Цель и задачи эксперимента

Цель эксперимента

 

Термин сахар (в пищевом смысле) включает в себя только сахарозу, которая является стандартом чистоты вкуса и сладости. Все другие вещества, обладающие сладким вкусом, называют заменителями сахара или подсластителями (sweeteners).

За последние десятилетия происходит интенсивный рост производства заменителей сахара, особенно углеводной группы, в частности, инвертированных и крахмальных сиропов. При общемировом объеме производства сахара около 130 млн. т общая выработка заменителей сахара составляет до 15-20 млн. т сахарного эквивалента. Это привело к относительному снижению потребления сахарозы в чистом виде из сахарной свеклы и тростника.

Замена сахарозы другими веществами связана с её высокой удельной энергией и легкой усвояемостью. Известно, что при чрезмерных дозах употребления, в том числе и виде сахаристых продуктов (конфет, шоколада, варенья, пастилы и др.), особенно при низкой физической активности, сахароза может привести к тяжелым нарушениям углеводного и жирового обмена. Она способствует развитию заболеваний, связанных с избыточной калорийностью рациона (сахарный диабет, атеросклероз и др.). Кроме того, сахароза является одним из патогенных факторов кариеса зубов

К заменителям сахара предъявляются следующие основные требования:

- качество сладости не должно отличаться от качества сладости сахарозы;

- чистый приятный сладкий вкус, проявляющийся без задержки и не ощущающийся долго;

- отсутствие цвета и запаха;

- физиологическая безвредность (неканцерогенность, некариогенность);

- нетоксичность, полное выведение из организма;

- хорошая растворимость в воде;

- химическая и термическая устойчивость.

Единицей измерения сладости является SES (sweetness equivalency of saccharose - сладость, эквивалентная сахарозе). Сладость сахарозы приравнена к 1. Из более чем 150 известных заменителей сахара около 50 имеют SES менее 1, около 40 - слаще сахарозы до 50 раз, около 40 - от 50 до 500 раз, более 30 - слаще более чем в 500 раз.

Существуют различные классификации сладких веществ: например, по происхождению (натуральные и искусственные), по степени сладости (с высоким и низким сахарным эквивалентом), по калорийности (высококалорийные, низкокалорийные, некалорийные), по химическому строению. Мы предпочитаем ставить во главу угла химическое строение сахарозаменителей, поскольку оно в наибольшей степени определяет и калорийность, и степень сладости, и основные особенности использования конкретного подсластителя.

Цель данного эксперимента – изучить профиль сладости по сравнению к сахарозе, растворимость в воде, растворимость с органическими кислотами, образование осадков.

 

Задачи эксперимента

 

Для того, чтобы поставленная цель была раскрыта необходимо структурировать материал по теме в соответствии с основными задачами предпринимаемого исследования:

- изучить химические, физические свойства фруктозы, глюкозы и аспартама;

- рассмотреть растворимость фруктозы, глюкозы и аспартама в воде;

- раскрыть их растворимость с органическими кислотами;

- выявить образование осадков фруктозы, глюкозы и аспартама.

Объектами нашего исследования явились: фруктоза, глюкоза и аспартам.

Фруктоза - изомер глюкозы, содержится вместе с глюкозой в сладких плодах и меде. Она слаще глюкозы и сахарозы.

Фруктоза относится к группе моносахаридов и является одним из самых важных природных сахаров.

Глюкоза (от греческого glykys – сладкий). Глюкозу называют еще “виноградный сахар”, так как именно в винограде она содержится в значительном количестве в свободном виде, а также входит в состав других плодов и ягод, пчелиного мёда. В природе глюкоза встречается как составная часть сложных высокомолекулярных соединений, таких, как крахмал, клетчатка и др.

Аспартам - это низкокалорийный подсластитель приблизительно в 200 раз слаще сахара. Он усваивается организмом, но благодаря высокому коэффициенту сладости, используемое количество аспартама настолько незначительно, что его можно считать фактически свободным от калорий.

 

 

Экспериментальная часть

 

 

Искусственные подсластители за последние 5–8 лет получили в России широкое применение, а доля пищевых продуктов с подсластителями за последние 15 лет выросла на 30%. Активный рост данного рынка связан с преимуществами этого продукта, в первую очередь с тем, что он обладает значительно более высоким коэффициентом сладости, чем сахар. Искусственные подсластители, как правило, низкокалорийны, что расширяет область их использования в пищевой промышленности. Кроме того, употребление таких заменителей сахара не вызывает кариеса, что обуславливает их широкое применение при производстве фармацевтических препаратов.

