МИНИСТЕРСТВО НАУКИ и ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ
ХАРЬКОВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Им. В.Н. КАРАЗИНА
Реферат на тему
«Проблема сахара и пути ее разрешения»
Выполнила:
Студентка 5-го курса
Дневного отделения
ХАРЬКОВ
Сахара представляют собой обильный источник энергии, которую человек получает в виде пищевых продуктов. По сладости сахара неравноценны, располагаясь по убыванию сладости с следующем порядке: фруктоза, сахароза, глюкоз0а. Если принять сладость глюкозы за 100, то соответственно для сахарозы она выражается 200 и для фруктозы 220.
Простые сахара (глюкоза, фруктоза) не нуждаются в переваривании и легко абсорбируются из ЖКТ прямо в кровь. Центральное положение в углеводном обмене животного организма занимает глюкоза. Из нее образуется углевод гликоген, являющийся главным источником энергии для мышечной работы и запасным веществом, отлагающимся в печени. Фруктоза, поступившая в живой организм, очень быстро превращается в глюкозу. Весь обмен глюкозы в животном организме регулируется гормоном поджелудочной железы – инсулином. Большая часть глюкозы, доставленной кровью, окисляется в мышцах и дает энергию для работы организму. Избыток глюкозы накапливается в виде гликогена. Легкой усвояемостью в организме характеризуется только простые сахара. Сахароза же предварительно разлагается в кишечнике под влиянием фермента сахарозы, и только образовавшиеся из нее глюкоза и фруктоза поступают в кровь.
Главным источником сахара является сахарный тростник для стран с тропическим климатом и сахарная свекла для стран с умеренным климатом.
Однако сахарный тростник и сахарная свекла не единственные источники сахаров.
Фруктозу получают гидролитическим путем из инулина. В США инулин добывают из белого иерусалимского артишока, используют сахарный клен в качестве дополнительного источника, получая из него сахар ежегодной подсечкой деревьев.
Кленовый сахар обладает специфическим приятным вкусом и ароматом и употребляется в связи с этим только непосредственно в пищу.
Другим обильным источником сахаров в питании человека является потребление овощей и фруктов, Потребление плодов как в свежем виде, так и в виде консервов, компотов, варений, сушеных фруктов и т. п. является значительным дополнением к сахару, получаемом в виде чистого продукта.
На свойстве сахаров сбраживаться дрожжами с образованием этилового спирта построена винодельческая промышленность. Основным сырьем для переработки является виноград, но, кроме того, используются и другие плоды для изготовления плодово-ягодных напитков.
Для промышленных целей также используется свойство сахаров сбраживаться при воздействии других микробов с образованием конечных продуктов – уксусной и лимонной кислот. Для целей питания используется способность сахаров к молочнокислому брожению (на этом основано квашение капусты, огурцов).
ОСОБЕННОСТИ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И СВОЙСТВА САХАРОВ
Сахара являются составной частью обширного класса углеводов, который делится на: 1)моносахара, или монозы – кристаллизующиеся вещества, сладкие на вкус, легко растворимые в воде, труднее – в спирте, и 2) полисахариды, или полиозы. Последние разделяются на: а) сахароподобные кристаллические полисахариды, или олигосахариды, и б) несахароподобные высшие углеводы. Сахара широко распространены в природе как в растениях, так и в животном организме. В растениях они встречаются в свободном состоянии (глюкоза, фруктоза), входят в состав полисахаридов – сахарозы, крахмала, гаемицеллюлоз (вещества клеточных стенок), целлюлозы. Кроме того, они входят в состав всевозможных глюкозидов, широко распространенных в растениях (красящие вещества цветков и ягод, дубильных веществ – таннинов, в состав сложных белков).
В зависимости от числа углеродных атомов в молекуле среди простых сахаров (моносахаров) различаются триозы, тетрозы, пептозы и гексозы. Из них в природе встречаются чаще две последние группы – пентозы и гексозы. Пентозы в свободном состоянии в растениях не встречаются, входя в состав полисахаридов. Гексозы встречаются и в свободном виде и в составе других веществ.
Большинство природных углеводов обладает оптической активностью – способностью вращать плоскость поляризации проходящего через них луча света на тот или иной угол вправо (по часовой стрелке) или влево (против часовой стрелки).
Так удельное вращение d-глюкозы [a]D20 =52,5o, удельное вращение d-фруктозы [a]D20 = -93o , удельное вращение сахарозы +66,5о. При вычислении удельного вращения учитываются температура и концентрация раствора, длина волны применявшегося света и т. п. Благодаря этому удельное вращение представляет совершенно определенную характерную для данного вещества физическую константу, служащую для идентифицирования вещества и для суждения о степени его чистоты. Особенное значение удельное вращение имеет для углеводов, так как для них нехарактерны многие другие свойства, такие как температуры плавления и кипения, вследствие того что они не перегоняются без разложения даже в высоком вакууме. Способность углеводов вращать плоскость поляризации используется для количественного определения их в растворе при помощи поляриметра. Поляриметрическое определение сахара широко применяется в свеклосахарном производстве.
