Сахароза C 12 H 22 O 11 , или свекловичный сахар , тростниковый сахар , в быту просто сахар - дисахарид из группы олигосахаридов, состоящий из двух моносахаридов - α-глюкозы и β-фруктозы.
Химические свойства сахарозы
Важное химическое свойство сахарозы – способность подвергаться гидролизу (при нагревании в присутствии ионов водорода).
Поскольку связь между остатками моносахаридов в сахарозе образована за счёт обоих гликозидных гидроксилов, она не обладает восстановительными свойствами и не даёт реакции «серебряного зеркала». У сахарозы сохраняются свойства многоатомных спиртов: она образует растворимые в воде сахараты с гидроксидами металлов, в частности, с гидроксидом кальция. Эта реакция используется для выделения и очистки сахарозы на сахарных заводах, о чём мы будем говорить чуть позже.
При нагревании водного раствора сахарозы в присутствии сильных кислот или под действием фермента инвертазы происходит гидролиз этого дисахарида с образованием смеси равных количеств глюкозы и фруктозы. Эта реакция обратна процессу образования сахарозы из моносахаридов:
Полученная смесь называется инвертным сахаром и используется для производства карамели, подслащивания пищевых продуктов, для предотвращения кристаллизации сахарозы, получения искусственного мёда, производства многоатомных спиртов.
Отношение к гидролизу
Гидролиз сахарозы легко проследить с помощью поляриметра, так как раствор сахарозы имеет правое вращение, а образующаяся смесь D- глюкозы и D- фруктозы имеет левое вращение, благодаря превалирующему значению левого вращения D-фруктозы. Следовательно, по мере гидролиза сахарозы величина угла правого вращения постепенно уменьшается, проходит через нулевое значение, и в конце гидролиза раствор, содержащий равные количества глюкозы и фруктозы, приобретает устойчивое левое вращение. В связи с этим гидролизованную сахарозу (смесь глюкозы и фруктозы) называют инвертным сахаром, а сам процесс гидролиза – инверсией (от лат. inversia – переворачивание, перестановка).
Структура мальтозы и целобиозы. Отношение к гидролизу
Мальтоза и крахмал. Состав, строение и свойства. Отношение к гидролизу
Физические свойства
Мальтоза легко растворима в воде, имеет сладкий вкус. Молекулярная масса мальтозы - 342,32. Температура плавления мальтозы - 108 (безводная).
Химические свойства
Мальтоза является восстанавливающим сахаром, так как имеет незамещённую полуацетальную гидроксильную группу.
При кипячении мальтозы с разбавленной кислотой и при действии фермента мальтоза гидролизуется (образуются две молекулы глюкозы C 6 H 12 O 6).
Крахма́л (C 6 H 10 O 5) n полисахариды амилозы и амилопектина, мономером которых является альфа-глюкоза. Крахмал, синтезируемый разными растениями в хлоропластах, под действием света прифотосинтезе, несколько различается по структуре зёрен, степени полимеризации молекул, строению полимерных цепей и физико-химическим свойствам.
Сахароза представляет собой органическое соединение. Основными источниками сахарозы являются растения хлорофиллоносной группы, сахарный тростник, свекла и маис. Согласно мнению многих ученых содержится сахароза практически во всех растениях и играет чрезвычайно важную роль в жизни каждого человека.
Сахарозу относят к категории дисахаридов. Под воздействием ферментов или же кислот она распадается на фруктозу и глюкозу, составляющей части большинства полисахаридов. Основным и наиболее распространенным источником такого вещества, как сахароза, является непосредственно сахар, который продается практически в любом магазине.
Основные свойства сахарозы
Сахароза представляет собой кристаллическую массу без цвета, которые легко растворяются в воде.
Для того чтобы сахароза начала плавится необходимо наличие температуры как минимум 160 градусов.
Как только расплавленная сахароза застывает, она образует прозрачную массу или же другими словами карамель.
Основные физические и химические свойства сахарозы:
- Является основным видом дисахарида.
- Не имеет отношения к альдегидам.
- Во время нагревания отсутствует эффект «появления зеркала», а также не образуется оксид меди.
- Если закипятить раствор сахарозы с добавлением нескольких капель хлороводородной или серной кислоты, после этого нейтрализовать ее с помощью щелочи и нагреть раствор, наблюдается появление осадка красного цвета.
Одним из способов использования сахарозы является ее нагревание в комбинации с водой и кислой средой. В условиях наличия фермента инвертазы или как вариант кислот сильного действия наблюдается гидролиз соединении. Результатом является производство инертного сахара. Данный инертный сахар используется в сочетании со многими продуктами питания, производства меда искусственного происхождения, во избежание кристаллизации углеводов, создания карамелизированной патоки и многоатомных спиртов.
Влияние сахарозы на организм
Несмотря на то, что в чистом виде сахароза не усваивается, следует сказать, что она является источником полноценного запаса энергии для организма.
При недостатке этого элемента нормальное эффективное функционирование органов человека обеспечивается.
К примеру, сахароза существенно улучшает защитные функции печени, мозговую деятельность, а также обеспечивает рост защитных свойств организма от проникновения токсических веществ.