Благодаря высокой сладости искусственные подсластители добавляются в продукцию в значительно меньших объемах, чем сахар. Таким образом, их использование дает производителям огромное преимущество, так как по вкусовым качествам продукция, изготовленная на основе искусственных заменителей сахара, не уступает продуктам, подслащенным сахаром, при этом снижаются расходы на транспортировку и хранение и ускоряются технологические процессы производства.

Искусственные подсластители широко применяются в производстве жевательной резинки, зубной пасты, йогуртов, мороженого, творожных продуктов, кондитерских и хлебобулочных изделий, соков, безалкогольных, слабоалкогольных и крепких алкогольных напитков, а также при консервации фруктов.

Искусственные подсластители, как правило, не содержат углеводы, поэтому они безопасны для диабетиков, снижают калорийность продуктов, одновременно усиливая и дополняя их вкусовые качества.

Необходимо отметить и недостатки этого продукта. При чрезмерном потреблении некоторых видов искусственных заменителей сахара могут возникнуть опасные для здоровья последствия, поэтому на их использование требуется специальное разрешение. Кроме того, сладость искусственных заменителей сахара варьируется и зависит от окружающей температуры и других факторов.

Интенсивные подсластители применяются в производстве молочных продуктов (йогуртов, мороженого, творожных продуктов и т.п.), хлебобулочных изделий, печенья, жевательной резинки, майонезов, кетчупов, соков, сухих, безалкогольных, слабоалкогольных и крепких напитков, при консервировании фруктов и овощей, то есть везде, где используют сахар. За последние 15 лет доля пищевых продуктов с подсластителями возросла на 27 %.

В технологическом процессе различают интенсивные подсластители двух типов: первичные и вторичные.

К первичным (базовым) относятся индивидуальные подсластители (сахарин, аспартам, цикламат, ацесульфам, сукралоза).

Сахароза (свекловичный, тростниковый сахар). Очень распространен в природе. Получается из сахарной свеклы (содержание до 28% от сухого вещества) и сахарного тростника. Является невосстанавливающим сахаром, так как и кислородный мостик образован с участием обеих гликозидных гидроксильных групп:

Рис. 5. Молекула сахарозы

 

При гидролизе образует глюкозу и фруктозу. Фруктоза находится в сахарозе в фуранозной форме. В свободном состоянии она имеет пиранозную форму.

При гидролизе сахарозы, обладающей правым вращением, знак вращения меняется, так как образующаяся фруктоза значительно сильнее вращает влево, чем глюкоза вправо. Это явление называется инверсией, а полученная смесь – инвертным сахаром (искусственный мед).

Катализаторами инверсии являются ферменты и кислоты.

К вторичным подсластителям относятся смеси первичных. Как правило, все смеси готовятся на основе высококачественного сахарина, цикломата и аспартама. При смешении возможно проявление как "количественного", так и "качественного" синергетического эффекта. "Количественный" синергизм - это взаимное усиление сладости различных заменителей сахара. "Качественный" синергизм проявляется в улучшении вкуса при использовании нескольких заменителей сахара вместо одного.

Например, сладость ацесульфама чувствуется мгновенно, но недолго; сладость аспартама чувствуется не сразу, но держится долго. Меняя соотношение обоих веществ в смеси, ее вкус можно максимально приблизить к вкусу сахара.

Однако, смешивая их непосредственно на предприятии, изготовителям пищевой продукции не всегда (особенно при использовании сахарина и цикламатов) удается избавиться от неприятного привкуса и достичь оптимального соотношения между сладостью, ценой и технологическими характеристиками. Поэтому производители продуктов питания во всем мире, как правило, предпочитают покупать готовые смеси заменителей сахара, в которых эти проблемы уже решены.

Популярность сахарозаменителей растет быстрыми темпами. В настоящее время количество людей, пользующихся заменителями сахара, возрастает ежегодно на 5-6%.

Глюкоза применяется не только в качестве заменителя сахара, но и как улучшитель вкуса и товарного вида пищевых продуктов. В кондитерской промышленности глюкозу употребляют для изготовления мягких конфет, пралине, десертных сортов шоколада, вафель, тортов, диетических и других изделий.

Так как глюкоза не маскирует аромата и вкуса, она широко используется при производстве фруктовых консервов, замороженных фруктов, мороженого, алкогольных и безалкогольных напитков. Применение глюкозы в хлебопечении улучшает условия брожения, способствует образованию красивой золотисто-коричневой корки, равномерной пористости и хорошего вкуса. Кристаллическую глюкозу целесообразно использовать для питания больных, раненых, выздоравливающих и людей, работающих с большими перегрузками.

