В каких растениях содержится целлюлоза
Целлюлоза (клетчатка) — растительный полисахарид, являющийся самым распространенным органическим веществом на Земле.
Этот биополимер обладает большой механической прочностью и выполняет роль опорного материала растений, образуя стенку растительных клеток.
Состав целлюлозы, так же как и крахмала, выражается формулой (C6H10O5)n.
Строение целлюлозы
Макромолекулы целлюлозы – это длинные цепи, состоящие из большого числа остатков β–глюкозы, связанных β-1,4-гликозидными связями.
Иллюстрация. Фрагмент молекулы целлюлозы
Молекулярная масса целлюлозы — от 400 000 до 2 млн.
Молекулы целлюлозы, в отличие от крахмала, имеют линейное (неразветвленное) строение, вследствие чего целлюлоза легко образует волокна.
Иллюстрация. Строение целлюлозы
Нахождение в природе
Целлюлоза была обнаружена и описана французским химиком Ансельмом Пайеном в 1838 году.
В большом количестве целлюлоза содержится в тканях древесины (40-60%), в волокнах льна (60-85%) и хлопка (95-98%), в вате и фильтрованной бумаге – до 90%. Основная составная часть оболочки растительных клеток. Образуется в растениях в процессе фотосинтеза.
Иллюстрация. Бумага
Иллюстрация. Древесина
Иллюстрация. Картон
Древесина состоит на 50% из целлюлозы, а хлопок и лён, конопля практически чистая целлюлоза.
Хитин (аналог целлюлозы) – основной компонент наружного скелета членистоногих и других беспозвоночных, а также в составе клеточных стенок грибов и бактерий.
Физические свойства целлюлозы
Целлюлоза – твердое волокнистое вещество белого цвета, без вкуса и запаха, нерастворимое в воде и органических растворителях, но хорошо растворимое в аммиачном растворе гидрокисда меди (II) (реактив Швейцера). Из этого раствора кислоты осаждают целлюлозу в виде волокон (гидратцеллюлоза).
Волокна целлюлозы обладают высокой механической прочностью, так как она является основной составной частью стенок и клеток растений.
В отличие от крахмала она не может служить человеку пищей, поскольку не расщепляется в его организме под действием ферментов.
Видеоопыт «Растворение целлюлозы в аммиачном растворе гидроксида меди (II)»
Химические свойства целлюлозы
1. Гидролиз целлюлозы
Подобно крахмалу, целлюлоза при нагревании с разбавленными кислотами подвергается гидролизу. Гидролиз целлюлозы происходит при нагревании в кислой среде. Конечным продуктом гидролиза является глюкоза.
При длительном нагревании с минеральными кислотами или под действием ферментов (у жвачных животных) идет ступенчатый гидролиз целлюлозы:
Видеоопыт «Кислотный гидролиз целлюлозы»
Гидролиз целлюлозы, иначе называемый осахариванием, — очень важное свойство целлюлозы, он позволяет получить из древесных опилок и стружек глюкозу, а сбраживанием последней – этиловый спирт. Этиловый спирт, полученный из древесины, называется гидролизным.
2. Образование сложных эфиров (реакция этерификации)
Целлюлоза также не дает реакцию «серебряного зеркала» (нет альдегидной группы), но для нее характерны реакции образования сложных эфиров.
Каждое структурное звено целлюлозы содержит три свободных гидроксила.
Следовательно, целлюлоза может вступать в реакции, характерные для многоатомных спиртов.
Наибольшее практическое значение имеют реакции с азотной кислотой и уксусным ангидридом.
а) Нитрование
При обычной температуре целлюлоза взаимодействует лишь с концентрированными кислотами.
При взаимодействии целлюлозы с концентрированной азотной кислотой в присутствии концентрированной серной кислоты в качестве водоотнимающего средства образуется сложный эфир -тринитрат целлюлозы:
Видеоопыт «Получение и свойства нитроцеллюлозы»
Полностью этерифицированная клетчатка – это тринитрат целлюлозы (пироксилин) – взрывчатое вещество, на его основе изготавливают бездымный порох.
В зависимости от условий нитрования можно получить динитрат целлюлозы, который в технике называется коллоксилином. Он так же используется при изготовлении пороха и твердых ракетных топлив. Кроме того, на основе коллоксилина изготавливают целлулоид.
в) Взаимодействие с уксусным ангидридом
При взаимодействии целлюлозы с уксусным ангидридом в присутствии уксусной и серной кислот образуется триацетилцеллюлоза:
Из триацетата целлюлозы изготавливают лаки, кинопленку и ацетатное волокно.
