На основе фруктозы получают различные патоки, искусственный мед, начинки, напитки, мороженое, консервы. Создана смесь фруктозы и витамина С - фруктовит, 40 г которого заменяют почти 70 г сахарозы.

Итак, в ходе эксперимента мы выяснили, что фруктоза – это изомер глюкозы, содержится вместе с глюкозой в сладких плодах и меде. Она слаще глюкозы и сахарозы.

Из гексоз наибольшее значение имеют глюкоза (виноградный сахар) и фруктоза (фруктовый сахар). Глюкоза - представитель альдоз, фруктоза - кетоз. Глюкоза и фруктоза - изомеры (имеют одну и ту же молекулярную формулу, но различное строение).

Молекулы глюкозы

Обычно для изображения изомеров моноз используют проекционные формулы Фишера. Этот метод позволяет представить различное положение атомов водорода и гидроксильных групп в пространстве относительно углеродной цепи. Молекулы глюкозы и фруктозы при таком изображении имеют следующий вид:

Рис. 6. Молекулы глюкозы и фруктозы

Физические свойства фруктозы:

Фруктоза образует безводные кристаллы в виде игл, температура плавления 102-105 °С. Молекулярный вес 180,16; удельный вес 1,60 г/см3; калорийная ценность примерно та же, что и у других сахаров, т.е. около 4 ккал на 1 г. Фруктозе свойственна некоторая гигроскопичность.

Концентрированные растворы  фруктозы сохраняют влагу.

Мы выяснили, что фруктоза легко растворима в воде и спирте. При 20°С насыщенный раствор фруктозы имеет концентрацию в 78,9%, насыщенный раствор сахарозы – 67,1%, а насыщенный раствор глюкозы – только 47,2%. Фруктоза имеет левовращающее влияние на поляризованный свет (откуда одно из названий «левулоза»); удельное вращение – 930. Вязкость растворов фруктозы ниже вязкости растворов сахарозы и глюкозы.

Химические свойства фруктозы:

С химической точки зрения фруктоза ведет себя в принципе, как нормальный редуцирующий сахар. Типичная реакция с аминогруппами, известная под названием реакции Майяра, протекает сравнительно активно. Фруктоза, подобно глюкозе, преобразуется при нагревании с кислотами.

Органолептические свойства фруктозы:

В зависимости от условий, фруктоза может быть Вв 1,5 –1,8 раз слаще сахарозы. В слабокислотном растворе, при температуре ниже 100°С, фруктоза почти в два раза слаще сахарозы. В более теплом растворе разница меньше, примерно 1,2. Относительная сладость разных сладких веществ:

Фруктоза  120-175

Сахароза, ксилит 100

Глюкоза  70

Сорбит  50-60

Маннит   40-50

Мальтоза  30

Лактоза  15

Так как фруктоза имеет еще приятный сладкий вкус, при ее применении количество необходимого сахара можно понизить на 30-50%. Это имеет решающее значение, когда речь идет о разных диетических и малокалорийных изделиях, при изготовлении которых фруктозой можно заменить искусственные сладкие вещества, часто оказывающие, по данным исследователей, отрицательное влияние на здоровье.

 Фруктоза обладает свойствами усиления определенных ароматов, в частности ягод и фруктов. По вкусу фруктоза не отличается от обыкновенного сахара и не имеет какого-либо привкуса.

Свойства фруктозы в пищевых продуктах:

Напитки.

Сахар добавляют в напитки лишь в целях подслащивания. Поэтому сахарозу в них можно легко заменить другими средствами подслащивания. Установлено, что особенно на так называемую относительную сладость фруктозы влияют кислота и температура напитка, а также употребляемая концентрация сахара. В слабокислых напитках сладость фруктозы сильнее, чем сладость того же количества сахарозы, а в кислых напитках значительной разницы не наблюдается. Фруктоза слаще в высоких концентрациях, чем в низких.

В горячие напитки фруктозы надо добавлять больше, чем сахарозы , поскольку степень сладости фруктозы снижается при повышении температуры раствора.

Смеси фруктозы и сахарина, а также фруктозы и цикламата, можно успешно применять в качестве малокалорийных подслащивающих средств. Когда лимонный прохладительный напиток подслащивается смесью фруктозы и сорбита, получается напиток , в котором не ощущается горький привкус сахарина. Калорийность такого напитка на 65% ниже калорийности сахарного напитка. В напитках – кола требуется меньше смеси фруктозы и сахарина, для того, чтобы достичь той же степени сладости, что отмечается в напитке, содержащем 10% сахарозы.

