Одним из наиболее известных углеводов является сахароза. Ее используют при приготовлении пищевых продуктов, также она содержится в плодах многих растений.

Этот углевод является одним из основных источников энергии в организме, но его избыток может привести к опасным патологиям. Поэтому стоит ознакомиться с его свойствами и особенностями подробнее.

Физические и химические свойства

Сахароза является органическим соединением, образованным из остатков глюкозы и фруктозы. Оно представляет собой дисахарид. Его формула С12Н22О11. Это вещество имеет кристаллическую форму. У него нет цвета. Вкус вещества – сладкий.

Его отличает превосходная растворимость в воде. Также это соединение можно растворить в метаноле и этаноле. Для плавления этого углевода необходима температура от 160 градусов, в результате этого процесса образуется карамель.

Для образования сахарозы необходима реакция отсоединения молекул воды от простых сахаридов. У нее не проявляются альдегидные и кетоновые свойства. При реакции с гидроксидом меди образует сахараты. Основными изомерами являются лактоза и мальтоза.

Анализируя, из чего состоит это вещество, можно назвать первое, чем отличается сахароза от глюкозы — у сахарозы более сложное строение, и глюкоза является одним из ее элементов.

Кроме этого, можно назвать следующие отличия:

Больше всего сахарозы находится в свекле или тростнике, именно поэтому ее называют свекловичным либо тростниковым сахаром. Второе название глюкозы – виноградный сахар.
Сахарозе присущ более сладкий вкус.
Гликемический индекс у глюкозы выше.
Организм усваивает глюкозу гораздо быстрее, поскольку она является простым углеводом. Для усвоения сахарозы необходимо предварительное ее расщепление.

Эти свойства являются основными различиями двух веществ, у которых достаточно много сходства. Как различить глюкозу и сахарозу способом попроще? Стоит сравнить их цвет. Сахароза – бесцветное соединение, которому присущ незначительный блеск. Глюкоза тоже является кристаллическим веществом, но его цвет – белый.

Биологическая роль

Человеческий организм неспособен к прямому усвоению сахарозы — для этого необходим гидролиз. Соединение переваривается в тонком кишечнике, где из нее высвобождается фруктоза и глюкоза. Именно они в дальнейшем расщепляются, превращаясь в энергию, необходимую для жизнедеятельности. Можно сказать, что основная функция сахара – энергетическая.

Благодаря этому веществу в организме происходят следующие процессы:

выделение АТФ;
поддержание нормы форменных элементов крови;
функционирование нервных клеток;
жизнедеятельность мышечной ткани;
образование гликогена;
поддержание стабильного количества глюкозы (при планомерном расщеплении сахарозы).

Однако несмотря на наличие полезных свойств, этот углевод считается «пустым», поэтому его чрезмерное потребление может вызвать нарушения в работе организма.

Это означает, что его количество в день не должно быть слишком большим. Оптимально оно должно составлять не больше 10-й части от потребляемых калорий. При этом сюда должна входить не только чистая сахароза, но и та, что входит в другие продукты питания.

Полностью исключать это соединение из рациона не следует, поскольку такие действия тоже чреваты последствиями.

На его нехватку указывают такие неприятные явления, как:

депрессивные настроения;
головокружение;
слабость;
повышенная утомляемость;
снижение работоспособности;
апатия;
перепады настроения;
раздражительность;
мигрени;
ослабление когнитивных функций;
выпадение волос;
ломкость ногтей.

Иногда у организма может наблюдаться повышенная потребность в продукте. Такое случается при активной умственной деятельности, поскольку для прохождения нервных импульсов нужна энергия. Также эта потребность возникает, если организм подвергается токсической нагрузке (сахароза в этом случае становится барьером для защиты клеток печени).

Вред сахара

Злоупотребление этим соединением может быть опасно. Это обусловлено образованием свободных радикалов, что происходит при гидролизе. Из-за них ослабевает иммунная система, что приводит к повышению уязвимости организма.

В связи с этим необходимо ограничивать потребление этого вещества, не допуская его чрезмерного накопления.

Природные источники сахарозы

Чтобы контролировать количество потребляемой сахарозы, надо знать, где содержится данное соединение.

Оно входит во многие продукты питания, также широко и ее распространение в природе.

