Какими физическими свойствами обладает сахар
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 20 апреля 2019;
проверки требуют 7 правок.
Эта статья — о химическом веществе. О пищевом продукте см. Сахар.
| Сахароза | |
|---|---|
| Систематическое наименование | (2R,3R,4S,5S,6R)-2-[(2S,3S,4S,5R)-3,4-дигидрокси-2,5-бис(гидроксиметил)оксолан-2-ил]окси-6-(гидроксиметил)оксан-3,4,5-триол |
| Традиционные названия | свекловичный сахар, тростниковый сахар |
| Хим. формула | C12H22O11 |
| Состояние | Твёрдое, кристаллическое |
| Молярная масса | 342,2965 ± 0,0144 г/моль |
| Плотность | 1,587 г/см³ |
| Температура | |
| • плавления | 186 °C |
| • разложения | 367 ± 1 °F[1] и 320 ± 1 °F[1] |
| Давление пара | 0 ± 1 мм рт.ст.[1] |
| Растворимость | |
| • в воде | 211,5 г/100 мл |
| Рег. номер CAS | 57-50-1 |
| PubChem | 5988 |
| Рег. номер EINECS | 200-334-9 |
| SMILES | OC1C(OC(CO)C(O)C1O) |
| InChI | 1S/C12H22O11/c13-1-4-6(16)8(18)9(19)11(21-4)23-12(3-15)10(20)7(17)5(2-14)22-12/h4-11,13-20H,1-3H2/t4-,5-,6-,7-,8+,9-,10+,11-,12+/m1/s1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N |
| RTECS | WN6500000 |
| ChEBI | 17992 |
| ChemSpider | 5768 |
| NFPA 704 | 1 |
| Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное. | |
| Медиафайлы на Викискладе | |
Сахаро́за (сукро́за, тростниковый сахар) C12H22O11, в быту просто сахар, — дисахарид из группы олигосахаридов, состоящий из двух моносахаридов: α-глюкозы и β-фруктозы.
Сахароза является весьма распространённым в природе дисахаридом. Она встречается во многих фруктах, плодах и ягодах. Особенно велико содержание сахарозы в сахарной свёкле и сахарном тростнике, которые и используются для промышленного производства пищевого сахара.
Сахароза, попадая в кишечник, быстро гидролизуется альфа-глюкозидазой тонкой кишки на глюкозу и фруктозу, которые затем всасываются в кровь. Ингибиторы альфа-глюкозидазы, такие, как акарбоза, тормозят расщепление и всасывание сахарозы, а также и других углеводов, гидролизуемых альфа-глюкозидазой, в частности, крахмала. Это используется в лечении сахарного диабета 2-го типа[2].
Физические свойства[править | править код]
В чистом виде — бесцветные моноклинные кристаллы. При застывании расплавленной сахарозы образуется аморфная прозрачная масса — карамель. Сахароза имеет высокую растворимость. Растворимость (в граммах на 100 грамм растворителя): в воде 179 (0 °C) и 487 (100 °C), в этаноле 0,9 (20 °C). Малорастворима в метаноле. Не растворима в диэтиловом эфире. Плотность 1,5879 г/см3 (15 °C). Удельное вращение для D-линии натрия: 66,53 (вода; 35 г/100г; 20 °C). Температура плавления 186℃.
Химические свойства[править | править код]
Не проявляет восстанавливающих свойств — не реагирует с реактивами Толленса, Фелинга и Бенедикта. Не образует открытую форму, поэтому не проявляет свойств альдегидов и кетонов. Наличие гидроксильных групп в молекуле сахарозы легко подтверждается реакцией с гидроксидами металлов. Если раствор сахарозы прилить к гидроксиду меди(II), образуется ярко-синий раствор сахарата меди. Альдегидной группы в сахарозе нет: при нагревании с аммиачным раствором оксида серебра(I) она не дает реакцию «серебряного зеркала», при нагревании с гидроксидом меди(II) не образует красного оксида меди(I). Из числа изомеров сахарозы, имеющих молекулярную формулу С12Н22О11, можно выделить мальтозу и лактозу.
Реакция сахарозы с водой[править | править код]
Если прокипятить раствор сахарозы с несколькими каплями соляной или серной кислоты и нейтрализовать кислоту щелочью, а после этого нагреть раствор, то появляются молекулы с альдегидными группами, которые и восстанавливают гидроксид меди(II) до оксида меди(I). Эта реакция показывает, что сахароза при каталитическом действии кислоты подвергается гидролизу, в результате чего образуются глюкоза и фруктоза:
Реакция сахарозы с гидроксидом меди(II)[править | править код]
Поскольку связь между остатками моносахаридов в сахарозе образована засчет обоих гликозидных гидроксилов, это вещество не обладает восстановительными свойствами. При добавлении раствора сахарозы к осадку гидроксида меди (II) он растворяется; жидкость окрашивается в синий цвет. Но, в отличие от глюкозы, сахароза не восстанавливает гидроксид меди (II) до оксида меди (I).
