Химия продукции растеневодства

Содержание  других необходимых элементов (бора, марганца, меди, цинка, молибдена, ванадия, кобальта и йода) в растениях составляет от тысячных до стотысячных долей процента, и они получили название микроэлементов. Цинк входит в состав ферментов, участвующих в спиртовом брожении, в состав инсулина. Медь входит в состав окислительных ферментов, участвующих в синтезе цитохромов. Селен участвует в регуляторных процессах организма.

Относительное содержание азота и зольных элементов  в растениях и их органах может  колебаться в широких пределах и  определяется биологическими особенностями  культуры, возрастом и условиями  питания. Количество азота в растениях  тесно взаимосвязано с содержанием белка, а его всегда больше в семенах и плодах. Состав зольных элементов у растений  имеет существенные различия. В золе семян зерновых и бобовых культур сумма оксидов фосфора, калия и магния составляет до 90%. Доля фосфора в золе листьев и соломы значительно меньше, и в ее составе преобладают калий и кальций. Зола клубней картофеля, корней сахарной свеклы и других корнеплодов представлена преимущественно оксиданом калия (40—60% массы золы). В золе корнеплодов содержится значительное количество натрия. Более высоким содержанием серы отличаются бобовые культуры и растения семейства капустные. В состав растений в относительно больших количествах входят кремний, натрий и хлор, а также значительное число так называемых ультрамикроэлементов, содержание которых исключительно мало. Ультрамикроэлементы составляют менее 0,0000001 % в организмах живых существ, к ним относят золото, серебро оказывают бактерицидное воздействие, ртуть подавляет обратное всасывание воды в почечных канальцах, оказывая воздействие на ферменты. Так же к ультрамикроэлементам относят платину и цезий. Некоторые к этой группе относят и селен, при его недостатке развиваются раковые заболевания. Функции ультрамикроэлементов еще мало понятны.

Тяжелые металлы- это биохимические активные техногенные вещества, воздействующие на живые организмы. Они относятся к стойким загрязнителям, но многие из них крайне необходимы живым организмам. Являясь "микроэлементами" они активно участвуют в биохимических процессах. В естественных условиях растения в обязательном порядке содержат определенное количество тяжелых металлов. Но чрезмерное их накопление может оказаться причиной разрушения. К ним относятся: свинец, кадмий, ртуть, мышьяк, медь, кобальт, никель, цинк, железо. Наряду с тяжелыми металлами в растениях накапливаются и неметаллы. Все металлы в свободном состоянии, то есть в виде простых веществ, имеют ряд общих свойств. Некоторыми одинаковыми свойствами обладают также все неметаллы.

Металлы –  железо (Fe), медь (Cu), алюминий (Al), ртуть (Hg), золото (Au), серебро (Ag) и другие – твердые вещества (исключение составляет ртуть), имеют металлический блеск, хорошие проводники теплоты и электричества, ковкие.

Неметаллы –  углерод (C), сера (S), фосфор (P), йод (I), кислород (O), водород (H) и другие – твердые, жидкие (бром) и газообразные вещества, металлическим блеском не обладают, изоляторы, хрупкие. 

Физиологические функции и абсолютная необходимость  этих элементов для  организмов еще  не окончательно установлены.

4.Содержание и роль  воды в растительной продукции.  Виды воды в растениях. Роль  воды в жизни человека и  животных.

Вода является основной составной частью растительных организмов. Ее содержание доходит  до 95 % массы организма, и она участвует  прямо или косвенно во всех жизненных  проявлениях. Вода-это среда, в которой  протекают все процессы обмена веществ. Она составляет основную часть цитоплазмы, поддерживает ее структуру, устойчивость входящих в состав цитоплазмы коллоидов, обеспечивает определенную конформацию  молекул белка. Высокое содержание воды придает содержимому клетки подвижный характер.