Очень важно учитывать, в каких растениях содержится компонент – это позволит ограничить его употребление до нужной нормы.

Природным источником большого количества этого углевода в жарких странах является сахарный тростник, а в странах с умеренным климатом — сахарная свекла, канадский клен и береза.

Также много вещества содержится в плодах и ягодах:

хурме;
кукурузе;
винограде;
ананасах;
манго;
абрикосах;
мандаринах;
сливах;
персиках;
нектаринах;
моркови;
дыне;
клубнике;
грейпфруте;
бананах;
грушах;
черной смородине;
яблоках;
грецких орехах;
фасоли;
фисташках;
помидорах;
картофеле;
луке;
черешне;
тыкве;
вишне;
крыжовнике;
малине;
зеленом горошке.

Помимо этого, соединение содержат многие сладости (мороженое, конфеты, выпечка) и отдельные виды сухофруктов.

Особенности производства

Получение сахарозы подразумевает промышленное ее извлечение из сахаросодержащих культур. Чтобы продукт соответствовал нормам ГОСТ, необходимо соблюдение технологии.

Она заключается в выполнении следующих действий:

Очищение сахарной свеклы и ее измельчение.
Помещение сырья в диффузоры, после чего через них пропускается горячая вода. Это позволяет вымыть из свеклы до 95% сахарозы.
Обработка раствора с помощью известкового молока. Благодаря этому осаждаются примеси.
Фильтрация и упаривание. Сахар в это время отличается желтоватым цветом из-за красящих веществ.
Растворение в воде и очищение раствора с использованием активированного угля.
Повторное упаривание, результатом которого и становится получение белого сахара.

После этого вещество кристаллизуют и расфасовывают в упаковки для продажи.

Видеоматериал о производстве сахара:

Область применения

Поскольку у сахарозы немало ценных особенностей, ее широко применяют.

Основными сферами ее использования можно назвать:

Также продукт находит применение в косметологии, сельском хозяйстве, при производстве бытовой химии.

Как сахароза влияет на человеческий организм?

Этот аспект является одним из наиболее важных. Многие люди стремятся понять, стоит ли использовать вещество и средства с его добавлением в повседневной жизни. Информация о наличии у него вредных свойств широко распространилась. Тем не менее нельзя забывать и о положительном влиянии продукта.

Наиболее важное действие соединения – снабжение организма энергией. Благодаря ему все органы и системы могут исправно функционировать, а человек при этом не испытывает утомления. Под влиянием сахарозы активируется нейронная деятельность, повышается способность сопротивления токсическим воздействиям. За счет этого вещества осуществляется деятельность нервов и мускулов.

При недостатке этого продукта самочувствие человека стремительно ухудшается, у него снижается работоспособность и настроение, появляются признаки переутомления.

Нельзя забывать и о возможном негативном воздействии сахара. При его повышенном содержании у человека могут развиться многочисленные патологии.

Среди наиболее вероятных называют:

сахарный диабет;
кариес;
пародонтоз;
кандидоз;
воспалительные болезни ротовой полости;
ожирение;
зуд в области половых органов.

В связи с этим необходимо следить за количеством потребляемой сахарозы. При этом нужно учитывать потребности организма. В некоторых обстоятельствах необходимость в этом веществе увеличивается, и на это нужно обращать внимание.

Видеоматериал о пользе и вреде сахара:

Также следует помнить об ограничениях. Непереносимость этого соединения – редкое явление. Но если оно обнаружено, то это означает полное исключение данного продукта из рациона.

Еще одним ограничением является сахарный диабет. Можно ли при сахарном диабете употреблять сахарозу – лучше спросить у врача. На это влияют разные особенности: клиническая картина, симптоматика, индивидуальные свойства организма, возраст пациента и пр.

Специалист может полностью запретить употребление сахара, поскольку он увеличивает концентрацию глюкозы, провоцируя ухудшения. Исключением становятся случаи гипогликемии, для нейтрализации которых нередко используют сахарозу или продукты с ее содержанием.

В остальных ситуациях предполагается замена данного соединения подсластителями, не повышающими уровня глюкозы в крови. Иногда запрет на использование этого вещества нестрогий, и диабетику разрешается время от времени употребить желанный продукт.