3. Горение – полное окисление
4. Термическое разложение целлюлозы без доступа воздуха
Получение целлюлозы
Промышленным методом целлюлозу получают методом варки щепы на целлюлозных заводах, входящих в промышленные комплексы (комбинаты). По типу применяемых реагентов различают следующие способы варки целлюлозы:
- Кислые:
- Сульфитный. Варочный раствор содержит сернистую кислоту и её соль, например гидросульфит натрия. Этот метод применяется для получения целлюлозы из малосмолистых пород древесины: ели, пихты.
- Щелочные:
- Натронный.Используется раствор гидроксида натрия. Натронным способом можно получать целлюлозу из лиственных пород древесины и однолетних растений. Преимущество данного метода — отсутствие неприятного запаха соединений серы, недостатки — высокая стоимость получаемой целлюлозы. Метод практически не используется.
- Сульфатный.Наиболее распространенный метод на сегодняшний день. В качестве реагента используют раствор, содержащий гидроксид и сульфид натрия, и называемый белым щелоком. Свое название метод получил от сульфата натрия, из которого на целлюлозных комбинатах получают сульфид для белого щёлока. Метод пригоден для получения целлюлозы из любого вида растительного сырья. Недостатком его является выделения большого количества дурно пахнущих сернистых соединений: метилмеркаптана, диметилсульфида и др. в результате побочных реакций.
Получаемая после варки техническая целлюлоза содержит различные примеси: лигнин, гемицеллюлозы. Если целлюлоза предназначена для химической переработки (например, для получения искусственных волокон), то она подвергается облагораживанию — обработке холодным или горячим раствором щелочи для удаления гемицеллюлоз.
Для удаления остаточного лигнина и придания целлюлозе белизны проводится её отбелка. Традиционная для 20 века хлорная отбелка включала в себя две ступени:
- обработка хлором — для разрушения макромолекул лигнина;
- обработка щелочью — для экстракции образовавшихся продуктов разрушения лигнина.
Применение целлюлозы
Целлюлоза используется в производстве бумаги и картона, искусственных волокон, пленок, пластмасс, лакокрасочных материалов, бездымного пороха, взрывчатки, твердого ракетного топлива, для получения гидролизного спирта и многое другое.
- Изготовление нитей, канатов, бумаги.
- Получение глюкозы, этилового спирта (для получения каучука).
- Получение ацетатного шёлка – искусственное волокно, оргстекла, негорючей плёнки из ацетилцеллюлозы.
- Получение бездымного пороха из триацетилцеллюлозы (пироксилин).
- Получение коллодия (плотная плёнка для медицины) и целлулоида (изготовление киноленты, игрушек) из диацетилцеллюлозы.
Иллюстрация. Применение природных волокон, содержащих целлюлозу
Иллюстрация. Применение сложных эфиров целлюлозы
Производные целлюлозы
К важнейшим производным целлюлозы относятся искусственные полимеры/
Метилцеллюлоза (простые метиловые эфиры целлюлозы) общей формулы
[С6Н7О2(ОН)3-х(ОСН3)х]n (х=1, 2 или 3)
Ацетилцеллюлоза (триацетат целлюлозы) – сложный эфир целлюлозы и уксусной кислоты
[С6Н7О2(ОСОСН3)3]n
Нитроцеллюлоза (нитраты целлюлозы) – сложные азотнокислые эфиры целлюлозы
[С6Н7О2(ОН)3-х(ОNO2)х]n (х=1, 2 или 3)
Вискозное волокно. Целлофан
Эти полимерные материалы состоят из практически чистой целлюлозы, но для их получения исходную целлюлозу путем химической модификации сначала превращают в растворимую форму, а затем в процессе формования восстанавливают.
Углеводы
Полисахариды
Источник
Поступающая с продуктами клетчатка – растворимые и нерастворимые в воде волокна – не подвержены действию ферментов желудочно-кишечного тракта. Они связывают и выводят из организма отходы. Продукты, богатые клетчаткой, очищают стенки кишечника, полезны для пищеварительной системы, толстого кишечника, процессов обмена, при диабете.
Что такое клетчатка
Клетчатка – достаточно прочное и жесткое вещество. Входит в состав клеточных оболочек растений, за исключением водорослей.
При сильном увеличении выглядит как пучок соединенных между собой длинных волокон. Они эластичные и прочные, устойчивые к действию пищеварительных ферментов.
Клетчатка дает мало энергии, почти не усваивается. Но пищевые волокна необходимы для жизнедеятельности организма, предупреждения заболеваний.