В последние десятилетия большое распространение получило производство глюкозно-фруктозных сиропов (ГФС). Получаемая при этом глюкоза частично превращается затем во фруктозу, при этом может достигаться разное соотношение глюкозы и фруктозы. Теоретически первоначальный выход глюкозы составляет 97 частей на 100 частей крахмала. Техническую глюкозу вырабатывают в небольших количествах кислотным гидролизом низкокачественного картофельного, кукурузного или другого зернового крахмала, предназначенного для технических целей.

Если взять раствор, содержащий сахарозу и глюкозу в соотношении 10:1, то путем сгущения его и последующего быстрого охлаждения можно получить белоснежную массу - помадный сахар. При высушивании этой массы получают порошкообразный помадный сахар, состоящий из мелких кристаллов сахарозы и инвертного сахара. При смешивании порошкообразного сахара с водой образуется паста. Помадный сахар находит всё большее распространение в кондитерской промышленности при производстве шоколада, начинок для мягких конфет и пр.

Фруктоза (фруктовый сахар) является самой сладкой представительницей природных сахаров, сладость её составляет 1,73. Поскольку растворы фруктозы оказывают левовращающее действие на поляризованный свет, её еще называют левулезой.

При обмене веществ в организме человека фруктоза, наряду с сахарозой, является источником энергии. По калорийности равная сахарозе, фруктоза эффективно усваивается человеческим организмом и может быть использована диабетиками в качестве ежедневного компонента пищи в пределах 0,5-1 г на 1 кг массы человека за исключением крайне редко встречающихся случаев наследственной невосприимчивости к фруктозе. Применение фруктозы больными сахарным диабетом позволяет снизить дозы принимаемого ими инсулина.

Исследования показали полезность фруктозы для здоровых людей в проявлении тонизирующего эффекта, а также для людей, имеющих большую физическую нагрузку. После приёма фруктозы при физической нагрузке потеря мышечного гликогена (источника энергии для организма) наполовину меньше, чем после глюкозы. Поэтому продукты с фруктозой имеют большую популярность среди спортсменов, водителей автомобилей и т.д. Хорошо влияет на метаболизм (расщепление) алкоголя.

В мире насчитывается более 20 предприятий по производству фруктозы, из них большинство размещены в Европе и в Китае. Мировое производство кристаллической фруктозы составляет около 150 тыс. т в год.

Благодаря повышенной по сравнению с сахарозой степенью сладости фруктозу используют в кондитерской промышленности, при приготовлении продуктов детского питания, при изготовлении ряда медицинских препаратов. Гигроскопичность фруктозы позволила рекомендовать её при изготовлении хлебобулочных изделий (предохраняет их от быстрого очерствения), при приготовлении соков, варенья, десертов, так как фруктоза лучше других сахаров способна подчеркивать собственный аромат плодов, фруктов и ягод. Однако гигроскопичность фруктозы приводит к повышенным требованиям к упаковочным материалам для продуктов, содержащих фруктозу. В отдельных случаях её присутствие может усилить горький вкус низкокачественного кофе, компонентов какао.

Прежде относительно чистую фруктозу выделяли довольно сложным путем из инулина - полисахарида растительного происхождения, которого достаточно много содержится в земляной груше (топинамбуре) и в клубнях георгина. В настоящее время сырьем для получения фруктозы служит любой сахарный раствор с высоким содержанием фруктозы, особенно глюкозно-фруктозные сиропы (ГФС), получаемые гидролизом крахмалсодержащего сырья.

Еще в середине прошлого столетия предпринимались попытки получения кристаллической фруктозы непосредственно из сахарозы, но далее лабораторных опытов это не пошло. Получение фруктозы путем гидролиза сахарозы в промышленных масштабах стало возможным благодаря применению ионнообменной технологии, разработанной финской фирмой "Суомен Сокери". В зависимости от технологической схемы для получения 1 кг кристаллической фруктозы по этому методу необходимо 2,1 или 1,5 кг сахарозы.

Важным свойством фруктозы является её синергическая способность в смеси с другими синтетическим заменителями сахара (подсластителями) создавать заменителей сахара высокой степени сладости (синергия - комбинированное воздействие нескольких веществ, характеризующееся тем, что превышает действие, оказываемое каждым компонентом в отдельности). Например, сладость смеси из 99,7 % фруктозы и 0,3 % сахарина в 3-4 раза выше сладости сахарозы. Сладость смеси из трети фруктозы и двух третей сахарозы равна сладости фруктозы, что позволяет уменьшать расход сахарозы при приготовлении различных продуктов.

