолютному алкоголі. Водні розчини відхиляють площину поляризованого світла праворуч, звідки й походить їхня назва (dexter — правий). Декстрини розчиняються у лугах при нагріванні. При цьому вони набувають жовтого забарвлення. Амілодекстрини, продукти початкових стадій гідролізу крохмалю, з йодом стають синіми, а декстрини з середньою молекулярною масою — червоними. Подальший розклад декстрину призводить до появи дисахаридів, головним чином мальтози, а згодом — глюкози. Декстрини утворюються в організмах тварин і рослин під час ферментативного розпаду запасних вуглеводів.
Подібні до декстринів полісахариди синтезуються бактеріями Leuconostoc mesenteroides із сахарози. їх називають декстрани. Ці полімери глюкози, що мають молекулярну масу 107- 108, побудовані із залишків a-D-глюкопіранози з 1 → 6 зв’язками на лінійних ділянках і зв’язками 1 → 3 або 1 → 4 — на розгалужених. Частково гідролізовані декстрани з молекулярною масою 40 000-80 000 використовують як кровозамінники, а зшиті декстрани (сефадекси) — як сорбенти для гель-фільтрації.
Суміш глюканів амілози та амілопектину містить крохмаль.
Фармакопея дозволяє використання декількох сортів крохмалю:
крохмаль картопляний — Amylum Solаni, який одержують з бульб картоплі — Solanum tuberosum L. род. пасльонові — Solanaceae;
крохмаль пшеничний —Amylum Tritici з пшениці літньої, або м’якої,— Triticum vulgare L., род. злакові (м’ятликові) — Gramineae (Poaceae);
крохмаль кукурудзяний — Amylum Maydis з зернівок кукурудзи звичайної — Zea mays L., род. злакові — Gramineae;
крохмаль рисовий — Amylum Oryzae з зернівок рису посівного — Oryza sativa L., род. злакові — Gramineae.
Окрім того, крохмаль отримують з батату, сагової пальми тощо. Крохмаль утворюється внаслідок фотосинтезу в листках зелених рослин, там під впливом ферментів амілаз і фосфорилаз перетворюється на розчинні сполуки і надходить в інші органи (насіння, плоди, бульби, стовбури), відкладаючись у вигляді крохмальних зерен, специфічних за формою і розміром для кожного виду рослин. Найбільше крохмалю міститься у зерні рису (62-86 %), пшениці (57-75 %), кукурудзи (62-70 %), у бульбах картоплі (1424 %). Виробництво крохмалю в світі становить близько 20 млн. т на рік.
Виробництво крохмалю. Картопляний крохмаль отримують механічним шляхом. Бульби миють, подрібнюють механічними тертушками. Отриману мезгу змішують з водою, декілька разів проціджують крізь спеціальні сита. Крохмаль у вигляді «крохмального молока» проходить крізь отвори, а клітковина затримується. Крохмальну суспензію відстоюють у чанах; крохмаль завдяки великій питомій вазі (1,5-1,6 г/см3) осідає; забруднену воду зливають. Для кращого очищення крохмаль вдруге збовтують з водою, відстоюють, центрифугують і досушують в сушарках до вологості близько 20%.
Зерна злакових містять більше крохмалю, але виробництво його утруднене внаслідок великого вмісту білкових речовин (клейковини). Крохмаль злакових отримують збродженням, в результаті якого клейковина руйнується, а крохмаль залишається незмінним.
Розчинний крохмаль отримують частковим гідролізом крохмалю 7% розчином хлористоводневої кислоти або при нагріванні з гліцерином до 90 °С.
Властивості крохмалю. Крохмаль — білий або з жовтуватим відтінком хрусткий, гігроскопічний порошок без смаку й запаху; складається з простих і складних зерен. Вони мають характерний вигляд, що дає змогу ідентифікувати крохмаль при мікроскопічному дослідженні. Крохмаль не розчиняється в спирті, хлороформі, холодній воді (до 55 °С); в гарячій (55-70 °С) утворює в’язкий колоїдний розчин; перетворюється на клейстер при температурах, притаманних кожному виду крохмалю, гідролізується розчинами кислот до декстрину і далі до D-глюкози; фермент амілаза розщеплює крохмаль до мальтози та ізомальтози.
Розчинний крохмаль розчиняється в окропі з утворенням прозорого розчину, який після охолодження не гусне до консистенції клею, розчин Фелінга відновлює повільно; утворює синє забарвлення з розчином йоду при нагріванні з а-нафтолом та концентрованою сірчаною кислотою набуває червоно-фіолетового кольору.
Будова крохмалю. Крохмаль складається з двох полісахаридів — амілози й амілопектину.
Амілоза — це суміш нерозгалужених полісахаридів, у яких від 100 до декількох тисяч залишків D-глюкопіранози з'єднані між собою 1 → 4 зв’язками у ланцюги різної довжини. Під впливом ферментів розщеплюється до мальтози, починаючи з невідновного кінця. У просторі амілаза утворює спіраль, кожний виток якої складається з 6 залишків глюкози. Молекулярна маса 50 000-160 000. Легко розчиняється у воді; з розчином йоду набуває характерного синього забарвлення, інтенсивність якого залежить від молекулярної маси амілози; під час набухання крохмалю у теплій воді утворює розчинну частину клейстеру.
