Сахароза: способы получения, уравнение реакции гидролиза

Содержание

Дисахариды

Дисахариды (биозы) при гидролизе образуют два одинаковых
или разных моносахарида. Для установления строения дисахаридов необходимо
знать: из каких моносахаридов он построен, какова конфигурация аномерных
центров у этих моносахаридов (a- или b-),
каковы размеры цикла (фураноза или пираноза) и с участием каких гидроксилов
связаны две молекулы моносахарида.

Дисахариды подразделяются на две группы:
восстанавливающие и невосстанавливающие.

К восстанавливающим дисахаридам относится, в часности,
мальтоза (солодовый сахар), содержащаяся в солоде, т.е. проросших, а затем
высушенных и измельченных зернах хлебных злаков.

(мальтоза)

Мальтоза составлена из двух остатков D- глюкопиранозы,
которые связаны (1–4) -гликозидной связью, т.е. в образовании простой эфирной
связи участвуют гликозидный гидроксил одной молекулы и спиртовой гидроксил при
четвертом атоме углерода другой молекулы моносахарида. Аномерный атом углерода
1), участвующий в образовании этой связи, имеет a-
конфигурацию, а аномерный атом со свободным гликозидным гидроксилом (обозначен
красным цветом) может иметь как a- (a- мальтоза), так
и b-
конфигурацию (b- мальтоза).

Мальтоза представляет собой белые кристаллы, хорошо
растворимые в воде, сладкие на вкус, однако значительно меньше, чем у сахара
(сахарозы).

Как видно, в мальтозе имеется свободный гликозидный
гидроксил, вследствие чего сохраняется способность к раскрытию цикла и переходу
в альдегидную форму. В связи с этим, мальтоза способна вступать в реакции,
характерные для альдегидов, и, в частности, давать реакцию «серебряного
зеркала», поэтому ее называют восстанавливающим дисахаридом. Кроме того,
мальтоза вступает во многие реакции, характерные для моносахаридов, например,
образует простые и сложные эфиры (см. химические свойства моносахаридов).

СH3I

––––

NaOH

мальтоза

Октаметилмальтоза

К невосстанавливающим дисахаридам относится сахароза
(свекловичный или тростниковый сахар). Она содержится в сахарном тростнике, сахарной
свекле (до 28% от сухого вещества), соках растений и
плодах. Молекула сахарозы построена из a, D- глюкопиранозы
и b, D-
фруктофуранозы.

(сахароза)

В противоположность мальтозе гликозидная связь (1–2) между моносахаридами
образуется за счет гликозидных гидроксилов обеих молекул, то есть свободный
гликозидный гидроксил отсутствует. Вследствие этого отсутствует
восстанавливающая способность сахарозы, она не дает реакции «серебряного
зеркала», поэтому ее относят к невосстанавливающим дисахаридам.

Сахароза – белое кристаллическое вещество, сладкое на вкус, хорошо
растворимое в воде.

Для сахарозы характерны реакции по гидроксильным группам. Как и все
дисахариды, сахароза при кислотном или ферментативном гидролизе превращается в
моносахариды, из которых она составлена.

Сферы применения

Сахароза является востребованным дисахаридом, состоящим из остатков глюкозы и фруктозы. Органическое вещество обладает сладким вкусом, легко растворяется в Н2О. C12H22O11 подвергается гидролизу, реагирует с гидроксидом, образуя при этом сахарат меди. Физические и химические свойства сахарозы повлияли на то, что это органическое вещество получило огромный спрос в следующих отраслях:

  • Биологическая химия. C12H22O11 используется как субстрат для получения этанола, глицерина, декстрана, бутанола, а также лимонной и левулиновой кислоты.
  • Пищевая промышленность. Сахар используется во всех уголках планеты как самостоятельный продукт, консервант (нужна большая концентрация), а также составной компонент различных соусов, кулинарных изделий, а также алкогольных напитков.
  • Фармацевтическая отрасль. Полученную из сахарного тростника сахарозу применяют в процессе изготовления микстур, порошков и сиропов. C12H22O11 входит в состав многих препаратов для лечения детей.

Крахмал

Крахмалом называется полисахарид, построенный из остатков циклической α-глюкозы.

