Учеными доказано, что сахароза входит в состав всех растений, в больших количествах она содержится в таких продуктах потребления, как сахарные свекла и тростник. В питании любого человека роль сахарозы достаточна велика.
Сахароза - это дисахарид (входит в класс олигосахаридов), который под действием фермента сахарозы или под действием кислоты гидролизуется на глюкозу (из нее состоят все основные полисахариды) и фруктозу (плодовый сахар), точнее молекула сахарозы состоит из остатков D-фруктозы и D-глюкозы. Основной и доступный всем продукт, который служит источником сахарозы - это обычный сахар.
В химии молекула сахарозы записывается следующей формулой - С 12 Н 22 О 11 и является изомером.
Гидролиз сахарозы
С 12 Н 22 О 11 + Н 2 O → С 6 Н 12 О 6 + С 6 Н 12 О 6
Сахароза является важнейшей из дисахаридов. Как видно из сахарозы приводит к образованию таких элементов, как глюкоза и фруктоза. Молекулярные формулы у них одинаковые, а вот структурные - совершенно разные:
СН 2 (ОН) -(СНОН) 4 -СОН - глюкоза.
СН 2 - СН - СН - СН -С - СН 2 - фруктоза
Физические свойства сахарозы
- Сахароза - это бесцветные на вкус, которые хорошо растворяются в воде.
- 160 °C - температура, характерная для плавления сахарозы.
- Карамель - аморфная прозрачная масса, которая образуется при застывании расплавленной сахарозы.
Химические свойства сахарозы
- Сахароза не является альдегидом.
- Сахароза - это самый важный дисахарид.
- При нагревании с аммиачным раствором Ag 2 O не дает так называемого «серебряного зеркала», так же, как и при нагревании с Cu(OH) 2 не образует оксида меди красного цвета.
- Если прокипятить раствор сахарозы с 2-3 каплями серной или а затем нейтрализовать ее же любой щелочью, после чего нагреть полученный раствор с Cu(OH)2, то выпадет осадок красного цвета.
Состав сахарозы
Молекула сахарозы, как известно, состоит из остатков фруктозы и глюкозы, которые тесно соединены между собой. Из числа изомеров, которые имеют молекулярную формулу С 12 Н 22 О 11, выделяют следующие: и, конечно же,
Продукты питания, которые богаты сахарозой
Влияние сахарозы на организм человека
Сахароза обеспечивает организм человека необходимой для его полноценного функционирования энергией. Также она улучшает мозговую деятельность человека и стимулирует защитные функции его печени от воздействия токсических веществ. Поддерживает жизнеобеспечение поперечно-полосатой мускулатуры и нервных клеток. Именно поэтому сахароза - это одно из важнейших веществ, содержащихся практически во всех продуктах потребления человека.
При недостатке сахарозы у человека наблюдаются следующие состояния: депрессия, раздражительность, апатия, нехватка энергии, нехватка сил. Это состояние может постоянно ухудшаться, если вовремя не нормализовать содержание сахарозы в организме. Избыток сахарозы приводит к следующему: кариес, излишняя полнота, пародонтоз, воспалительные заболевания ротовой полости, возможно развитие кандидоза и зуда половых органов, появляется риск развития диабета.
Потребность в сахарозе возрастает в случаях, когда мозг человека перегружен в результате активной деятельности, и (или) когда организм человека подвергается сильному токсичному воздействию. Потребность в употреблении сахарозы резко снижается в том случае, если человек болен диабетом или имеет лишний вес.
Влияние фруктозы и глюкозы на организм человека
Как выяснилось ранее, в результате взаимодействия «сахароза - вода» образуются такие элементы, как фруктоза и глюкоза. Рассмотрим основные характеристики этих веществ и то, как эти элементы воздействуют на жизнедеятельность человека.
Фруктоза - один из видов молекул сахара, содержится в свежих фруктах - придает им сладость. В результате этого, многие полагают, фруктоза является самой полезной, т.к. является естественным компонентом. Также фруктоза по минимуму влияет и на уровень глюкозы (поскольку имеет низкий гликемический индекс).