Нервные клетки, а также некоторые части мускулатуры также получают часть полезных веществ от сахарозы.
В случае наличия дефицита сахарозы организм человека проявляет следующие недостатки:
- упадок жизненных сил и отсутствие достаточного количества энергии;
- наличие апатии и раздражительности;
- депрессивное состояние.
Кроме этого может наблюдаться головокружение, выпадение волос и нервное истощение.
Избыток сахарозы, также как и ее недостаток, может привести к серьезным последствиям, а именно:
- появлению ;
- появлению зуда в области половых органов;
- возникновению заболевания кандидоза;
- воспалительным процессам в ротовой полости, в том числе пародонтозу и кариесу;
Помимо этого избыток сахарозы в организме приводит к появлению избыточного веса.
Сахароза и ее вред
Помимо положительных качеств, в некоторых случаях использование сахарозы имеет негативное воздействие на организм.
Когда сахароза разделяется на глюкозу и сахарозу, наблюдается формирование свободных радикалов.
Как правило, они блокируют действие антител, направленных на защиту.
Таким образом, организм становится уязвимым к воздействию внешних факторов.
Негативное воздействие сахарозы на организм наблюдается в:
- Нарушении минерального обмена веществ.
- Нарушении функционирования инсулярного аппарата поджелудочной, вызывая возникновение таких патологий, как диабет, преддиабет и метаболический синдром).Снижении активности функциональности энзимов.
- Уменьшении количества таких полезных веществ, как медь, хром и различные витамины категории группы В. Таким образом, повышается риск возникновения следующих заболеваний: склероз, тромбоз, инфаркт и нарушение функционирования кровеносной системы.
- Нарушении усвоения различных полезных веществ в организме.
- Повышении уровня кислотности в организме.
- Росте риска заболеваний, связанных с язвой.
- Повышении риска возникновения .
- Появлении сонливости и повышения систолического давления.
- В некоторых случаях провоцируется возникновение аллергических реакций.
- Нарушении белковых и, в некоторых случаях, генетических структур.
- Появлении токсикоза в период беременности.
Дополнительно негативное влияние сахарозы проявляется в ухудшении состояния кожных покровов, волос и ногтей.
Сравнение сахарозы и сахара
Если говорить о разнице между этими двумя продуктами, следует сказать, что если сахар является продуктом, полученным в процессе промышленного использования сахарозы, непосредственно сама сахароза является чистым продуктом натурального происхождения. Во многих случаях данные термины считаются синонимами.
Теоретически сахарозу можно использовать в качестве заменителя для сахара. Но следует помнить о том, что усвоение непосредственно сахарозы более продолжительный и сложный процесс. Таким образом, можно сделать вывод, что сахароза не является сахарозаместителем.
Сахарозависимость является серьезной проблемой для многих людей. В связи с этим ученные предусмотрели наличие различных эквивалентов, которые являются относительно безопасными для организма. К примеру, есть такое лекарство, как Фитпарад, который считается одним из наиболее эффективных и безопасных по своему применению препаратов, используемых в качестве сахарозаменителя.
Основными преимуществами использования именно этого препарата являются отсутствие привкуса горечи, наличие сладости, одинаковой по сравнению с сахаром, а также соответствующий вид. Основная польза от использования этого препарата заключается в наличии смеси соответствующих подсластителей, которые имеют натуральное происхождение. Дополнительным плюсом является сохранение естественных свойств, которые не теряются даже в случае наличия термической обработки.
Как видно из определения сахароза – это вещество, которое по сравнению с моносахаридами, имеет две основных составляющих.
Вода и реакция в результате ее соединения с сахарозой не имеют особо положительного воздействия на организм. В качестве лекарства эта комбинация не может использоваться однозначно, при этом основным отличием сахарозы от натурального сахара является более значительная концентрация первого.
Чтобы уменьшить вред сахарозы необходимо:
- использовать натуральные сладости вместо белого сахара;
- исключить большое количество глюкозы в качестве принимаемых продуктов питания;
- следить за содержанием используемых продуктов на наличие белого сахара и крахмальной патоки;
- использовать в случае необходимости антиоксиданты, которые нейтрализую действие свободных радикалов;
- своевременно принимать пищу и выпивать достаточное количество воды;
Примером наиболее распространенных в природе дисахаридов (олигосахаридом) является сахароза (свекловичный или тростниковый сахар).
Олигосахариды – это продукты конденсации двух или нескольких молекул моносахаридов.
Дисахариды – это углеводы, которые при нагревании с водой в присутствии минеральных кислот или под влиянием ферментов подвергаются гидролизу, расщепляясь на две молекулы моносахаридов.
Физические свойства и нахождение в природе
1. Она представляет собой бесцветные кристаллы сладкого вкуса, хорошо растворима в воде.
2. Температура плавления сахарозы 160 °C.
3. При застывании расплавленной сахарозы образуется аморфная прозрачная масса – карамель.
4. Содержится во многих растениях: в соке березы, клена, в моркови, дыне, а также в сахарной свекле и сахарном тростнике.
