Какие химические свойства характерны для сахарозы

Что такое сахар? Сахаром в быту принято называть сахарозу. У сахара сладкий вкус, состоит углевод из фруктозы и глюкозы. Делают сахар массово из сахарной свеклы и реже из сахарного тростника. Помимо основных видов сахара, бывают и другие его виды, сорта, типы.

Физические свойства

Кристаллы сахарозы хорошо растворимые в воде, плохо — в спиртах. Сахароза кристаллизуется без воды в виде больших моноклиничних кристаллов.

Подвергается гидролизу под действием кислот и фермента сахараз. В результате гидролиза распадается с образованием молекулы глюкозы и молекулы фруктозы. Удельное вращение водного раствора сахарозы + 66,5 в. Фруктоза обладает более сильным левым вращением (-92 о), чем глюкоза правым (52,5 о), поэтому при гидролизе сахарозы угол вращения меняется. Гидролиз сахарозы получил название инверсии, а смесь создаваемых различных количеств глюкозы и фруктозы — инвертным сахаром. После гидролиза сахароза сбраживается дрожжами, а при нагревании выше температуры плавления карамелизуется, то есть превращается в смесь сложных продуктов: карамелана С 24 Н 36 О 18 карамелена С 36 Н 50 О 25 и других, теряя при этом воду. Эти продукты под названием «колер» используют в производстве напитков и коньяков для окрашивания готовых продуктов.

Природные и антропогенные источники

Содержится в сахарном тростнике, сахарной свёкле (до 28 % сухого вещества), соках растений и плодах (например, берёзы, клёна, дыни и моркови). Источник получения сахарозы — из свёклы или из тростника, определяют по соотношению содержания стабильных изотопов углерода 12C и 13C. Сахарная свёкла имеет C3-механизм усвоения углекислого газа (через фосфоглицериновую кислоту) и предпочтительно поглощает изотоп 12C; сахарный тростник имеет C4-механизм поглощения углекислого газа (через щавелевоуксусную кислоту) и предпочтительно поглощает изотоп 13C.

Мировое производство в 1990 году — 110 000 000 тонн.

Фруктоза

Заменитель сахара фруктозу, или фруктовый сахар, получают из фруктов, ягод и меда, где она составляет почти половину массы продукта. Это самый интенсивный из природных Сахаров, сладость ее составляет 1,73. Внешне похожа на сахар, обладает такой же энергетической ценностью (375 ккал на 100 г), эффективно усваивается человеческим организмом. В отличие от глюкозы, служащей универсальным источником энергии, фруктоза почти полностью поглощается и метаболизируется клетками печени. Сначала она фосфорилируется, а затем расщепляется на триозы, которые используются для синтеза жирных кислот, что может приводить к ожирению, а также к повышению уровня триглицеридов, что, в свою очередь, повышает риск развития атеросклероза. Кроме того, фруктоза может превращаться в глюкозу в процессе глюконеогенеза и участвовать в синтезе гликогена. Вопрос о целесообразности включения фруктозы в рацион диабетиков интенсивно исследуется в последние годы. При поступлении в организм здорового человека фруктоза практически не повышает уровень глюкозы в крови; у больных диабетом, наоборот, при этом наблюдается значительный рост данного показателя, но из-за нехватки глюкозы в клетках происходит сжигание жиров, приводящее к истощению их не рекомендуется для использования людям, имеющим избыточную массу тела и контролирующим свой вес, поскольку этот углевод не дает чувства сытости (оно зависит от уровня глюкозы в крови). Кроме того, часть фруктозы превращается непосредственно в жир, что усугубляет состояние пациента. По мнению американских гастроэнтерологов, индивидуальная непереносимость фруктозы, встречающаяся приблизительно у 20% населения, является причиной возникновения более чем трети случаев синдрома раздраженного кишечника. С другой стороны, имеются данные о том, что применение фруктозы на 20-30% снижает риск развития кариеса и воспалительных процессов в полости рта.

Фруктоза

Получение сахаров

Как делают сахар? Технология производства сахара остаётся неизменной долгие годы. Для того, чтобы добыть сахар из свеклы либо получить продукт из стеблей сахарного тростника, растительное сырьё на производстве проходит несколько этапов сложного технологического процесса.