Сама по себе фруктоза очень даже сладкая, однако, известные человеку фрукты содержат относительно малое ее количество. В результате этого, в наш организм попадает небольшое количество сахара, который очень быстро перерабатывается. Однако не стоит вводить в организм большое количество фруктозы, т.к. чрезмерное ее употребление может привести к таким последствиям, как ожирение, цирроз (рубцевание печени), подагра и болезнь сердца (повышается уровень мочевой кислоты), ожирение печени и, естественно, преждевременное старение кожи, следствием чего служат морщины.
В результате исследований, ученые пришли к выводу о том, что фруктоза, в отличие от глюкозы, значительно быстрее аккумулирует признаки старения. Что уж говорить про заменители фруктозы.
На основе материала, ранее предложенного, можно сделать вывод о том, что употребление разумного количества фруктов полезно для здоровья человека, так как они содержат минимальное количество фруктозы. А вот концентрированной фруктозы следует избегать, поскольку она может привести к реальной болезни.
Глюкоза - так же, как и фруктоза, является одним из и является формой углеводов - наиболее распространенной формой. из крахмалов, она быстро поднимает уровень сахара в крови и снабжает энергией наш организм на достаточно длительный промежуток времени.
Если постоянно употреблять в пищу продукты, которые высокопереработаны, или же простые крахмалы, к которым относятся белый рис или белая мука, то это приведет к значительному повышению уровня сахара в крови. А результатом этого будут служить определенные проблемы, такие как снижение уровня защитных сил организма, что, как следствие, приводит к плохому заживлению ран, почечной недостаточности, повреждениям нервов, повышению уровня липидов в крови, возникновению риска заболевания нервов (периферический отдел), ожирению, а также возникновению инфаркта и (или) инсульта.
Искусственные подсластители - вред или польза
Многие люди, которые боятся употреблять глюкозу или фруктозу, обращаются к искусственным подсластителям - аспарт или сукрапоза. Однако и они имеют свои недостатки. Из-за того что данные вещества - это искусственные химические нейротоксические вещества, заменители могут вызывать головные боли, а также возникает большой риск развития заболевания раком. Поэтому данный вариант, как и предыдущие, не является 100%.
Весь окружающий мир воздействует на организм человека, и ни один из нас не сможет оградить себя от всех болезней. Однако, основываясь на некоторых знаниях, мы можем контролировать процессы возникновения тех или иных недугов. Также и с употреблением сахарозы: не стоит ею пренебрегать, ровно так же, как и постоянно употреблять. Следует найти "золотую" середину и придерживаться оптимальных вариантов. Вариантов, при которых ваш организм будет чувствовать себя замечательно и скажет вам огромное "спасибо"! Поэтому выбирайте, каким из видов сахара вам стоит пользоваться и пылайте энергией весь день.
Сахароза представляет собой дисахарид С 12 Н 22 О 11 . Это нередуцирующее вещество, не реагирующее с фелинговой жидкостью. Сахароза гидролизуется под действием фермента - сахаразы (инвертазы). Реакция идет с присоединением воды и образованием молекул глюкозы и фруктозы, которые являются редуцирующими сахарами и могут быть обнаружены реакцией с фелинговой жидкостью.
С 12 Н 22 О 11 + Н 2 О = С 6 Н 12 О 6 + С 6 Н 12 О 6
сахароза глюкоза фруктоза
Наиболее активную сахарозу содержат клетки дрожжей, из которых ее легко получить. Активность сахарозы можно легко контролировать по количеству продуктов гидролиза, образующихся за определенной время, которые обнаруживаются с помощью фелинговой жидкости. Определение ведут по количеству гидролизованного раствора, которое нужно прилить к фелинговой жидкости, чтобы выпал осадок закиси меди.
Скорость гидролиза сахарозы зависит от внешних условий (температура, катализатор, реакция среды).
Оборудование:
пробирки
карандаш по стеклу
мерная пипетка на 1-2 мл
мерный цилиндр на 10 мл
баня водяная
термометр лабораторные на интервал температур 50 – 100 °С
часы песочные на 10 мин или любые другие часы.
Ход работы:
Подготовить таблицу 5 для записи схемы опыта и результатов опыта. Подготовить и подписать три пробирки, налить в них по 10 мл 20% раствора сахарозы.
В пробирки с сахарозой налить необходимое количество воды, 0,1 н раствора HCl или 0,1 н раствора NaOH.
