اطلاعات اولیه
قندها ،
نشاسته‌ها و
سلولز به گروهی از ترکیبات که
هیدرات کربن نامیده می‌شوند، تعلق دارند. نام مذکور از این واقعیت سرچشمه می‌گیرد که اکثر ترکیبات از این نوع دارای فرمول عمومی
هستند و بنابراین می‌توان آنها را
هیدرات کربن نامید. ولی هیدراتهای کربن ، حاوی
آب نیستند. آنها هیدروکسی آلدئیدها ، هیدروکسی کتونها یا مواد مشتق از آنها هستند.
هیدراتهای کربن مواد اصلی ترکیباتی هستند که
گیاهان از آنها تشکیل شده‌اند. آنها غذاهای مهم حیواناتند، بدین معنی که زنجیرهای کربنی را برای ترکیباتی که توسط موجودات زنده سنتز می‌شوند، فراهم می‌کنند و به عنوان منبع انرژی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
هیدرات کربن بر اساس درجه پلیمر شدن تراکمی ، به سه گروه تقسیم می‌شوند.
منوساکاریدها
منوساکاریدها قندهایی ساده هستند که بر اثر
هیدرولیز اسیدی به واحدهای ساده‌تر تفکیک نمی‌شوند. از هیدرولیز یک مولکول اولیگو ساکارید ، دو تا شش مولکول قند ساده‌تر بدست می‌آید و از هیدرولیز کامل یک مولکول
پلی‌ساکارید ، مونومرهای منوساکارید بسیار زیاد تولید می‌شود. تقریبا 70 منو ساکارید شناخته شده‌اند که 20 تای آنها در طبیعت می‌باشد و در حیوانات ، یکی از اجزای سازنده خون است.
ساختمان گلوکز است که فراوانترین قند موجود در طبیعت می‌باشد و در حیوانات یکی از اجزای سازنده خون است. ساختمان گلوکز ، گروههای
متعددی دارد و انحلال‌پذیری زیاد منوساکاریدها در آب به این دلیل است که این گروههای
با آب
پیوند هیدروژنی ایجاد می‌کنند.
گلوکز که به نامهای
دکستروز ،
قند انگور و
قند خون نیز شناخته می‌شود و در آب‌نبات‌سازی تجاری بکار می‌رود، غالبا در مواردی که برای حفظ حیات منبع انرژی سریع مورد نیاز باشد. محلول
فروکتوز ، منوساکاریدی است که در بسیاری از میوه‌ها و همچنین در قند معمولی یافت می‌شود. گلوکز و فروکتوز مستقیما قابل جذب و هضم می‌باشند.
الیگوساکاریدها
متداولترین الیگوساکاریدها ،
دی‌ساکاریدها هستند که دو منومر قند ساده در مولکول دارند. نمونه آنها سه قند دی‌ساکارید زیر است که مورد استفاده فراوان دارند و پس از هیدرولیز ، قابل جذب و هضم می‌باشند.
ساکارز (حاصل از
نیشکر یا
چغندر قند ) که مرکب از یک منومر گلوکز و یک منومر فروکتوز است.
- مالتوز (از نشاسته) که مرکب از دو منومر گلوکز است.
- لاکتوز (از شیر) که مرکب از یک منومر گلوکز و یک منومر گالاکتوز (ایزومر نوری گلوکز) است.
ساکارز با درجه خلوص زیاد به مقدار بسیار زیاد (بیشتر از 80 میلیون تن در سال) تولید می‌گردد. این قند که در اصل در هند و
ایران تولید می‌شد، امروزه در جهان به عنوان ماده شیرین کننده مصرف می‌شود. در حدود 40 در صد ساکارز جهان از چغندر و 60 درصد از نیشکر بدست می‌آید. ساکاروز ارزش کالریک زیادی دارد و برای تهیه کمپوت میوه ، مربا و ژله نیز بکار می‌رود.
پلی‌ساکاریدها
فراوانترین پلی‌ساکاریدهای موجود در طبیعت
نشاسته ،
گلیکوژن و
سلولز هستند. در ساختمان مولکولی این مواد بیش از 500 مونومر منو ساکارید وجود دارد و وزن مولکولی آنها بیشتر از یک میلیون است. معمولیترین منوساکاریدی که برای ساختن پلی‌ساکاریدها بکار رفته ،
گلوکز است.
