Сахароза

Cахароза принадлежит к большому классу естественных органических веществ, называемых углеводами с общей формулой Cm (H2O) n (соединениями атомов улерода и молекул воды). К этому классу относятся более или менее сладкие на вкус сахара как моносахариды (например, глюкоза и фруктоза), так и олигосахариды (например, сахароза и раффиноза), а также полисахариды (например, целлюлоза и крахмал).

 

Сахароза (тростниковый, свекловичный сахар) представляет собой дисахарид  с общей эмпирической формулой С12Н22О11, состоящий из двух равный частей моносахаридов: d-глюкозы и d-фруктозы. Эти моносахариды соединяются друг с другом глюкозидными группами: глюкоза в a -конфигурации и фруктоза в b -конфигурации. В молекуле сахарозы глюкоза находится в форме пиранозы (кольцо пирана), а фруктоза - в фуранозидной форме (кольцо фурана). Таким образом, сахароза - это a -d-глюкопиранозил-b -d-фруктофуранозид.

 

Молекулярная масса сахарозы - 342,296 . Молекула сахарозы содержит 42,11 % углерода, 6,43 % водорода и 51,46 % кислорода.

 

Нормальный, выращенный в  чистом растворе кристалл (т.е. вещество, молекулярное строение которого имеет  закономерную для него специальную  решетку) сахарозы имеет сложную  многогранную (15 и более граней) форму  сфеноидально-полупризматического класса (комбинацию шести кристаллографических форм) и принадлежит к клиноромбической или моноклинической системам с тремя кристаллографическими осями в пространстве : вертикальной (с), горизонтальной (b) и осью (а), наклоненной под углами 103о 30’ к вертикальной и 90 о к горизонтальной. Соотношение длин осей внутри кристалла а : b : с = 1,2595 : 1,0 : 0,8782.

 

Известны 15 видов кристаллов сахарозы, часто наблюдаются двойниковые  кристаллы, форма кристаллов зависит  от условий процесса кристаллизации, примесей в исходном растворе и степени  пересыщения сахарозой этого раствора.

 

Сахароза, полученная в распылительной сушилке, не является кристаллической. Частицы этого продукта имеют  вид мельчайших шаров, и хотя часто  эту сахарозу называют аморфным сахаром, её можно рассматривать как переохлажденную  жидкость.

 

Плотность кристаллов сахарозы без включений при 20 о С - 1,5915 г/см3 , удельный объем - 0,628 см3/г .

 

Некоторые средние характеристики кристаллов сахарамасса кристалла мг 0,1 0,5 20 200 2000

длина кристалла см 0,057 0,097 0,33 0,71 1,54

объем кристалла см3 0,000063 0,00032 0,013 0,126 1,264

поверхность кристалла см2 0,0099 0,029 0,339 1,573 7,302

число кристаллов в 1 г шт. 10000 2000 50 5 0,5

поверхность всех кристаллов см2 99,1 58,0 17,0 7,9 3,7

 

 

 

Кристаллы размером 1,5-2,5 мм относятся  к крупной фракции, размером 0,5-1,5 мм - к средней, размером 0,2-0,5 мм - к  мелкой.

 

В 1 г содержится примерно следующее количество кристаллов:

крупная фракция - 1500 шт.

средняя фракция - 3000 шт.

мелкая фракция - 5000 шт.

 

Чистые кристаллы сахарозы прозрачны и бесцветны. В инфракрасном спектре поглощения найдены полосы при 0,98 ; 1,44 ; 1,51 ; 1,58 ; 1,7 мкм.

 

Кристаллы сахарозы являются триболюминесцентными (т.е. при раздавливании  кристаллы сахарозы дают очень яркие  вспышки кристаллолюминесценции).

 

Кристалл сахарозы - изолятор, дипольный момент его составляет 3,1· 10 -18 дин0,5· см2, пьезоэлемент, диамагнит, константа диэлектрической проницаемости 3,5-3,85, удельная магнитная восприимчивость 0,57· 10-6.