Виды пищевых волокон:
- Целлюлоза.
- Гемицеллюлоза.
- Пектины.
- Лигнин.
- Слизи.
- Камеди.
Из целлюлозы состоят стенки растительных клеток. Гемицеллюлоза, пектины и лигнин – межклеточные углеводы. Слизи выделяют из морских водорослей и семян некоторых растений. Камеди – из стеблей и семян тропической флоры.
Пищевые волокна хорошо впитывают влагу, разбухают, увеличивают объем в два раза. Оболочки зерен (отруби) впитывают воду в пять раз больше своей массы.
Мучные изделия почти не содержат клетчатку. В продуктах животного происхождения она полностью отсутствует.
Нерастворимые волокна
Нерастворимые в воде волокна – целлюлоза, лигнин – входят в состав капусты, зеленого горошка, яблок, моркови, кожуры огурцов.
Целлюлоза впитывает влагу из отходов, придает им объем и влажность, ускоряет прохождение и эвакуацию.
Лигнин связывает желчные кислоты, снижает уровень холестерина в крови. Уменьшает риск образования камней в желчном пузыре. Хранение овощей увеличивает его количество.
Нерастворимая клетчатка увеличивает объем отходов после расщепления пищи, чем стимулирует перистальтику – волнообразные сокращения стенок кишечника, раздражает их для регулярной дефекации, предупреждает запор.
Продукты, содержащие нерастворимую клетчатку, очищают стенки кишечника. «Мочалка» из прочных волокон надежно связывает и эвакуирует отходы. В противном случае они гниют, бродят, увеличивают в кишечнике популяцию патогенной микрофлоры.
Патогенная микрофлора вырабатывает собственные отходы, которые через стенки кишечника проникают в кровь, разрушают слизистую, вызывают заболевания пищеварительной системы, опухоли.
Организм противодействует, расходует защитные силы. Поддержание нерастворимой клетчаткой естественных физиологических процессов в кишечнике сохраняет иммунитет, нормализует обмен веществ.
Водорастворимые волокна
Растворимые в воде волокна – пектины, смолы (бобовые), альгиназа (водоросли), гемицеллюлоза (овес, ячмень) – при поглощении воды не разбухают, как целлюлоза, а образуют объемное желе с вяжущими свойствами.
Пектиновые вещества придают упругость и эластичность тканям растения, помогают противодействовать засухе. Пектины и смолы способствуют длительному хранению продукта.
Водорастворимая клетчатка содержит мало калорий, быстро насыщает, затормаживает всасывание углеводов и жиров. Замедленное повышение уровня сахара в крови требует меньше инсулина, который способствует отложению жиров, избыточному весу.
Микрофлора расщепляет пектины в толстом кишечнике, чем повышает кислую среду, которая способствует уничтожению патогенных микроорганизмов.
Продукты, богатые водорастворимой клетчаткой, поддерживают баланс микрофлоры, снижают содержание гнилостных бактерий в кишечнике.
Норма продуктов с клетчаткой
Общепринята норма – в течение дня употреблять продукты, содержащие до 30г клетчатки.
Некоторые исследователи убеждены, что суточную норму пищевых волокон определяет возраст, поэтому рекомендуют принимать:
- до 50 лет: женщинам – 25г, мужчинам – 38г;
- после 50 лет: женщинам – 21г, мужчинам – 30г.
Полезное действие клетчатки усиливает содержание в продуктах витаминов C и E, бета-каротина.
Как принимать клетчатку
Включить в рацион зелень, фрукты, овощи, злаки, которые употреблять в естественном виде, а не как пюре или сок.
Блюда после механической и тепловой обработки полезны в качестве альтернативы – когда натуральные продукты, богатые клетчаткой, травмируют ослабленную слизистую, ухудшают состояние при лечении заболеваний желудочного тракта.
Пирожные и булочки заменить хлебом с отрубями или из муки грубого помола.
Продукты с клетчаткой употреблять в течение всего дня, а не только на завтрак.
Диетологи рекомендуют следующую схему приема (в долях от дневного рациона):
- овощные салаты, зелень – 1/4;
- свежие фрукты – 1/4;
- корнеплоды после тепловой обработки – 1/4.
Остальная 1/4 часть дневного рациона:
- Углеводы: крупы, хлеб, сахар – 1/10.
- Белок: орехи, молоко, кисломолочные продукты – 1/10.
- Жиры: животные и растительные жиры – 1/20.
Включать в рацион клетчатку постепенно, выйти на рекомендуемый уровень в течение месяца-двух. В противном случае пучит, нарушен стул.