Вопрос 1. Сахароза. Её строение, свойства, получение и применение.

Ответ. Опытным путём доказано, что молекулярная форма сахарозы

– C 12 H 22 O 11 . Молекула содержит гидроксильные группы и состоит из взаимно связанных остатков молекул глюкозы и фруктозы.

Физические свойства

Чистая сахарозы – бесцветное кристаллическое вещество сладкого вкуса, хорошо растворимое в воде.

Химические свойства:

1. Подвергается гидролизу:

C 12 H 22 O 11 + H2O C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6

2.Сахароза – невосстанавливающий сахар. Она не даёт реакции «серебряного зеркала», а с гидроксидом меди (II) взаимодействует как многоатомный спирт, не восстанавливая Cu (II) до Cu (I).

Нахождение в природе

Сахарозы входит в состав сока сахарной свеклы (16-20 %) и сахарного тростника (14-26%). В небольших количествах она содержится вместе с глюкозой в плодах и листьях многих зелёных растений.

Получение:

1. Сахарную свекл или сахарный тростник превращают в тонкую стружку и помещают в диффузоры, через которые пропускают горячую воду.

2. Полученный раствор обрабатывают известковым молоком, образуется растворимый сахарат кальция алкоголятов.

3. Для разложения сахарата кальция и нейтрализации избытка гидроксида кальция через раствор пропускают оксид углерода (IV):

C 12 H 22 O 11 CaO 2H 2 + CO 2 = C 12 H 22 O 11 + CaCO 3 + 2H 2 O

4.Полученный после осаждения карбоната кальция раствор фильтруют затем упаривают в вакуумных аппаратах и кристаллики сахара отделяют центрифугированием.

5. Выделенный сахарный песок обычно имеет желтоватый цвет, так как содержит красящие вещества. Для их отделения сахарозу растворяют в воде и пропускают через активированный уголь.

Применение:

Сахароза в основном используется в качестве продукта питания и в кондитерской отрасли промышленности. Путём гидролиза из неё получают искусственный мёд.

Вопрос 2. Особенности размещения электронов в атомах элементов малых и больших периодов. Состояния электронов в атомах.

Ответ. Атом – химически неделимая, электронейтральная частица вещества. Атом состоит из ядра и движущихся по определённым орбиталям вокруг него электронов. Атомная орбиталь – область пространства вокруг ядра, в пределах которой наиболее вероятно нахождение электрона. Орбитали называют также электронными облаками. Каждой орбитали отвечает определённая энергия а также форма и размер электронного облака. Группа орбиталей, для которых значение энергии оказываются близкими, относят к одному энергетическому уровню. На энергетическом уровне не может находится более 2n 2 электронов, где n – номер уровня.

Виды электронных облаков: шаровой формы - s-электроны, одна орбиталь на каждом энергетическом уровне; гантелеобразной формы – p-электроны, три орбитали p x , p y ,p z ; в форме напоминающей две перекрещенные гантеи, - d- электроны, пять орбиталей d xy , d xz , d yz , d 2 z , d 2 x – d 2 y .

Распределение электронов по энергетическим уровням отражает электронная конфигурация элемента.

Правила заполнения электронами энергетических уровней и

подуровней.

1.Заполнение каждого уровня начинается с s- электронов, далее происходит заполнение электронами p-, d- и f- энергетических уровней.

2.Число электронов в атоме равно его порядковому номеру.

3. Число энергетических уровней соответствует номеру периода, в котором находится элемент.

4. максимальное число электронов на энергетическом уровне определяется по формуле

Где n- номер уровня.

5. Общее число электронов на атомных орбиталях одного энергетического уровня.

Например, алюминий, заряд ядра равен +13

Распределение электронов по энергетическим уровням – 2,8,3.

Электронная конфигурация

13 Al:1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 .

В атомах некоторых элементов наблюдается явление проскока электронов.

Например, у хрома электроны с 4s-подуровня перескакивают на 3d- подуровень:

24 Cr 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3d 5 3d 5 4s 1 .

Электрон переходит с 4s- подуровня на 3d, потому что конфигурация 3d 5 и 3d 10 являются более энергетически выгодными. Электрон занимает положение, в котором его энергия минимальная.

Заполнение электронами энергетического f-подуровня происходит у элемента 57La -71 Lu.

