Сахароза

Сахароза — это органическое соединение, дисахарид, состоящий из остатков α-D-глюкозы и β-D-фруктозы. В быту сахарозу чаще всего называют просто сахаром. Она является одним из наиболее распространённых и важных углеводов в питании человека, а также широко используется в пищевой промышленности в качестве подсластителя и консерванта. Химическая формула сахарозы — C₁₂H₂₂O₁₁.

Химическое строение и свойства

Сахароза представляет собой дисахарид, в котором молекула глюкозы и молекула фруктозы соединены гликозидной связью между первым углеродным атомом глюкозы и вторым углеродным атомом фруктозы. Эта связь образована с выделением молекулы воды.

Физические свойства

В чистом виде сахароза — это белое кристаллическое вещество без запаха, со сладким вкусом. Она хорошо растворима в воде, причём растворимость увеличивается с ростом температуры. В этаноле и других органических растворителях сахароза растворяется значительно хуже. Температура плавления сахарозы составляет около 186 °C, при дальнейшем нагревании она начинает разлагаться (карамелизоваться) с образованием смеси сложных продуктов — карамели.

Химические свойства

В отличие от многих других сахаров (например, глюкозы), сахароза не обладает восстанавливающими свойствами, так как её гликозидная связь блокирует альдегидную группу глюкозы. Она не даёт реакции «серебряного зеркала» и не восстанавливает медь(II) из раствора Фелинга.

Ключевое химическое свойство сахарозы — способность к гидролизу. Под действием кислот (например, соляной) или фермента инвертазы сахароза расщепляется на глюкозу и фруктозу. Образующаяся смесь называется инвертным сахаром. Этот процесс важен в пищевой технологии, так как инвертный сахар обладает более высокой сладостью и не кристаллизуется.

История открытия и производства

Сахароза известна человечеству с глубокой древности. Первые упоминания о сахаре из сахарного тростника относятся к Индии и Китаю (около 3000 г. до н. э.). В Европу сахар попал в эпоху крестовых походов, а затем — после открытия Америки, где началось плантационное выращивание сахарного тростника.

Открытие сахарозы

Хотя сахар использовался тысячелетиями, его химическая природа была установлена лишь в XIX веке. В 1843 году немецкий химик Юстус фон Либих определил эмпирическую формулу сахарозы. Позже, в 1856 году, французский химик Марселен Бертло синтезировал сахарозу из глюкозы и фруктозы, подтвердив её строение.

Промышленное производство

Основными источниками сахарозы в промышленности являются:

• Сахарный тростник (Saccharum officinarum) — многолетнее растение, произрастающее в тропических и субтропических регионах. Из него получают около 80% мирового сахара.
• Сахарная свёкла (Beta vulgaris) — двулетнее растение, выращиваемое в регионах с умеренным климатом, включая Россию, страны Европы и США. Из неё получают оставшиеся 20% сахара.

Технологический процесс включает несколько этапов: извлечение сока из сырья (прессованием или диффузией), очистку сока (известкованием и сатурацией), выпаривание, кристаллизацию и центрифугирование для отделения кристаллов сахарозы от патоки (мелассы). Полученный сахар-сырец дополнительно рафинируют для получения белого сахара высокой степени очистки (рафинада).

Виды и классификация сахара

В зависимости от степени очистки и формы выпуска различают несколько видов сахарозы:

• Сахар-песок — наиболее распространённая форма, представляет собой кристаллы размером от 0,2 до 2,5 мм. Бывает белым (рафинированным) и жёлтым (неочищенным, с примесями мелассы).
• Сахар-рафинад — спрессованные в кубики или пластинки кристаллы сахарозы высокой степени очистки. Отличается белым цветом и повышенной растворимостью.
• Пудра сахарная — мелкоизмельчённые кристаллы сахарозы, часто с добавлением антислёживающих агентов (например, крахмала). Используется в кондитерском производстве.
• Коричневый сахар — нерафинированный тростниковый сахар, содержащий остатки патоки (мелассы), которая придаёт ему характерный карамельный вкус и цвет. Содержит незначительное количество минеральных веществ.
• Жидкий сахар — водный раствор сахарозы, используемый в промышленности для упрощения дозирования.

Применение

Основная область применения сахарозы — пищевая промышленность и домашняя кулинария. Она используется:

• Как подсластитель для напитков (чай, кофе, соки), десертов, выпечки, кондитерских изделий (конфеты, шоколад, печенье).
• Как консервант (в вареньях, джемах, компотах) благодаря способности создавать высокое осмотическое давление, препятствующее росту микроорганизмов.
• Как сырьё для производства карамели, сиропов, ликёров и безалкогольных напитков.
• В качестве субстрата для брожения при производстве спирта, дрожжей и лимонной кислоты.

В фармацевтической промышленности сахароза используется как наполнитель и подсластитель в сиропах, таблетках и микстурах.

Влияние на здоровье человека

Сахароза является источником быстрой энергии для организма. При попадании в пищеварительный тракт она быстро гидролизуется до глюкозы и фруктозы, которые всасываются в кровь. Глюкоза используется клетками для получения энергии, а избыток её превращается в гликоген (в печени и мышцах) или откладывается в виде жира.

Положительные эффекты

• Быстрое восполнение энергетических затрат (например, после интенсивных физических нагрузок).
• Улучшение настроения за счёт стимуляции выработки серотонина (кратковременный эффект).

Отрицательные эффекты (при избыточном потреблении)

Чрезмерное употребление сахарозы связано с рядом негативных последствий для здоровья:

• Развитие кариеса: бактерии в полости рта ферментируют сахарозу, образуя кислоты, разрушающие зубную эмаль.
• Избыточный вес и ожирение: сахароза — высококалорийное вещество, её избыток способствует накоплению жировой ткани.
• Нарушение углеводного обмена: частое потребление больших количеств сахарозы может привести к инсулинорезистентности и повышению риска развития сахарного диабета 2-го типа.
• Сердечно-сосудистые заболевания: избыток сахара в рационе связывают с повышением уровня триглицеридов в крови и артериального давления.
• Неалкогольная жировая болезнь печени: фруктоза, образующаяся при гидролизе сахарозы, метаболизируется преимущественно в печени, и её избыток может приводить к ожирению печени.

Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) рекомендует ограничить потребление свободных сахаров (включая сахарозу) до менее 10% от общей суточной калорийности, а для дополнительной пользы — до 5% (примерно 25 граммов или 6 чайных ложек).

Интересные факты

• Сахароза — одно из самых сладких природных веществ. Её сладость условно принимают за 1,0; глюкоза слаще в 0,7 раза, а фруктоза — в 1,7 раза.
• Самое высокое содержание сахарозы в растительном мире — в сахарном тростнике (до 20% от массы стебля) и сахарной свёкле (до 18% от массы корнеплода).
• В России основным сырьём для производства сахара является сахарная свёкла. Первый сахарный завод в стране был построен в 1802 году в Тульской губернии.
• При нагревании сахарозы выше 160 °C начинается процесс карамелизации — сложная реакция, в результате которой образуется карамель, используемая в кондитерском деле и для окрашивания напитков (например, колы).
• Сахароза является основным компонентом так называемого «инвертного сахара», который широко применяется в производстве хлебобулочных изделий и конфет для предотвращения кристаллизации.

Источники

• Химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия, 1995. — Т. 4.
• Пищевая химия / под ред. А.П. Нечаева. — СПб.: ГИОРД, 2012.
• Рекомендации ВОЗ по потреблению сахаров взрослыми и детьми. — Женева: Всемирная организация здравоохранения, 2015.
• Большая российская энциклопедия. — М., 2015.