Строение и химические свойства
1. Молекулярная формула сахарозы – С 12 Н 22 О 11
2. Сахароза имеет более сложное строение, чем глюкоза. Молекула сахарозы состоит из остатков глюкозы и фруктозы, соединенных друг с другом за счет взаимодействия полуацетальных гидроксилов (1→2)-гликозидной связью :
3. 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 (качественная реакция многоатомных спиртов).
Видео-опыт «Доказательство наличия гидроксильных групп в сахарозе»
4. Альдегидной группы в сахарозе нет: при нагревании с аммиачным раствором оксида серебра (I) она не дает «серебряного зеркала», при нагревании с гидроксидом меди (II) не образует красного оксида меди (I).
5. Сахароза, в отличие от глюкозы, не является альдегидом. Сахароза, находясь в растворе, не вступает в реакцию "серебряного зеркала", так как не способна превращаться в открытую форму, содержащую альдегидную группу. Подобные дисахариды не способны окисляться (т.е. быть восстановителями) и называются невосстанавливающими сахарами.
Видео-опыт «Отсутствие восстанавливающейспособности сахарозы»
6. Сахароза является важнейшим из дисахаридов.
7. Она получается из сахарной свеклы (в ней содержится до 28 % сахарозы от сухого вещества) или из сахарного тростника.
Реакция сахарозы с водой.
Важное химическое свойство сахарозы – способность подвергаться гидролизу (при нагревании в присутствии ионов водорода). При этом из одной молекулы сахарозы образуется молекула глюкозы и молекула фруктозы:
С 12 Н 22 О 11 + Н 2 О t , H 2 SO 4 → С 6 Н 12 O 6 + С 6 Н 12 O 6
Видео-опыт «Кислотный гидролиз сахарозы»
Из числа изомеров сахарозы, имеющих молекулярную формулу С 12 Н 22 О 11 , можно выделить мальтозу и лактозу.
При гидролизе различные дисахариды 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.
Применение сахарозы
· Продукт питания;
· В кондитерской промышленности;
· Получение искусственного мёда
Сахароза
Сахароза C12H32O11, или свекловичный сахар, тростниковый сахар, в быту просто сахар - дисахарид, 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 имеет высокую растворимость. В химическом отношении фруктоза довольно инертна,т.е. при перемещении из одного места в другое почти не вовлекается в метаболизм. Иногда сахароза откладывается в качестве запасного питательного вещества.
С
ахароза,
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.
Синонимы: альфа-D-глюкопиранозил-бета-D-фруктофуранозид, свекловичный сахар, тростниковый сахар
Внешний вид
Кристаллы сахарозы - Бесцветные моноклинные кристаллы. При застывании расплавленной сахарозы образуется аморфная прозрачная масса – карамель.
Химические и физические свойства
Молекулярная масса 342,3 а.е.м. Брутто-формула (система Хилла): C12H32O11. Вкус сладковатый. Растворимость (грамм на 100 грамм): 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). При охлаждении жидким воздухом, после освещения ярким светом кристаллы сахарозы фосфоресцируют. Не проявляет восстанавливающих свойств - не реагирует с реактивом Толленса и реактивом Фелинга. 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 «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
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: С12Н22О11 + Н2О → С6Н12O6 + С6Н12O6.
Природные и антропогенные источники
Содержится в сахарном тростнике, сахарной свекле (до 28% сухого вещества), соках растений и плодах (например, берёзы, клёна, дыни и моркови). Источник получения сахарозы - из свеклы или из тростника определяют по соотношению содержания стабильных изотопов углерода 12C и 13C. Сахарная свекла 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.
История и получение
Сахарный тростник, из которого до сих пор получают сахарозу, описан еще в хрониках о походах Александра Македонского в Индию. В 1747 г. А. Марграф получил сахар из сахарной свеклы, а его ученик Ахард вывел сорт с высоким содержанием сахара. Эти открытия послужили началом свеклосахарной промышленности в Европе. Когда именно русские люди познакомились с кристаллическим сахаром, точно неизвестно, но историки утверждают, что в Pоссии инициатором производства чистого сахара из привозимого сырца был Петр 1. В Кремле для переработки сладкого лакомства имелась специальная "сахарная палата". Источники сахара могут быть весьма экзотичны. В Канаде, США и Японии, например, из сока сахарного клена (Acer saccharum) вырабатывают кленовый сироп, состоящий на 98% из сахаридов, среди которых сахароза составляет 80-98%. К середине XIX века сложилось представление, что сахароза - единственное природное сладкое вещество, пригодное для промышленного производства. Позже это мнение изменилось, и для специальных целей (питания больных, спортсменов, военных) были разработаны методы получения и других натуральных сладких веществ, конечно, в меньших масштабах.
Важнейший из дисахаридов - сахароза - очень распространен в природе. Это химическое название обычного сахара, называемого тростниковым или свекловичным.
Индусы еще за 300 лет до нашей эры умели получать тростниковый сахар из тростника. В наше время получают сахарозу из тростника, произрастающего в тропиках (на о.Куба и в других странах Центральной Америки).