  • амилоза (внутренняя часть крахмального зерна) – 10-20%
  • амилопектин (оболочка крахмального зерна) – 80-90%

Цепь амилозы включает 200 — 1000 остатков α-глюкозы (средняя молекулярная масса 160 000) и имеет неразветвленное строение.

Амилопектин имеет разветвленное строение и гораздо большую молекулярную массу, чем амилоза.

Свойства крахмала

Запись полного гидролиза крахмала без промежуточных этапов:

Крахмал не дает реакцию “серебряного зеркала” и не восстанавливает гидроксид меди (II).

Качественная реакция на крахмал: синее окрашивание с раствором йода.

Использование в пищевой промышленности

Основной пищевой ингредиент — сахар

Сахароза — один из наиболее широко используемых ингредиентов в пищевой промышленности . Он составляет основу некоторых секторов, таких как кондитерская , кондитерская , производство джемов и напитков.

В фармацевтической промышленности он используется в качестве вспомогательного вещества.

Физико-химия

Сахароза хорошо растворяется в воде, и ее растворимость увеличивается с температурой. Он относительно стабилен, однако он может ферментировать (нежелательное явление в целом, за исключением алкогольных напитков) или гидролизоваться (превращаться, на языке кондитеров) в глюкозу и фруктозу , причем это явление можно контролировать.

При использовании в производстве напитков сахароза может быть инвертирована сама по себе во время термообработки. Кроме того, инвертный сахар более растворим, чем сахароза, поэтому в его присутствии он может действовать как удерживающий воду и предотвращать ее кристаллизацию.

Сахароза снижает активность воды в продуктах, которые ее содержат, что позволяет сохранить их.

Его также можно использовать в качестве вспомогательной текстуры из-за его качества слеживания .

Гранулометрия

Различные размеры кристаллов в зависимости от потребностей отрасли:

  • кристаллический сахар;
  • сахарная пудра  ;
  • сахарная пудра  ;
  • зерновой сахар.

Пектин

С греческого языка название этого углевода, являющегося одним из видов клетчатки, переводится как «свернувшийся» или «застывший». Пектин являет собой склеивающее вещество исключительно растительного происхождения.

Поступая в организм, пектин выполняет двойную функцию: во-первых, выводит вредный холестерин, токсины и канцерогены; во-вторых, обеспечивает ткани глюкозой, что понижает риск развития сердечно-сосудистых заболеваний, сахарного диабета и рака.

Польза пектина:

  • стабилизация обмена веществ;
  • улучшение периферического кровообращения;
  • нормализация перистальтики кишечника;
  • устранение проявлений хронических интоксикаций;
  • обогащение организма органическими кислотами, витаминами и минеральными веществами;
  • замедление всасывания сахара после потребления пищи, что крайне полезно для людей, страдающих сахарным диабетом.

Кроме того, этот углевод обладает обволакивающими, вяжущими, противовоспалительными и обезболивающими свойствами, благодаря чему показан людям с нарушением работы ЖКТ и язвенными болезнями.

Вред пектина

При чрезмерном употреблении пектина возможно возникновение таких реакций:

  • понижение всасывания таких полезных минеральных веществ как железо, кальций, магний и цинк;
  • брожение в толстой кишке, сопровождающееся метеоризм и понижением усвояемости белков и жиров.

Важно! С натуральными продуктами пектин поступает в организм в небольших дозах, не способных привести к передозировке, тогда как нанести вред здоровью этот полисахарид может при неумеренном потреблении БАДов

В каких продуктах содержится пектин?

Ежедневная норма употребления пектина в чистом виде составляет порядка 20 – 30 г. Если рацион обогащен фруктами, овощами и зеленью, то нет необходимости получать пектин из синтетических добавок.

Перечень продуктов, содержащих пектин:

  • яблоки;
  • цитрусовые;
  • морковь;
  • капуста цветная и белокочанная;
  • сушеный горох;
  • зеленые бобы;
  • картофель;
  • зелень;
  • земляника;
  • клубника;
  • корнеплоды.

Лактоза

Лактоза, именуемая «молочным сахаром», представляет собой дисахарид, расщепляющийся посредством фермента лактазы в кишечнике до глюкозы, а также галактозы, которые и усваиваются организмом. Содержится этот углевод в молоке и молочных продуктах.

