Удивительные растения Приморья

1.2. Углеводы

С группой химических веществ, которые долго называли сахарами, человек познакомился еще на заре цивилизации. Изготовление тканей, обработка древесины, получение сладких продуктов – все эти процессы так или иначе связаны с превращением углеводов.

В 1844 г. химик Карл Эрнст Шмидт (будущий профессор Дерптского, ныне Тартуского, университета) обратил внимание на то, что состав недавно открытой глюкозы и ряду других сахаров отвечает простейшей комбинации углерода и воды – 1:1. Он предложил назвать эту группу веществ углеводами – этот термин используется и сегодня, несмотря на то, что существуют и другие вещества сходного соотношения (уксусная кислота, например).

Углеводы в растениях выполняют две важнейшие функции – структурную и энергетическую. Одной из отличительных черт клеток растений является наличие углеводной (а именно, целлюлозной) клеточной оболочки, придающей ей форму и служащей надежной механической опорой. А при распаде углеводов в процессе клеточного дыхания выделяется энергия, без которой немыслимо само существование живых организмов. Поэтому и доходит содержание углеводов в растении до 90%.

Углеводы представляют собой соединения трех элементов – углерода, кислорода и водорода. Лишь в редких случаях в молекуле углевода может присутствовать и азот. По своему строению углеводы обычно делятся на моносахариды и полисахариды. Все они в разном количестве и сочетаниях имеются в растениях.

Наиболее известные моносахариды – глюкоза, фруктоза, галактоза. Глюкозу можно найти в каждой живой клетке растения, поскольку она является первичным субстратом для получения энергии. Вероятно, это самое распространенное органическое вещество на нашей планете. Много ее в спелых фруктах, нектаре. Как, собственно, и фруктозы (так называемого плодового сахара), о чем говорит само название этого вещества. Фруктоза, кстати, еще слаще глюкозы, она – основной сахар нектара и меда.

Полисахариды состоят из определенного числа «связанных одной цепью» моносахаров. Если их немного, два или три, вещества называются соответственно дисахаридами и трисахаридами (общее их название – олигосахариды). Так, если соединить вместе глюкозу и фруктозу, получится сахароза, или тростниковый сахар – это тот самый сахар, что мы используем в пищу. В молоке животных содержится так называемый молочный сахар – лактоза, которой у растений немного. Она является соединением глюкозы и галактозы. В проросших семенах злаков, меде содержится мальтоза (солодовый сахар), состоящая из двух остатков глюкозы.

Если к глюкозе и галактозе мы добавим фруктозу, получим трисахарид – рафинозу. Она обнаруживается в спарже, фасоли, свекле, других овощах. Так получилось, что в бобовых растениях рафинозы довольно много (в сое, например, до 1,6% от сухого веса), но ферментами, содержащимися в человеческом организме, она не расщепляется. Однако у нас есть помощники – микроорганизмы, обитающие в толстом кишечнике. Они разрушают рафинозу до простых веществ – метана, водорода, углекислого газа. Не что иное, как образование этих газов делает нежелательным употреблять продукты из бобовых перед выходом в общество… Сходное «газообразующее» действие свойственно также содержащемуся в бобовых тетрасахариду стахиозе.

Моносахариды и олигосахариды находятся в цитоплазме растительной клетки и активно используются в различных синтетических процессах.

Одно из наиболее привлекательных для человека свойств сахаров – сладость. И хотя существуют сладкие вещества иной химической природы, например белки (так, получаемый из некоторых растений браззеин в 800 раз слаще сахара, а монеллин – в 3000 раз!), углеводы за счет своей более частой встречаемости играют основную пищевую роль.

Важнейшие мировые сахароносы – сахарный тростник, сахарная свекла, сахарная пальма, сахарный клен.

Последнее растение используют в США и Канаде для получения пасоки – так же, как мы используем, скажем, березу для получения березовой пасоки, или березового сока. Только сок сахарного клена гораздо слаще – он содержит до 65% сахарозы (у березы – около 2%). В этих странах существует целая индустрия получения кленового сока. После сбора его концентрируют, получая кленовый сироп, который уже идет на изготовление самых разных сладостей. Недаром лист сахарного клена изображен на флаге Канады.

Справедливости ради нужно сказать, что и у нас некоторые виды клена используются для получения сока. Это прежде всего клен мелколистный – достаточно крупное дерево, часто встречаемое в лиственных и смешанных лесах Приморья. Получают сок и из ореха маньчжурского, тоже весьма распространенного в нашем крае. Как у клена, так и у ореха сок более сладкий, чем березовый, но его растения выделяют меньше, да и с неясной периодичностью.