Природные и антропогенные источники[править | править код]
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.
Галерея[править | править код]
Статичное 3D-изображение
молекулы сахарозыКристаллы коричневого
(нерафинированного тростникового) сахара
Примечания[править | править код]
Примером наиболее распространенных в природе дисахаридов (олигосахаридом) является сахароза (свекловичный или тростниковый сахар).
Биологическая роль сахарозы
Наибольшее значение в питании человека имеет сахароза, которая в значительном количестве поступает в организм с пищей. Подобно глюкозе и фруктозе сахароза после расщепления ее в кишечнике быстро всасывается из желудочно-кишечного тракта в кровь и легко используется как источник энергии.
Важнейший пищевой источник сахарозы — сахар.
Строение сахарозы
Молекулярная формула сахарозы С12Н22О11.
Сахароза имеет более сложное строение, чем глюкоза. Молекула сахарозы состоит из остатков молекул глюкозы и фруктозы в их циклической форме. Они соединены друг с другом за счет взаимодействия полуацетальных гидроксилов (1→2) -гликозидной связью, то есть свободный полуацетальный (гликозидный) гидроксил отсутствует:
Сахароза. Строение
Физические свойства сахарозы и нахождение в природе
Сахароза (обыкновенный сахар) – белое кристаллическое вещество, более сладкое, чем глюкоза, хорошо растворимое в воде.
Температура плавления сахарозы 160°C. При застывании расплавленной сахарозы образуется аморфная прозрачная масса – карамель.
Сахароза является весьма распространённым в природе дисахаридом, она встречается во многих фруктах, плодах и ягодах. Особенно много ее содержится в сахарной свёкле (16-21%) и сахарном тростнике (до 20%), которые и используются для промышленного производства пищевого сахара.
Содержание сахарозы в сахаре 99,5%. Сахар часто называют «носителем пустых калорий», так как сахар – это чистый углевод и не содержит других питательных веществ, таких, как, например, витамины, минеральные соли.
Химические свойства
Для сахарозы характерны реакции по гидроксильным группам.
1. Качественная реакция с гидроксидом меди (II)
Наличие гидроксильных групп в молекуле сахарозы легко подтверждается реакцией с гидроксидами металлов.
Видеоопыт «Доказательство наличия гидроксильных групп в сахарозе»
Если раствор сахарозы прилить к гидроксиду меди (II), образуется ярко-синий раствор сахарата меди (качественная реакция многоатомных спиртов):
2. Реакция окисления
Восстанавливающие дисахариды
Дисахариды, в молекулах которых сохраняется полуацетальный (гликозидный) гидроксил (мальтоза, лактозы), в растворах частично превращаются из циклических форм в открытые альдегидные формы и вступают в реакции, характерные для альдегидов: реагируют с аммиачным раствором оксида серебра и восстанавливают гидроксид меди (II) до оксида меди (I). Такие дисахариды называются восстанавливающими (восстанавливают Cu (OH)2 и Ag2O).
Реакция «серебряного зеркала»
Реакция с гидроксидом меди (II)
Невосстанавливающий дисахарид
Дисахариды, в молекулах которых нет полуацетального (гликозидного) гидроксила (сахароза) и которые не могут переходить в открытые карбонильные формы, называются невосстанавливающими (не восстанавливают Cu (OH)2 и Ag2O).
Сахароза, в отличие от глюкозы, не является альдегидом. Сахароза, находясь в растворе, не вступает в реакцию «серебряного зеркала» и при нагревании с гидроксидом меди (II) не образует красного оксида меди (I), так как не способна превращаться в открытую форму, содержащую альдегидную группу.
Видеоопыт «Отсутствие восстанавливающей способности сахарозы»
3. Реакция гидролиза
Для дисахаридов характерна реакция гидролиза (в кислой среде или под действием ферментов), в результате которой образуются моносахариды.
Сахароза способна подвергаться гидролизу (при нагревании в присутствии ионов водорода). При этом из одной молекулы сахарозы образуется молекула глюкозы и молекула фруктозы:
Видеоопыт «Кислотный гидролиз сахарозы»
Мальтоза и лактоза при гидролизе расщепляются на составляющие их моносахариды за счёт разрыва связей между ними (гликозидных связей):
Таким образом, реакция гидролиза дисахаридов является обратной процессу их образования из моносахаридов.
В живых организмах гидролиз дисахаридов происходит при участии ферментов.
Получение сахарозы
Сахарную свеклу или сахарный тростник превращают в тонкую стружку и помещают в диффузоры (огромные котлы), в которых горячая вода вымывает сахарозу (сахар).