Водная среда  объединяет все части организма, начиная от молекул в клетках  и кончая тканями и органами, в  единое целое. Вода-важнейший растворитель и важнейшая среда для биохимических реакций. Вода участвует в упорядочении структур в клетках. Она входит в состав молекул белков, определяя их конформацию. Удаление воды из белков высаливанием или с помощью спирта приводит к их коагуляции и выпадению в осадок. Вода-метаболит и непосредственный компонент биохимических процессов. Вода принимает участие в окислительных процессах. Вода необходима для гидролиза и для многих синтетических процессов. Водный ток обеспечивает связь между отдельными органами растений. Питательные вещества передвигаются по растению в растворенном виде. Насыщенность водой обеспечивает прочность тканей, сохранение структуры растений. Вода обеспечивает протекание процессов обмена, коррелятивные взаимодействия между отдельными органами, связь организма со средой. Для нормальной жизнедеятельности клетка должна быть насыщена водой. Вода  играет важную роль в жизнедеятельности организма благодаря своим уникальным физическим и химическим свойствам. Молекула воды состоит из двух атомов водорода, присоединенных к одному атому кислорода. Атом кислорода оттягивает электроны от водорода, благодаря этому заряды в молекулах воды распределены неравномерно. Один полюс оказывается заряженным положительно, а другой отрицательно. Благодаря этому молекулы воды могут ассоциировать друг с другом. Положительный заряд атома водорода одной молекулы притягивается к отрицательному заряду другой. Это приводит к возникновению водородных связей. Благодаря наличию водородных связей вода имеет определенную упорядоченную структуру. Каждая молекула воды притягивает к себе еще четыре молекулы. В жидкой воде упорядоченные участки чередуются с неупорядоченными - хаотически распределенными молекулами. Сцепление молекул воды между собой (когезия), а также с другими веществами  (адгезия) имеет большое значение в процессе передвижения воды по растению. Вода обладает исключительно высокой растворяющей способностью. В воде анионы и катионы какой-либо соли оказываются разъединенными. Гидратные оболочки, окружающие ионы, ограничивают их взаимодействие. Положительно заряженные ионы притягивают полюс молекулы воды с отрицательно заряженными атомами кислорода, тогда как ионы, несущие отрицательный заряд, притягивают полюс с положительно заряженными атомами водорода. Одновременно нарушается и структура самой воды. Вода в клетке представляет собой сложную гетерогенную систему, состоящую из: жидкой фазы; гидратно-связанной; гидрофобно-стабилизированной; пространственно стабилизированной. Различают два типа гидратации: притяжение диполей воды к заряженным частицам (как к ионам минеральных солей, так и к заряженным группам белка СОО~ и NH^); образование водородных связей с полярными группами органических веществ-между водородом воды и атомами О или N. Вода в растении находится как в свободном, так и в связанном состоянии. Свободной называют воду, сохранившую все или почти все свойства чистой воды. Свободная вода легко передвигается, вступает в различные биохимические реакции, испаряется в процессе транспирации и замерзает при низких температурах. Связанная вода имеет измененные физические свойства главным образом вследствие взаимодействия с неводными компонентами.

Воду, гидратирующую  коллоидные частицы (прежде всего белки), называют коллоидно-связанной, а растворенные вещества (минеральные соли, сахара, органические кислоты и др.) осмотически-связанной.

Вода играет важную роль в жизни человека, животного  и растений. Дееспособность всех живых клеток связана с присутствием воды. Рассматривая значение воды для человека, мы находим, что его организм – это совокупность водных растворов, коллоидов, суспензий и других, сложных по составу водных систем. Вода доставляет в клетки организма питательные вещества (витамины, минеральные соли) и уносит отходы жизнедеятельности (шлаки). Кроме того, вода участвует в процессе терморегуляции и в процессе дыхания. Для нормальной работы всех систем человеку необходимо как минимум 1,5 литра воды в день.

Ни одна из естественных вод не обладает составом Н2О. Благодаря успехам аналитической  химии в природных водах, используемых в питьевом водоснабжении, обнаружено более 80 элементов периодической  системы Д.И. Менделеева. В связи  с этим воду следует рассматривать  как сложную систему, включающую растворенные, коллоидные и взвешенные химические компоненты, биологические  живые объекты, продукты их обмена и  отмирания. Обладая свойствами универсального растворителя, вода постоянно несет  большое количество самых различных  ионов, состав и соотношение которых  определяется условиями формирования воды источника.

5.Понятие “сахар”. Содержание сахара в растительной продукции. Свойства сахара.

Две основные группы пищевых углеводов:

-крахмальные  пищевые углеводы - крахмал, инулин, гликоген:

-сахарные пищевые углеводы - сахароза, глюкоза, фруктоза, мальтоза, лактоза, галактоза.

Сахарные  пищевые углеводы и представляют собой пищевые сахара. 
Из пищевых сахаров важное значение имеет сахароза, или просто сахар.

Сахароза один из важнейших дисахаридов. Бесцветные, хорошо растворимые в воде кристаллы; tnл 185—186 °С.

Присутствует  во всех фотосинтезирующих растениях. Растения синтезируют углеводы из неорганических соединений - углекислого газа и воды ( СО2 и Н2О ). Сахароза наиболее легко усвояемая и важнейшая транспортная форма углеводов в растениях. В виде сахарозы, образовавшиеся при фотосинтезе углеводы перемещаются из листа в семена, корни, клубни и луковицы, где сахароза легко превращается в крахмал или инулин.

Сахароза - невосстанавливающий дисахарид. При нагревании выше температуры плавления происходит разложение и окрашивание расплава (карамелизация). Довольно устойчива к щелочам, легко расщепляется (гидролизуется) кислотами на D-глюкозу и D-фруктозу. Сахароза легко сбраживается дрожжами. Будучи слабой кислотой сахароза образует комплексы (сахараты) с гидроксидами щелочных металлов, которые регенерируют сахарозу при действии СО2.