На основе фруктозы получают различные патоки, искусственный мед, начинки, напитки, мороженое, консервы. Создана смесь фруктозы и витамина С - фруктовит, 40 г которого заменяют почти 70 г сахарозы.

Итак, в ходе эксперимента мы выяснили, что фруктоза – это изомер глюкозы, содержится вместе с глюкозой в сладких плодах и меде. Она слаще глюкозы и сахарозы.

Из гексоз наибольшее значение имеют глюкоза (виноградный сахар) и фруктоза (фруктовый сахар). Глюкоза - представитель альдоз, фруктоза - кетоз. Глюкоза и фруктоза - изомеры (имеют одну и ту же молекулярную формулу, но различное строение).

Молекулы глюкозы

Обычно для изображения изомеров моноз используют проекционные формулы Фишера. Этот метод позволяет представить различное положение атомов водорода и гидроксильных групп в пространстве относительно углеродной цепи. Молекулы глюкозы и фруктозы при таком изображении имеют следующий вид:

 

 

Рис. 6. Молекулы глюкозы и фруктозы

 

Физические свойства фруктозы:

Фруктоза образует безводные кристаллы в виде игл, температура плавления 102-105 °С. Молекулярный вес 180,16; удельный вес 1,60 г/см3; калорийная ценность примерно та же, что и у других сахаров, т.е. около 4 ккал на 1 г. Фруктозе свойственна некоторая гигроскопичность.

Концентрированные растворы фруктозы сохраняют влагу.

Мы выяснили, что фруктоза легко растворима в воде и спирте. При 20°С насыщенный раствор фруктозы имеет концентрацию в 78,9%, насыщенный раствор сахарозы – 67,1%, а насыщенный раствор глюкозы – только 47,2%. Фруктоза имеет левовращающее влияние на поляризованный свет (откуда одно из названий «левулоза»); удельное вращение – 930. Вязкость растворов фруктозы ниже вязкости растворов сахарозы и глюкозы.

Химические свойства фруктозы:

С химической точки зрения фруктоза ведет себя в принципе, как нормальный редуцирующий сахар. Типичная реакция с аминогруппами, известная под названием реакции Майяра, протекает сравнительно активно. Фруктоза, подобно глюкозе, преобразуется при нагревании с кислотами.

Органолептические свойства фруктозы:

В зависимости от условий, фруктоза может быть Вв 1,5 –1,8 раз слаще сахарозы. В слабокислотном растворе, при температуре ниже 100°С, фруктоза почти в два раза слаще сахарозы. В более теплом растворе разница меньше, примерно 1,2. Относительная сладость разных сладких веществ:

Фруктоза 120-175

Сахароза, ксилит 100

Глюкоза 70

Сорбит 50-60

Маннит 40-50

Мальтоза 30

Лактоза 15

Так как фруктоза имеет еще приятный сладкий вкус, при ее применении количество необходимого сахара можно понизить на 30-50%. Это имеет решающее значение, когда речь идет о разных диетических и малокалорийных изделиях, при изготовлении которых фруктозой можно заменить искусственные сладкие вещества, часто оказывающие, по данным исследователей, отрицательное влияние на здоровье.

Фруктоза обладает свойствами усиления определенных ароматов, в частности ягод и фруктов. По вкусу фруктоза не отличается от обыкновенного сахара и не имеет какого-либо привкуса.

Свойства фруктозы в пищевых продуктах:

Напитки.

Сахар добавляют в напитки лишь в целях подслащивания. Поэтому сахарозу в них можно легко заменить другими средствами подслащивания. Установлено, что особенно на так называемую относительную сладость фруктозы влияют кислота и температура напитка, а также употребляемая концентрация сахара. В слабокислых напитках сладость фруктозы сильнее, чем сладость того же количества сахарозы, а в кислых напитках значительной разницы не наблюдается. Фруктоза слаще в высоких концентрациях, чем в низких.

В горячие напитки фруктозы надо добавлять больше, чем сахарозы, поскольку степень сладости фруктозы снижается при повышении температуры раствора.

Смеси фруктозы и сахарина, а также фруктозы и цикламата, можно успешно применять в качестве малокалорийных подслащивающих средств. Когда лимонный прохладительный напиток подслащивается смесью фруктозы и сорбита, получается напиток, в котором не ощущается горький привкус сахарина. Калорийность такого напитка на 65% ниже калорийности сахарного напитка. В напитках – кола требуется меньше смеси фруктозы и сахарина, для того, чтобы достичь той же степени сладости, что отмечается в напитке, содержащем 10% сахарозы.

Такие напитки может включить в свою диету и больным сахарным диабетом. Идеальной считается смесь из сладких веществ половина которой состоит из калорийных средств подслащивания, а половина из синтетических.