В середине 18 века дисахарид был обнаружен и в сахарной свекле, а в середине 19 века был получен в производственных условиях. В сахарной свекле содержится 12-15% сахарозы, по другим источникам 16-20% (сахарный тростник содержит 14-26% сахарозы). Сахарную свеклу измельчают и извлекают из нее сахарозу горячей водой в специальных аппаратах-диффузорах. Полученный раствор обрабатывают известью для осаждения примесей, а перешедший частично в раствор избыточный гидролиз кальция осаждают пропусканием диоксида углерода. Далее после отделения осадка раствор упаривают в вакуум-аппаратах, получая мелкокристаллический песок-сырец. После его дополнительной очистки получают рафинированный (очищенный) сахар. В зависимости от условий кристаллизации он выделяется в виде мелких кристаллов или в виде компактных «сахарных голов», которые раскалывают или распиливают на куски. Быстрорастворимый сахар готовят прессованием мелкоизмельченного сахарного песка.
Тростниковый сахар применяется в медицине для изготовления порошков, сиропов, микстур и т.д.
Свекловичный сахар широко применяется в пищевой промышленности, кулинарии, приготовлении вин, пива и т.д.
Роль сахарозы в питании человека.
Переваривание сахарозы начинается в тонком кишечнике. Кратковременное воздействие амилазы слюны существенной роли не играет, так как в просвете желудка кислая среда инактивирует этот фермент. В тонком кишечнике сахароза под действием фермента сахаразы, продуцируемой клетками кишечника, не выделяясь в просвет, а действуя на поверхности клеток (пристеночное пищеварение) Расщепление сахарозы приводит к высвобождению глюкозы и фруктозы. Проникновение моносахаридов через клеточные мембраны (всасывание) происходит путем облегченной диффузии при участии специальных транслоказ. Глюкоза всасывается еще и путем активного транспорта за счет градиента концентрации ионов натрия. Это обеспечивает ее всасывание даже при низкой концентрации в кишечнике. Основной моносахарид, поступающий в кровоток из кишечника, - глюкоза. С кровью воротной вены она доставляется в печень, частично задерживается клетками печени, частично поступает в общий кровоток и извлекается клетками других органов и тканей. Повышение содержания глюкозы в крови на высоте пищеварения увеличивает секрецию инсулина. Он ускоряет ее транспорт к летки, изменяя проницаемость клеточных мембран для нее, активируя транслоказы, ответственные за прохождение глюкозы через клеточные мембраны. Скорость поступления глюкозы в клетки печени и мозга не зависит от инсулина, а лишь от ее концентрации в крови. Затем, проникнув в клетку, глюкоза подвергается фосфорилированию, а затем через ряд последовательных превращений распадается на 6 молекул СО2. Из оодной молекулы глюкозы образуется 2 молекулы пирувата и 1 молекула ацетила. Трудно себе представить, что рассмотренный нами сложный процесс имел единственное назначение – расщепить глюкозу до конечного продукта – углекислоты. Но превращение соединений в процессе обмена сопровождаются высвобождением энергии при реакциях дегидрирования и транспорта водорода до дыхательной цепи, а запасание энергии осуществляется в процессе окислительного фосфорилирования, сопряженном с дыханием, а также в процессе субстратного фосфорилирования. Высвобождение и запасание энергии и составляет биологическую сущность аэробного окисления глюкозы.
Анаэробный гликолиз – источник АТФ в интенсивно работающей мышечной ткани, когда окислительное фосфорилирование не справляется с обеспечением клетки АТФ. В эритроцитах. Вообще не имеющих митохондрий, а следовательно, и ферментов цикла Кребса, потребность в АТФ удовлетворяется только за счет анаэробного распада. Фруктоза также участвует в образовании энергетических молекул АТФ (ее энергетический потенциал гораздо ниже, чем у глюкозы) – в печени превращается по фруктозо-1-фосфатному пути в промежуточный продукт основного пути окисления глюкозы.
Сахароза - известная под именем тростникового или свекловичного сахара, есть тот сахар, который обычно употребляется в пищу. Весьма распространен в растениях. В больших количествах встречается только в ограниченном количестве растительных видов - в сахарном тростнике и в сахарной свекле, из которых С. и добывается техническим путем. Богаты им еще стебли некоторых злаков, особенно в период, предшествующий наливанию зерна, как напр. маиса, сахарного сорго и др. Количество сахара в этих объектах настолько заметно, что были сделаны небезуспешные попытки получения его из них техническим путем. Интерес представляет нахождение тростникового сахара в большом количестве в зародыше семян злаков, так напр. в пшеничном зародыше найдено свыше 20% этого сахара. В небольших же количествах С. встречается, вероятно, во всех хлорофиллоносных растениях, по меньшей мере в известных периодах развития и распространения этого сахара не ограничивается одним каким-либо органом, а встречается он во всех органах, которые до сих пор были на него исследованы: в корнях, стеблях, листьях, цветах и плодах. Такое широкое распространение С. в растениях находится в полном соответствии с выясняющейся в последнее время важною ролью этого сахара в жизни растений. Как известно, один из самых распространенных продуктов процесса усвоения хлорофиллоносными растениями угольной кислоты воздуха, есть крахмал, важное значение которого для жизни растении неоспоримо; по-видимому, не менее важную роль следует приписать и Сахарозе, так как ее образование и потребление в растениях находится в непосредственной связи с образованием, потреблением и отложением крахмала. Так, напр., появление тростникового сахара можно констатировать во всех тех случаях, когда происходит растворение крахмала (прорастание семян); наоборот там, где происходит отложение крахмала, замечается уменьшение количества сахара (наливание семян). Эта связь, указывающая на происходящие в растении взаимные переходы крахмала в С. и наоборот, дает основание думать, что последняя есть, если не исключительно, то одна из форм, в которой крахмал (или шире говоря, углевод) переносится в растении с одного места на другое - с места образования на место потребления или отложения и наоборот. По-видимому, тростниковый сахар представляет собою такую форму углеводов, которая наиболее подходит для тех случаев, когда в силу биологической целесообразности необходим быстрый рост; на это указывает факт преобладания этого сахара в зародыше пшеницы и в цветочной пыльце. Наконец, некоторые наблюдения указывают на то, что С. играет важную роль в процессе усвоения хлорофиллоносными растениями углерода воздуха, являясь одной из первичных форм перехода этого углерода в углеводы.