Вместе с сахарозой в водный раствор переходят и другие компоненты (различные органические кислоты, белки, красящие вещества и др.). чтобы отделить эти продукты от сахарозы, раствор обрабатывают известковым молоком (гидроксидом кальция). В результате этого образуются малорастворимые соли, которые выпадают в осадок. Сахароза образует с гидроксидом кальция растворимый сахарат кальция С12Н22О11·CaO·2Н2О.
Для разложения сахарата кальция и нейтрализации избытка гидроксида кальция через раствор пропускают оксид углерода ( IV).
Выпавший в осадок карбонат кальция отфильтровывают, а раствор упаривают в вакуумных аппаратах. По мере образования кристалликов сахара отделяют с помощью центрифуги. Оставшийся раствор – меласса – содержит до 50% сахарозы. Его используют для производства лимонной кислоты.
Выделенную сахарозу очищают и обесцвечивают. Для этого ее растворяют в воде и полученный раствор фильтруют через активированный уголь. Затем раствор снова упаривают и кристаллизуют.
Применение сахарозы
Сахароза в основном используется как самостоятельный продукт питания (сахар), а также при изготовлении кондитерских изделий, алкогольных напитков, соусов. Ее используют в высоких концентрациях в качестве консерванта. Путем гидролиза из нее получают искусственный мёд.
Сахароза находит применение в химической промышленности. С помощью ферментации из нее получают этанол, бутанол, глицерин, левулиновую и лимонную кислоты, декстран.
В медицине сахарозу используют при изготовлении порошков, микстур, сиропов, в том числе для новорожденных детей (для придания сладкого вкуса или консервации).
Углеводы
Олигосахариды. Дисахариды
В кулинарно-бытовом отношении сахаром называют сахарозу
– обыкновенный пищевой подсластитель, который получается при переработке
сахарного тростника или сахарной свеклы. Производство сахара в нашей
стране, как и в Европе, практически полностью основано на использовании
сахарной свеклы.
Европейцы знали о сахаре в дикорастущей сахарной свекле еще в
16-м веке, но получить кристаллы сахарозы смоги только в 1747-м
году благодаря исследованиям немецкого химика Маргграфа. После того,
как дальнейшие опыты, производимые в лаборатории Ахарда, обосновали
экономическую целесообразность переработки свеклы, в Силезии появились
заводы по производству сахара. Далее технологию переняли французы
и американцы.
Белый цвет сахара достигается в процессе рафинирования, но при
этом отдельные его кристаллы остаются бесцветными. Многие сорта
сахара содержат разное количество растительного сока – мелассы,
что дает кристаллам различные оттенки белого окраса.
Технология производства сахара
Процесс производства сахара из сахарной свеклы включает несколько
технологических этапов: экстракцию, очистку, выпаривание и кристаллизацию.
Свеклу моют, нарезают стружкой, которую помещают в диффузор для
экстрагирования сахара с помощью горячей воды. Свекловичные отходы
идут на корм скоту.
После чего полученный диффузионный сок, который содержит одержит
около 15% сахарозы, смешивают с известковым молоком для очистки
от тяжелых примесей и пропускают через раствор диоксида углерода,
который связывает вещества, не относящиеся к сахару. После фильтрования
на выходе получают уже очищенный сок – его ждет процедура отбеливания
сернистым газом и фильтрование через активированный уголь. После
выпаривания лишней влаги остается жидкость с содержанием сахара
уже в 50-65%.
Процедура кристаллизации направлена на получение следующего промежуточного
продукта переработки – утфеля (смеси кристаллов сахарозы и мелассы).
Далее чтобы отделить сахарозу, применяют центрифугу. Полученный
на этом этапе сахар требуется высушить. Его уже можно употреблять
в пищу (в отличие от тростникового – процесс производства, которого
на этом этапе не завершается).
Использование сахара
Сахар является непременным ингредиентом многих напитков, блюд,
кондитерских и хлебобулочных изделий. Он – привычная добавка к кофе,
какао и в чай; без него не обходятся кондитерские крема, мороженое,
глазурь и конфеты. Как хороший консервант, белый сахар используется
при варке варенья, изготовлении желе и прочих продуктов из плодов
и ягод. Сегодня белый сахар можно встретить практически везде, даже
там, где встретить его не ожидают. Например, он может оказаться
в обезжиренном диетическом йогурте или сосисках. А также, сахар
применяется в табачном производстве, в кожевенной промышленности
или при изготовлении мясных консервов.
Формы выпуска сахара и особенности его хранение
Белый сахар в продаже бывает в виде сахарного песка и сахара-рафинада
в кусочках. Сахарный песок фасуется в пакеты и мешки разной вместительности,
обычно от одного до пятидесяти килограмм. Мешки применяются плотные
полиэтиленовые, внутри которых дополнительно простилается пленка,
для защиты содержимого от влаги и просыпания кристалликов. Рафинад
фасуется в картонные коробки.