Внести в опытные пробирки нужное количество фермента или неорганического катализатора (соляной кислоты), тщательно перемешать и поставить пробирки на 40-50 мин.
Приготовить три пробирки с раствором фелинговой жидкости (ФЖ): в каждую из трех пробирок влить по 2 мл ФЖ и дистиллированной воды. По истечении времени определить активность сахаразы или неорганического катализатора следующим образом: в три пробирки с нагретым до кипения раствором ФЖ поочередно прилить по каплям жидкость из опытных растворов до полного покраснения раствора ФЖ. Количество капель опытного раствора занести в таблицу 5.
Сравнить результаты по отдельным вариантам опыта и сделать выводы о влиянии изучаемых условий на скорость гидролиза сахарозы.
Таблица 5.- Влияние различных условий на скорость реакции
| № п/п | Вариант | № про бир ки * | К 10 мл сахарозы вносят, мл | катализатор | Условия опыта (t°С, pH) | Кол-во капель испытуемого раствора, пошедшее на реакцию с ФЖ | |||
| вода | 0,1 н. HCl | 0,1 н. NaOH | |||||||
| Влияние температуры | фермент 1 мл | 18-20°С | |||||||
| фермент 1 мл | 40-45°С | ||||||||
| фермент 1 мл | 100°С | ||||||||
| Влияние температуры на неорганический катализатор | HCl 2 капли | 18-20°С | |||||||
| HCl 2 капли | 40-45°С | ||||||||
| HCl 2 капли | 100°С | ||||||||
| Влияние pH среды | фермент 1 мл | 40-45°С (pH 4,5) | |||||||
| фермент 1 мл | 40-45°С (pH 6,5) | ||||||||
| фермент 1 мл | 40-45°С (pH 7,5) | ||||||||
| Влияние количества фермента | фермент 1 мл | 40-45°С | |||||||
| фермент 2мл | 40-45°С | ||||||||
| фермент 4 мл | 40-45°С | ||||||||
Контрольные вопросы:
1. Как можно обнаружить присутствие редуцирующих сахаров?
2. Что такое ферментативный гидролиз?
3. Какие условия будут оказывать влияние на скорость гидролиза?
4. Количественное определение восстанавливающих сахаров. Ускоренный метод определения массовой доли общего сахара
Метод основан на окислении всех сахаров сернокислым раствором двухромовокислого калия до углекислоты и воды и колориметрировании образовавшегося иона Сг +3 , эквивалентного количеству вступившего в реакцию сахара.
Оборудование:
баня водяная
бумага фильтровальная лабораторная
весы лабораторные общего назначения
колбы мерные
фотоэлектроколориметр
эксикатор
Ход работы:
Приготовление сернокислого раствора двухромовокислого калия
49 г двухромовокислого калия растворяют в 300 см 3 дистиллированной воды (первый раствор). Отдельно к 300 см 3 дистиллированной воды осторожно небольшими порциями при перемешивании приливают 300 см 3 концентрированной серной кислоты и охлаждают (второй раствор). Сначала первый, а затем второй раствор осторожно переливают в мерную колбу вместимостью 1000 см 3 , охлаждают до комнатной температуры, доводят объем дистиллированной водой до метки, перемешивают.
Построение калибровочного графика производят не ранее чем через сутки после приготовления реактива.
Приготовление стандартного раствора сахарозы
1,0 г сахарозы или сахара-рафинада, предварительно высушенных в эксикаторе в течение 3-х суток, взвешивают с погрешностью не более 0,001 г, растворяют в дистиллированной воде и количественно переносят в мерную колбу вместимостью 250 см 3 . Объем раствора доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают. Полученный раствор должен содержать 4 мг сахарозы в 1 см 3 . Раствор сахарозы готовят непосредственно перед употреблением.
Построение калибровочного графика
В пять мерных колб вместимостью каждая 100 см 3 мерным цилиндром вносят по 25 см 3 сернокислого раствора двухромовокислого калия, затем пипеткой 2, 4, 6, 8, 10 см 3 стандартного раствора сахарозы и по 23, 21, 19, 17, 15 см дистиллированной воды, чтобы объем в каждой колбе достиг 50 см 3 . Колбы с содержимым помещают в кипящую водяную баню на 10 мин, охлаждают до комнатной температуры, доводят объем дистиллированной водой до метки, тщательно перемешивают и измеряют оптическую плотность на фотоэлектроколориметре со светофильтром, имеющим максимум светопропускания при λ = 630-670 мкм (на ФЭК-56 и КФК-2 этому соответствуют красный светофильтр и кювета 30 мм).
Оптическую плотность измеряют в каждом растворе не менее 3 раз и из полученных данных берут среднеарифметическое значение.
По полученным данным строят калибровочный график, откладывая на оси ординат значения оптической плотности, а на оси абсцисс - соответствующие этим значениям массы сахарозы в миллиграммах. Калибровочный график используется для определения общего сахара.
Анализ результатов:
Навеску измельченного исследуемого изделия взвешивают с погрешностью не более 0,001 г из такого расчета, чтобы в 1 см 3 раствора было 0,004 г общего сахара.
Массу навески (т ) в граммах определяют по формуле:
m= 0.004V/P *100 ,
где 0,004 - оптимальная концентрация редуцирующих веществ раствора навески, г/см 3 ;
V- вместимость мерной колбы, см 3 ;
Р - предполагаемая массовая доля общего сахара в исследуемом изделии, %.
В мерную колбу вместимостью 100 см 3 мерным цилиндром вносят 25 см 3 сернокислого раствора двухромовокислого калия, 10 см 3 фильтрата исследуемого раствора и 15 см 3 дистиллированной воды. Колбу помещают в кипящую водяную баню на 10 мин, охлаждают до комнатной температуры, доводят объем дистиллированной водой до метки, тщательно перемешивают и измеряют оптическую плотность. По значению оптической плотности и калибровочному графику находят соответствующее количество общего сахара, условно выраженное в сахарозе.
Массовую долю общего сахара (X 1) в процентах, выраженную в сахарозе, определяют по формуле
X 1 =m 1 VK100/mV 1 1000,
где m- масса навески изделия, г;
m 1 - масса сахарозы, полученная по калибровочному графику, мг;
V - вместимость мерной колбы, см;
V 1 - объем исследуемого раствора, взятый для анализа, см;
1000 - коэффициент пересчета миллиграммов сахарозы в граммы;
К - поправочный коэффициент, учитывающий окисление декстринов (для изделий, содержащих патоку), определяют по табл.6.
Таблица 6.-Поправочный коэффициент, учитывающий окисление декстринов
| Отношение содержания патоки к содержанию общего сахара.% | Поправочный коэффициент К |
| 2-5 6-10 11-15 16-20 21-30 | 0.96 0.94 0.92 0.90 0.88 |
Массовую долю общего сахара (X 2) в процентах в пересчете на сухое вещество определяют по формуле
X 2 =X 1 100/100-W,
где W- массовая доля влаги в исследуемом изделии, %.
За окончательный результат анализа принимают среднеарифметическое значение результатов двух параллельных определений, допускаемые расхождения между которыми в одной лаборатории не должны превышать по абсолютному значению 0,5%, а выполненных в разных лабораториях -1,0%.
Пределы допускаемых значений погрешности измерения ±1,0% при доверительной вероятности Р =0.95.
Результат вычислений округляют до первого десятичного знака.
При помощи данного видеоурока вы сможете самостоятельно изучить тему «Олиго- и полисахариды. Сахароза. Гидролиз сахарозы. Крахмал». Молекулы углеводов моносахаридов способны взаимодействовать друг с другом, образуя цепи различной длины. На этом уроке мы рассмотрим, как это происходит и как образуются олиго- и полисахариды. Более подробно обсудим самый известный и наиболее распространенный дисахарид - о сахарозу. Рассмотрим гидролиз сахарозы. Также изучим свойства крахмала - ещё одного полисахарида.
Данный текст представляет собой неотредактированную версию стенограммы, которая в дальнейшем будет отредактирована.
Химия. 10 класс
Урок 60. Олиго- и полисахариды. Сахароза.
Гидролиз сахарозы. Крахмал
Загорский В.В., д.п.н., проф. Специализированного учебно-научного центра МГУ
(школа им. А.Н. Колмогорова при МГУ),
многократный лауреат грантов «Учитель Москвы»
17.03.2011 г.
При участии:
Морозовой Н.И., к.х.н., ст. преп. СУНЦ МГУ
Менделеевой Н.А., к.х.н., доц. СУНЦ МГУ
Олиго- и полисахариды, сахароза, гидролиз сахарозы, крахмал
Здравствуйте.
Тема сегодняшнего урока – «Олиго- и полисахариды».
Молекулы углеводов моносахаридов способны взаимодействовать друг с другом, образуя цепи различной длины. Посмотрим, как это происходит.
Взаимодействие происходит по механизму образования простых эфиров. Известно, что две молекулы спирта, одинаковые или разные, могут взаимодействовать друг с другом с выделением молекулы воды и образованием связи углерод – кислород, который и называется связью в простом эфире. Точно такие же связи возникают между молекулами моносахаридов.
Например, из глюкозы и фруктозы легко образуется дисахарид – сахароза. Две молекулы моносахарида глюкозы взаимодействуют друг с другом в кислой среде, образуя дисахарид – мальтозу. Самый известный из дисахаридов и наиболее распространенный – это сахароза. В ее состав входят два моносахарида: глюкоза в виде 6 членного цикла и фруктоза в виде 5 членного цикла.
В отличие от составляющих ее моносахаридов сахароза не дает характерных реакций, например, для альдегидов. Все остальные свойства ее обычны. Сладкий вкус, растворимость в воде, способность давать карамели.
А почему нет альдегидной реакции?
Потому что, во-первых, глюкоза в сахарозе находится в циклической форме.
Во-вторых, эта циклическая форма стабилизирована эфирной связью между двумя молекулами моносахаридов, поэтому реакции окисления не идут.
Только одна реакция сахарозы не характерна для составляющих ее моносахаридов. Разумеется, эта реакция обратная, т.е. гидролиз дисахарида в кислой среде или под действием ферментов с образованием исходных моносахаридов – глюкозы и фруктозы.
Кроме дисахарида широко распространены полисахариды, которые нам хорошо известны. Это крахмал и целлюлоза. Их формальный состав одинаков, т.е. это полимеры глюкозы. Тем не менее, свойства их существенно различаются.
Крахмал является составной частью очень многих пищевых продуктов. Он входит в состав хлеба, картофеля, всевозможных зерновых продуктов и ряда растений.
Молекула крахмала состоит из остатков a глюкозы. Структурную единицу одного звена можно представить себе следующим образом: крахмал, как полисахарид, способен гидролизоваться с образованием исходного моносахарида. Гидролиз идет либо в кислой среде при нагревании, либо под действием ферментов. Продуктом гидролиза является глюкоза.
В воде крахмал ведет себя специфически. В холодной воде крахмал практически не растворяется, а при нагревании и кипячении способен образовать вязкий раствор, так называемый крахмальный клейстер.
Рассмотрим эту реакцию на примере хорошо известного природного объекта – картофеля. Берем картофелину, разрезаем и на свежий разрез картофеля наносим рисунок йодом. Видно, что коричневатая окраска йода постепенно превращается в несколько иной цвет. В разбавленных водных растворах это синеватый оттенок, на природном объекте это может быть почти черный или серо-черный оттенок. Эта реакция характерна для всех природных продуктов, содержащих крахмал.
На основе этой реакции в химическом анализе используется так называемая йод-крахмальная бумага, которая содержит йодид калия и раствор крахмала.
Сегодня мы разобрали олиго- и полисахариды. На этом наш урок закончен.
Сахароза – органическое соединение, которое является дисахаридом. Его молекула состоит из остатков d-глюкозы и d-фруктозы. Что представляет собой гидролиз сахарозы, и какие вещества образуются в процессе этой реакции?
Общая характеристика сахарозы
Сахароза – вещество, входящее в класс углеводов. Она считается дисахаридом, так как состоит из двух моносахаридов: фруктозы и глюкозы.В естественных условиях она встречается во многих фруктах, овощах и ягодах. Особенно ее много в сахарной свекле и сахарном тростнике. По внешнему виду представляет собой бесцветные кристаллы, которые при плавлении превращаются в карамель. Температура плавления составляет 186 градусов. Сахароза хорошо растворяется в воде и этаноле, но плохо – в метаноле, и совершенно не растворима в диэтиловом эфире.
Рис. 1. Сахароза – бесцветные кристаллы.
Химическая формула сахарозы выглядит следующим образом: С 12 H 22 O 11 .
Рис. 2. Структурная формула сахарозы.
Химическими особенностями сахарозы является то, что она не проявляет восстанавливающих свойств, не проявляет свойств альдегидов и кетонов.
Cахароза имеет несколько названий. Часто это вещество называют свекловичным или тростниковым сахаром.
Гидролиз сахарозы
Гидролиз – химическая реакция, в процессе которой вода реагирует с каким-либо веществом. Уравнение реакции гидролиза сахарозы выглядит следующим образом:
C 6 H 12 O 11 +H 2 O=C 6 H 12 O 6 +C 6 H 12 O 6
– в результате этой химической реакции образуются фруктоза и глюкоза.
Рис. 3. Фруктоза и глюкоза формулы.
Если раствор сахарозы довести до кипения с небольшим количеством серной или соляной кислоты и добавить щелочь, чтобы нейтрализовать кислоту, а потом снова нагреть получившуюся жидкость, то в результате этой реакции образуются молекулы, которые восстанавливают гидроксид меди до оксида меди.
Cкорость реакции гидролиза сахарозы зависит исключительно от концентрации сахарозы в растворе.
Сахароза является важным элементом, обеспечивающим человеческий организм энергией. Также она стимулирует работу мозга, а также защищает внутренние органы от воздействия токсических веществ. Недостаток вещества может очень пагубно сказаться на работе организма и вызвать апатию, раздражительность, упадок сил и депрессию. Однако избыток также может отрицательно сказаться на организме человека. Это может быть вызвано ожирением, кариесом, высоким риском развития диабета.
Что мы узнали?
Сахароза содержится в большинстве растений и во множестве продуктов. Главным продуктом, который является источником сахарозы, служит обычный сахар. При гидролизе (реакции химического вещества с водой) сахарозы образуются фруктоза и глюкоза.
В процессе технологической обработки пищевых продуктов сахара могут подвергаться кислотному и ферментативному гидролизу.
Кислотный гидролиз. Гидролиз дисахаридов происходит при приготовлении сладких блюд (кисели, компоты, запекание яблок), а также при приготовлении кондитерской помадки. Гидролиз сахарозы идет в подкисленной водной среде. Сахароза присоединяет молекулу воды и распадается на равные количества глюкозы и фруктозы:
C12 H22 O11 C6 H12 O6 + C6 H12 O6
гидролиз глюкоза фруктоза
Процесс называется инверсией, а эквимолекулярная смесь моносахаридов – инвертным сахаром. Инвертный сахар обладает специфическими свойствами:
1.Усиливает сладость изделий в растворах сахара малой концентрации.
2.Предохраняет от кристаллизации (засахаривания) концентрированные растворы сахарозы. Ответственна за это фруктоза, которая занимает первое место в ряду сахаров по сладости и очень гигроскопична.
Инверсионная способность кислот не одинакова. Наибольшая – у щавелевой, наименьшая - у уксусной. Промежуточное занимает лимонная и яблочная (в 10-15 раз меньше, чем у щавелевой). Следует отметить, что щавелевая кислота – яд, и в кулинарной практике не используется. Но мы о ней говорим, ибо она содержится в клеточном соке овощей и плодов
наряду с лимонной и яблочной кислотами.
Скорость реакции гидролиза сахарозы пропорциональна концентрации водородных ионов в среде, а степень инверсии сахарозы зависит от вида кислоты, ее концентрации и продолжительности теплового воздействия. На практике это имеет значение при организации технологического процесса. На пример, варка компота из летних сортов яблок. Целесообразно сначала сварить сироп с добавлением лимонной кислоты, а затем положить в него подготовленные яблоки, довести до кипения и охладить.
Ферментативный гидролиз сахарозы и мальтозы имеет место в процессе брожения дрожжевого теста и вначале выпечки продуктов из него, производстве пива, кваса, вин и т. д. Мапльтоза образуются при действии на крахмал амилолитических ферментов. Находяиеся в тесте сахароза и мальтоза под действием ферментов дрожжей подвергаются гидролизу с образованием инвертного саара. Накапливающиеся в процессе глюкоза и фруктоза ферментативным комплексом дрожжей подвергаются глубокому расщеплению с образованием этилорого спорта и углекислого газа. Также может идти молочнокислое брожение при участие молочнокислых бактерий. рН теста сдвигается в кислую сторону.