Сахароза, свойства, получение и применение.
Сахароза – дисахарид из группы олигосахаридов, состоящий из двух моносахаридов: α-глюкозы и β-фруктозы, имеющий формулу C12H22O11.
Сахароза, формула, молекула, строение, вещество
Химические свойства сахарозы. Химические реакции (уравнения) сахарозы
Получение и производство сахарозы: из сахарного тростника, сахарной свеклы и сахарного клена
Сахароза, формула, молекула, строение, вещество:
Сахароза – дисахарид из группы олигосахаридов, состоящий из двух моносахаридов: α-глюкозы и β-фруктозы, имеющий формулу C12H22O11.
В быту сахароза именуется сахаром, тростниковым сахаром или свекловичным сахаром.
Олигосахариды – это углеводы, содержащие от 2 до 10 моносахаридных остатков. Дисахариды – углеводы, которые при нагревании с водой в присутствии минеральных кислот или под влиянием ферментов подвергаются гидролизу, расщепляясь на две молекулы моносахаридов.
Сахароза является весьма распространённым в природе дисахаридом и углеводом. Она встречается во многих фруктах, плодах, ягодах, в стеблях и листьях растений, в соке деревьев. Особенно велико содержание сахарозы в сахарной свёкле, сахарном тростнике, сорго, сахарном клене, кокосовой пальме, финиковой пальме, аренге и иных пальмах, которые используются для промышленного производства пищевого сахара.
Химическая формула сахарозы C12H22O11.
Аналогичную общую химическую формулу имеют и другие дисахариды: лактоза, состоящая из остатков глюкозы и галактозы, и мальтоза, состоящая из остатков глюкозы.
Строение молекулы сахарозы, структурная формула сахарозы:
Молекула сахарозы образована из двух остатков моносахаридов – α-глюкозы и β-фруктозы, соединённых между собой атомом кислорода и связанных друг с другом за счёт взаимодействия гидроксильных групп (двух полуацетальных гидроксилов) – (1→2)-гликозидной связью.
Систематическое химическое наименование сахарозы: (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.
Используется также и другое химическое название сахарозы: α-D-глюкопиранозил-β-D-фруктофуранозид.
По внешнему виду сахароза представляет собой белое кристаллическое вещество. На вкус более сладкая, чем глюкоза.
Сахароза очень хорошо растворяется в воде. Малорастворима в этаноле и метаноле. Не растворима в диэтиловом эфире.
Сахароза, попадая в кишечник, под действием ферментов быстро гидролизуется на глюкозу и фруктозу, после чего всасывается и попадает в кровь.
Температура плавления сахарозы 160 °C. Расплавленная сахароза застывает, образуя аморфную прозрачную массу – карамель.
Если расплавленную сахарозу продолжить нагревать, то при температуре 186 °C сахароза разлагается с изменением окраски – с прозрачной на коричневую.
Сахароза служит источником глюкозы и важнейшим источником углеводов для организма человека.
Физические свойства сахарозы:
| Наименование параметра: | Значение: |
| Цвет | белый, бесцветный |
| Запах | без запаха |
| Вкус | сладкий |
| Агрегатное состояние (при 20 °C и атмосферном давлении 1 атм.) | твердое кристаллическое вещество |
| Плотность (при 20 °C и атмосферном давлении 1 атм.), г/см3 | 1,587 |
| Плотность (при 20 °C и атмосферном давлении 1 атм.), кг/м3 | 1587 |
| Температура разложения, °C | 186 |
| Температура плавления, °C | 160 |
| Температура кипения, °C | — |
| Молярная масса сахарозы, г/моль | 342,2965 ± 0,0144 |
Химические свойства сахарозы. Химические реакции (уравнения) сахарозы:
Основные химические реакции сахарозы следующие:
- 1. реакция сахарозы с водой (гидролиз сахарозы):
С12Н22О11 + Н2О → С6Н12O6 + С6Н12O6 (tо, kat = H2SO4, HCl).
При гидролизе (при нагревании в присутствии ионов водорода) сахароза расщепляется на составляющие ее моносахариды за счёт разрыва гликозидных связей между ними. Данная реакция является обратной процессу образования сахарозы из моносахаридов.
Аналогичная реакция происходит в кишечнике у живых организмов при попадании в него сахарозы. В кишечнике сахароза под действием ферментов быстро гидролизуется на глюкозу и фруктозу.
- 2. качественная реакция на сахарозу (реакция сахарозы с гидроксидом меди):
2С12Н22О11 + Cu(OH)2 → Cu(C12H21O11)2 + 2Н2О, или
2C12H20O9(OH)2+Cu(OH)2 → Cu(C12H20O9(O)(OH))2+2H2O.
В молекуле сахарозы имеется несколько гидроксильных групп. Для подтверждения их наличия используют реакцию с гидроксидами металлов, например, с гидроксидом меди.