  1. Первым делом свеклу моют для удаления грязи и нарезают стружкой.
  2. Для нейтрализации микробов сырец заливают известковым раствором.
  3. Очищенная масса измельчается.
  4. Поверхность измельчённой сырьевой массы проходит обработку активными веществами, в результате химической реакции из сырья выделяется сахарный сироп.
  5. Сахарный сироп проходит фильтрацию.
  6. Последующий этап – выпаривание сиропа. Применяется для удаления излишков воды.
  7. Кристаллизация с помощью вакуума.
  8. Продукт, полученный в результате кристаллизации, состоит из кристаллов сахарозы и мелассы.
  9. Следующим этапом добычи твёрдого сахара является разделение сахарозы и мелассы с помощью центрифуги.
  10. В заключение применяется просушка, после просушки можно употреблять сахар в пищу.

Технология производства свекловичного сахара схожа с получением сладкого продукта из тростника.

Химические свойства

В молекуле сахарозы есть гидроксильные группы. Рассмотрим основные уравнения химических реакций сахарозы.

Реакция гидролиза

Сахароза способна подвергаться гидролизу, во время которого она распадается на моносахариды (глюкозу и фруктозу):

C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6.

Реакции окисления

Дисахариды, которые сохраняют полуацетальный гидроксил, называются восстанавливающими. Дисахариды без полуацетального гидроксила называются невосстанавлиающими. Сахароза не является альдегидом.

Пример каталитического окисления сахарозы кислородом воздуха:

C12H22O11 + 12 O2 → 12 CO2 + 11 H2O.

Качественная реакция с гидроксидом меди

Как провести лабораторный опыт:

  • лабораторное оборудование: пробирка, горелка;

  • реагенты: водный раствор сахарозы, гидроксид меди (II);

  • действия: залейте раствор сахарозы в пробирку, добавьте гидроксид меди (II), разогрейте пробирку над горелкой:

C12H22O11 + 2 Cu (OH)2 → ярко-синее окрашивание;

Замечания: синий осадок не изменил цвет, несмотря на подачу энергии в виде тепла;

Вывод: сахароза не обладает восстановительными свойствами.

Производство сахара из древесины

Отечественной химической науке принадлежит заслуга в развитии промышленного производства сахара из древесины. Из такого сахара вырабатывают спирт и другие вещества.

Образование сахаристых веществ в растении происходит по следующей схеме. Из углекислого газа и воды в зеленом листе строятся простые сахаристые вещества, такие, как виноградный сахар — глюкоза и фруктовый сахар — фруктоза. Если глюкоза и фруктоза соединяются вместе, то образуется сахароза — тот сахар, с которым мы пьем чай. Более сложные вещества, образуемые в растениях, — крахмал, целлюлоза и другие — уже не имеют сладости.

Превращение крахмала в сахаристое вещество — глюкозу — осуществил русский академик К. С. Кирхгоф.

Производство сахара из древесины

Это превращение выполнено им в 1811 году при нагревании крахмала с разбавленными кислотами. Процесс был назван гидролизом. К. С. Кирхгоф, сразу увидев в своем открытии большие практические возможности, разработал на базе его технологический процесс получения патоки и кристаллической глюкозы.

Вскоре уже работали первые заводы крахмало-паточной промышленности. А ее развитие, в свою очередь, поставило перед химической наукой новую интересную задачу — превращение древесины в сахаристые вещества.

На химических заводах опилки превращаются в спирт, а спирт — в синтетический каучук. Химики превращают древесные опилки в ценные продукты.

Готовая продукция, которую вырабатывает зеленый лист, — это крахмал, состоящий из больших молекул, каждая из тысяч остатков глюкозы. Растение откладывает его в свои запасные пищевые «склады» или же использует для расширения и роста или восстановления своего организма. Но чем больше укрупняется и усложняется сахарная постройка, тем меньше остается в ней сладости. Сложной молекулярной постройкой из остатков глюкозы является и целлюлоза. Из нее растение строит свой скелет.

Простые сахара растворяются в воде, а построенные из них крахмал и целлюлоза не растворяются. Это очень важно для растения, иначе все его тело и скелет растаяли бы от первого дождя.

Производство сахара из древесины

Разрушить скелет растения и превратить его твердое несладкое тело с помощью гидролиза в сахаристые вещества — вот задача, вставшая перед наукой в наше время. И эту задачу разрешила наша отечественная химия. Превращение целлюлозы в сахаристое вещество достигнуто было в 1931 году В. И. Шарковым и другими советскими учеными.

Читайте также:  Лимон, чеснок и имбирь: польза, рецепты для чистки сосудов, похудения

Когда-то на лесопильных заводах скапливались целые горы опилок. Приходилось изобретать специальные мусоросжигательные печи для их уничтожения.

