Из чего состоит сахар, и как его производят?

Химический состав сахара

Составляющие сахара обычного это сахароза и группа сложных по составу веществ. Именно формула сахара в химии отсутствует. Химическая формула сахарозы – C12H22O11. Сахароза в свою очередь состоит из фруктозы и глюкозы. Теперь мы знаем, что содержится в сахаре, каков химический состав углевода, употребляемого нами ежедневно в пищу.

Сахар в виде сложных по составу соединений входит в состав большинства продуктов питания. Он содержится в материнском молоке, входит в состав коровьего молока, велико содержание сахаров в овощах, в фруктах, в ягодах и орехах. В растениях, как правило, содержится глюкоза и фруктоза. В природе в составе растений чаще встречается глюкоза. Глюкозу ещё называют декстроза или виноградный сахар. Фруктозу обозначают как фруктовый сахар или называют левулёза.

Фруктоза считается самым сладким природным сахаром. Глюкоза менее сладкая, чем фруктоза. Содержание глюкозы превышает количество фруктозы в органах растений. Глюкоза входит в состав таких полисахаридов, как крахмал и целлюлоза.

Помимо глюкозы, существуют и другие природные сахара:

  1. Мальтоза.
  2. Лактоза.
  3. Манноза.
  4. Сорбоза.
  5. Метилпентоза.
  6. Арабилоза.
  7. Инулин.
  8. Пентоза.
  9. Ксилоза.
  10. Целлобиоза.

В разных странах сахар добывают из различных растительных продуктов. Для производства сахара в России распространена сахарная свекла, содержащая до 22% сахарозы. Тростниковый сахар в виде коричневых кристаллов или крупиц получают из сока сахарного тростника и ввозят продукт из Индии.

Функции сахарозы и усвояемость

Усвояемость сахарозы происходит в кишечнике.Усвояемость сахарозы происходит в кишечнике.
  1. Улучшает защитную функцию печени.
  2. Нормализует деятельность центральной нервной системы.
  3. Повышает физическую и умственную активность.
  4. Обеспечивает питание красных кровяных телец.
  5. Способствует детоксикации организма при патологиях.
  6. Обеспечивает двигательную активность за счет питания мышц.
  7. Стимулирует выработку инсулина.
  8. Обеспечивает нормальное протекание обменных процессов.

Польза и суточная потребность

Метаболизм сахарозы сопровождается выделением аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), которая является главным «поставщиком» энергии в организм. Она поддерживает форменные элементы крови в норме, жизнедеятельность нервных клеток и мышечных волокон. Кроме того, невостребованная часть сахарида используется организмом для построения гликогена, жира и белково – углеродных структур. Интересно, что планомерное расщепление запасённого полисахарида обеспечивает стабильную концентрацию глюкозы в крови.

Учитывая, что сахароза – «пустой» углевод, суточная доза не должна превышать десятую часть потребляемых килокалорий.

Для сохранения здоровья диетологи рекомендуют ограничить прием сладости до следующих безопасных норм в день:

  • для младенцев от 1 до 3 лет – 10 – 15 грамм;
  • для детей до 6 лет – 15 – 25 грамм;
  • для взрослых 30 – 40 грамм в сутки.

Помните, под «нормой» понимается не только сахароза в чистом виде, но и «скрытый» сахар, содержащийся в напитках, овощах, ягодах, фруктах, кондитерских изделиях, выпечке. Поэтому, детям до полутора лет лучше исключить продукт из рациона питания.

Энергетическая ценность 5 грамм сахарозы (1 чайной ложки) составляет 20 килокалорий.

Признаки нехватки соединения в организме:

  • депрессивное состояние;
  • апатия;
  • раздражительность;
  • головокружение;
  • мигрень;
  • быстрая утомляемость;
  • снижение когнитивных функций;
  • выпадение волос;
  • нервное истощение.

Потребность в дисахариде возрастает при:

  • интенсивной мозговой деятельности (за счёт расходования энергии на поддержание прохождения импульса по нервному волокну аксон – дендрит);
  • токсической нагрузке на организм (сахароза выполняет барьерную функцию, защищая клетки печени парными глюкуроновыми и серными кислотами).

Помните, повышать суточную норму сахарозы важно предельно осторожно, поскольку избыток вещества в организме чреват функциональными расстройствами поджелудочной железы, патологиями сердечно – сосудистых органов, появлением кариеса.