Польза лактозы:

  • обеспечение организма энергией;
  • облегчение всасывания кальция;
  • нормализация микрофлоры кишечника благодаря развитию полезных лактобактерий;
  • стимулирование процессов нервной регуляции;
  • предупреждение развития сердечно-сосудистых заболеваний.

Вред лактозы

Вред данный углевод может причинить в том случае, когда в организме человека отсутствует (либо присутствует в недостаточном количестве) фермент лактаза, способствующий усвояемости лактозы. Дефицит лактазы провоцирует непереносимость молока и способствует возникновению расстройств работы кишечника.

Важно! При непереносимости лактозы рекомендовано употреблять кисломолочные продукты, в которых большая часть этого углевода сбраживается до молочной кислоты, которая хорошо усваивается организмом. Интересный факт! Чистая лактоза применяется при производстве различных пищевых продуктов, БАДов и лекарственных средств, направленных на предупреждение и лечение дисбактериоза

Интересный факт! Чистая лактоза применяется при производстве различных пищевых продуктов, БАДов и лекарственных средств, направленных на предупреждение и лечение дисбактериоза.

В каких продуктах содержится лактоза?

Как говорилось выше, наиболее обогащены лактозой молоко и молочные продукты, в которых содержится до 8 процентов этого углевода на 100 мл продукта.

Кроме того, лактоза присутствует в таких любимых всеми продуктах:

  • хлеб;
  • продукты для диабетиков;
  • кондитерские изделия;
  • сухое молоко;
  • сыворотка и соответствующие субпродукты;
  • сгущенное молоко;
  • маргарин;
  • мороженое;
  • сливки для кофе (и сухие, и жидкие);
  • соусы и заправки к салатам (кетчуп, горчица, майонез);
  • какао-порошок;
  • усилители вкуса.

Лактоза не содержится в перечисленных ниже продуктах:

  • кофе;
  • рыба;
  • чай;
  • соя и ее субпродукты;
  • фрукты;
  • овощи;
  • яйца;
  • орехи;
  • растительные масла;
  • бобовые и зерновые культуры;
  • мясо.

Вред сахарозы

В процессе расщепления сахарозы образуются вредные радикалы, блокирующие действие защитных антител. Они ухудшают работу иммунной системы, вследствие чего организм становится более восприимчивым к воздействию внешних раздражителей. Кроме того, отрицательное воздействие сахарозы проявляется следующим образом:

  • возникает нарушение минерального обмена;
  • возможно развитие патологии поджелудочной железы;
  • снижение функциональной активности энзимов;
  • из организма вытесняются некоторые полезные соединения, среди которых: медь, хром и витамины группы В, вследствие чего повышается риск развития склероза и заболеваний сердечно-сосудистой системы;
  • повышается кислотность желудочного сока, из-за чего нарушается микрофлора желудка;
  • у детей повышается уровень адреналина;
  • у малышей также возможна головная боль и сонливость;
  • сахароза способна нарушать структуру белковых и генетических соединений;
  • у беременных возможен токсикоз.

Признаки избытка сахарозы в организме

При неконтролируемом потреблении продуктов, содержащих сахарозу, организм может реагировать следующим образом:

  • увеличение веса. При избыточном потреблении кондитерских изделий увеличивается жировая прослойка. Тело становится рыхлым, возникают признаки апатии;
  • развитие кариеса. Сахароза – это крайне привлекательная питательная среда для многих бактерий. Они в процессе своей жизнедеятельности выделяют кислоту, нарушающую целостность зубной эмали;
  • пародонтоз и прочие воспалительные заболевания ротовой полости. Данные патологии также являются следствием жизнедеятельности бактерий;
  • кандидоз и зуд половых органов – причиной служат все те же бактерии, подпитывающиеся сахарозой;
  • сахарный диабет. Резкое изменение цифры на весах, жажда, усталость, частое мочеиспускание, зуд всего тела, нарушение процессов регенерации, плохое зрение – повод посетить эндокринолога.

Суточная норма сахарозы не должна превышать 1/10 всех поступающих калорий. Это примерно 40-60 граммов в сутки. Именно такое количество энергии требуется для жизнеобеспечения нервных клеток, мускулатуры и поддержания форменных элементов крови.