Важнейшие из полисахаридов - это крахмал, гликоген (животный крахмал), целлюлоза (клетчатка). Все эти три высшие полиозы состоят из остатков молекул глюкозы, различным образом соединенных друг с другом. Состав их выражается общей формулой (С6Н12О6)п. Молекулярные массы природных полисахаридов составляют от нескольких тысяч до нескольких миллионов.
Как известно, углеводы - основной источник энергии в мышцах. Для образования мышечного "топлива" - гликогена - необходимо поступление в организм глюкозы за счет расщепления углеводов из пищи. Далее гликоген по мере необходимости превращается в ту же глюкозу и подпитывает не только мышечные клетки, но и мозг. Вот видите, какой полезный сахар... Скорость усвоения углеводов принято выражать через так называемый гликемический индекс. За 100 в некоторых случаях берется белый хлеб, а в других - глюкоза. Чем выше гликемический индекс, тем быстрее растет уровень глюкозы в крови после приема сахара. Это вызывает выброс поджелудочной железой инсулина, который переносит глюкозу в ткани. Слишком большой приток сахаров приводит к тому, что часть их отводится в жировые ткани и там превращается в жир (так сказать, про запас, который не всем то и необходим). С другой стороны, высокогликемические углеводы быстрее усваиваются, то есть дают быстрый приток энергии. Сахароза, или обычный наш сахар, представляет собой дисахарид, то есть ее молекула составлена из кольцеобразных молекул глюкозы и фруктозы, соединенных между собой. Это наиболее распространенный компонент пищи, хотя в природе сахароза встречается не так уж часто. Именно сахароза вызывает наибольшее возмущение "гуру" диеты. Она-де и провоцирует ожирение, и не дает организму полезных калорий, а только "пустые" (в основном "пустые" калории получаются из алкогольсодержащих продуктов), и для диабетиков вредна. Так вот, по отношению к белому хлебу гликемический индекс сахарозы - 89, а по отношению к глюкозе - всего 58. Следовательно, заявления о том, будто калории из сахара "пустые" и только откладываются в виде жира, сильно преувеличены. Вот насчет диабета, увы, правда. Для диабетика сахароза - яд. А для человека с нормально работающей гормональной системой небольшие количества сахарозы могут быть даже полезны.
Другое обвинение в адрес сахарозы - ее участие в порче зубов. Конечно, есть такой грех, но лишь при неумеренном употреблении. Небольшое количество сахара в кондитерских изделиях даже полезно, поскольку улучшает вкус и текстуру теста. Глюкоза - наиболее распространенный компонент различных ягод. Это простой сахар, то есть ее молекула содержат одно колечко. Глюкоза менее сладка, чем сахароза, но у нее более высокий гликемический индекс (138 по отношению к белому хлебу). Следовательно, она с большей вероятностью будет перерабатываться в жир, поскольку вызывает резкое повышение уровня сахара в крови. С другой стороны, это делает глюкозу наиболее ценным источником "быстрой энергии". К сожалению, за всплеском может последовать спад, чреватый гипогликемической комой (потеря сознания из-за недостаточного обеспечения мозга сахаром; это происходит еще и тогда, когда культурист вводит себе инъекцию инсулина) и развитием диабета. Фруктоза содержится в самых разнообразных фруктах и меде, а также так называемых "инверсных сиропах". Из-за низкого гликемического индекса (31 по отношению к белому хлебу) и сильной сладости она долгое время рассматривалась как альтернатива сахарозе. Кроме того, усвоение фруктозы не требует участия инсулина, по крайней мере, на начальной стадии. Следовательно, ее можно иногда использовать при диабете. Как источник "быстрой" энергии фруктоза малоэффективна. Вся энергия в пище первично образуется благодаря солнцу и его влиянию на жизнь зелёных растений. Солнечная энергия через воздействие на хлорофилл, содержащийся в листьях зелёных растений и взаимодействие углекислого газа из атмосферы и воды поступающей через корни производит сахар и крахмал в листьях зелёных растений. Этот сложный процесс называется фотосинтез. Поскольку человеческое организм не может получать энергию участвуя в процессе фотосинтеза он потребляет её через углеводы, которые производятся растениями. Энергия для человеческого рациона производится из сбалансированного потребления углеводов, белков и жиров. Мы получаем энергию из углеводов (сахар), белков и жиров. Сахар особенно важен, так как он быстро превращается в энергию, когда в этом возникает острая потребность, например, при работе или занятиях спортом. Головной мозг и нервная система в своих функциях почти полностью зависят от сахара. Между приемами пищи нервная система получает постоянное количество углеводов, так как печень освобождает часть накопленных в ней резервов сахара. Этот механизм действия печени обеспечивает уровень сахара крови на нормальном уровне. Процессы обмена веществ идут по двум направлениям: превращают пищевые вещества в энергию и переводят избыток пищевых веществ в энергетические резервы, необходимые вне приема пищи. Если эти процессы протекают правильно, сахар крови поддерживается на нормальном уровне: не слишком высоком и не слишком низком. В