Для этого к раствору сахарозы добавляют гидроксид меди. В результате образуется сахарат меди, а раствор окрашивается в ярко-синий цвет.
- 3. не дает реакцию «серебряного зеркала» и при нагревании с гидроксидом меди (II) не образует красного оксида меди (I):
Альдегидной группы в сахарозе нет. Поэтому она при нагревании с аммиачным раствором оксида серебра не дает реакцию «серебряного зеркала», т.к. сахароза не способна превращаться в открытую форму, содержащую альдегидную группу.
Кроме того, при нагревании с гидроксидом меди (II) сахароза не образует красного оксида меди (I).
Реакция «серебряного зеркала» и реакция с гидроксидом меди (II) с образованием красного оксида меди (I) характерны для лактозы и мальтозы.
Поэтому сахарозу еще именуют невосстанавливающим дисахаридом, т.к. она не восстанавливает Ag2O и Cu(OH)2.
Получение и производство сахарозы:
Сахароза содержится во многих фруктах, плодах, ягодах, в стеблях и листьях растений, в соке деревьев. Поэтому получение сахарозы связано с выделением ее из ее источников: сахарного тростника, сахарной свеклы и пр.
Получение сахарозы из сахарного тростника:
Сахарный тростник является основной мировой культурой для производства сахара. На его долю приходится до 65 % мирового производства сахара.
Сахарный тростник до начала цветения срезают. Срезанные стебли измельчают и размалывают. Из полученной массы отжимают сок, в котором содержится до 0,03 % белковых веществ, 0,1 % зернистых веществ (крахмала), 0,22 % азотосодержащей слизи, 0,29 % солей (большей частью органических кислот), 18,36 % сахара, 81 % воды и очень небольшое количество ароматических веществ, придающих сырому соку своеобразный запах.
Для очистки сока к нему добавляют свежегашеную известь – Са(ОН)2 и нагревают. Сахароза вступает в химическую реакцию с гидроксидом кальция, в результате чего образуется растворимый в воде сахарат кальция. Кроме того, другие вещества, содержащиеся в соке, также вступают в реакцию с гидроксидом кальция, образуя малорастворимые и нерастворимые соли, которые выпадают в осадок и отфильтровывают.
Затем через раствор, чтобы разложить сахарат кальция и нейтрализовать избыточный гидроксид кальция, пропускают углекислый газ – СО2. В итоге образуется карбонат кальция – СаСО3, который выпадает в осадок. Выпавший в осадок карбонат кальция отфильтровывают, а раствор выпаривают в вакуумных аппаратах до получения кристаллов сахарозы. На данной стадии производства сахароза все еще содержит примеси – мелассу и имеет коричневый цвет. Меласса придает сахарозе ярко выраженный естественный аромат и вкус. Полученный продукт именуется коричневым сахаром или тростниковым нерафинированным сахаром. Он (коричневый сахар) пригоден в пищу. Его можно использовать в пищу как есть либо подвергнуть дополнительной очистке.
На последней стадии производства сахарозу подвергают дополнительной очистке и обесцвечиванию. В конечном итоге получают рафинированный (очищенный) сахар, имеющий белый цвет.
Получение сахарозы из сахарной свеклы:
Сахарная свекла является двухлетним растением. В первый год собирают урожай корнеплодов и отправляют их на переработку.
На перерабатывающей фабрике корнеплоды промываются и измельчаются. Измельченные корнеплоды помещают в диффузоры (большие котлы) с горячей водой температурой 75 оС. Горячая вода вымывает из измельченных корнеплодов сахарозу и прочие компоненты. В итоге получается диффузионный сок, который в дальнейшем подвергается фильтрации от содержащихся в нем частичек мякоти.
На следующих стадиях производства сахара диффузионный сок очищают гидроксидом кальция и углекислым газом, уваривают, выпаривают на вакуумных аппаратах, подвергают дополнительной очистке, отбеливанию и центрифугированию. В итоге получают рафинированный сахар.
Получение сахарозы из сахарного клена:
Сахарозу из сахарного клена получают в восточных провинциях Канады.
В феврале-марте ствол сахарного клена просверливают. Из отверстий вытекает кленовый сок, который собирают. Он содержит до 3 % сахарозы.
Кленовый сок выпаривают, получая «кленовый сироп». Далее «кленовый сироп» очищают гидроксидом кальция и углекислым газом, выпаривают на вакуумных аппаратах, подвергают дополнительной очистке и отбеливанию, тем самым получая готовый продукт – сахар.
Применение сахарозы:
– в качестве продукта питания, а также для приготовления различных продуктов питания (кондитерских изделий, напитков, соусов и пр.)
– в кондитерской промышленности как консервант,
– используется для приготовления искусственного меда,
– в химической промышленности для производства этанола, бутанола, глицерина, лимонной кислоты, декстрана и пр.,
– в фармацевтической промышленности для изготовления различных лекарственных средств.
Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com.