 

Константа электролитической  диссоциации сахарозы составляет 1,7· 10-14 - 4,9· 10-13.

 

Линейное термическое  расширение кристаллов сахарозы при  изменении температуры на 1о С  составляет для самой длинной  оси 0,0028 %, для оси ширины - 0,0050 % и  для самой короткой - 0,0029%. Объемное термическое расширение сахарозы составляет 0,00011 % на 1о С .

 

Коэффициент диффузии сахарозы при температуре 10 о С составляет 0,325.

 

Сахароза поверхностно неактивна.

 

Чистые растворы сахарозы не электропроводны: электрическая  проводимость растворов солей уменьшается  в присутствии сахарозы. Удельное электрическое сопротивление растворов  сахара в интервале температур 5-60 о С равно 17-128 Ом· м.

 

При растворении сахарозы в воде происходит сжатие (контрактация) раствора, которое зависит от концентрации сахара; максимальное сжатие составляет 13,7 см3 на 1 л раствора.

 

Чистые растворы сахарозы нейтральны, т.е. рН = 7.

 

Скорость кристаллизации сахарозы растет с увеличением пересыщения и с повышением температуры.

 

При пересыщении раствора сахарозы 1,06 при температуре 70 о С линейная скорость кристаллизации составляет 0,2844 мм/ч.

 

Концентрированные минеральные  кислоты оказывают на сахарозу обезвоживающее действие. В начале реакции образуются гуминовые кислоты, а в дальнейшем получается обуглившийся сахар и  летучие вещества.

 

В водных растворах сахароза под влиянием кислот, присоединяя  воду, расщепляется (процесс инверсии) на свои составные части - глюкозу  и фруктозу. Полученная смесь вращает  плоскость поляризации влево.

 

Растворимость сахарозы в  чистой воде значительна. Она быстро растет с повышением температуры.Температура, о С  Коэффициент предельной растворимости, кг/кг воды Содержание сахарозы в растворе, % Температура, о С Коэффициент предельной растворимос-ти, кг/кг воды Содержание сахарозы в растворе, %

0 1,812 64,44 80 3,704 78,74

20 2,007 66,74 100 4,844 82,89

40 2,358 70,22 120 6,669 86,89

60 2,894 74,32 140 10,710 91,46

 

 

 

В этиловом и метиловом  спиртах (абсолютных) сахароза практически  не растворяется. Так, например, в 100 см3 абсолютного этилового спирта при  температуре 14 о С может раствориться лишь 0,2 г сахарозы. В смесях же спирта с водой растворимость тем больше, чем больше воды содержит смесь.

 

В большинстве органических растворителей сахароза практически  не растворима.

 

Под действием ферментов  карбогидраз (мальтазы и инвертазы), а также различных дрожжей, плесени и бактерий, выделяющих энзим инвертазу, сахароза разлагается на глюкозу и фруктозу.

 

Осмотическое давление водных растворов сахарозы прямо пропорционально  концентрации при постоянной температуре. Например, осмотическое давление 1 %-ного сахарного раствора составляет 535 мм рт. ст., а 6 %-ного - 3075 мм рт. ст. Осмотическое давление водных растворов сахарозы при постоянной концентрации увеличивается с повышением температуры. Так, осмотическое давление 1 %-ного раствора при 6,8 о С составляет 505 мм рт. ст. , а при 22 о С – 548 мм рт. ст.

 

Щелочные и щелочноземельные металлы при взаимодействии с  сахарозой образуют соединения типа алкоголятов, называемые сахаратами (кальциевые, бариевые, стронциевые).

 

Наиболее характерной  реакцией на присутствие сахарозы в  растворе (до 0,00001 %) является реакция  на альфа-нафтол.

 

Дрожжи сбраживают сахарозу в спирт и углекислый газ, причем предварительно сахароза инвертируется инвертазой дрожжей в глюкозу и фруктозу. В растворах сахарозы легко развивается также молочнокислое и маслянокислое брожение. При пониженной температуре в растворах сахарозы развивается лейконосток и идет слизевое брожение.