Вопрос 3. Распознать вещества KOH,HNO 3 ,K 2 CO 3 .

Ответ: KOH + фенолфталиен → малиновая окраска раствора;

NHO 3 + лакмус → красная окраска раствора,

K 2 CO 3 + H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + H 2 0 +CO 2

Билет № 20

Вопрос 1. Генетическая связь органических соединений различных классов.

Ответ: Схема цепочки химических превращений:

C 2 H 2 → C 2 H 4 →C 2 H 6 →C 2 H 5 Cl→C 2 H 5 OH→CH 3 CHO→CH 3 COOH

C 6 H 6 C 2 H 5 OH CH 2 =CH-CH=CH 2 CH 3 COOC 2 H 5

C 6 H 5 Cl CH 3 O-C 2 H 5 C 4 H 10

C 2 H 2 + H 2 = C 2 H 4 ,

алкин алкен

C 2 H 4 + H 2 = C 2 H 6 ,

алкен алкан

C 2 H 6 + Cl 2 = C 2 H 5 Cl + HCl,

C 2 H 5 Cl + NaOH = C 2 H 5 OH + NaCl,

хлоралкан спирт

С 2 H 5 OH + 1/2O 2 CH 3 CHO + H 2 O,

спирт альдегид

CH 3 CHO + 2Cu(OH) 2 = CH 3 COOH + 2CuOH + H 2 O,

C 2 H 4 + H 2 O C 2 H 5 OH,

алкен спирт

C 2 H 5 OH + CH 3 OH = CH 3 O-C 2 H 5 + H 2 O,

спирт спирт простой эфир

3С 2 H 2 С 6 Н 6 ,

алкин арен

C 6 H 6 + Cl 2 = C 6 H 5 Cl + HCl,

C 6 H 5 Cl + NaOH = C 6 H 5 OH + NaCl,

C 6 H 5 OH + 3Br 2 = C 6 H 2 Br 3 OH + 3HBr;

2С 2 H 5 OH = CH 2 = CH-CH = CH 2 + 2H 2 O + H 2 ,

спирт диен

CH 2 = CH-CH = CH 2 + 2H 2 = C 4 H 10 .

диен алкан

Алканы- углеводороды с общей формулой С n H 2 n +2 , которые не присоединяют водород и другие элементы.

Алкены- углеводороды с общей формулой С n H 2 n , в молекулах которых между атомами углерода имеется одна двойная связь.

К диеновым углеводородам относят органические соединения с общей формулой С n H 2 n -2 , в молекулах которых имеются две двойные связи.

Углеводороды с общей формулой С n H 2 n -2 , в молекулах которых имеется одна тройная связь, относят к ряду ацетилена и называют алкинами.

Соединения углерода с водородом, в молекулах которых имеется бензольное кольцо, относят к ароматическим углеводородам.

Спиртами называются производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода замещены гидроксильными группами.

К фенолам относят производные ароматических углеводородов, в молекулах которых гидроксильные группы связаны с бензольным ядром.

Альдегиды- органические вещества, содержащие функциональную группу- СНО (альдегидную группу).

Карбоновые кислоты- это органические вещества, молекулы которых содержат одну или несколько карбоксильных групп, соединенных с углеводородным радикалом или атомом водорода.

К сложным эфирам относятся органические вещества, которые образуются в реакциях кислот со спиртами и содержат группу атомов С(О)-О-С.

Вопрос 2. Типы кристаллических решеток. Характеристика веществ с различными типами кристаллических решеток.

Ответ. Кристаллическая решетка – пространственное, упорядоченное взаиморасположением частиц вещества, имеющее однозначный, распознаваемый мотив.

В зависимости от вида частиц, расположенных в узлах решетки, различают: ионные (ИКР), атомные (АКР), молекулярные (МКР), металлические (Мет. КР), кристаллические решетки.

МКР – в узлах находится молекула. Примеры: лед, сероводород, аммиак, кислород, азот в твердом состоянии. Силы, действующие между молекулами, сравнительно слабые, поэтому вещества имеют малую твердость, низкие температуры кипения и плавления, плохую растворимость в воде. В обычных условиях это газы или жидкости (азот, пероксид водорода, твердый CO 2). Вещества с МКР относятся к диэлектрикам.