организме человека крахмал сырых растений постепенно распадается в пищеварительном тракте, при этом распад начинается еще во рту. Слюна во рту частично превращает его в мальтозу. Вот почему хорошее пережевывание пищи и смачивание ее слюной имеет исключительно важное значение (помните правило - не пить во время еды). В кишечнике мальтоза гидролизируется до моносахаридов, которые проникают через стенки кишечника. Там они превращаются в фосфаты и в таком виде поступают в кровь. Дальнейший их путь - это путь моносахарида. А вот о вареном крахмале отзывы у ведущих натуропатов Уокера и Шелтона отрицательны. Вот что говорит Уокер: «Молекула крахмала нерастворима ни в воде, ни в спирте, ни в эфире. Эти нерастворимые частицы крахмала, попадая в систему кровообращения, как бы засоряют кровь, прибавляя в нее своеобразную „крупу". Кровь в процессе циркуляции имеет тенденцию освобождаться от этой крупы, устраивая для нее складное место. Когда потребляется пища, богатая крахмалами, особенно белая мука, вследствие этого твердеют ткани печени». Вопрос о крахмале и его роли в нашем здоровье сейчас основной, вспомните слова Павлова «кусок хлеба насущного. ..».
Поэтому со всей тщательностью разберем его. Может, доктор Уокер сгущает краски? Возьмем учебник для мединститутов «Гигиена питания» (М., Медицина,1982 г.) К. С. Петровского и В. Д. Войханена и почитаем раздел о крахмале(стр. 74). «В пищевых рационах человека на долю крахмала приходится около
80% общего количества потребляемых углеводов. Крахмал по химическому строению состоит из большого числа молекул моносахаридов. Сложность строения молекул полисахаридов является причиной их НЕРАСТВОРИМОСТИ. Крахмал обладает только свойством коллоидной растворимости. Ни в одном из обычных растворителей он не растворяется. Изучение коллоидных растворов крахмала показало, что раствор его состоит не из отдельных молекул крахмала, а их первичных частиц - мицелл, включающих большое количество молекул (их Уокер называет «крупой»). В крахмале находятся две фракции полисахаридов - амилоза и амилопектин, резко различающиеся по свойствам. Амилозы в крахмале 15-25%. Она растворяется в горячей воде (80 °С), образуя прозрачный коллоидный раствор. Амилопектин составляет 75-85% крахмального зерна. В горячей воде он не растворяется, а лишь подвергается набуханию (требуя для этого жидкость из организма). Таким образом, при воздействии на крахмал горячей воды образуется раствор амилозы, который сгущен набухшим амилопектином. Полученная густая вязкая масса носит название клейстера (эта же картина наблюдается в нашем желудочно-кишечном тракте. И чем из более тонкого помола сделан хлеб, тем качественнее клейстер. Клейстер забивает микро-ворсинки 12-перстной и нижележащие отделы тонкой кишки, выключая их из пищеварения. В толстом кишечнике эта масса, обезвоживаясь, «прикипает» к стенке толстой кишки, образуя каловый камень). Превращение крахмала в организме в основном направлено на удовлетворение потребности в сахаре. Крахмал превращается в глюкозу последовательно, через ряд промежуточных образований. Под влиянием ферментов (амилазы, диастазы) и кислот крахмал подвергается гидролизу с образованием декстринов: сначала крахмал переходит в амило-декстрин, а затем в эритродекстрин, ахродекстрин, мальто-декстрин. По мере этих превращений повышается степень растворимости в воде. Так, образующийся в начале амилодекстрин растворяется только в горячей, а эритродекстрин - и в холодной воде. Ахродекстрин и мальтодекстрин легко растворяются в любых условиях. Конечным превращением декстринов является образование мальтозы, представляющей собой солодовый сахар, обладающий всеми свойствами дисахаридов, в том числе хорошей растворимостью в воде. Полученная мальтоза под влиянием ферментов превращается в глюкозу. Действительно, сложно и долго. И этот процесс легко нарушить, неправильно потребляя воду. К тому же совсем недавно ученые установили, что для образования в организме 1000 килокалорий из 250 граммов белка или углеводов должно израсходоваться значительное количество биологически активных веществ, в частности витамина В1- 0,6 мг, В2-0,7, Вз (РР)-6,6, С-25 и так далее. То есть, для нормального усвоения пищи нужны витамины и микроэлементы, потому что их действия в организме взаимосвязаны. Без соблюдения этого условия крахмал бродит, гниет, отравляя нас. Почти каждый ежедневно отхаркивается крахмалистой слизью, которая переполняет наш организм и вызывает бесконечные насморки и простуды. Если же вы, наоборот, будете в дневном рационе употреблять только 20% крахмалистых продуктов (а не 80%) и соблюдать соответственно к ним соотношение биологически активных веществ, вы, наоборот, будете дышать легко и наслаждаться здоровьем. Если же вы не можете отказаться от термически обработанных крахмалистых продуктов (которые еще труднее усваиваются, чем сырые), то вот вам рекомендации Г. Шелтона: «Более 50 лет в практике гигиенистов было потреблять с крахмалистой пищей большое количество салата из сырых овощей (за исключением помидоров и другой зелени). Такой салат содержит изобилие витаминов и минеральных солей».
