Сахар: формула, структура и свойства

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.