Хлебобулочные изделия.

Влияние фруктозы на качественные свойства разнообразных кексов исследовано многими авторами. Если фруктозу добавляют в тесто в том же количестве, что и сахарозу, кекс на фруктозе всегда получается меньше по объему, чем кекс на сахарозе. Температура остудневания крахмала имеет большое значение в строении кекса. По строению лучший кекс получается, когда температура остудневания крахмала равняется 87,5-92С. В этом случае кекс содержит 56% сахарозы и 68% фруктозы. Разнообразное влияние разных сахаров следует учесть при применении традиционных рецептов в изготовлении хлебобулочных изделий на основе новых подслащивающих средств.

Самая значительная разница, однако, наблюдается в цвете: кекс на фруктозе более румянится.

Если кекс на фруктозе выпекают при той же температуре, как и кекс на сахарозе, его следует вынуть из духовки раньше, чтобы он не подгорел. Хорошо выпеченный кекс на фруктозе всегда получается более румяным, чем кекс на сахарозе. Хотя степень сладости фруктозы в водных растворах гораздо сильнее, чем сахарозы, в кексах разницы в сладости не наблюдается.
В печенье сладость сахарозы выше, чем сладость фруктозы. Это объясняется активным участием фруктозы в реакции Майяра и потерей некоторой доли сладости. Печенье отличается также по своему строению. Для печенья на фруктозе характерна некоторая вязкость, а печенье на сахарозе по строению рассыпчатое. Упакованное в полиэтиленовую пленку печенье на фруктозе сохраняется влажным и мягким в течение нескольких недель, поскольку фруктоза обладает выраженной гигроскопичностью.

При выпечке с дрожжами фруктоза ведет себя как сахароза, поскольку дрожжи способны использовать фруктозу как и сахарозу в качестве источника энергии.

Варенье и джем.

При изготовлении клубничного варенья фруктоза ведет себя почти как сахароза.

Однако при хранении цвет варенья на фруктозе, ухудшается быстрее. Строение джема на фруктозе и сахарозе одинаковое. С помощью фруктозы, однако, можно получить более крепкий джем, поскольку фруктозе свойственно укреплять смесь с повышением ее концентрации, а сахароза достигнет максимальной прочности при концентрации 60% сахара.

Мороженое.

Сахар оказывает большое влияние и на строение, и на плавление мороженого. Чем больше сахара, тем ниже падает точка плавления. На плавление мороженого влияет также молекулярный вес употребляемого сахара, и вследствие этого фруктоза (М=180) снижает точку плавления больше, чем сахароза (М=342).

Мороженое на фруктозе по строению и вкусу не отличается от мороженого на сахарозе. После трехмесячного хранения при температуре –25°С плавление мороженого на фруктозе можно было считать удовлетворительным, в то время как плавление мороженого на сахарозе не отвечало требованиям.

Йогурт.

Установлено, что в йогурте фруктоза слаще сахарозы. В общем вкус йогурта на фруктозе свежее и лучше, чем на сахарозе и даже улучшается во время хранения. Строение и качество их одинаковы. Полученные результаты подтверждают, что самая лучшая область применения фруктозы – слабокислые холодные продукты, содержание сахара в которых не очень высокое.

Шоколад и сладости.

Поскольку фруктоза обладает антикариогенными свойствами, ее стоит применять именно в сладостях. В этих продуктах возможно заменить сахарозу или жидкий сахар фруктозой. При изготовлении шоколада на фруктозе приходится сталкиваться с трудностями, в связи с большей гигроскопичностью фруктозы и ее свойством реагировать с другими веществами.

Кристаллы фруктозы легче крошатся в порошок, чем кристаллы сахарозы. Гигроскопичность фруктозы приводит к тому, что ее кристаллы, имеют тенденцию к агломерации. При вальцировании шоколадной массы следует соблюдать определенную температуру (40°С), избежать агломерации кристаллов. Химические реакции фруктозы с другими веществами часто осуществляются при процессе вальцирования. Процесс следует выполнять как можно быстрее, чтобы фруктоза не успела впитать в себя влагу и, чтобы кристаллы не соединились.

Формула глюкозы C₆H₁₂O₆.