Такие напитки может включить в свою диету и больным сахарным диабетом. Идеальной считается смесь из сладких веществ половина которой состоит из калорийных средств подслащивания, а половина из синтетических.

Хлебобулочные изделия.

Влияние фруктозы на качественные свойства разнообразных кексов исследовано многими авторами. Если фруктозу добавляют в тесто в том же количестве, что и сахарозу, кекс на фруктозе всегда получается меньше по объему, чем кекс на сахарозе. Температура остудневания крахмала имеет большое значение в строении кекса. По строению лучший кекс получается, когда температура остудневания крахмала равняется 87,5-92С. В этом случае кекс содержит 56% сахарозы и 68% фруктозы. Разнообразное влияние разных сахаров следует учесть при применении традиционных рецептов в изготовлении хлебобулочных изделий на основе новых подслащивающих средств.

Самая значительная разница, однако, наблюдается в цвете: кекс на фруктозе более румянится.

Если кекс на фруктозе выпекают при той же температуре, как и кекс на сахарозе, его следует вынуть из духовки раньше, чтобы он не подгорел. Хорошо выпеченный кекс на фруктозе всегда получается более румяным, чем кекс на сахарозе. Хотя степень сладости фруктозы в водных растворах гораздо сильнее, чем сахарозы, в кексах разницы в сладости не наблюдается.
В печенье сладость сахарозы выше, чем сладость фруктозы. Это объясняется активным участием фруктозы в реакции Майяра и потерей некоторой доли сладости. Печенье отличается также по своему строению. Для печенья на фруктозе характерна некоторая вязкость, а печенье на сахарозе по строению рассыпчатое. Упакованное в полиэтиленовую пленку печенье на фруктозе сохраняется влажным и мягким в течение нескольких недель, поскольку фруктоза обладает выраженной гигроскопичностью.

При выпечке с дрожжами фруктоза ведет себя как сахароза, поскольку дрожжи способны использовать фруктозу как и сахарозу в качестве источника энергии.

Варенье и джем.

При изготовлении клубничного варенья фруктоза ведет себя почти как сахароза.

Однако при хранении цвет варенья на фруктозе, ухудшается быстрее. Строение джема на фруктозе и сахарозе одинаковое. С помощью фруктозы, однако, можно получить более крепкий джем, поскольку фруктозе свойственно укреплять смесь с повышением ее концентрации, а сахароза достигнет максимальной прочности при концентрации 60% сахара.

Мороженое.

Сахар оказывает большое влияние и на строение, и на плавление мороженого. Чем больше сахара, тем ниже падает точка плавления. На плавление мороженого влияет также молекулярный вес употребляемого сахара, и вследствие этого фруктоза (М=180) снижает точку плавления больше, чем сахароза (М=342).

Мороженое на фруктозе по строению и вкусу не отличается от мороженого на сахарозе. После трехмесячного хранения при температуре –25°С плавление мороженого на фруктозе можно было считать удовлетворительным, в то время как плавление мороженого на сахарозе не отвечало требованиям.

Йогурт.

Установлено, что в йогурте фруктоза слаще сахарозы. В общем вкус йогурта на фруктозе свежее и лучше, чем на сахарозе и даже улучшается во время хранения. Строение и качество их одинаковы. Полученные результаты подтверждают, что самая лучшая область применения фруктозы – слабокислые холодные продукты, содержание сахара в которых не очень высокое.

Шоколад и сладости.

Поскольку фруктоза обладает антикариогенными свойствами, ее стоит применять именно в сладостях. В этих продуктах возможно заменить сахарозу или жидкий сахар фруктозой. При изготовлении шоколада на фруктозе приходится сталкиваться с трудностями, в связи с большей гигроскопичностью фруктозы и ее свойством реагировать с другими веществами.

Кристаллы фруктозы легче крошатся в порошок, чем кристаллы сахарозы. Гигроскопичность фруктозы приводит к тому, что ее кристаллы, имеют тенденцию к агломерации. При вальцировании шоколадной массы следует соблюдать определенную температуру (40°С), избежать агломерации кристаллов. Химические реакции фруктозы с другими веществами часто осуществляются при процессе вальцирования. Процесс следует выполнять как можно быстрее, чтобы фруктоза не успела впитать в себя влагу и, чтобы кристаллы не соединились.

Формула глюкозы C6H12O6.