Сахара в природе встречаются обычно в виде лишь одного антипода, например, глюкоза только в форме d-глюкозы. Остальные изомеры можно получить синтетически.
Все гексозы имеют общую формулу С6Н12О6 и являются альдегидо-(глюкоза) или кетоно-(фруктоза) спиртами, имея в своем составе одну альдегидную или кетонную группу и несколько гидроксильных групп.
Благодаря присутствию альдегидной или кетонной группы моносахара являются сильными восстановителями, - выделяют серебро из аммиачного раствора азотнокислого серебра, восстанавливают в щелочном растворе окисную медь и т. п.
В современной органической химии является доказанным и общепризнанным циклическое строение сахаров, при котором альдегидные свойства сахара оказываются в скрытом состоянии.
Обыкновенным прочным моносахаридам приписывается 6-членное кольцо, а нестойким производным их и моносахарам, входящим в состав молекул сложных сахаров, - пятичленное.
Циклическая форма образуется благодаря тому, что кислород карбонильной группы присоединяет воду и дает два гидроксила ОН, из которых один остается в молекуле в этом виде, другой реагирует с одной из спиртовых групп сахара и образует кислородный мостик. Кислородный мостик может соединять первый углеродный атом с четвертым или с пятым, и в соответствии с этим сахара рассматриваются как производные фурана (фуранозы, с пятичленным кольцом) или пирана (пиранозы, с шестичленным кольцом).
Таким образом появляется пятый асимметрический атом углерода и соответственно этому увеличивается число стереоизомеров.
Из гексоз в растениях встречаются альдогеексозы – глюкоза, манноза и галактоза, и кетозы –фруктоза и сорбоза. Из них широко распространены глюкоза и фруктоза, особенно глюкоза.
Описываются эти сахара под различными названиями. Так, глюкоза имеет еще такие обозначения – декстроза (правовращающая), виноградный сахар. Фруктоза – левулеза, фруктовый сахар. Смесь их называется инвертным сахаром. Обычно в таблицах в литературе, если они не приводятся раздельно, то помещаются в рубрике «моносахара», или «редуцирующие сахара», или «инвертный сахар»
Глюкоза находится почти во всех органах растений – в плодах, листьях, цветах и корнях. Она входит в состав важнейших полисахаридов – крахмала, целлюлозы, также в состав большинства глюкозидов. Технически глюкозу получают при гидролизе крахмала разбавленной серной кислотой.
Глюкоза менее сладка, чем сахароза или фруктоза. Самый сладкий сахар фруктоза.
Манноза менее распространена, встречается в апельсинной корке, в скорлупе каменного ореха. Технически получается гидролизом каменного ореха.
Фруктоза встречается наряду с глюкозой во многих плодах, вместе с глюкозой входит в состав сахарозы.
Инулин состоит только из фруктозы, без примеси глюкозы (инулина много в клубнях земляной груши, георгина, в корнях цикория).
Из кетогексоз следует упомянуть еще сорбозу, входящую в состав ягод рябины. Сорбоза используется в качестве исходного вещества при синтезе витамина С (аскорбиновой кислоты). Галактоза в свободном состоянии в растениях не встречается. Входит в состав галактанов семян разных растений.
Пентозы в свободном состоянии в растениях встречаются в очень малых количествах и распространены как составная часть полисахаридов. Арабиноза – в вишневом клее, ксилоза – в древесине, в оболочках семян. Метилпентоза рамноза входит в состав многих глюкозидов, пектинов.
Из дисахаридов общей формулы С12Н22О11 в растениях в свободном состоянии распространена исключительно широко сахароза. Другой дисахарид мальтоза – солодовый сахар входит в состав крахмала, из которого и получается при гидролизе. Является промежуточным продуктом усвоения хлеба, овощей и других крахмалистых материалов в процессе пищеварения.
В молекулу мальтозы входят 2 частицы глюкозы, соединенные таким образом, что альдегидная группа одной глюкозы остается свободной. Поэтому мальтоза дает все реакции, характерные для альдегидосахаров. Она менее сладка, чем сахароза, и применяется в диетах, когда требуется менее сладкий сахар.
Целлобиоза также состоит из двух частиц глюкозы и получается при неполном гидролизе целлюлозы. Также восстанавливает фелингову жидкость. Почти совсем несладкая.
Сахароза – тростниковый или свекловичный сахар – состоит из одной частицы фруктозы и одной – глюкозы.
На содержание сахаров в растении может влиять:
1) Сорт растения;
2) Вид растения;
3) Времена года;
4) Интенсивность освещения, спектральный состав света, доля фотосинтетически активной радиации и т.д.;
5) Климатические условия;
6) Водный режим;
7) Количество минеральных веществ в почве;
8) Аллелопатические вещества других растений и др.