 

Сахароза плавится при  температуре 186 - 188 оС , причем уже при более низкой температуре она начинает разлагаться. Происходит “карамелизация” сахарозы, т.е. образование сложных, окрашенных в бурый цвет горького вкуса ангидридов. Карамели получаются при нагревании сахарозы до 170-190 оС.

 

Сахароза содержит несколько  асимметрических углеродных атомов и поэтому оптически активна, т.е. вращает плоскость поляризации  света.

 

Раствор 26 г чистой сахарозы в 100 мл дистиллированной воды при анализе  его в поляриметрической трубке длиной 200 мм при 20 о С в поляриметре (сахариметре) вращает плоскость поляризации право на 100 о S (градусов Международной сахарной шкалы).

 

Удельное вращение (в натриевом  свете при длине волны 589,25 мкм) составляет + 66, 529 о.

 

Показатель преломления (n20589,25) характеризует содержание сахарозы в чистом растворе и примерно общую  концентрацию сухих веществ в  нечистом растворе.Содержание сахарозы,

г/100 г раствора n20589,25 Содержание сахарозы,

г/100 г раствора n20589,25

0 1,3330 45 1,4096

5 1,3403 50 1,4200

10 1,3478 55 1,4307

15 1,3557 60 1,4428

20 1,3638 65 1,4532

25 1,3723 70 1,4651

30 1,3811 75 1,4774

35 1,3902 80 1,4901

40 1,3997 85 1,5033

 

 

 

Степени сладости углеводов:Сахароза  100

Глюкоза  75-80

Фруктоза  175

Галактоза  32

Мальтоза  40

Лактоза  20-30

Лактулоза  55

Глюкозо-фруктозный сироп (90 %-ный) 120-160

Глюкозо-фруктозный сироп (42 %-ный) 100-110

Декстроза (95 %-ная) 75-80

Декстроза (42 %-ная) 40-50

Мед  95-105

Мальтозный сироп 25-30

Мальтитол  90

Мактитол  30-39

Изомальтоза  28-45

Изомальт  100

Ксилит  100

Сорбит  60

Маннит  40

 

 

 

Химически чистую сахарозу для  научных исследований готовят, растворяя  в дистиллированной воде лучший рафинированный товарный сахар с последующим  осаждением безводным этиловым спиртом, причем этот процесс повторяют несколько  раз.

 

Физико-химические показатели химически чистой сахарозы, используемой в качестве реактива, следующие:

удельное вращение плоскости  поляризации (при 20 о С и длине волны 589,25 мкм) 66,3 - 66,8

массовые доли (не более):

нерастворимых в воде веществ 0,001

остатков после прокаливания 0,005

кислот (в пересчете на уксусную кислоту) 0,005

сульфатов 0,002

хлоридов 0,0005

железа 0,00005

кальция 0,002

тяжелых металлов 0,0001

инвертированного сахара 0,01

 

(ГОСТ 5833-75 (92) “Сахароза. Технические условия”)

 

Сахар-песок - пищевой продукт  в виде отдельных кристаллов размером от 0,5 мм до 2,5 мм , состоящий, в основном, из сахарозы.

 

Сахарный порошок - целые  или измельченные кристаллы сахара размером не более 0,5 мм.

 

Сахарная пудра - измельченные кристаллы сахара размером не более 0,1 мм.

 

Сахар-рафинад - пищевой продукт, состоящий, в основном, из сахарозы более высокой чистоты, чем сахар-песок.

 

Кусковой сахар-рафинад - сахар-рафинад в виде отдельных  кусочков определенных размеров.

 

Рафинированный сахар-песок - сахар-рафинад в виде отдельных  кристаллов.

 

Рафинадная пудра - измельченные кристаллы рафинированного сахара-песка  размером не более 0,1 мм.

 

Сахар-сырец - продукт переработки  тростника и свеклы в виде отдельных  кристаллов, состоящий, в основном, из сахарозы менее высокой чистоты, чем сахар-песок, и не предназначенный  для непосредственного употребления в пищу.