Отходы, от которых раньше старались избавиться, служат сейчас ценным сырьем для гидролизной промышленности. Древесина превращается или в пищевые продукты для скота — сахар, белковые и жировые дрожжи, или в техническое сырье — спирт, глицерин, фурфурол и другие, на которые раньше расходовались картофель и зерно.

Одна тонна опилок нормальной влажности заменяет тонну картофеля или 300 килограммов зерна и дает 650 килограммов сахара или 220 литров спирта.

Небольшой лесопильный завод, оборудованный двумя пилорамами, может за год обеспечить опилками производство миллиона литров спирта.

Производство сахара из древесины

Сотни миллионов тонн растительных отходов — соломы, мякины, шелухи, зерен — остаются ежегодно в сельском хозяйстве. Теперь и им найдено применение в промышленной химии. Наши ученые Н. А. Сычев, Н. А. Четвериков и академик А. Е. Порай-Кошиц разработали метод, по которому из тонны сухой соломы получают до 100 литров спирта.

Спирт, вырабатываемый гидролизной промышленностью, служит сырьем для производства ценнейшей продукции, в том числе синтетического каучука.

Сахароза – формула, строение и свойства

Сахароза – органическое вещество с кристаллической решеткой. Другое название — сахар. Это дисахарид, образованный остатками двух моносахаридов — фруктозы и глюкозы. 

Узнаем больше о сахарозе, ее строении, формуле, физических и химических свойствах и о том, какую пользу играет она для живых организмов.

Формула и строение сахарозы

Структурная формула – C12H22O11, хотя она происходит от соединения двух простых сахаров, таких как глюкоза и фруктоза. 

Два кольца этих сахаров объединены отдельным атомом кислорода, соединенным с двумя атомами углерода в цепочке. Другое расширение атома в молекуле также присутствует, главным образом, в комбинациях кислорода и водорода.

Связь между моносахаридами имеет O-глюкозидный тип. Кроме того, эта связь является дикарбонильной.

Физические свойства

Сахароза – формула, строение и свойства

По своим физическим свойствам она обладает сладким вкусом, может кристаллизоваться и растворима в воде.

Когда сахароза достигает желудка, она подвергается кислотному гидролизу и разлагается на части: на глюкозу и фруктозу. Остальная часть сахарозы переходит в тонкий кишечник, где ферментная сахароза преобразует ее в глюкозу и фруктозу.

Подчеркиваются ее специфические свойства в качестве питательного вещества для организма человека: она легко усваивается и не выделяет токсичных веществ. Это означает, что сахароза обладает как свойствами глюкозы, так и свойствами фруктозы, что означает, что она является источником энергии для организма.

Существует множество противоречий по поводу вреда, наносимого потреблением сахарозы, и несколько теорий по этому поводу. Основные дебаты сосредоточены на развитии кариеса, диабета, ожирения, атеросклероза и других патологий.

Интересно, что сахароза является триболюминесцентной, производящей свет механическим действием.

Благодаря низкой температуре плавления 1860С она очень быстро становится жидкой, очень легко прилипает к контейнеру, в котором она находится, может запросто обжечь кожу, если не соблюдать меры безопасности. Температура кипения раствора равна 101,40С.

Основные свойства описаны в таблице:

Физические свойства сахарозы
Молярная масса 342,3 г/моль
Температура плавления 1860С
Растворимость 211,5 г / 100 мл
Плотность 1,587 г/см3

Химические свойства

В молекуле сахарозы есть гидроксильные группы. Рассмотрим основные уравнения химических реакций сахарозы.

Реакция гидролиза

Сахароза способна подвергаться гидролизу, во время которого она распадается на моносахариды (глюкозу и фруктозу):

C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6.

Реакции окисления

Сахароза – формула, строение и свойства

Дисахариды, которые сохраняют полуацетальный гидроксил, называются восстанавливающими. Дисахариды без полуацетального гидроксила называются невосстанавлиающими. Сахароза не является альдегидом.

Пример каталитического окисления сахарозы кислородом воздуха:

C12H22O11 + 12 O2 → 12 CO2 + 11 H2O.

Качественная реакция с гидроксидом меди

Как провести лабораторный опыт:

  • лабораторное оборудование: пробирка, горелка;
  • реагенты: водный раствор сахарозы, гидроксид меди (II);
  • действия: залейте раствор сахарозы в пробирку, добавьте гидроксид меди (II), разогрейте пробирку над горелкой:
Читайте также:  10 принципов питьевой диеты для быстрого похудения

C12H22O11 + 2 Cu (OH)2 → ярко-синее окрашивание;

Замечания: синий осадок не изменил цвет, несмотря на подачу энергии в виде тепла;

Вывод: сахароза не обладает восстановительными свойствами.