Основным же дарителем весеннего освежающего напитка является, конечно, береза. Для подсочки в основном используются березы даурская и плосколистная. Белоствольную березу плосколистную в лесу узнает каждый, да и даурскую заметить довольно легко – ее кора отслаивается многочисленными тонкими пластинками, как бы налегающими одна на другую.

Очевидные поставщики сладкой продукции – плодово-ягодные растения, на основе которых, часто с использованием меда, на Руси делали сладости.

Много сахаров (до 40%) в корневищах камыша озерного, из которых можно получать сладкий сироп.

Полисахариды играют важную роль в жизни растений.

Постоянное изменение условий существования требует наличия запаса веществ-энергоносителей. На первом месте среди запасных веществ растений и стоят углеводы. Образующаяся в процессе фотосинтеза глюкоза впоследствии превращается (полимеризуется) в крахмал, который откладывается в различных органах, чаще подземных – клубнях, корневых шишках, корневищах. По мере необходимости он вновь деполимеризуется до глюкозы, которая, расщепляясь до углекислого газа и воды в процессе клеточного дыхания, дает вожделенную энергию.

У некоторых растений крахмала накапливается очень много, и их начал использовать в пищевых целях человек. В разных регионах планеты появились свои крахмалоносные культуры. Кроме известных пшеницы, ячменя, ржи и других злаков это маниок (родина – Бразилия), батат (тропическая Америка), ямс (Азия, Африка, Южная Америка) и целый ряд других.

Некоторые признанные крахмалоносные культуры – картофель («Небось, картошку все мы уважаем!..», пел Владимир Высоцкий), рис, кукуруза – широко выращиваются и в Приморье.

В то же время есть у нас аборигенные растения, в которых также много крахмала. Это в большинстве своем корневищные многолетники из семейств Мятликовые (Злаковые), Рогозовые, реже других семейств.

У большинства дикорастущих приморских крахмалоносов в пищевых целях используются корневища. Это прежде всего виды рогоза из одноименного семейства. Всего их в Приморье шесть, но более известен рогоз широколистный, который узнается по темно-коричневым «бархатным» цилиндрическим женским соцветиям.

Корневища последнего вида содержат до 46% крахмала, а кроме того белки и углеводы. Их можно употреблять в сыром, вареном, печеном виде, а можно изготовить муку и использовать ее в качестве добавки к пшеничной или ржаной. Таким же образом можно использовать корневища тростника южного из семейства Мятликовые – они содержат до 50% крахмала. Много крахмала у представителей семейства сытевые (Осоковые) – некоторых камышей, видов рода клубнекамыш. Корневища последних имеют клубневидные утолщения, в которых накапливается до 70% крахмала. Много крахмала, до 50%, имеется в клубнях стрелолистов из семейства Частуховые. Еще больше его, до 60%, в корневищах сусака зонтичного из одноименного семейства, который часто называют «якутским хлебом».

Все это водные или околоводные растения. У сухопутных видов крахмал содержится в корневищах пырея ползучего, корнях лопуха, корневых клубнях тладианты сомнительной, хвощей.

Крахмал можно обнаружить не только в запасающих органах, но и в семенах многих растений. Это злаки (ежовник, щетинник, цицания широколистная), представители семейств Маревые (ширица), Гречиховые (гречиха татарская). Все эти дикоросы можно использовать в качестве замены традиционным пищевым культурам.

Приведенные примеры – лишь небольшая часть из обширного числа природных крахмалоносов.

Крахмал является основным запасным веществом у подавляющего большинства растений. Однако многие представители семейства Астровые (Сложноцветные), а также некоторые виды других семейств, отправляют в свои «кладовые» другой углевод – инулин, являющийся полимером фруктозы. В Приморье немало энтузиастов выращивания одного из видов подсолнечника – подсолнечника клубневого. Более известен он под названиями топинамбур, земляная груша. Родина этого вида – Южная Америка. В начале 17 века он появился в Европе, а спустя столетие – в России. Его сладковатые на вкус клубни можно не только варить и жарить, как и картофель. Инулин считается природным аналогом инсулина, поэтому топинамбур рекомендуют больным сахарным диабетом, да и при других недугах помогает этот выходец из Америки, так как содержит много различных целебных веществ.

Довольно много инулина содержится в корнях лопуха (репейника), которые находят самое разнообразное пищевое применение.

Еще один полисахарид, являющийся, как и крахмал, полимером глюкозы и щедро представленный в растениях, – целлюлоза, или клетчатка. По примерным оценкам, на Земле ежегодно образуется около ста миллиардов тонн целлюлозы!

Как уже говорилось, она входит в состав оболочек растительных клеток. Чем больше целлюлозы в оболочке, тем она крепче, тем прочнее ткань, сформированная такими клетками. Например, древесина более чем на 50% состоит из целлюлозы, волокна хлопчатника содержат ее свыше 90%, а льна – даже до 98%!