АКР- в узлах атомы. Примеры: бор, углерод (алмаз), кремний, германий. Атомы соединены прочными ковалентными связями, поэтому для веществ характерны высокие температуры кипения и плавления, высокая прочность и твердость. Большинство таких веществ не растворимо в воде.

ИКР – в узлах катионы и анионы. Примеры: NaCl, KF, LiBr. Такой тип решетки имеется у соединений с ионным типом связи (металл-неметалл). Вещества тугоплавкие, малолетучие, сравнительно прочные, хорошие проводники электрического тока, хорошо растворимы в воде.

Мет. КР – решетка веществ, состоящих только из атомов металла. Примеры: Na, K, Al, Zn, Pb и т.д. Агрегатное состояние твердое, нерастворимо в воде. Кроме щелочных и щелочно-земельных металлов, проводники электрического тока, температуры кипения и плавления колеблются от средних до очень высоких.

Вопрос 3. Задача. Для сжигания 70 г серы взяли 30 л кислорода. Определить объем и количество вещества, образовавшегося сернистого газа.

Дано: Найти:

m(S) = 70 г, V(SO 2) = ?

V(O 2) = 30 л. v(SO 2) = ?

Решение:

m=70 г V= 30 л x л

S + O 2 = SO 2 .

v: 1 моль 1 моль 1 моль

M: 32 г/моль -- --

V: -- 22,4 л 22, 4 л

V(O 2) теор. = 70 * 22,4/32 =49 л (O 2 в недостатке, расчет по нему).

Поскольку V(SO 2) = V(O 2), то V(SO 2) = 30 л.

v(SO 2) = 30/22,4 = 1,34 моль.

Ответ. V(SO 2) = 30 л, v = 1,34 моль.

Химические свойства сахарозы

В растворе сахарозы не происходит раскрытие циклов, поэтому она не обладает свойствами альдегидов.

1) Гидролиз (в кислотной среде):

C 12 H 22 O 11 + H 2 O → C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6 .

сахароза глюкоза фруктоза

2) Являясь многоатомным спиртом, сахароза дает синее окрашивание раствора при реакции с Cu(OH) 2 .

3) Взаимодействие с гидроксидом кальция с образованием сахарата кальция.

4) Сахароза не реагирует с аммиачным раствором оксида серебра, поэтому ее называют невосстанавливающим дисахаридом.

Полисахариды.

Полисахариды – высокомолекулярные несахароподобные углеводы, содержащие от десяти до сотен тысяч остатков моносахаридов (обычно гексоз), связанных гликозидными связями.

Важнейшие из полисахаридов – это крахмал и целлюлоза (клетчатка). Они построены из остатков глюкозы. Общая формула этих полисахаридов (C 6 H 10 O 5) n . В образовании молекул полисахаридов обычно принимает участие гликозидный (при С 1 -атоме) и спиртовой (при С 4 -атоме) гидроксилы, т.е. образуется (1–4) -гликозидная связь.

С точки зрения общих принципов строения полисахариды можно разделить на две группы, а именно: на гомополисахариды, состоящие из моносахаридных единиц только одного типа, и гетерополисахариды, для которых характерно наличие двух или более типов мономерных звеньев.

С точки зрения функционального назначения полисахариды также могут быть разделены на две группы: структурные и резервные полисахариды. Важными структурными полисахаридами являются целлюлоза и хитин(у растений и животных, а также у грибов, соответственно), а главные резервные полисахариды - гликоген и крахмал (у животных, а также у грибов, и растений соответственно). Здесь будут рассмотрены только гомополисахариды.

Целлюлоза (клетчатка) − наиболее широко распространенный структурный полисахарид растительного мира.

Главная составная часть растительной клетки, синтезируется в растениях (в древесине до 60% целлюлозы). Целлюлоза обладает большой механической прочностью и исполняет роль опорного материала растений. Древесина содержит 50-70% целлюлозы, хлопок представляет собой почти чистую целлюлозу.

Чистая целлюлоза – белое волокнистое вещество, без вкуса и запаха, нерастворимое в воде и в других растворителях.