Стоит ограничить потребление сахарозы тем, кто склонен к диабетическим проявлениям. Сахар таким людям рекомендуется заменять манитом, ксилитом и сорбитом.

Противопоказанием к употреблению сахарозы является избыточный вес.

Классификация углеводов

Углеводы имеют множество разновидностей. Это обязательно стоит учитывать при составлении пищевого рациона. Классификация углеводов делится на простые и сложные или быстрые и медленные.

К простым или быстрым углеводам относят следующие:

  1. Моносахариды. В эту категорию входят галактоза, фруктоза, глюкоза. Данные компоненты присутствуют в ягодах, фруктах, меде. Такие вещества быстро усваиваются и резко увеличивают содержание сахара в крови. Как следствие, в тканях образуется гликоген, который требуется для энергии. При ее избытке вещества образуют жировые отложения. Чтобы избежать негативных последствий, количество моносахаридов должно составлять не больше 25-35 % общего объема углеводов, которые были съедены в течение дня.
  2. Дисахариды. К ним преимущественно относят сахарозу, которую включает обычный сахар, и мальтозу. Этот компонент присутствует в солоде, патоке, меде. Также он имеется в составе молочного сахара.

К сложным или медленным углеводам относят полисахариды. Эти вещества включают большое количество моносахаридов. Они усваиваются долгое время и обладают менее сладким вкусом, чем простые углеводы. К основным полисахаридам относят следующее:

  1. Крахмал и гликоген. Эти вещества присутствуют в злаках, бобовых, картофеле, кукурузе.
  2. Клетчатка. Элемент содержится в крупах, семечках, овощах, фруктах, отрубях.
  3. Целлюлоза. Компонент включают салатные листья, яблоки, груши, морковь.
  4. Пектин. Вещество присутствует в моркови, капусте, цитрусовых фруктах, клубнике.
  5. Инулин. Элемент содержится в цикории, луке, ячмене, чесноке.

Основное достоинство сложных углеводов заключается в медленном насыщении организма. Благодаря этому чувство голода не возникает раньше времени.

Избыток

Как и дефицит, избыток углеводов не сулит пользы организму. Если человек принимает с пищей слишком много углеводов, уровень инсулина и глюкозы в крови повышается. В результате образуются жировые отложения. Происходит это следующим образом. Когда человек после завтрака целый день не ест, а вечером, придя с работы, решает принять обед, полдник и ужин одновременно, организм пытается бороться с избытком углеводов. Так и происходит повышение уровня сахара в крови. Чтобы глюкоза из крови перешла в клетки тканей, нужен инсулин. Он, в свою очередь, попадая в кровь, дает стимул синтезу жиров.

Кроме инсулина, обмен углеводов регулируют и другие гормоны. Глюкокортикоиды – гормоны коры надпочечников, которые стимулируют синтез глюкозы из аминокислот в печени. Этот же процесс усиливается гормоном глюкагоном. По функциям глюкокортикоиды и глюкагон противоположны инсулину.

Виды сахара

Какие виды сахара бывают? Сахар, как известно, производится разных видов, основные его виды:

  1. Тростниковый.
  2. Свекловичный.
  3. Пальмовый.
  4. Солодовый.
  5. Сорговый.
  6. Кленовый.

Помимо основных видов существуют виды сахара, предназначенные для использования в кондитерском производстве, такой сахар нельзя купить в магазине. Мы покупаем обычный белый гранулированный сахар либо сахарный песок. Менее популярным видом является рафинированный кусковой сахар. В домашних условиях потребителями широко используется продукт, произведённый из сахарной свеклы, именно его мы покупаем в магазине.

Типы сахаров

Сахар разделяют по видам и типам. Сахара имеют одинаковый состав, отличие заключается в степени обработки и качестве очистки товара от примесей.