Получение глюкозы

Синтез из формальдегида

Реакция была впервые изучена А.М. Бутлеровым. Синтез проходит в присутствии гидроксида кальция:

6CH2=On  →  C6H12O6

Фотосинтез

В растениях углеводы образуются в результате реакции фотосинтеза из CO2 и Н2О:

 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

 Фруктоза — структурный изомер глюкозы. Это кетоноспирт (кетоза): она тоже может существовать в циклических формах (фуранозы).

Она содержит шесть атомов углерода, одну кетоновую группу и пять гидроксогрупп.

Фруктоза α-D-фруктоза β-D-фруктоза

Фруктоза – кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде, более сладкое, чем глюкоза.

В свободном виде содержится в мёде и фруктах.

Химические свойства фруктозы связаны с наличием кетонной и пяти гидроксильных групп.

При гидрировании фруктозы также получается сорбит.

Дисахариды – это углеводы, молекулы которых состоят из двух остатков моносахаридов, соединенных друг с другом за счет взаимодействия гидроксильных групп (двух полуацетальных или одной полуацетальной и одной спиртовой).

Получение

Сахароза – наиболее распространённый в природе углевод. Соединение входит в состав фруктов, ягод, листьев растений. Большое количество готового вещества содержится в свёкле и сахарном тростнике. Поэтому сахарозу не синтезируют, а выделяют с помощью физического воздействия, вываривания и очищения.

Рис. 2. Сахарный тростник.
Рис. 2. Сахарный тростник.

Свёклу или сахарный тростник мелко натирают и помещают в большие котлы с горячей водой. Сахароза вымывается, образуя сахарный раствор. В нём присутствуют различные примеси – красящие пигменты, белки, кислоты. Чтобы отделить сахарозу, в раствор добавляют гидроксид кальция Ca(OH)2. В результате образуется осадок и сахарат кальция С12Н22О11·CaO·2Н2О, через который пропускают диоксид углерода (углекислый газ). В осадок выпадает карбонат кальция, а оставшийся раствор выпаривают до образования кристалликов сахара.

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 сахар уже готов.

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

Растение

У сахарной свеклы (Beta vulgaris) используют длинный серебристо-белый корень (из него и получают сахар) и розетку листьев (ботву), которые служат превосходным кормом для скота. Корень в своей самой толстой части достигает 10–15 см в диаметре, а его тонкие отростки проникают в почву на глубину 90–120 см. Средняя масса корня ок. 1 кг; до 15% составляет в нем сахароза, что соответствует примерно 14 чайным ложкам сахара-песка. Выращивается сахарная свекла главным образом в умеренной зоне, и, поскольку каждое растение потребляет за вегетационный период в среднем ок. 55 л воды, культура требует обильного полива. Ко времени уборки урожая содержание воды в корнях может достигать 75–80%, а в ботве – 90%.

По эффективности фотосинтеза, т.е. преобразования солнечной энергии и неорганических веществ в питательные органические вещества, сахарная свекла занимает одно из первых мест среди растений. Родина ее в точности неизвестна. Ученые полагают, что в доисторические времена это был дикорастущий однолетник в Южной Европе и Северной Африке. Позже, попав в области с более прохладным климатом, сахарная свекла стала двулетником, в первый год запасающим сахар в корне, а на второй дающим семена. Сейчас ее убирают в конце первого вегетационного периода, когда масса корней и их сахаристость максимальны.

Технология производства свекольного сахара

Производство свекольного подсластителя не меняется в течение долгих лет. Алгоритм изготовления следующий:

  1. Свеклу тщательно моют и нарезают в виде стружки.
  2. Полученный материал заливают известковым раствором.
  3. Очищенную массу измельчают.
  4. Обрабатывают химическим раствором, в результате чего получают сахарный сироп.
  5. Полученный сироп фильтруют, а на следующем этапе выпаривают.
  6. Кристаллизуют с использованием вакуума.
  7. В итоге получается заготовка, которая состоит из сахарозы и мелассы.
  8. Мелассу отделяют при помощи центрифуги.
  9. Готовый продукт просушивают.

Только после такой сложной технологии готовую продукцию расфасовывают и отправляют потребителю.

Фиточай из диких трав № 9 (Углеводный контроль)

Производство

Главные производители – Россия, Германия, США, Франция, Польша, Китай, Турция и Италия. В Европе из сахарной свеклы получают практически весь сахар. В США урожай сахарной свеклы составил в 1991 24 982 000 т; выращивается она главным образом в Миннесоте, Калифорнии, Айдахо и Северной Дакоте.