Молекулы целлюлозы имеют линейное строение и большую молекулярную массу, состоят только из неразветвленных молекул в виде нитей, т.к. форма остатков β-глюкозы исключает спирализацию.. Целлюлоза состоит из нитевидных молекул, которые водородными связями гидроксильных групп внутри цепи, а также между соседними цепями собраны в пучки. Именно такая упаковка цепей обеспечивает высокую механическую прочность, волокнистость, нерастворимость в воде и химическую инертность, что делает целлюлозу идеальным материалом для построения клеточных стенок.

Целлюлоза состоит из остатков α,D-глюкопиранозы в их β-пиранозной форме, т. е. в молекуле целлюлозы β-глюкопиранозные мономерные единицы линейно соединены между собой β-1,4-глюкозидными связями:

При частичном гидролизе целлюлозы образуется дисахарид целлобиоза, а при полном гидролизе - D-глюкоза. Молекулярная масса целлюлозы 1 000 000−2 000 000. Клетчатка не переваривается ферментами желудочно-кишечного тракта, так как набор этих ферментов желудочно-кишечного тракта человека не содержит β-глюкозидазу. Вместе с тем известно, что присутствие оптимальных количеств клетчатки в пище способствует формированию кала. При полном исключении клетчатки из пищи нарушается формирование каловых масс.

Крахмал − полимер такого же состава, что и целлюлоза, но с элементарным звеном, представляющим собой остаток α-глюкозы:

Молекулы крахмала свернуты в спираль, большая часть молекул разветвлена. Молекулярная масса крахмала меньше молекулярной массы целлюлозы.

Крахмал – это аморфное вещество, белый порошок, состоящий из мелких зерен, не растворимый в холодной воде, но частично растворимое в горячей.

Крахмал представляет собой смесь двух гомополисахаридов: линейного - амилозы и разветвленного - амилопектина, общая формула которых (С 6 Н 10 O 5) n .

При обработке крахмала теплой водой удается выделить две фракции: фракцию, растворимую в теплой воде и состоящую из полисахарида амилозы, и фракцию, лишь набухающую в теплой воде с образованием клейстера и состоящую из полисахарида амилопектина.

Амилоза имеет линейное строение, α, D- глюкопиранозные остатки связаны (1–4) -гликозидными связями. Элементная ячейка амилозы (и крахмала вообще) представляется следующим образом:

Молекула амилопектина построена подобным образом, однако имеет в цепи разветвления, что создает пространственную структуру. В точках разветвления остатки моносахаридов связаны (1–6) -гликозидными связями. Между точками разветвления располагаются обычно 20-25 глюкозных остатков.

(амилопектин)

Как правило, содержание амилозы в крахмале составляет 10-30%, амилопектина - 70-90%. Полисахариды крахмала построены из остатков глюкозы, соединенных в амилозе и в линейных цепях амилопектина α-1,4-глюкозидными связями, а в точках ветвления амилопектина - межцепочечными α-1,6-глюкозидными связями.

В молекуле амилозы связано в среднем около 1000 остатков глюкозы, отдельные линейные участки молекулы амилопектина состоят из 20-30 таких единиц.

В воде амилоза не дает истинного раствора. Цепочка амилозы в воде образует гидратированные мицеллы. В растворе при добавлении йода амилоза окрашивается в синий цвет. Амилопектин также дает мицеллярные растворы, но форма мицелл несколько иная. Полисахарид амилопектин окрашивается йодом в красно-фиолетовый цвет.

Крахмал имеет молекулярную массу 10 6 -10 7 . При частичном кислотном гидролизе крахмала образуются полисахариды меньшей степени полимеризации - декстрины, при полном гидролизе - глюкоза. Крахмал является наиболее важным для человека пищевым углеводом. Крахмал образуется в растениях при фотосинтезе и откладывается в виде "резервного" углевода в корнях, клубнях и семенах. Например, зерна риса, пшеницы, ржы и других злаков содержат 60-80% крахмала, клубни картофеля – 15-20%. Родственную роль в животном мире выполняет полисахарид гликоген, "запасающийся", в основном, в печени.