Диета с низким содержанием жиров и высоким – клетчатки полезна при диабете.
Польза клетчатки для женщин
Продукты из пищевых волокон особенно полезны женскому организму. Клетчатка укоряет эвакуацию избыточных половых гормонов эстрогенов – причину опухолей половой сферы.
Эстрогены проникают в кишечник с желчью. Их задержка в организме на сутки или дольше вызывает повторное всасывание в кровь. Продукты, богатые клетчаткой, выводят с отходами избыток гормонов, чем снижают их уровень.
Таким образом, растительные волокна снижают риск развития женских опухолей.
Клетчатка и запор
Возможная причина запора (констипации) – задержки стула свыше двух дней, затруднение опорожнения кишечника – недостаток в продуктах клетчатки.
Задержка стула вызывает продолжительное соприкосновение фекалий со слизистой толстой кишки, ее разрушение канцерогенами.
При склонности к запорам исключить или ограничить легко усвояемые блюда – супы из рыбы и мяса, белый хлеб, картофельное пюре и т.п.
Включить в рацион продукты, богатые растительной клетчаткой – например, орехи. Они высококалорийны, содержат пищевые волокна. Таблица, в каких продуктах содержится клетчатка, представлена ниже в настоящей статье.
С другой стороны, запор вызывает включение в меню пищевых волокон без достаточного поступления жидкости – до 2л в день. В рекомендуемое количество входят вода, чай, кофе, молоко, суп и т.д. В случае нехватки влаги клетчатка не приносит пользу, забирает воду из организма.
Индикатор достаточного поступления жидкости – цвет мочи. Если она светлая, воды достаточно. Насыщенный желтый оттенок сигнализирует о нехватке, риске запора.
Прием жидкости сразу после употребления фруктов (например, яблок) вызывает повышенное газообразование.
Рецепты от запора с продуктами, в которых содержится клетчатка
Рецепт 1:
- Натереть крупно 100г моркови и 100г огурцов, добавить 5г семян льна, 5г семян укропа.
Съесть на ночь.
Рецепт 2:
- Натереть 200г свежей тыквы с кожурой, добавить 100г тертой вареной свеклы.
Употребить в течение для в три приема.
Рецепт 3:
- Крупно натереть 300г вареной свеклы, добавить 50г грецких орехов без скорлупы, 150г чернослива.
Употреблять по 100г смеси три раза в день. Лечить запор два дня.
Список и таблица продуктов, содержащих клетчатку
Нередко в составе овоща, фрукта – одновременно растворимые и нерастворимые волокна. Например, кожура яблок содержит нерастворимые, а мякоть – растворимые волокна.
Иногда кожура овощей и фруктов содержит вредные вещества. Например, огурцы очищают организм, оказывают мочегонное действие. Но их кожура накапливает нитраты. Поэтому перед употреблением покупной огурец лучше очистить.
Сырые продукты без тепловой и механической обработки (пюре) содержат больше клетчатки.
Ей богаты каши:
- Овсяная содержит массу клетчатки, которая обволакивает, снимет воспаление слизистой оболочки желудка.
- Пшеничная способствует деятельности мозга, сердца, сосудов, органов пищеварительной системы.
- Пшеная улучшает перистальтику кишечника, нормализует жировой обмен, уровень глюкозы в крови.
- Ячневая полезна при нарушениях обмена веществ, надолго создает ощущение сытости, оказывает легкое слабительное действие.
В каши полезно добавить ягоды, орехи, фрукты, изюм.