نشاسته
نشاسته گیاهی ، بصورت دانه‌هایی یافت می‌شود که پوشش پروتئینی دارند. هرگاه این دانه‌ها بر اثر گرما خرد شوند، از آنها نشاسته‌ای به نام
آمیلوز بدست می‌آید که در آب داغ حل می‌شود و همچنین نشاسته‌ای بدست می‌آید که در آب حل نمی‌شود و آن را
آمیلو پکتینی می‌گویند.
- آمیلوز : آمیلوز تقریبا 25 درصد غالب نشاسته‌های طبیعی را تشکیل می‌دهد. محلول یُد ، آمیلوز را به رنگ آبی تیره و آآمیلو پکتینی را به رنگ سرخ در می‌آورد. آمیلوز از لحاظ ساختار ، یک پلیمر تراکمی راست زنجیر است که در هر مولکول آن بطور متوسط 200 مونومر آلفا
گلوکز دارد. هر منومر با منومر دیگر با از دست دادن یک مولکول آب بهم پیوند یافته‌اند، درست مانند دو واحد مالتوز.
- آمیلو پکتین : یک مولکول آمیلو پکتینی ، نوعا در حدود 1000 منومر آلفا گلوکز دارد که آرایشی آنها به صورت زنجیرهای شاخدار است. از هیدرولیز کامل آمیلو پکتین ، D- گلوکز حاصل می‌شود و از هیدرولیز جزئی آن مخلوطی تولید می‌شود که آنرا دکسترین می‌نامند. دکسترین به عنوان مواد افزاینده به غذاها و به عنوان ماده لعابدار ، چسب و مواد پایانی برای کاغذ و الیاف مصرف می‌شود.
گلیکوژن
گلیکوژن یک مخزن انرژی در حیوانات است. همان طور که نشاسته یک مخزن انرژی برای
گیاهان محسوب می‌شود. زنجیرهای آلفا – گلوکز در گلیکوژن نسبت به زنجیرهای آمیلو پکتینی ، شاخه‌های بیشتری دارد.
سلولز
سلولز فراوانترین پلی‌ساکارید در طبیعت است. سلولز همچون آمیلوز مرکب از واحدهای
گلوکز است. تفاوت میان ساختارهای سلولز و آمیلوز ، در پیوندهای میان واحدهای
گلوکز است. در سلولز تمام واحدهای گلوکز به شکل حلقه
بتا است، در حالی‌که در آمیلوز آنها به شکل حلقه آلفا هستند. این تفاوت ساختار ظریف میان نشاسته و سلولز ، موجب تفاوت میان گوارش آن دو می‌شود. انسان و حیوانات گوشتخوار ، آنزیمهای لازم برای هیدرولیز سلولز را ندارند. اما در بسیاری از موجودات ریز ، مانند باکتریهای موجود در بخشهای گوارشی موریانه‌ها این آنزیمها وجود دارد.
گلوکز را می‌توان از سلولز ، با حرارت دادن محلول معلقی از این پلی‌ساکارید در حضور یک اسید قوی بدست آورد. در حال حاضر نمی‌توان
چوب را به طریقی که اقتصادی باشد، هیدرولیز کرد و از آن
گلوکز کافی برای تامین نیازهای روز افزون غذایی جهان بدست آورد. کاغذ ، ریون ، سلوفان و پنبه عمدتا از سلولز ساخته شده اند. خواص پنبه را که در حدود 98 درصد سلولز دارد، می‌توان بر حسب ساختار آن توضیح داد.
گروه کوچکی از مولکولهای سلولز ، هر یک با 2000 تا 9000 واحد
گلوکز ، تقریبا بطور نسبتا وسیعی از پیوندهای هیدروژنی ، یک لیف ماکروسکوپی مجموعه ای از چند لیف بسیار نازک است. خاصیت آب کشندگی پنبه ، نتیجه ایجاد لوله‌های مویین بسیار زیادی است که در آنها مولکولهای کوچکتر آب با پیوندهای هیدروژنی نگه داشته می‌شوند.
مباحث مرتبط با عنوان