Глюкоза — моносахарид, одна из восьми изомерных альдогексоз. Молярная масса 180 г/моль. Глюкоза в виде D-формы (декстоза, виноградный сахар) является самым распространённым углеводом. D-глюкоза (обычно её называют просто глюкозой) встречается в свободном виде и в виде олигосахаридов (тростниковый сахар, молочный сахар), полисахаридов (крахмал, гликоген, целлюлоза, декстран), гликозидов и других производных. В свободном виде D-глюкоза содержится в плодах, цветах и других органах растений, а также в животных тканях (в крови, мозгу и др.). D-глюкоза является важнейшим источником энергии в организмах животных и микроорганизмов. Как и другие моносахариды D-глюкоза образует несколько форм. Кристаллическая D-глюкоза получена в 2-х формах: a -D-глюкоза и b -D-глюкоза.

a -D-глюкоза:

tпл 146° С [a ]D= + 112,2° (в воде), кристаллизируется из воды в виде моногидрата с tпл 83°С.  

b -D-глюкоза:

Получают кристаллизацией D-глюкозы из пиридина и некоторых других растворов. tпл 148-150° С, [a ]D= + 18,9° (в воде).

В водном растворе устанавливается равновесие между несколькими взаимопревращающимися формами D- глюкозы: a - и b -пиранозными, a - и b - фуранозными, открытой альдегидной и гидратной формой. В равновесной системе в воде [a ]D= + 52,7°.

L-глюкоза:

L-глюкоза получена синтетически, восстановлением лактона L –глюконовой кислоты. a -L-глюкоза — кристаллы tпл 142-143° С [a ]D= - 95,5° (в воде) и - 51,4° (равновесная система в воде). Химические свойства L- глюкозы такие же, как у D-глюкозы.

Нахождение в природе.

В особом виде глюкоза содержится почти во всех органах зелёных растений.

Особенно её много в виноградном соке, поэтому глюкозу иногда называют виноградным сахаром. Мёд в основном состоит из смеси глюкозы с фруктозой.

В организме человека глюкоза содержится в мышцах, в крови (0.1 - 0.12%) и служит основным источником энергии для клеток и тканей организма.

Повышение концентрации глюкозы в крови приводит к усилению выработки гормона поджелудочной железы — инсулина, уменьшающего содержание этого углевода в крови. Химическая энергия питательных веществ, поступающих в организм, заключена в ковалентных связях между атомами. В глюкозе количество потенциальной энергии составляет 2800 кДж на 1 моль (то есть на 180 грамм).   

Получение.

Глюкоза может быть получена гидролизом природных веществ, в состав которых она входит. В производстве её получают гидролизом картофельного и кукурузного крахмала кислотами.  

H2SO4, t (C6H10O5) n + nH2O ѕ ѕ ® nC6H12O6

Полные синтезы глюкозы, осуществлённые, исходя из диброма кролеина, а также из глицеринового альдегида и диоксиацетона, имеют лишь теоретический интерес.

В природе глюкоза наряду с другими углеводами образуется в результате реакции фотосинтеза:

хлорофилл 6CO2 + 6H2O ѕ ѕ ѕ ® C6H12O6 + 6O2-Q

В процессе этой реакции аккумулируется энергия Солнца.

Применение.

Глюкоза является ценным питательным продуктом. В организме она подвергается сложным биохимическим превращениям в результате которых образуется диоксид углерода и вода, при это выделяется энергия согласно итоговому уравнению:

C6H12O6 + 6O2 ѕ ® 6H2O + 6CO2 + 2800 кДж

Этот процесс протекает ступенчато, и поэтому энергия выделяется медленно.

Глюкоза также участвует во втором этапе энергетического обмена животной клетки (расщепление глюкозы) . Суммарное уравнение выглядит так:

C6H12O6+2H3PO4 + 2АДФ ѕ ® 2C3H6O3 + 2АТФ + 2H2O

Так как глюкоза легко усваивается организмом, её используют в медицине в качестве укрепляющего лечебного средства при явлениях сердечной слабости, шоке, она входит в состав кровозаменяющих и противошоковых жидкостей. Широко применяют глюкозу в кондитерском деле (изготовление мармелада, карамели, пряников и т.д.), в текстильной промышленности в качестве восстановителя, в качестве исходного продукта при производстве аскорбиновых и гликоновых кислот, для синтеза ряда производных сахаров и т.д.    Большое значение имеют процессы брожения глюкозы. Так, например, при квашении капусты, огурцов, молока происходит молочнокислое брожение глюкозы, так же как и при силосовании кормов.

Если подвергаемая силосованию масса недостаточно уплотнена, то под влиянием проникшего воздуха происходит маслянокислое брожение и корм становится непригоден к применению.

На практике используется также спиртовое брожение глюкозы, например при производстве пива.   