Ниже представлен список продуктов, содержащих пищевые волокна:
| Продукт (100г) | Содержание клетчатки (в граммах) |
|---|---|
| Бобы | |
| Горошек зеленый | 6,00 |
| Фасоль (бобы) | 3,70 |
| Чечевица | 3,70 |
| Зелень | |
| Фенхель | 4,30 |
| Шпинат | 2,70 |
| Укроп | 2,60 |
| Лук зеленый | 2,10 |
| Салат с плотными листьями | 2,10 |
| Петрушка (зелень) | 1,80 |
| Сельдерей (листья) | 1,40 |
| Спаржа | 1,30 |
| Салат зеленый | 0,50 |
| Зерна | |
| Отруби пшеничные | 12,00 |
| Овес | 10,70 |
| Рис неочищенный | 9,00 |
| Кукуруза воздушная | 3,90 |
| Кукуруза вареная | 3,10 |
| Овсяные хлопья «Геркулес» | 3,10 |
| Хлеб с отрубями | 2,20 |
| Хлеб ржаной | 1,10 |
| Пшено | 0,70 |
| Хлеб пшеничный | 0,20 |
| Крупы | |
| Крупа гречневая | 10,80 |
| Крупа овсяная | 2,80 |
| Крупа пшенная | 2,70 |
| Крупа перловая | 2,00 |
| Крупа рисовая | 1,40 |
| Крупа ячневая | 1,40 |
| Овощи | |
| Капуста брокколи | 3,30 |
| Капуста брюссельская | 3,00 |
| Лук репчатый | 3,00 |
| Морковь | 3,00 |
| Хрен (корень) | 2,80 |
| Капуста цветная | 2,10 |
| Свекла | 2,10 |
| Капуста белокочанная | 2,00 |
| Редис | 1,80 |
| Редька | 1,50 |
| Репа | 1,50 |
| Баклажан | 1,30 |
| Помидоры | 1,20 |
| Тыква | 1,20 |
| Картофель | 1,10 |
| Перец сладкий | 1,10 |
| Огурцы | 0,70 |
| Кабачок | 0,40 |
| Орехи | |
| Арахис | 9,00 |
| Миндаль | 9,00 |
| Орех лесной | 6,10 |
| Фундук | 6,00 |
| Фрукты | |
| Яблоки неочищенные | 4,10 |
| Финики | 3,60 |
| Абрикос сушеный | 3,50 |
| Курага | 3,20 |
| Гранат | 2,50 |
| Персики | 2,50 |
| Апельсин | 2,40 |
| Слива | 1,40 |
| Лимон | 1,30 |
| Абрикос свежий | 0,80 |
| Банан | 0,80 |
| Мандарины | 0,80 |
| Грейпфрут | 0,70 |
| Груша | 0,60 |
| Дыня | 0,60 |
| Арбуз | 0,50 |
| Ягоды | |
| Инжир сушеный | 5,30 |
| Малина | 5,10 |
| Облепиха | 4,70 |
| Земляника | 4,00 |
| Шиповник | 4,00 |
| Виноград | 3,30 |
| Изюм | 3,20 |
| Чернослив | 3,20 |
| Смородина черная | 3,00 |
| Рябина черноплодная | 2,70 |
| Смородина красная | 2,50 |
| Крыжовник | 2,20 |
| Черника | 2,20 |
| Ежевика | 2,00 |
| Клюква | 2,00 |
| Брусника | 1,60 |
| Вишня | 1,50 |
Правильный прием отрубей
Отруби (оболочки зерен) – продукт, который богат клетчаткой, облегчает дефекацию, нормализует обмен веществ. Непосредственно перед употреблением их добавляют в кефир, молоко, суп.
Разновидности:
- Пшеничные. Самые мягкие растительные волокна.
- Ржаные. Легче усваиваются.
- Овсяные. Наиболее грубая структура.
Для оздоровления и похудения начинать прием с пшеничной или ржаной разновидности.
Принимать отруби постепенно:
- Добавлять в пищу по 1ч.л три раза в день.
- В течение двух недель увеличить суточную дозу до 3с.л.
Через два месяца прекратить прием – употреблять другие продукты, богатые клетчаткой.
Вред и противопоказания
Продолжительный прием клетчатки в чрезмерных количествах вызывает алиментарные болезни – связанные с неправильным или недостаточным питанием.
Продукты, содержащие клетчатку, противопоказаны при воспалительных заболеваниях кишечника, повышенной перистальтике.
Растительные волокна противопоказаны детям до 5-6 месяцев – они вызывают диарею, кишечные приступообразные боли (колики). Маленьким полезны осветленные соки без мякоти.
Продукты, богатые клетчаткой, могут стать причиной вздутия живота.
Прием большого количества растительных волокон в пожилом возрасте при запоре может привести к недержанию кала.
Продукты с растительными волокнами противопоказаны при обострении язвы желудка и двенадцатиперстной кишки. Употреблять только в периоды ослабления или полного исчезновения симптомов (ремиссии).
Растительные волокна противопоказаны при диарее до полного восстановления стула.
Продукты, содержащие клетчатку, не препятствуют всасыванию витаминов или микроэлементов. Медикаментозные препараты могут не успеть оказать лечебное действие из-за высокой эвакуаторной способности пищевых волокон.
Продолжительный прием утолщает слизистую, снижает ее чувствительность и способность всасывать питательные вещества.
Избыточный прием грубой нерастворимой клетчатки или нехватка пищевых волокон – возможные причины снижения усвояемости пищи, спазмов, слипания стенок кишечника, язвенного колита, других заболевания ЖКТ.
Источник