Глюкоза — моносахарид, одна из восьми изомерных альдогексоз. Молярная масса 180 г/моль. Глюкоза в виде D-формы (декстоза, виноградный сахар) является самым распространённым углеводом. D-глюкоза (обычно её называют просто глюкозой) встречается в свободном виде и в виде олигосахаридов (тростниковый сахар, молочный сахар), полисахаридов (крахмал, гликоген, целлюлоза, декстран), гликозидов и других производных. В свободном виде D-глюкоза содержится в плодах, цветах и других органах растений, а также в животных тканях (в крови, мозгу и др.). D-глюкоза является важнейшим источником энергии в организмах животных и микроорганизмов. Как и другие моносахариды D-глюкоза образует несколько форм. Кристаллическая D-глюкоза получена в 2-х формах: a -D-глюкоза и b -D-глюкоза.

a -D-глюкоза:

tпл 146° С [a ]D= + 112,2° (в воде), кристаллизируется из воды в виде моногидрата с tпл 83°С.  

b -D-глюкоза:

Получают кристаллизацией D-глюкозы из пиридина и некоторых других растворов. tпл 148-150° С, [a ]D= + 18,9° (в воде).

В водном растворе устанавливается равновесие между несколькими взаимопревращающимися формами D- глюкозы: a - и b -пиранозными, a - и b - фуранозными, открытой альдегидной и гидратной формой. В равновесной системе в воде [a ]D= + 52,7°.

L-глюкоза:

L-глюкоза получена синтетически, восстановлением лактона L –глюконовой кислоты. a -L-глюкоза — кристаллы tпл 142-143° С [a ]D= - 95,5° (в воде) и - 51,4° (равновесная система в воде). Химические свойства L- глюкозы такие же, как у D-глюкозы.

Нахождение в природе.

В особом виде глюкоза содержится почти во всех органах зелёных растений.

Особенно её много в виноградном соке, поэтому глюкозу иногда называют виноградным сахаром. Мёд в основном состоит из смеси глюкозы с фруктозой.

В организме человека глюкоза содержится в мышцах, в крови (0.1 - 0.12%) и служит основным источником энергии для клеток и тканей организма.

Повышение концентрации глюкозы в крови приводит к усилению выработки гормона поджелудочной железы — инсулина, уменьшающего содержание этого углевода в крови. Химическая энергия питательных веществ, поступающих в организм, заключена в ковалентных связях между атомами. В глюкозе количество потенциальной энергии составляет 2800 кДж на 1 моль (то есть на 180 грамм).   

Получение.

Глюкоза может быть получена гидролизом природных веществ, в состав которых она входит. В производстве её получают гидролизом картофельного и кукурузного крахмала кислотами.  

H2SO4, t (C6H10O5) n + nH2O ѕ ѕ ® nC6H12O6

Полные синтезы глюкозы, осуществлённые, исходя из диброма кролеина, а также из глицеринового альдегида и диоксиацетона, имеют лишь теоретический интерес.

В природе глюкоза наряду с другими углеводами образуется в результате реакции фотосинтеза:

хлорофилл 6CO2 + 6H2O ѕ ѕ ѕ ® C6H12O6 + 6O2-Q

В процессе этой реакции аккумулируется энергия Солнца.

Применение.

Глюкоза является ценным питательным продуктом. В организме она подвергается сложным биохимическим превращениям в результате которых образуется диоксид углерода и вода, при это выделяется энергия согласно итоговому уравнению:

C6H12O6 + 6O2 ѕ ® 6H2O + 6CO2 + 2800 кДж

Этот процесс протекает ступенчато, и поэтому энергия выделяется медленно.

Глюкоза также участвует во втором этапе энергетического обмена животной клетки (расщепление глюкозы). Суммарное уравнение выглядит так:

C6H12O6+2H3PO4 + 2АДФ ѕ ® 2C3H6O3 + 2АТФ + 2H2O

Так как глюкоза легко усваивается организмом, её используют в медицине в качестве укрепляющего лечебного средства при явлениях сердечной слабости, шоке, она входит в состав кровозаменяющих и противошоковых жидкостей. Широко применяют глюкозу в кондитерском деле (изготовление мармелада, карамели, пряников и т.д.), в текстильной промышленности в качестве восстановителя, в качестве исходного продукта при производстве аскорбиновых и гликоновых кислот, для синтеза ряда производных сахаров и т.д. Большое значение имеют процессы брожения глюкозы. Так, например, при квашении капусты, огурцов, молока происходит молочнокислое брожение глюкозы, так же как и при силосовании кормов.

Если подвергаемая силосованию масса недостаточно уплотнена, то под влиянием проникшего воздуха происходит маслянокислое брожение и корм становится непригоден к применению.

На практике используется также спиртовое брожение глюкозы, например при производстве пива.   

Физические свойства.

Глюкоза — бесцветное кристаллическое вещество со сладким вкусом, хорошо растворимое в воде. Из водного раствора она выделяется в виде кристаллогидрата:

C6H12O6 · H2O. По сравнению со свекловичным сахаром она менее сладкая.

