Сахар является важнейшим углеводом, широко используемым в пищевой промышленности и играющим важную роль в метаболизме живых организмов. Давайте подробно рассмотрим его строение, свойства и применение.
Химическая структура сахарозы
В быту под названием "сахар" чаще всего подразумевают сахарозу - дисахарид, молекула которого состоит из остатков двух моносахаридов: α-глюкозы и β-фруктозы. Химическая формула сахарозы - C12H22O11.
Сахаро́за (сукро́за, тростниковый сахар) C 12 H 22 O 11 , в быту просто сахар , — дисахарид из группы олигосахаридов , состоящий из остатков двух моносахаридов : α- глюкозы и β- фруктозы .
В молекуле сахарозы остатки глюкозы и фруктозы связаны гликозидной связью между атомами углерода. Формула сахара отражает циклическое строение моносахаридов и наличие множества гидроксильных групп, придающих сахару растворимость в воде и способность к взаимодействию с другими веществами.
Физические свойства сахарозы
Сахароза имеет следующие физические характеристики:
- Бесцветные кристаллы или белый порошок
- Растворимость: 179 г в 100 мл воды (0 °C), 487 г в 100 мл воды (100 °C)
- Температура плавления: 186°C
При нагревании твердой сахарозы образуется вязкая, а затем твердая аморфная масса - карамель. Раствор сахара в воде имеет сладкий вкус, используется в напитках и кондитерских изделиях.
Химические свойства
Химические свойства сахарозы определяются наличием в ее составе множества гидроксильных групп. При взаимодействии с гидроксидом меди(II) образуется комплексное соединение - сахарат меди, имеющий ярко-синюю окраску:
| С12Н22О11 + Cu(OH)2 | → | С12Н22О11·CuO + 2H2O |
В отличие от моносахаридов, сахароза не обладает восстанавливающими свойствами, поскольку гидроксильные группы в ее молекуле связаны гликозидной связью. Однако под действием кислот сахароза гидролизуется с образованием глюкозы и фруктозы, которые уже могут окисляться и восстанавливать ионы металлов.
Применение сахарозы
Благодаря доступности, растворимости и сладкому вкусу сахароза широко используется:
- В пищевой промышленности - для производства кондитерских изделий, напитков, джемов, варенья, мороженого
- В фармацевтике - для улучшения вкуса лекарств
- В быту - для подслащивания напитков и выпечки
Также сахароза может использоваться в качестве сырья для химического синтеза этилового спирта, лимонной кислоты и других веществ.
К сожалению, чрезмерное потребление сахарозы может приводить к негативным последствиям - ожирению, сахарному диабету, кариесу. Поэтому в рационе важно соблюдать умеренность и ограничивать количество продуктов с высоким содержанием сахара.
Промышленное производство сахарозы
Основным сырьем для промышленного производства сахарозы служат сахарная свекла и сахарный тростник, в которых содержится до 20% сахарозы. Процесс получения сахара состоит из следующих этапов:
- Измельчение сырья и экстракция сахарозы горячей водой
- Очистка экстракта от примесей с помощью извести CaO и диоксида углерода CO2
- Концентрирование очищенного сахарного раствора выпариванием воды
- Кристаллизация сахарозы и отделение кристаллов центрифугированием
- Сушка кристаллов сахара
Таким образом получают рафинированный белый сахар. Для производства 1 тонны сахара требуется переработать примерно 7-8 тонн сырья.
Строение кристаллов сахарозы
Молекулы сахарозы способны образовывать кристаллическую решетку. Формула сахара при кристаллизации остается неизменной, однако изменяется расположение атомов в пространстве.
Кристаллы сахарозы имеют моноклинную сингонию и состоят из двух винтообразных колонок молекул, соединяющихся друг с другом водородными связями. Благодаря плотной упаковке молекул кристаллы обладают значительной твердостью по сравнению с аморфным сахаром.
Сравнение свойств сахарозы и глюкозы
Глюкоза, как и сахароза, относится к углеводам, однако имеет иную формулу сахара и химическое строение. Глюкоза представляет собой моносахарид с формулой C6H12O6, в отличие от дисахарида сахарозы.
В сравнении с сахарозой, глюкоза обладает бóльшей растворимостью в воде и меньшей сладостью. Также для глюкозы характерны восстановительные свойства, обусловленные наличием свободной альдегидной группы. Эти различия в свойствах объясняются особенностями химического строения двух сахаров.
Биологическая роль сахарозы
В организме человека и животных сахароза расщепляется ферментами до глюкозы и фруктозы, которые всасываются в кровь и используются клетками в качестве источника энергии. Формула сахара при этом остается неизменной.
Сахароза, поступающая с пищей, необходима для:
- Обеспечения организма энергией
- Поддержания уровня глюкозы в крови
- Синтеза гликогена - основного запасного углевода в организме
Таким образом, сахароза играет важную биохимическую роль, являясь поставщиком глюкозы и «топливом» для клеточного метаболизма.
Нормы потребления сахарозы
Избыточное потребление сахарозы может приводить к негативным последствиям для здоровья. В связи с этим существуют рекомендуемые нормы потребления сахара.
Согласно нормам ВОЗ, суточная доза сахарозы не должна превышать:
- 25 грамм - для детей 4-6 лет
- 50 грамм - для взрослых женщин
- 60 грамм - для взрослых мужчин
Для людей с лишним весом или сахарным диабетом рекомендуется ограничивать суточную норму сахара до 35 грамм. При подсчете учитывается не только сахар-песок, но и сахароза, содержащаяся в продуктах питания.
Заменители сахарозы
Для придания сладости пище и напиткам наряду с сахарозой используются различные подсластители - как натуральные, так и синтетические.
К натуральным заменителям сахара относят:
- Фруктоза
- Глюкоза
- Мед
- Кленовый сироп
- Стевия
Синтетические подсластители:
- Сахарин
- Аспартам
- Сукралоза
- Неогесперидин дигидрохалкон
