Функции сахарозы: из чего она состоит, цвет и химические свойства сахарозаменителя

Дисахариды образованы двумя моносахаридными остатками.

С точки зрения строения, дисахариды являются гликозидами. Связь, соединяющую моносахариды, называют 0-гликозидная, или кислородный мостик. Эта связь может разрушаться путем гидролиза в присутствии кислот в лаборатории или иод действием ферментов в живой природе. Идентификация моносахаридов, образующихся в результате гидролиза дисахарида, позволяет установить его структуру.

Сахароза (а-?)-глюкоииранозил-(3-Г)-фруктофуранозид) — один из продуктов, издавна известных человеку. Ее выделяли на Древнем Востоке из сока сахарного тростника. Отсюда одно из названий сахарозы — тростниковый сахар. Родиной сахарного тростника считается Индия. Из Индии это растение было вывезено в Египет и Персию, откуда через Венецию сахар поступал в европейские страны и считался роскошью1.

По своему строению сахароза является дисахаридом. Это невосстанавливающий сахар, так как два моносахаридных остатка связаны своими гли- козидными гидроксилами — 1,2-кислородный мостик. Гидролиз сахарозы в присутствии минеральных кислот или ферментов протекает по схеме, как показано на рис. 10.16.

Схема гидролиза сахарозы

Рис. 10.16. Схема гидролиза сахарозы

Гидролиз сахарозы приводит к образованию глюкозы и фруктозы в соотношении 1:1. В процессе гидролиза оптическое вращение меняет знак: удельное вращение сахарозы +66°, а гидролизата -20°. По этой причине гидролиз сахарозы называют «инверсией», а глюкозо-фруктозную смесь - «инвертированным сахаром». Пчелиный мед на три четверти состоит из глюкозы и фруктозы, т.е. является природным инвертным сахаром.

Глюкозо-фруктозную смесь часто используют в пищевой промышленности, так как она слабо кристаллизуется, а значит, сиропы и варенья не засахариваются.

Лактоза (4-0-р-?-галактопиранозил-?)-глюкопирапоза) или молочный сахар — основной углевод молока млекопитающих. Ее содержание в коровьем молоке составляет 4,4—5,2% и меньше всего подвержено изменениям в процессе синтеза по сравнению с другими компонентами молока. Поэтому относительное содержание суммы других углеводов (сахарозы, глюкозы, галактозы) по отношению к содержанию лактозы используется как критерий при оценке натуральности молока. Оно должно составлять менее 2% содержания лактозы[1][2].

В молоке углеводы находятся в растворенном состоянии. А в чистом виде это белые кристаллические вещества, сладкие на вкус. Кристаллы лактозы имеют острые грани. Иногда мы можем ощутить их как крупинки песка, например, в сгущенном молоке, но это нежелательный порок консистенции.

Лактоза состоит из остатков глюкозы и галактозы, которые соединены друге другом 1,4-кислородным мостиком (рис. 10.17), который может быть гидролизован как химическим, гак и ферментативным путем.

Схема гидролиза лактозы

Рис. 10.17. Схема гидролиза лактозы

В организме человека эта связь расщепляется ферментом лактазой, а образующиеся моносахариды используются как энергетический материал. Лактоза обеспечивает почти 1/3 всей энергетической ценности молока. Вот почему основной функцией лактозы считается энергетическая.

Кислородный мостик лактозы не расщепляется в желудке под действием соляной кислоты. Именно поэтому молочный сахар поступает в кишечник в неизменном виде. Это имеет большое физиологическое значение. Не- расщепленная лактоза используется молочнокислыми микроорганизмами и бифидобактериями как источник питания. Таким образом, лактоза нормализует микрофлору кишечника и подавляет в нем гнилостные процессы.

В промышленности лактозу подвергают гидролизу по ряду причин. Во- первых, из-за плохой рас гвормости лактоза может выпадать в осадок с образованием кристаллов, что резко ухудшает органолептические характеристики и показатели консистенции продуктов, например сгущенных молочных консервов или мороженого. Во-вторых, для увеличения сладости, поскольку глюкозо-галактозная смесь в несколько раз слаще лактозы. В-третьих, в целях создания функциональных продуктов для людей с непереносимостью лактозы.

Промышленное производство глюкозо-галактозного сиропа основано на гидролизе лактозы соляной кислотой при температуре ниже 10°С или с нагреванием до 100°С.

Ферментативный гидролиз лактозы в производственных условиях осуществляют с использованием микроорганизмов, которые выделяют р-галак- тозидазу. Этот фермент проявляет наибольшую активность не в растворах лактозы, а в молоке. Видимо, окружающая среда молока и особенно белки оказывают стабилизирующее влияние на р-галактозидазу.

Наиболее премлемыми считаются дрожжевые галакгозидазы, имеющие оптимум pH (6,3—6,8), близкий к активной кислотности молока.

В промышленных условиях используют как растворимые, гак и иммобилизованные галактозидазы, но экономически более эффективными считаются закрепленные на носителях ферменты.