Сахароза – органическое соединение, образованное остатками двух моносахаридов: глюкозы и фруктозы. Она содержится в хлорофиллоносных растениях, сахарном тростнике, свёкле, маисе.
Рассмотрим более подробно, что это такое.
Химические свойства
Сахароза образуется путём отсоединения молекулы воды от гликозидных остатков простых сахаридов (под действием энзимов).
Структурная формула соединения – С12Н22О11.
Дисахарид растворяется в этаноле, воде, метаноле, нерастворим – в диэтиловом эфире. Нагревание соединения выше температуры плавления (160 градусов) приводит к карамелизации расплава (разложению и окрашиванию). Интересно, что при интенсивном освещении или охлаждении (жидким воздухом) вещество проявляет фосфоресцирующие свойства.
Сахароза не вступает в реакцию с растворами Бенедикта, Фелинга, Толленса и не проявляет кетоновых и альдегидных свойств. Однако, при взаимодействии с гидроксидом меди углевод «ведёт себя», как многоатомный спирт, образуя ярко–синие сахараты металла. Данную реакцию используют в пищевой индустрии (на сахарных заводах), для выделения и очистки «сладкого» вещества от примесей.
При нагревании водного раствора сахарозы в кислой среде, в присутствии фермента инвертазы или сильных кислот, происходит гидролиз соединения. В результате этого образуется смесь глюкозы и фруктозы, называемая инертным сахаром. Гидролиз дисахарида сопровождается изменением знака вращения раствора: с положительного на отрицательный (инверсия).
Полученную жидкость применяют для подслащивания пищевых продуктов, получения искусственного мёда, предотвращения кристаллизации углевода, создания карамелизированной патоки, производства многоатомных спиртов.
Главные изомеры органического соединения с аналогичной молекулярной формулой – мальтоза и .
Метаболизм
Организм млекопитающих, в том числе человека, не приспособлен к усвоению сахарозы в чистом виде. Поэтому при попадании вещества в ротовую полость, под воздействием амилазы слюны, происходит запуск гидролиза.
Основной цикл переваривания сахарозы происходит в тонком кишечнике, где, в присутствии фермента сахаразы, высвобождаются глюкоза и фруктоза. После этого моносахариды, при помощи белков – переносчиков (транслоказ), активируемых инсулином, доставляются в клетки кишечного тракта путём облегчённой диффузии. Наряду с этим, глюкоза проникает в слизистую оболочку органа посредством активного транспорта (за счёт градиента концентрации ионов натрия). Интересно, что механизм ее доставки в тонкий кишечник зависит от концентрации вещества в просвете. При значительном содержании соединения в органе «работает» первая схема «транспортировки», а при малом – вторая.
Основной моносахарид, поступающий из кишечника в кровь – глюкоза. После ее всасывания, половина простых углеводов по воротной вене транспортируется в печень, а остальная часть поступает в кровоток через капилляры кишечных ворсинок, где в последствии извлекается клетками органов и тканей. После проникновения глюкоза, расщепляется на шесть молекул углекислого газа, вследствие чего выделяется большое количество энергетических молекул (АТФ). Оставшаяся часть сахаридов усваивается в кишечнике путём облегчённой диффузии.
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» , суточная доза не должна превышать десятую часть потребляемых килокалорий.
- 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.
В процессе гидролиза сахарозы, помимо глюкозы и фруктозы, образуются свободные радикалы, которые блокируют действие защитных антител. Молекулярные ионы, «парализуют» иммунную систему человека, вследствие чего организм становится уязвимым перед вторжением чужеродных «агентов». Данное явление лежит в основе гормонального дисбаланса и развития функциональных расстройств.
Если концентрация сахарозы в крови больше, чем нужно организму, излишек глюкозы преобразуется в гликоген, который откладывается в мышцах и печени. При этом, переизбыток вещества в органах потенцирует образование «депо» и ведёт к трансформации полисахарида в жировые соединения.
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:
- Замените белый сахар натуральными сладостями (сухофруктами, мёдом), кленовым сиропом, натуральной стевией.
- Исключите из ежедневного меню продукты с большим содержанием глюкозы (торты, конфеты, пирожные, печенье, соки, магазинные напитки, белый шоколад).
- Следите, чтобы в составе приобретаемых продуктов не было белого сахара, крахмальной патоки.