Физические свойства.

Глюкоза — бесцветное кристаллическое вещество со сладким вкусом, хорошо растворимое в воде. Из водного раствора она выделяется в виде кристаллогидрата:

C6H12O6 · H2O. По сравнению со свекловичным сахаром она менее сладкая.

Химические свойства.

Глюкоза обладает химическими свойствами, характерными для спиртов и альдегидов. Кроме того, она обладает и некоторыми специфическими свойствами:

Свойства, обусловленные наличием в  молекуле гидроксильных групп альдегидной группы

1. Реагирует с карбоновыми кислотами с образованием сложных эфиров (пять гидроксильных групп глюкозы вступают в реакцию с кислотами).

2. Реагирует с оксидом серебра (I) в аммиачном растворе (реакция “серебряного зеркала”):

CH2OH(CHOH) 4-COH + Ag2O® CH2OH(CHOH) 4-CO2H + 2AgЇ

Глюкоза способна подвергаться брожению:

а) спиртовое брожение C6H12O6®2CH3-CH2OH+ CO2

б) молочнокислое брожение C6H12O6® 2CH3-CHOH-COOH молочная кислота:

1. Как многоатомный спирт реагирует с гидроксидом меди (II) c образованием алкоголята меди (II)

2. Окисляется гидроксидом меди (II) (с выпадением красного осадка).

Под действием восстановителей превращается в шестиатомный спирт

в) маслянокислое брожение C6H12O6® C3H7COOH + 2H2 + 2CO2 масляная кислота

D-глюкоза даёт общие реакции на альдозы, она является восстанавливающим сахаром, образует ряд производных за счёт альдегидной группы (фенилгидразон, n-бромфенилгидразон и др.).

Озазон глюкозы идентичен озанону маннозы, которая является эпимером глюкозы, и озазону фруктозы. При восстановлении глюкозы образуется шестиатомный спирт сорбит; при окислении альдегидной группы глюкозы — одноосновная D- глюконовая кислота, при дальнейшем окислении — двухосновная D-сахарная кислота. При окислении только вторичной спиртовой группы глюкозы (при условии защиты альдегидной группы) образуется D-глюкуроновая кислота. Образование D-глюкуроновой кислоты из D-глюкозы может происходить при действии ферментов оксидаз или дегидрогеназ глюкозы. При пиролизе D-глюкозы образуются гликозаны: a -гликозан и левоглюкозан (b -глюкозан) .

Далее рассмотрим:

1) Строение глюкозы и фруктозы и их реакции их;

2) Общие формулы глюкозоподобных веществ и стереохимические отношения;

3) Описание триоз, пентоз и гексоз — глюкозы, фруктозы;

4) Синтез Э. Фишера глюкозы, фруктозы и их оптических антиподов и i-изомеров.

Глюкоза и фруктоза одновременно возникают из тростникового сахара при его инверсии, а именно, например, при кипячении раствора его с слабой серной кислотой:

C11H22O11 + Н2О = с6h12o6 + С6Н12O6.

Происходит гидролиз: частица тростникового сахара, присоединяя частицу воды, распадается на частицу глюкозы и частицу фруктозы. Все природные глюкозоподобные вещества могут быть получены при гидролизе более сложных соединений, находящихся преимущественно в растениях, например тростникового сахара, крахмала, клетчатки, различных камедей, или гумми и т. п.; потому глюкозы называются моносахаридами, а вещества, из которых они получаются при инверсии — бисахаридами, трисахаридами и т. д. Глюкозы называют также сахаромонозами и просто сахарами, а тростниковый сахар служит представителем сахаробиоз. Формулы глюкозы и фруктозы в обычном структурном смысле таковы:

I. CH2 (OH).[СН(ОН)] 4 .СОН

II. СН 2 (ОН).[СН(ОН)] 3.СО.СН 2 (ОН).

Глюкозы есть альдегид, а фруктоза — кетон предельного, шестиатомного спирта с нормальным углеродным ядром. Следующие превращения побудили принять эти формулы: а) глюкозы и фруктоза присоединяют водород при действии амальгамы натрия на водные растворы их, превращаясь в предельные шестиатомные спирты С 6 Н 14 О 6. б) глюкозы и фруктоза присоединяют цианистый водород CNH (реакция Килиани), образуя нитрилы C7H13O6N; эти переводятся затем в одноосновные гексаоксикислоты, которые при нагревании с концентрированной йодисто-водородной кислотой и с красным фосфором превращаются в гептиловые кислоты: из глюкозы получается нормальная гептиловая кислота:

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6