Существуют такие типы сахара гранулированного

  1. Regular Sugar – обычный или его ещё называют кристаллическим. Кристаллический – самый употребляемый в пищу тип сахара. Размер кристаллов влияет на вкусовые качества кристаллического сахара. Является обязательным ингредиентом сладких блюд, приготовленных в домашних условиях. Его используют при заготовке джема на зиму, варке домашнего варенья, именно он встречается в кулинарных рецептах домашних тортов и десертов.
  2. Bakers Special – пекарский отличается наименьшим размером кристаллов. Мелкий сахар пекари применяют в кулинарии при приготовлении сдобы, бисквитов.
  3. Fruit sugar – фруктовый с мелкими гранулами. Ценится больше обычного за однородность структуры. Применяется при приготовлении сладких пудингов, заварных кремов.
  4. Coarse Sugar – грубый, имеющий крупные гранулы, что делает его незаменимым компонентом в производстве помадок, ликёров и конфет.
  5. Superfine, Ultrafine, Bar Sugar – ультрамелкий продукт с самыми мелкими кристаллами, за счёт чего кристаллы сахара быстро растворяются в воде любой температуры. Идеальный компонент безе, начинки для штруделей, пирогов с тонким вытяжным тестом.
  6. Confectioners (Powdered) Sugar – кондитерская пудра. На прилавках магазинов пудра самого тонкого помола представлена под привычным названием сахарная пудра. В домашней кулинарии её используют при взбивании сливок, яичных белков, приготовлении кремов, пудра входит в состав глазурей для куличей, кексов.
  7. Sanding Sugar – сахарная обсыпка. Продукт имеет кристаллы крупных размеров. Используется, как правило, в кондитерском производстве, в домашних условиях сахарная обсыпка не применяется.

Крахмал

Крахмалом называется полисахарид, построенный из остатков циклической α-глюкозы.

  • амилоза (внутренняя часть крахмального зерна) – 10-20%
  • амилопектин (оболочка крахмального зерна) – 80-90%

Цепь амилозы включает 200 — 1000 остатков α-глюкозы (средняя молекулярная масса 160 000) и имеет неразветвленное строение.

Амилопектин имеет разветвленное строение и гораздо большую молекулярную массу, чем амилоза.

Свойства крахмала

Запись полного гидролиза крахмала без промежуточных этапов:

Крахмал не дает реакцию “серебряного зеркала” и не восстанавливает гидроксид меди (II).

Качественная реакция на крахмал: синее окрашивание с раствором йода.

Дисахариды и полисахариды

В образовании гликозидной связи принимают участие два полуацетальных гидроксила обеих монсахарид. Сахароза – самое распространенное низкомолекулярное кристаллическое вещество.

В сахарозе и подобно построенных олигосахаридах нет свободных полуацетальных гидроксилов, поэтому сахароза не дает таутомерных форм, ее растворы не мктаротируют, не проявляют восстановительныхсвойств.

Все это позволяет отнести сахарозу к невосстанавливающим дисахаридам.

Сахароза встречается в листьях, стеблях, корнях, фруктах, ягодах и т.д.

Она является запасным материалом у сахарной свеклы и тростника, откуда ее названия.

Химические свойства дисахаридов

Важнейшее свойство всех дисахаридов – гидролиз в кислой среде.

α-ГЛЮКОЗА β-ФРУКТОЗА

Реакция гидролиза сахарозы получила название инверсии, а продукт инверсии (смесь глюкозы и фруктозы) – инвертированным сахаром, при этом у образующегося раствора меняется знак вращения.

Так, в исходном растворе сахарозы до гидролиза угол вращения равен +66,5°, а после гидролиза угол вращения становится отрицательным (т.к. у глюкозы α = +52°, а у фруктозы α = –92°).

Инвертный сахар (инвертированный) является основной составной частью пчелиного меда.

В остальном химические свойства дисахаридов не отличаются от свойств моносахаридов.

Это окисление и восстановление карбонильной группы (для восстанавливающих дисахаридов) и свойства, характерные для спиртовых (–ОН) групп.

Как сахароза влияет на человеческий организм

Важно! Вещество обеспечивает человеческий организм полноценным запасом энергии, которая необходима для функционирования всех органов и систем. Сахароза стимулирует защитные функции печени, улучшает мозговую деятельность, защищает человека от воздействия токсических веществ

Сахароза стимулирует защитные функции печени, улучшает мозговую деятельность, защищает человека от воздействия токсических веществ.

Она поддерживает деятельность нервных клеток и поперечно-полосатой мускулатуры.

По этой причине элемент считается наиважнейшим среди тех, которые содержатся почти во всех пищевых продуктах.