Химические свойства.

Глюкоза обладает химическими свойствами, характерными для спиртов и альдегидов. Кроме того, она обладает и некоторыми специфическими свойствами:

Свойства, обусловленные наличием в  молекуле гидроксильных групп альдегидной группы

1. Реагирует с карбоновыми кислотами с образованием сложных эфиров (пять гидроксильных групп глюкозы вступают в реакцию с кислотами).

2. Реагирует с оксидом серебра (I) в аммиачном растворе (реакция “серебряного зеркала”):

CH2OH(CHOH) 4-COH + Ag2O® CH2OH(CHOH) 4-CO2H + 2AgЇ

Глюкоза способна подвергаться брожению:

а) спиртовое брожение C6H12O6®2CH3-CH2OH+ CO2

б) молочнокислое брожение C6H12O6® 2CH3-CHOH-COOH молочная кислота:

1. Как многоатомный спирт реагирует с гидроксидом меди (II) c образованием алкоголята меди (II)

2. Окисляется гидроксидом меди (II) (с выпадением красного осадка).

Под действием восстановителей превращается в шестиатомный спирт

в) маслянокислое брожение C6H12O6® C3H7COOH + 2H2 + 2CO2 масляная кислота

D-глюкоза даёт общие реакции на альдозы, она является восстанавливающим сахаром, образует ряд производных за счёт альдегидной группы (фенилгидразон, n-бромфенилгидразон и др.).

Озазон глюкозы идентичен озанону маннозы, которая является эпимером глюкозы, и озазону фруктозы. При восстановлении глюкозы образуется шестиатомный спирт сорбит; при окислении альдегидной группы глюкозы — одноосновная D- глюконовая кислота, при дальнейшем окислении — двухосновная D-сахарная кислота. При окислении только вторичной спиртовой группы глюкозы (при условии защиты альдегидной группы) образуется D-глюкуроновая кислота. Образование D-глюкуроновой кислоты из D-глюкозы может происходить при действии ферментов оксидаз или дегидрогеназ глюкозы. При пиролизе D-глюкозы образуются гликозаны: a -гликозан и левоглюкозан (b -глюкозан).

Далее рассмотрим:

1) Строение глюкозы и фруктозы и их реакции их;

2) Общие формулы глюкозоподобных веществ и стереохимические отношения;

3) Описание триоз, пентоз и гексоз — глюкозы, фруктозы;

4) Синтез Э. Фишера глюкозы, фруктозы и их оптических антиподов и i-изомеров.

Глюкоза и фруктоза одновременно возникают из тростникового сахара при его инверсии, а именно, например, при кипячении раствора его с слабой серной кислотой:

C₁₁H₂₂O₁₁ + Н₂О = с₆h₁₂o₆ + С₆Н₁₂O₆.

Происходит гидролиз: частица тростникового сахара, присоединяя частицу воды, распадается на частицу глюкозы и частицу фруктозы. Все природные глюкозоподобные вещества могут быть получены при гидролизе более сложных соединений, находящихся преимущественно в растениях, например тростникового сахара, крахмала, клетчатки, различных камедей, или гумми и т. п.; потому глюкозы называются моносахаридами, а вещества, из которых они получаются при инверсии — бисахаридами, трисахаридами и т. д. Глюкозы называют также сахаромонозами и просто сахарами, а тростниковый сахар служит представителем сахаробиоз. Формулы глюкозы и фруктозы в обычном структурном смысле таковы:

I. CH₂ (OH).[СН(ОН)] ₄.СОН

II. СН ₂ (ОН).[СН(ОН)] ₃.СО.СН ₂ (ОН).

Глюкозы есть альдегид, а фруктоза — кетон предельного, шестиатомного спирта с нормальным углеродным ядром. Следующие превращения побудили принять эти формулы: а) глюкозы и фруктоза присоединяют водород при действии амальгамы натрия на водные растворы их, превращаясь в предельные шестиатомные спирты С ₆ Н ₁₄ О ₆. б) глюкозы и фруктоза присоединяют цианистый водород CNH (реакция Килиани), образуя нитрилы C₇H₁₃O₆N; эти переводятся затем в одноосновные гексаоксикислоты, которые при нагревании с концентрированной йодисто-водородной кислотой и с красным фосфором превращаются в гептиловые кислоты: из глюкозы получается нормальная гептиловая кислота:

СН ₃.СН ₂.СН ₂.СH ₂.СН ₂.СН ₂.СО ₂H,

а из фруктозы — бутилметилуксусная:

(СН ₃.СН₂.СН₂.СН₂).СН(СО₂Н).СН₃.