- Употребляйте , 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, L – аскорбиновую кислоту, бифлаваноиды.
- Съедайте два ореха миндаля после приёма сладкой еды (для уменьшения скорости абсорбции сахарозы в кровь).
- Выпивайте ежедневно полтора литра чистой .
- Полоскайте ротовую полость после каждого приёма еды.
- 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.
Природные источники
Природные источники «чистой» сахарозы – стебли сахарного тростника, корнеплоды сахарной свёклы, соки кокосовой пальмы, канадского клёна, берёзы.
Кроме того, соединением богаты зародыши семян некоторых злаков (маиса, сахарного сорго, пшеницы). Рассмотрим, в каких продуктах содержится «сладкий» полисахарид.
| Наименование продукта | Содержание сахарозы на 100 грамм пищевого сырья, грамм |
|---|---|
| Белый сахар (свекловичный) | 99,9 |
| Коричневый сахар (тростниковый, кленовый) | 85 |
| Мёд | 79,8 |
| Пряники, мармелад | 71 – 76 |
| Финики, пастила яблочная | 70 |
| Чернослив, изюм (кишмиш) | 66 |
| Хурма | 65 |
| Инжир (вяленый) | 64 |
| Виноград (мускат, кишмиш) | 61 |
| Мушмула | 60,5 |
| Ирга | 60 |
| Кукуруза (сладкая, замороженная, белая) | 8,5 |
| Манго (свежий) | 7 |
| Фисташки (сырые) | 6,8 |
| Мандарины, клементины, ананасы (сладкие сорта) | 6 |
| Абрикосы, орехи кешью (сырые) | 5,8 |
| Горох зелёный (свежий) | 5 |
| Нектарины, персики, сливы | 4,7 |
| Дыня | 4,5 |
| Морковь (свежая) | 3,5 |
| Грейпфрут | 3,5 |
| Фасоль | 3,3 |
| Фейхоа | 3 |
| Бананы, куркума (пряность) | 2,3 |
| Яблоки, груши (сладкие сорта) | 2 |
| Смородина чёрная, клубника | 1,2 |
| Грецкие орехи, лук (свежий) | 1 |
| Помидоры | 0,7 |
| Крыжовник, тыква, картофель, черешня | 0,6 |
| Малина | 0,5 |
| Вишня | 0,3 |
Кроме того, сахароза в небольших количествах (менее 0,4 грамм на 100 грамм продукта) содержится во всех хлорфиллоносных растениях (зелени, ягодах, фруктах, овощах).
Получение сахарозы
Для извлечения данного углевода в промышленных масштабах применяют физические и механические методы воздействия.
Рассмотрим, как делается свекловичная сахароза (белый сахар)
- Очищенную сахарную свёклу измельчают в механических свёклорезках.
- Нарезанное сырьё помещают в аппараты – диффузоры, а затем пропускают через них горячую воду. В результате этого из свёклы вымывается 90 – 95 % сахарозы.
- Полученный раствор обрабатывают известковым молоком (для осаждения примесей). В процессе реакции гидроксида кальция с органическими кислотами, содержащимися в растворе, образуются малорастворимые кальциевые соли, а при взаимодействии с сахарозой – растворимый сахарат кальция.
- Для осаждения гидроксида кальция, через «сладкий» раствор пропускают углекислый газ.
- После этого его фильтруют, а затем упаривают в вакуумах – аппаратах. Выделенный сахар – сырец имеет жёлтый оттенок, поскольку в нём присутствуют красящие вещества.
- Для очистки от примесей, сахарозу вновь растворяют в воде, а затем раствор пропускают через активированный уголь.
- «Чистую» смесь повторно упаривают в вакуумных аппаратах. В результате получается рафинированный (белый) сахар.
- Полученный продукт подвергают кристаллизации путём центрифугирования или раскалывания компактных «сахарных голов» на небольшие куски.
Бурый раствор (меласса), который остаётся после извлечения сахарозы, применяют для получения лимонной кислоты.
Сферы применения
- Пищевая индустрия. Дисахарид используют как самостоятельный продукт питания (сахар), консервант (в высоких концентрациях), составной компонент кулинарных изделий, алкогольных напитков, соусов. Кроме того, из сахарозы получают искусственный мёд.
- Биохимия. Полисахарид применяют как субстрат при получении (ферментации) глицерина, этанола, бутанола, декстрана, левулиновой и лимонной кислот.
- Фармакология. Сахарозу (из сахарного тростника) используют при изготовлении порошков, микстур, сиропов, в том числе для новорожденных детей (для придания сладкого вкуса или консервации).
Помимо этого, сахарозу в сочетании жирными кислотами, применяют как неионные детергенты (вещества, улучшающие растворимость в водных средах) в сельском хозяйстве, косметологии, при создании моющих средств.
Вывод
Сахароза – «сладкий» углевод, образуемый в плодах, стеблях и семенах растений в процессе фотосинтеза.
При поступлении в организм человека, дисахарид, распадается на глюкозу и фруктозу, выделяя большое количество энергетического ресурса.
Для минимизации ущерба для здоровья, белый сахар заменяют на стевию, нерафинированный сахар – сырец, мёд, фруктозу (фруктовый сахар), сухофрукты.