Химические свойства

В отличие от глюкозы сахароза не проявляет свойства альдегида за счёт отсутствия альдегидной группы -CHO. Поэтому качественная реакция «серебряного зеркала» (взаимодействие с аммиачным раствором Ag2O) не идёт. При окислении гидроксидом меди (II) образуется не красный оксид меди (I), а ярко-синий раствор.

Основные химические свойства описаны в таблице.

Реакция

Описание

Уравнение

Качественная реакция на наличие гидроксильных групп

Реагирует с гидроксидом меди (II) с образованием сахарата меди ярко-синего цвета

C12H22O11 + Cu(OH)2 → [Cu(C12H21O11)2] + Н2О

Гидролиз

Реакция идёт при нагревании в присутствии катализатора (серной или соляной кислоты). Сахароза разлагается на молекулы фруктозы и глюкозы

С12Н22О11 + Н2О → C6H12O6 + C6H12O6

Сахароза не способна окисляться (не является восстановителем в реакциях) и называется невосстанавливающим сахаром.

Как минимизировать вред сахарозы?

Учитывая, что сахароза потенцирует синтез гормона радости (серотонина), приём сладких продуктов ведёт к нормализации психоэмоционального равновесия человека.

При этом, важно знать, как нейтрализовать вредоносные свойства полисахарида.

Полезные советы:

  1. Замените белый сахар натуральными сладостями (сухофруктами, мёдом), кленовым сиропом, натуральной стевией.
  2. Исключите из ежедневного меню продукты с большим содержанием глюкозы (торты, конфеты, пирожные, печенье, соки, магазинные напитки, белый шоколад).
  3. Следите, чтобы в составе приобретаемых продуктов не было белого сахара, крахмальной патоки.
  4. Употребляйте антиоксиданты, нейтрализующие свободные радикалы и препятствующие повреждению коллагена сложными сахарами. К природным антиокислителям относятся: клюква, ежевика, квашеная капуста, цитрусовые фрукты, зелень. Среди ингибиторов витаминного ряда выделяют: бета-каротин, токоферол, кальций, аскорбиновую кислоту, биофлаваноиды.
  5. Съедайте два ореха миндаля после приёма сладкой еды (для уменьшения скорости абсорбции сахарозы в кровь).
  6. Выпивайте ежедневно полтора литра чистой воды.
  7. Полоскайте ротовую полость после каждого приёма еды.
  8. Занимайтесь спортом. Физические нагрузки стимулируют выброс естественного гормона радости, вследствие чего поднимается настроение и сокращается тяга к сладким продуктам.

Для минимизации вредного воздействия белого сахара на организм человека рекомендуется отдать предпочтение подсластителям.

Данные вещества, в зависимости от происхождения, разделяют на две группы:

  • натуральные (стевия, ксилит, сорбит, маннит, эритрит);
  • искусственные (аспартам, сахарин, ацесульфам калия, цикламат).

При выборе подсластителей лучше отдать предпочтение первой группе веществ, поскольку польза вторых до конца не изучена. При этом, важно помнить, что злоупотребление сахарными спиртами (ксилитом, маннитом, сорбитом) чревато возникновением диареи.

Целлюлоза

Целлюлоза (клетчатка) – наиболее распространенный растительный полисахарид. Цепи целлюлозы построены из остатков β-глюкозы и имеют линейное строение.

Свойства целлюлозы

Свойства целлюлозы

  • Образование сложных эфиров с азотной и уксусной кислотами.

Нитрование целлюлозы.

Так как в  звене целлюлозы содержится 3 гидроксильные группы, то при нитровании целлюлозы избытком азотной кислоты возможно образование тринитрата целлюлозы, взрывчатого вещества пироксилина:

Ацилирование целлюлозы.

При действии на целлюлозу уксусного ангидрида (упрощённо-уксусной кислоты) происходит реакция этерификации, при этом возможно участие в реакции 1, 2 и 3 групп ОН.

Получается ацетат целлюлозы – ацетатное волокно.

  • Гидролиз целлюлозы.

    Целлюлоза, подобно крахмалу, в кислой среде может гидролизоваться, в результате тоже получается глюкоза. Но процесс идёт гораздо труднее.

Теги

Adblock
detector