Нахождение сахарозы в природе

Она обычно извлекается из сахарного тростника, свеклы или кукурузы. 

Сахарный тростник

Другими коммерческими (незначительными) источниками являются сладкий сорго и кленовый сироп.

Получение сахарозы

Сахароза – формула, строение и свойства

Сахароза извлекается из сырья, в котором она содержится, а затем очищается и кристаллизуется.

Применение и биологическая роль сахарозы

Широкое применение сахарозы обусловлено ее способностью к подслащению и свойствами функциональной консистенции. По этой причине она важна для структуры некоторых продуктов питания, особенно кондитерских изделий. 

Также является вспомогательным компонентом в сохранении пищи, будучи добавкой, широко используемой в приготовлении так называемой нездоровой пищи.

В проросших семенах растений жиры и белки, находящиеся на хранении, превращаются в сахарозу для транспортировки в процессе развития растений.

функция сахарозы в организме человека — она помогает вырабатывать энергию, необходимую для функционирования различных органов.

Природные источники сахарозы

Чтобы контролировать количество потребляемой сахарозы, надо знать, где содержится данное соединение.

Оно входит во многие продукты питания, также широко и ее распространение в природе.

Очень важно учитывать, в каких растениях содержится компонент – это позволит ограничить его употребление до нужной нормы.

Природным источником большого количества этого углевода в жарких странах является сахарный тростник, а в странах с умеренным климатом — сахарная свекла, канадский клен и береза.

Также много вещества содержится в плодах и ягодах:

  • хурме;
  • кукурузе;
  • винограде;
  • ананасах;
  • манго;
  • абрикосах;
  • мандаринах;
  • сливах;
  • персиках;
  • нектаринах;
  • моркови;
  • дыне;
  • клубнике;
  • грейпфруте;
  • бананах;
  • грушах;
  • черной смородине;
  • яблоках;
  • грецких орехах;
  • фасоли;
  • фисташках;
  • помидорах;
  • картофеле;
  • луке;
  • черешне;
  • тыкве;
  • вишне;
  • крыжовнике;
  • малине;
  • зеленом горошке.

Помимо этого, соединение содержат многие сладости (мороженое, конфеты, выпечка) и отдельные виды сухофруктов.

Нектар агавы

Нектар агавы, называемый также сиропом агавы, является очень популярным подсластителем и производится из агавы. Он широко используется в качестве «здоровой» альтернативы сахара, потому что не повышает сахар в крови так сильно, как другие сорта сахара.

Тем не менее, в нектаре агавы содержится около 70-90% фруктозы и 10-30% глюкозы. Учитывая вредные последствия для здоровья избыточного потребления фруктозы, нектар агавы, может быть, даже хуже для здоровья, чем метаболический обычный сахар.

Он используется во многих «здоровых продуктах питания», таких как фруктовые напитки, подслащенные йогурты и зерновые завтраки.

Нектар агавы, называемый также сиропом агавы, является очень популярным подсластителем и производится из агавы. Он широко используется в качестве «здоровой» альтернативы сахара, потому что не повышает сахар в крови так сильно, как другие сорта сахара.

Влияние сахарозы на организм человека

Сахароза обеспечивает организм человека необходимой для его полноценного функционирования энергией. Также она улучшает мозговую деятельность человека и стимулирует защитные функции его печени от воздействия токсических веществ. Поддерживает жизнеобеспечение поперечно-полосатой мускулатуры и нервных клеток. Именно поэтому сахароза — это одно из важнейших веществ, содержащихся практически во всех продуктах потребления человека.

При недостатке сахарозы у человека наблюдаются следующие состояния: депрессия, раздражительность, апатия, нехватка энергии, нехватка сил. Это состояние может постоянно ухудшаться, если вовремя не нормализовать содержание сахарозы в организме. Избыток сахарозы приводит к следующему: кариес, излишняя полнота, пародонтоз, воспалительные заболевания ротовой полости, возможно развитие кандидоза и зуда половых органов, появляется риск развития диабета.

Потребность в сахарозе возрастает в случаях, когда мозг человека перегружен в результате активной деятельности, и (или) когда организм человека подвергается сильному токсичному воздействию. Потребность в употреблении сахарозы резко снижается в том случае, если человек болен диабетом или имеет лишний вес.