Биосинтез сахарозы происходит в подавляющем большинстве фотосинтезирующих эукариот, основную массу которых составляют растения. Животные к биосинтезу сахарозы не способны.

Сахарозу  получают из сока сахарного тростника  или сахарной свеклы.

Cахароза источник энергии для организма человека, важный продукт питания (бытовое название - сахар).Cахароза быстро и легко усваивается организмом.Cахароза является материалом для образования жира и гликогена, растворяется в воде, в спирте и большинстве органических растворителей практически не растворяется.

6.Понятие масло, его состав. Определение содержания масла в семенах масленичных культур.

Липидами (маслами) называют сложную смесь эфироподобных органических соединений с близкими физико-химическими свойствами, которые содержатся в растениях, животных. Их общими признаками являются: нерастворимость в воде (гидрофобность) и хорошая растворимость в органических растворителях.

Липиды широко распространены в природе. Вместе с  белками и углеводами они составляют основную массу органических веществ всех живых организмов, являясь обязательным компонентом каждой клетки.

В растениях  они накапливаются главным образом  в семенах и плодах. Содержание в них липидов зависит не только от индивидуальных особенностей растений, но и от сорта, места и условий  произрастания. Содержание липидов в разных культурах: подсолнечник-30-50%,соя-15-25%,арахис-50-61%,конопля-32-38%,рапс-45-48%,лён-30-48%.

По химическому  строению липиды отличаются большим  разнообразием. Молекулы их построены  из различных структурных компонентов, в состав которых входят спирты и  высокомолекулярные кислоты, а в  состав отдельных групп липидов  могут также входить остатки  фосфорной кислоты, углеводов, азотистых  оснований и другие компоненты, связанные  между собой различными связями.

Липиды часто  делят на две группы: простые и  сложные.

Простые липиды. Молекула простых липидов не содержит атомов азота, фосфора, серы. К ним  относят производные одноатомных (высших с 14-22 атомами углерода) карбоновых кислот и одно- и многоатомных спиртов (в первую очередь трехатомного спирта - глицерина). Наиболее важными и  распространенными представителями простых липидов являются ацилглицерины. Ацилглицерины (глицериды) - сложные эфиры глицерина высокомолекулярных карбоновых кислот. Они составляют основную массу липидов (иногда до 95-96 %) и именно их называют маслами и жирами.

В состав жиров  входят в основном триацилглицерины (три глицериды), но присутствуют ди- и моноацилглицерины.

Одним, из структурных  компонентов всех ацилглицеринов является глицерин, поэтому свойства конкретных масел определяются составом жирных кислот, участвующих в построении их молекул, которое занимают остатки (ацилы) этих кислот в молекулах ацилглицеринов.

В жирах и  маслах обнаружено до 300 карбоновых кислот различного строения, однако большинство  из них присутствует в небольшом  количестве. Ацилглицерины - жидкости или твердые вещества с низкими (до 40 °С) температурами плавления и довольно высокими температурами кипения, с повышенной вязкостью («маслообразные»), без цвета и запаха, легче воды, нелетучие.

7.Понятие витамины. Содержание  водорастворимых витаминов растительной  продукции. Их роль в жизни  человека и животных.

Витамины низкомолекулярные органические соединения различной химической природы, биорегуляторы процессов, протекающих в живом организме. Это важнейший класс незаменимых пищевых веществ. Витамины содержатся в пище в очень малых количествах. Витамины участвуют во множестве биохимических реакций, выполняя каталитическую функцию в составе активных центров большого количества разнообразных ферментов либо выступая информационными регуляторными посредниками, выполняя сигнальные функции экзогенных прогормонов и гормонов.

Они не являются для организма поставщиком энергии  и не имеют существенного значения. Однако витаминам отводится важнейшая  роль в обмене веществ.

Концентрация  витаминов в тканях и суточная потребность в них невелики, но при недостаточном поступлении  витаминов в организм наступают  характерные и опасные патологические изменения.

Большинство витаминов не синтезируются в  организме человека. Поэтому они  должны регулярно и в достаточном  количестве поступать в организм с пищей или в виде витаминно-минеральных  комплексов и пищевых добавок. Исключение составляет витамин К, достаточное количество которого в норме синтезируется в толстом кишечнике человека за счёт деятельности бактерий. С нарушением поступления витаминов в организм связаны патологические состояния: недостаток витамина (гиповитаминоз), отсутствие витамина (авитаминоз), и избыток витамина (гипервитаминоз).

Известно  около полутора десятков витаминов. Исходя из растворимости, витамины делят  на жирорастворимые - A, D, E, K и водорастворимые- все остальные. Жирорастворимые витамины накапливаются в организме. Водорастворимые витамины в существенных количествах не депонируются, а при избытке выводятся. Довольно часто встречаются гиповитаминозы водорастворимых витаминов, гипервитаминозы жирорастворимых витаминов.