XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Фруктаны – это полисахариды, состоящие из остатков D-фруктозы; обнаружены в высших растениях, бактериях и зеленых водорослях. Данные соединения являются продуктами фруктозилирования сахарозы, а значит каждая их молекула содержит один остаток D-глюкозы и лишена восстанавливающих свойств. Гликозидные связей образуются только первичными группами ОНˉ, а все остатки фруктозы имеют фуранозную форму и b-конфигурацию гликозидного центра.

В зависимости от типа связи между остатками фруктозы фруктаны делятся на два основных типа:

1-связанные: инулин, остатки фруктозы соединены β-2,1-связями.

6-связанные: леван (или флеин), остатки фруктозы соединены β-2,6-связями.

Для выделения и очистки фруктанов проводят осаждение с помощью гидроксида бария, с которым полисахариды образуют осадок, а также различные методы хроматографии. Фруктаны чрезвычайно неустойчивы в кислой среде и разрушаются даже при недолгом нагревании с разбавленными кислотами. Встречаются в виде белого мелкокристаллического порошка, без вкуса и запаха. Растворяются в воде и некоторых органических растворителях, например в бутиламине, феноле, нашатырном спирте, но не растворимы в чистом и разбавленном этаноле, эфирах, углеводородах. Растворимость фруктанов зависит от степени полимеризации молекул и возрастает с увеличением кислотности среды и температуры растворителя. Для характеристики их химического строения используют метод метилирования и ЯМР спектроскопию.

Главная функция фруктанов – запасающая. Они встречаются, например, у представителей семейства Злаковые Poaceae (флеин и флеиноподобные фруктаны), в таких растениях, как пшеница, рожь ячмень, а также Сложноцветные Asteraceae (инулин и инулиноподобные фруктаны), например топинамбур. Содержание углеводов в нем достигает 70-80 % , причем на 50-75 % они состоят из фруктоолигосахаридов и инулина. Содержание полисахаридов обычно зависит от сорта, почвы и климата. Порошки из топинамбура, его сок и измельченные части могут быть использованы в пищевой промышленности для изготовления хлебобулочных изделий. Среди представителей семейства Злаковые не синтезирует фруктаны только рис. Помимо запасающей они могут выполнять осмопротекторную функцию, а также выполняют роль биологических антифризов, помогая растению легче переносить холод. Содержание фруктанов в среднем достигает до 30% от сухой массы в листьях, а в специализированных запасающих органах (клубнях, луковицах и корневищах) даже может превышать 60%.

Помимо растений фруктаны также могут синтезировать ряд бактерий. Такие штаммы есть среди Bacillus, Streptococcus, Pseudomonas, Erwinia, и Actinomyces. Как правило, они продуцируют β-2,6-связанные полисахариды, то есть леваны. Синтез леванов внеклеточный, и катализируется одним ферментом — левансахаразой. Бактерия выделяет этот фермент при росте на питательной среде, богатой сахарозой, которая расщепляется на глюкозу и фруктозу, а остаток фруктозы переносится на другую молекулы сахарозы. Микроорганизм полностью потребляет глюкозу, а фруктоза полимеризуется ферментом с последующим образованием левана. Несмотря на то, что большинство бактерий синтезирует леваны, некоторые штаммы Streptococcus mutans, являющиеся причиной кариеса, синтезируют β-2,1-фруктан (инулин), с помощью которого они прикрепляются к зубной эмали.

Фруктаны - легко мобилизуемый источник энергии, поэтому они используются в первую стадию развития побегов и листьев, а также для восстановления нормального метаболизма после повреждения надземной части растения в результате заморозков, поедания травоядными животными или скашивания. Сравнительно низкомолекулярные инулины (степень полимеризации не выше 100, обычно 30-60), наиболее широко распространены в сложноцветных; сходные фруктаны продуцируются штаммами бактерии Streptococcus mutans. Более высокомолекулярные флеины и фруктаны смешанного типа (степень полимеризации до 300-400) характерны для однодольных растений. Согласно одной из теорий, именно содержащиеся в траве фруктаны являются причиной ламинита (воспаления копыт) у копытных из семейства Equidae.

Таким образом, на данный момент фруктаны пока не нашли широкого практического применения, но растительное сырье, богатое ими, служит источником получения D-фруктозы, а также используется в пищевой, сельскохозяйственной и пищевой промышленности. Исследования показали, что некоторые растительные фруктаны проявляют иммуномодулирующую, противоопухолевую и противовоспалительную активность, что дает возможность в будущем использовать их в качестве лекарственных препаратов.

Списоклитературы:

1. М. Roberfroid, British Journal of Nutrition, 93, 13-25 (2005)

2. М. Roberfroid, Inulin-type fructans, Functional food ingredients, CRC press, Boca Raton (Fl) 2005, С. 56-64

3. S. Baumgartner, T.G. Dax, W. Praznik, H. Falk, Carbohydrates, 328, 177-190 (2000)

4. N.A. Mancilla-Margalli, M. G. Lopez, Journal of Agricultural Food Chemistry, 50, 806-812 (2002)

5. https://www.mayoclinic.org/medical-professionals/digestive-diseases/news/the-role-of-lifestyle-related-treatments-for-ibs/mac-20431272