в) глюкозы и фруктоза с фенилгидразином, а также и с гидроксиламином и анилином, вступают во взаимодействие по одному типу, образуя фенилгидразиды, оксимы и анилиды. Реакция с фенилгидразином выражается так:

C₆H₁₂O₆ + N₂H₃.С₆H₅ = C₆H₁₂O₅(N₂ H.С ₆H₅) + H₂O.

Остаток фенилгидразина встает на место альдегидного или кетонного кислорода; получающиеся при этом фенилгидразиды, так называемые гидразоны глюкозы и фруктозы, изомерны, что и показывают следующие формулы:

СН ₂ (ОН).[СН(ОН)] ₄.С(N ₂H.C₆H₅)H = C₁₂H₁₈O₅N₂

СH ₂ (ОН).[СН(ОН)] ₃.С(N ₂ H.С ₆H₅).СН ₂(ОН) = C ₁₂H₁₈O₅N₂.

При избытке фенилгидразина и при нагревании происходит следующая реакция:

С ₆ Н ₁₂ О ₅(N₂ H.С ₆ Н ₅) + N₂H₃.С ₆H₅ = C₆H₁₀O₄(N₂ H.С ₆ Н ₅)₂ + H₂O + H₂.

Из образовавшегося в первый момент гидразона получается так называемый озазон глюкозы или фруктозы, С ₁₁H₂₂O₄N₄, вода и водород; последний по мере течения реакции действует на избыток фенилгидразина, превращая его в аммиак и анилин:

N₂ Н ₃.С ₆ Н ₅ + Н ₂ = NH₃ + C₆H₃.NH₂.

Озазон получается один и тот же и из глюкозы, и из фруктозы; из этого следует, так как положение остатка фенилгидразина в обоих гидразонах определенное, что второй остаток фенилгидразина при образовании озазона из глюкозы соединяется со вторым углеродом (форм. I), соседним с альдегидной группой, а при образовании из фруктозы — с первым (форм. II), соответствующим углероду в альдегидной группе глюкозы:

CH₂(OH).[CH(OH)]₃.C(N₂H.C₆H₃).C(N₂H.C₆H₅)H.

Озазоны играют большую роль при изучении сахаров, для характеристики их и при выделении из смесей, потому что они хорошо кристаллизуются, в виде желтых иголочек, и мало растворимы; гидразоны иногда также удобны для этого. Образование озазонов, при чем происходят еще аммиак и анилин, можно считать самой характерной реакцией глюкозоподобных веществ; все другие реакции их, кроме способности разлагаться на спирт и СО ₂ при брожении, свойственны веществам самых разнообразных функций; к тому же способность бродить под влиянием дрожжей обнаруживают далеко не все моносахариды. С дымящей соляной кислотой озазон реагирует так:

C₁₈H₂₂O₄N₄ + 2H₂ O + 2НCl = C ₆H₁₀O₆ + 2HCl.N₂H₃.C₆H₅.

Получается так называемый озон в растворе и хлористо-водородный фенилгидразин в осадке; оба остатка фенилгидразина в озазоне заменились двумя кислородами:

СН ₂ (ОН).[СН(ОН)] ₃.СО.СОН;

Оцон есть альдегидокетоноспирт. Оцоны важны при изучении сахаров тем, что при восстановлении (цинковая пыль и серная кислота) они переходят в сахар:

C₆H₁₀O₆ + H₂ = C₆H₁₂O₆;

в данном случае восстановление приводит к фруктозе. Таким образом глюкозу через оцон можно превратить в фруктозу.

Такой же переход можно сделать через изоглюкозамин [Вещество изомерное с глюкозамином, получаемым из хитина (в оболочке омаров) при нагревании с крепкой соляной кислотой; глюкозанин с фенилгидразином дает озазон глюкозы, а с азотистой кислотой — правовращающую глюкозы, которая не однако способна бродить (Тиманн)], получающийся при восстановлении озазона, потому что изоглюкозамин с азотистой кислотой распадается на азот и фруктозу:

C₆H₁O₅.NH₂ + HNO₂ = C₆H₁₂O₆ + N₂ + H₂O.

г) Способность глюкозы и фруктозы восстановляться в спирты и образовать нитрилы и гидразоны объясняется присутствием в них альдегидного [Только неспособность окрашивать фуксиносернистую кислоту говорит за отсутствие в глюкозы альдегидной группы; но пока вообще неизвестно, как к этому реагенту относятся другие оксиальдегиды] или кетонного кислорода; при образовании озазонов имеет значение уже спиртовая группа; спиртовая натура глюкозы сказывается в их способно

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: