Сахароза

                                                    Сахароза

Сахароза C12H22O11, 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.

Сахароза, попадая в кишечник, быстро гидролизуется альфа-глюкозидазой тонкой кишки на глюкозу и фруктозу, которые затем всасываются в кровь. Ингибиторы альфа-глюкозидазы, такие, как акарбоза, тормозят расщепление и всасывание сахарозы, а также и других углеводов, гидролизуемых альфа-глюкозидазой, в частности, крахмала. Это используется в лечении сахарного диабета 2-го типа.

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): C12H22O11. 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. ..».