Гликоген − главный резервный полисахарид высших животных и человека, построенный из остатков α-D-глюкозы. Эмпирическая формула гликогена, как и крахмала (С 6 Н 10 O 5) n . Гликоген содержится практически во всех органах и тканях животных и человека; наибольшее количество его находится в печени и мышцах. Молекулярная масса гликогена 10 7 -10 9 и выше. Его молекула построена из ветвящихся полиглюкозидных цепей, в которых остатки глюкозы соединены α-1,4-глюкозидными связями. В точках ветвления имеются α-1,6-глюкозидные связи. Гликоген по своему строению близок к амилопектину.

В молекуле гликогена различают внутренние ветви - участки полиглюкозидных цепей между точками ветвления, и наружные ветви - участки от периферической точки ветвления до нередуцирующего конца цепи. При гидролизе гликоген, подобно крахмалу, расщепляется с образованием сначала декстринов, затем мальтозы и, наконец, глюкозы.

Хитин − структурный полисахарид низших растений, в особенности грибов, а также беспозвоночных животных (главным образом членистоногих). Хитин состоит из остатков 2-ацетамидо-2-дезокси-D-глюкозы, связанных между собой β-1,4-глюкозидными связями.

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.

Таблица № 1 «Источники сахарозы»

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.

Физические свойства

Чистая сахароза -- бесцветное кристаллическое вещество сладкого вкуса, хорошо растворимое в воде.

Химические свойства

Главным свойством дисахаридов, отличающим их от моносахаридов, является способность к гидролизу в кислой среде (или под действием ферментов в организме):

С 12 Н 22 О 11 +Н2О> С 6 Н 12 О 6 + С 6 Н 12 О 6

Сахароза глюкоза фруктоза

Образовавшуюся в процессе гидролиза глюкозу можно обнаружить реакцией «серебряного зеркала» или при взаимодействии ее с гидроксидом меди (II).

Получение сахарозы

Сахарозу C 12 H 22 O 11 (сахар) получают в основном из сахарной свеклы и сахарного тростника. При производстве сахарозы не происходят химические превращения, ибо она уже имеется в природных продуктах. Ее лишь выделяют из этих продуктов по возможности в более чистом виде.

Процесс выделения сахарозы из сахарной свеклы:

Очищенную сахарную свеклу в механических свеклорезках превращают в тонкую стружку и помещают ее в специальные сосуды -- диффузоры, через которые пропускают горячую воду. В результате из свеклы вымывается почти вся сахароза, но вместе с ней в раствор переходят различные кислоты, белки и красящие вещества, которые требуется отделить от сахарозы.

Образовавшийся в диффузорах раствор обрабатывают известковым молоком.

С 12 Н 22 О 11 +Ca(OH) 2 > С 12 Н 22 О 11 2CaO H 2 O

Гидроксид кальция реагирует с содержащимися в растворе кислотами. Так как кальциевые соли большинства органических кислот малорастворимы, то они выпадают в осадок. Сахароза же с гидроксидом кальция образует растворимый сахарат типа алкоголятов - С 12 Н 22 О 11 2CaO H 2 O

3. Чтобы разложить образовавшийся сахарат кальция и нейтрализовать избыток гидроксида кальция, через их раствор пропускают оксид углерода (IV). В результате кальций осаждается в виде карбоната:

С 12 Н 22 О 11 2CaO H 2 O + 2СО 2 > С 12 Н 22 О 11 + 2CaСO 3 v 2Н 2 О

4. Полученный после осаждения карбоната кальция раствор фильтруют, затем упаривают в вакуумных аппаратах и кристаллики сахара отделяют центрифугированием.

Однако выделить весь сахар из раствора не удается. Остается бурый раствор (меласса), который содержит еще до 50% сахарозы. Мелассу используют для получения лимонной кислоты и некоторых других продуктов.

5. Выделенный сахарный песок обычно имеет желтоватый цвет, так как содержит красящие вещества. Чтобы их отделить, сахарозу вновь растворяют в воде и полученный раствор пропускают через активированный уголь. Затем раствор снова упаривают и подвергают кристаллизации. (см. приложение 2)

Применение сахарозы

Сахароза в основном используется в качестве продукта питания и в кондитерской промышленности. Путем гидролиза из нее получают искусственный мед.

Нахождение в природе и организме человека

Сахароза входит в состав сока сахарной свеклы (16 -- 20%) и сахарного тростника (14 -- 26%). В небольших количествах она содержится вместе с глюкозой в плодах и листьях многих зеленых растений.