 

(ГОСТ 26884-86 “Продукты сахарной  промышленности. Термины и определения”)

 

Основные технические  условия на сахар-песок, предназначенный  для реализации в торговой сети, для промышленной переработки и  других целей.

 

Сахар-песок вырабатывается с размерами кристаллов 0,2 - 2,5 мм.

 

Органолептические показатели:

вкус и запах - сладкий, без постороннего привкуса и запаха, как в сухом сахаре, так и  в его водном растворе;

сыпучесть - сыпучий (для промышленной переработки допускаются комки, разваливающиеся при легком нажатии);

цвет - белый (для промпереработки допускается белый с желтоватым оттенком);

чистота раствора - раствор  сахара должен быть прозрачным или  слабо опалесцирующим, без нерастворимого осадка, механических или других посторонних  примесей.

 

Физико-химические показатели:

массовая доля (в пересчете  на сухое вещество):

сахарозы, не менее 99,75 % (для  промпереработки 99,55 %)

редуцирующих веществ, не более 0,050 % (для промпереработки 0,065 %)

золы, не более 0,04 % (для промпереработки 0,05%)

ферропримесей (частиц размером не выше 0,5 мм), не более 0,0003 %

влаги, не более 0,14 % (для промпереработки 0,15 %, для длительного хранения при отгрузке 0,1 %)

цветность, не более:

условных единиц 0,8 (для  промпереработки 1,5, на рафинадных заводах 1,8)

единиц оптической плотности 

(единиц ICUMSA) 104 (для промпереработки 195 на рафинадных заводах 234)

 

Микробиологические показатели:

количество (не более):

мезофильных микроорганизмов 1,0· 103 КОЕ/г

плесневых грибов 1,0· 10 КОЕ/г

дрожжей 1,0· 10 КОЕ/г

патогенные бактерии и  микроорганизмы не допускаются

Содержание токсичных  элементов и пестицидов:

содержание металлов, не более (мг/кг):

ртуть 0,01

медь 1,0

свинец 1,0

кадмий 0,05

цинк 3,0

мышьяк 0,5

содержание пестицидов, не более (мг/кг) :

гексахлоран ГХЦГ-гамма-изомер 0,005

фостоксин 0,001

ДДТ 0,005

Сахар-песок упаковывают (фасуют):

в бумажные или полиэтиленовые пакеты массой нетто 0,5 и 1,0 кг ;

в пакетики из комбинированного материала массой нетто 5 - 20 г ;

пачки и пакетики упаковываются  в коробки и термоусадочную пленку ;

в тканевые мешки массой нетто 50 кг ;

в мягкие контейнеры массой нетто 1,0 т ;

в бумажные мешки массой нетто 40 кг (для перевозки автотранспортом)

 

(ГОСТ 21-94 “Сахар-песок. Технические условия”)

 

Характеристика рафинированного (категория 1) и потребительского (категория 2) сахара-песка в Европейском  Союзе:  категория 1 категория 2

массовая доля:     

  сахарозы, не менее, %  99,7 99,7

золы, не более, %  0,011 0,027

редуцирующих веществ, не более, % 0,04 0,04

влаги, не более, % 0,06 0,06

цветность, не более, ед. ICUMSA   22,5 45,0

 

 

 

Масса емкостей сахара-песка, г:

стакан (вместимость 250 см3) - 200

столовая ложка - 25

чайная ложка - 10

 

100 г съедобной части  сахара-песка содержат:

углеводы - 99,8 г

белки - 0

жиры - 0

минеральные вещества, мг :

Na - 1

K - 3

Ca - 2

Mg - 0

P - 0

Fe -0,3

витамины - 0

 

Влажность сахара делят на поверхностную (свободную), связанную и внутреннюю.

 

Большее количество влаги  является поверхностной, т.е. обволакивающей поверхность кристаллов. Такую влагу  относительно нетрудно отделить высушиванием, и содержание её должно быть в товарном сахаре в пределах 0,02-0,14 % (в зависимости  от условий хранения).