Высокая гигроскопичность белого сахара обуславливает определенные
требования к его хранению. Помещение, где находится продукт, должно
быть сухим, защищенным от перепадов температуры. Хранение его при
повышенной влажности приведет к образованию комков. Сахар обладает
способностью впитывать посторонние запахи, поэтому не следует держать
его рядом с продуктами, обладающими сильными ароматами.
Калорийность
Белый сахар весьма калориен – на сто грамм продукта приходится
почти 400 кКал, причем его состав полностью состоит из
углеводов. Поэтому при диетах рекомендуется ограничивать употребление
этого продукта как в чистом виде (для подслащивания кофе или чая)
так и в виде различных сахаросодержащих напитков, тортов, печенья,
и т.д.
Пищевая ценность в ста граммах (белый сахар-песок):
| Белки, гр | Жиры, гр | Углеводы, гр | Зола, гр | Вода, гр | Калорийность, кКал |
| — | — | 99.8 | 0.1 | 0.1 | 399 |
Сахар-рафинад вследствие более высокой степени очистки лишен в своем
составе золы.
Полезные свойства белого сахара
Состав и наличие полезных веществ
В рафинаде нет никаких дополнительных микроэлементов, это результат
собственно технологии рафинирования для получения максимально очищенного
от любых примесей продукта. Белый сахар-песок содержит незначительное
количество кальция, калия, натрия и железа.
Полезные свойства
Главная особенность белого сахара – это быстрое усваивание организмом
человека. При попадании в кишечник сахароза распадается на фруктозу
и глюкозу,
которые, попадая в кровь, возмещают большую часть энергетических
потерь. Энергия глюкозы обеспечивает метаболические процессы, как
человека, так и животных. В печени при участии глюкозы формируются
особые кислоты – глюкороновые и парные серые кислоты, обеспечивающие
обезвреживание органом токсических веществ, поэтому при отравлениях
или болезнях печени принимают внутрь сахар или вводят в кровь глюкозу.
Функционирование нашего мозга также полностью зависит от метаболизма
глюкозы. Если принимаемая пища не дает организму нужное количество
углеводов, он вынужден получать их, используя для их синтеза белок
мышц человека, или белки других органов.
При недостатке сахара (глюкозы) тонус центральной нервной системы
ухудшается, способность к концентрации внимания падает, ухудшается
противостояние низким температурам. Белый сахар, будучи очень чистым
продуктом, не влияет на микрофлору желудка и кишечника, не оказывает
негативного воздействия на метаболизм. При умеренном употреблении
не станет причиной ожирения,
поэтому он даже безопасней фруктозы или искусственных препаратов-подсластителей.
Сахар оказывает меньшую нагрузку на поджелудочную железу, чем рисовая
каша, пшеничный хлеб, пиво, картофельное пюре. Сахар является хорошим
консервантом, и наполнителем массы; без него не получится молочный
десерт, пирожное, мороженое, спред, джем, желе и варенье. Белый
сахар при нагреве образует карамель, которая применяется в пивоварении,
соусах, газировках.
Продукт обладает антидепрессантными свойствами – съеденный кусок
торта, или просто кусочек рафинада способен снять раздражение, стресс,
депрессивное состояние. При поступлении сахара поджелудочная железа
производит инсулин, а он стимулирует появление гормона счастья –
серотонина. Белый сахар не только готовый продукт, он еще и основа
для целого ряда сладких продуктов – ароматизированных сахаров, коричневого,
быстрорастворимого и мягкого сахара, сиропов, жидкого и помадного
сахара.
Опасные свойства белого сахара
При неумеренном употреблении сахара в чистом виде, также в составе
сладостей и газировок, организм не справляется с его полной переработкой
и вынужден распределять его по клеткам, что проявляется в виде жира.
При этом после «распределения» уровень сахара естественно понижается,
организм снова посылает сигнал о том, что он голоден.
Избыточный вес – частая проблема любителей сладкой пищи в больших
количествах. Регулярно-высокий уровень сахара в крови способен привести
к возникновению сахарного
диабета, так как поджелудочная железа перестает вырабатывать
нужное количество инсулина. Если диабетик прекратит соблюдать строгую
диету, будет бесконтрольно употреблять сладости, последствия могут
быть фатальными.
При усвоении рафинированного сахара организм активно расходует
кальций. Быстрый распад сахара начинается еще во рту человека, что
провоцирует появление кариеса. Особенно опасны современные газировки,
где количество сахара просто огромно. Для недопущения потребления
сахара в избыточных количествах желательно изучать этикетки товаров
в магазинах, отказаться от сладких газировок и добавления в чай
или кофе больших порций белого сахара-песка или рафинада.
Небольшое видео о производстве белого сахара.
Достоверность информации
0