З дослідницькою метою амілозу виділяють з крохмалю гарячою водою або висаджують у вигляді комплексів з бутанолом або тимолом.
Амілопектин — основна складове крохмалю. Є сумішшю полісахаридів, в яких залишки глюкози з’єднані в розгалужені ланцюги. Молекулярна маса (162,1)n становить близько 1 000 000. Іноді містить до 50 000 залишків глюкози, з’єднаних 1 → 4, а в місцях розгалуження 1 → 6 зв’язками. Молекула включає незначну кількість фосфорної кислоти (близько 0,2 %), що поєднана з молекулами глюкози складноефірним зв’язком. З розчином йоду набуває червоно-фіолетового забарвлення; майже не розчиняється у холодній воді, у гарячій — утворює драглисту частину клейстеру.
Будова амілопектину
Крохмальні зерна більшості рослин містять від 15 до 25 % амілози, решта — амілопектин. Це співвідношення залежить від виду рослини і перебуває під генетичним контролем.
Застосування. У фармації крохмаль використовують як обволікаючий засіб: зовнішньо — у вигляді присипок та пудр з оксидом цинку, або тальком, внутрішньо та в клізмах — як клейстер для захисту вразливих нервових закінчень від впливу подразнюючих речовин та для уповільнення всмоктування ліків.
Крохмаль і розчинний крохмаль використовують у виробництві таблеток як зв’язуючий, обпудрюючий засіб та наповнювач, в хірургії — для нерухомих пов’язок. Крохмаль є індикатором у йодометричному аналізі.
Фруктани
Фруктани — це полісахариди, які побудовані із залишків D-фруктози. Накопичуються в тканинах одно- й дводольних рослин, зелених водоростях та бактеріях. Вони є продуктами фосфорилювання сахарози, тому кожна молекула містить один залишок D-глюкози і за типом сполучення позбавлена відновлювальних властивостей. В утворенні глікозидних зв’язків беруть участь тільки первинні групи ОН, а всі залишки фруктози мають фуранозну форму і ß-конфігурацію глікозидного центру. Завдяки наявності в сахарозі трьох первинних гідроксилів, можливе утворення трьох різних трисахаридів, які є джерелом трьох типів фруктанів.
Послідовне приєднання залишків ß-D-фруктофуранози до 1-кестози 2 → 1 зв’язком дає інулін. Якщо фруктоза приєднується до фруктозного залишку 6-кестози зв’язком 2 → 6, то утворюється флеїн (у рослинах) і леван (у бактеріях). Третій тип полісахаридів мало поширений.
Крім лінійних, в рослинах часто зустрічаються розгалужені фруктани, у яких до головного ланцюга інулінового типу приєднані бічні ланцюжки зв’язками, характерними для флеїну, або до головного ланцюга флеїнового типу приєднані бокові ланцюги зв’язками інулінового типу.
Інулін. Ступінь полімеризації інуліну не перевищує 100 (звичайно дорівнює 30-45); молекулярна маса — 5000-6000. Інулін іноді супроводжують так звані інуліди, які мають тільки 10-12 залишків фруктози і завдяки цьому добре розчинні у воді. Фруктани погано розчиняються у холодній і добре у гарячій воді. Макромолекула легко гідролізується, що обумовлено фуранозною формою фруктози. При повному кислотному гідролізі полісахариду утворюється 94-97 % фруктози і 3-6 % глюкози. Інулін та інуліди не забарвлюються йодом.
У клітинах рослин фруктани накопичуються у вакуолях і виконують роль резервного матеріалу, осморегулятора та антифризу. Вміст фруктанів іноді досягає 30 % від сухої маси листя. їхній запас в спеціалізованих органах може перевищувати 60 %.
Інулін накопичується переважно в рослинах родин айстрові та цибулеві. Багаті на інулін бульби топінамбура (соняшник бульбистий, земляна груша — Helianthus tuberosus), жоржини перистої (Dahlia pinnata). Міститься він також у коренях цикорію (Cichorium intybus), кульбаби (Taraxacum officinale), оману (Inula helenium), ехінацеї (Echinacea purpurea) та ін. Кількість його залежить від пори року й кліматичних умов. Максимальний вміст інуліну відмічено восени і взимку.
Фруктани використовують для промислового одержання D-фруктози. Інулін застосовують у лікувально-профілактичному харчуванні для нормалізації вуглеводного обміну, а також як імуномодулятор та ентеросорбент.
Щодобове вживання інуліну значно підвищує кількість біфідобактерій у кишечнику, знижує кількість патогенних та ентеропатогенних бактерій. Вважають, що імуномодулюючі властивості інуліну пов’язані з його біфідогенною активністю. Інулін посилює гліколіз, регулює обмін ліпідів, особливо корисно його вживати хворим на цукровий діабет. Розроблені серії харчових біодобавок з інуліном і соками ягід, овочей, екстрактами лікарських рослин.