Неудивительно, что эти растения являются традиционными источниками сырья для изготовления тканей. Из льна, например, получают ткани различной степени жесткости – от грубого брезента до тонкого батиста. Стоит отметить, что волокна этих растений разного происхождения – у хлопчатника они являются придатками семени, а волокна льна находятся в стебле, точнее – в лубе.

На Руси крестьяне, не имея возможности покупать льняную одежду, делали ее из... конопли. Причем в основном использовали не женские экземпляры (конопля – двудомное растение), которые звались материнкой, или матеркой, а мужские, в которых волокно было крепче.

Мужские растения конопли назывались посконью, а сама одежда, из нее изготавливаемая, достаточно грубая – посконной. Волокно конопли не только крепкое, но и стойкое к гниению, поэтому из него также делали канаты, рыболовные снасти, парусину. Нужно сказать, что в последнее время текстильные изделия из конопли, являясь экологически чистым продуктом, вновь входят в моду.

К углеводам относят также пектиновые вещества – сложные эфиры полигалактуроновой кислоты и метилового спирта. В растворимой и нерастворимой формах они присутствуют в различных частях растений. Важнейшая их роль состоит в том, что они входят в состав срединной пластинки, накрепко соединяющей клеточные оболочки двух соседних клеток. Если под действием ферментов пектиновые вещества разрушаются, что наблюдается, например, при созревании плодов, клетки начинают отходить друг от друга. Этот процесс называется мацерацией; в результате мякоть плода становится рассыпчатой, рыхлой. Кроме того, пектиновые вещества способствуют поддержанию тургора (упругого состояния) тканей, повышают засухоустойчивость растений.

Основное свойство пектиновых веществ – способность желировать при взаимодействии с сахарами и органическими кислотами. Это широко используется в кондитерской промышленности при приготовлении желе, джема и других вкусных сладостей. Употребление растительных продуктов, богатых пектинами (их много в плодах черной смородины, клюквы, яблони, боярышника, сливы) весьма полезно для организма – они способны снижать содержание сахара в крови, угнетают гнилостную микрофлору кишечника. Образуя со многими металлами нерастворимые соединения, не усваиваемые кишечником и выводимые из организма, они оказывают радиозащитное действие. При поранениях весьма эффективно использование бинтов, пропитанных двухпроцентным раствором пектиновых веществ: прекращается гноение, рана очищается и быстро заживает.

Еще одной разновидностью полисахаридов являются слизи. Фармакологи и ботаники под слизями понимают вещества углеводного происхождения, которые сильно набухают в воде, образуя вязкую жидкость. Найти слизи можно в коре, корнях, семенах растений. Слизи играют важную биологическую роль: они являются запасными питательными веществами и идут в ход при весеннем прорастании почек; выполняют защитную функцию, предохраняя растение от пересыхания либо, у водных растений, предотвращая вымывание солей. Наконец, слизи способствуют прорастанию семян и их распространению.

Слизи делят на нейтральные (они – результат полимеризации моносахаридов) и кислые, включающие в себя уроновые кислоты (продукты окисления моносахаридов). Первые встречаются в представителях семйств Орхидные, Лилиевые, Бобовые, вторые – в семенах подорожника, льна.

Богатых слизью лекарственных растений не так уж много; к ним относится, например, алтей, в Приморье не произрастающий. Для терапевтического использования достаточно слизи содержится в мальве, льне и исландском мхе. Во многих других случаях слизи оказывают влияние на интенсивность действия других компонентов лекарственного растения. Лучше всего описать фармакологическое действие растительной слизи словами «смягчение раздражения». Слизь тонким слоем покрывает внутренние стенки органов и предохраняет их от местного раздражения или же смягчает уже возникшее раздражение. Поэтому воспаление слизистых оболочек быстро проходит под защитой слизесодержащих снадобий, а слизь постепенно резорбируется. Таким образом, действие ее чисто локальное. Слизесодержащие травы успокаивают кашель, когда он вызван раздражением глотки и надгортанника. Эти травы оказывают также легкое слабительное действие, так как разрыхляют и размягчают содержимое кишечника, удерживая воду (льняное семя).

Еще одно свойство слизей – ослабление вкусовой чувствительности, особенно к кислому. Например, малина содержит меньше сахара и больше кислоты, чем черная смородина, но из-за того, что она богаче слизистыми веществами, она слаще на вкус, чем смородина.

О роли углеводов в жизнедеятельности растений и их практическом значении можно говорить еще долго. Мы остановились лишь на некоторых из них, но и этот краткий обзор свидетельствует о важности углеводов для растений и человека.