Если организм человека испытывает дефицит сахарозы, можно наблюдать следующие симптомы:

  • упадок сил;
  • нехватка энергии;
  • апатия;
  • раздражительность;
  • депрессия.

Причем самочувствие может постепенно ухудшаться, поэтому нужно вовремя нормализовать количество сахарозы в организме.

Высокий уровень сахарозы тоже очень опасен:

  1. сахарный диабет;
  2. зуд половых органов;
  3. кандидоз;
  4. воспалительные процессы в ротовой полости;
  5. пародонтоз;
  6. избыточный вес;
  7. кариес.

Если мозг человека перегружен активной умственной деятельностью или организм подвергся влиянию токсических веществ, потребность в сахарозе резко возрастает. И, наоборот, эта потребность снижается, если человек имеет избыточный вес или страдает сахарным диабетом.

Метаболизм

Организм млекопитающих, в том числе человека, не приспособлен к усвоению сахарозы в чистом виде. Поэтому при попадании вещества в ротовую полость, под воздействием амилазы слюны, происходит запуск гидролиза.

Основной цикл переваривания сахарозы происходит в тонком кишечнике, где, в присутствии фермента сахаразы, высвобождаются глюкоза и фруктоза. После этого моносахариды, при помощи белков – переносчиков (транслоказ), активируемых инсулином, доставляются в клетки кишечного тракта путём облегчённой диффузии. Наряду с этим, глюкоза проникает в слизистую оболочку органа посредством активного транспорта (за счёт градиента концентрации ионов натрия). Интересно, что механизм ее доставки в тонкий кишечник зависит от концентрации вещества в просвете. При значительном содержании соединения в органе «работает» первая схема «транспортировки», а при малом – вторая.

Основной моносахарид, поступающий из кишечника в кровь – глюкоза. После ее всасывания, половина простых углеводов по воротной вене транспортируется в печень, а остальная часть поступает в кровоток через капилляры кишечных ворсинок, где в последствии извлекается клетками органов и тканей. После проникновения глюкоза, расщепляется на шесть молекул углекислого газа, вследствие чего выделяется большое количество энергетических молекул (АТФ). Оставшаяся часть сахаридов усваивается в кишечнике путём облегчённой диффузии.

Польза и суточная потребность

Метаболизм сахарозы сопровождается выделением аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), которая является главным «поставщиком» энергии в организм. Она поддерживает форменные элементы крови в норме, жизнедеятельность нервных клеток и мышечных волокон. Кроме того, невостребованная часть сахарида используется организмом для построения гликогена, жира и белково – углеродных структур. Интересно, что планомерное расщепление запасённого полисахарида обеспечивает стабильную концентрацию глюкозы в крови.

Для сохранения здоровья диетологи рекомендуют ограничить прием сладости до следующих безопасных норм в день:

  • для младенцев от 1 до 3 лет – 10 – 15 грамм;
  • для детей до 6 лет – 15 – 25 грамм;
  • для взрослых 30 – 40 грамм в сутки.

Помните, под «нормой» понимается не только сахароза в чистом виде, но и «скрытый» сахар, содержащийся в напитках, овощах, ягодах, фруктах, кондитерских изделиях, выпечке. Поэтому, детям до полутора лет лучше исключить продукт из рациона питания.

Энергетическая ценность 5 грамм сахарозы (1 чайной ложки) составляет 20 килокалорий.

Признаки нехватки соединения в организме:

  • депрессивное состояние;
  • апатия;
  • раздражительность;
  • головокружение;
  • мигрень;
  • быстрая утомляемость;
  • снижение когнитивных функций;
  • выпадение волос;
  • нервное истощение.

Потребность в дисахариде возрастает при:

  • интенсивной мозговой деятельности (за счёт расходования энергии на поддержание прохождения импульса по нервному волокну аксон – дендрит);
  • токсической нагрузке на организм (сахароза выполняет барьерную функцию, защищая клетки печени парными глюкуроновыми и серными кислотами).

Помните, повышать суточную норму сахарозы важно предельно осторожно, поскольку избыток вещества в организме чреват функциональными расстройствами поджелудочной железы, патологиями сердечно – сосудистых органов, появлением кариеса