Лактоза — хороший источник питания для многих микроорганизмов. Они выделяют ферменты, расщепляющие лактозу и образующиеся при этом моносахариды. Такие превращения протекают в бескислородных условиях и называются брожение. Специалисты регулируют этот процесс и используют его в производстве многих продуктов: кефира, сметаны, творога, сыра И др.

Известно, что в водных растворах и молоке лактоза находится в двух аномерных формах: а- и р-, которые могут взаимно переходить друг в друга через карбонильную форму (рис. 10.18).

Изомерные превращения лактозы

Рис. 10.18. Изомерные превращения лактозы:

а — а-лактоза; б — карбонильная (открытая) форма; в — (3-лактоза

Такое превращение заканчивается установлением равновесия, которое зависит от температуры (табл. 10.2) [25].

Таблица 10.2

Соотношение между а- и р-лактозой при разных температурах

Температура, °С

Соотношение форм а: Р

20

1: 1,59

50

1: 1,51

70

1:1,45

90

1: 1,45

Как следует из табл. 10.2, при любой температуре из двух аномеров лактозы преобладает p-форма. Ее содержание составляет примерно 63%, а а-формы — 37%.

Обе формы лактозы можно выделить из раствора в кристаллическом виде. Пограничной температурой кристаллизации является 93,5°С. Ниже этой температуры из раствора выделяется а-лактоза с одной молекулой воды, поэтому ее называют гидрат а-лактозы. При температуре выше 93,5°С выкристаллизовывается безводная форма молочного сахара в виде р-лактозы.

В сухих молочных продуктах присутствует еще одна разновидность лактозы — аморфная. Установлено, что она образуется при удалении влаги в процессе быстрого высушивания или замораживания. Аморфная лактоза представляет собой смесь безводной а-лактозы и р-лактозы в том соотношении, которое было между ними в момент высушивания или замораживания.

Поскольку удаление влаги происходит быстро, то это не позволяет аморфной лактозе сформировать кристаллическую решетку. Основная особенность этой формы лактозы — высокая гигроскопичность. Вот почему сухие продукты, содержащие лактозу, легко увлажняются. Это сопровождается нежелательными последствиями для их качества:

  • • ухудшением дисперсности из-за адгезии частиц порошка;
  • • увеличением отложений на оборудовании вследствие дестабилизации казеиновых мультимеров;
  • • частичным повреждением оболочек жировых шариков с выделением свободного жира.

Установлено, что кристаллизация аморфной лактозы предотвращается:

  • • во-первых, при содержании в продукте массовой доли влаги не более 6% и aw не более 0,3;
  • • во-вторых, при хранении сухих продуктов во влагонепроницаемой упаковке.

Лактулоза — наиболее известный во всем мире нребиотик, безопасность которого доказана как для животных, так и для человека. Лактулоза была открыта как вещество, способное восстанавливать нормальный статус микрофлоры кишечника у младенцев, которые находились на искусственном вскармливании.

В последующих исследованиях был выяснен механизм действия лактулозы. Оказалось, что углевод устойчив к действию НС1 желудка и устойчив по отношению к ферментам верхних отделов ЖКК. Сохраняясь в неизменном виде, лактулоза достигает тонкого кишечника, где служит источником энергии для бифидобактерий. Таким образом, лактулоза способствует увеличению численности этой микрофлоры, количество которой в здоровом кишечнике должно составлять 90—98% общего количества микроорганизмов.

Лактулоза может существовать в пяти изомерных формах, но спектроскопическими методами установлено, что преобладающей является р-фрукто- фуранозная форма, представленная на рис. 10.19. Международное химическое название лактулозы — 4-0-р-Л-галактопиранозил-.0-фруктоза (рис. 10.19).

Строение лактулозы

Рис. 10.19. Строение лактулозы

Мальтоза (4-0-а-/>глюкопиранозил-/>глюкопираноза) образуется при неполном гидролизе крахмала, например при участии фермента слюны амилазы. Таким же действием обладают ферменты солода (семена ячменя, измельченные и высушенные после проращивания). Солод по-английски malt. — отсюда и название мальтоза.

Мальтоза состоит из двух остатков а-глюкозы, соединенных 1,4-глико- зидной связью (рис. 10.20).

Дисахариды, у которых сохранился свободным гликозидный гидроксил у первого углеродного атома, например лактоза и мальтоза, подобно моносахаридам с альдегидной группой обладают редуцирующими свойствами.

Схема гидролиза мальтозы

Рис. 10.20. Схема гидролиза мальтозы

Только при окислении дисахаридов образуются бионовые кислоты — лактобионовая, мальтобионовая и др.

Эта особенность находит применение для обнаружения сахаров. Часто используется реакция восстановления меди, известная как «проба Тромме- ра» (рис. 10.21), которая является качественной на редуцирующие сахара. Она применяется для их обнаружения в растворах, а также лежит в основе количественного определения сахаров в крови, моче, молоке и других биологических жидкостях.

Проба Троммера

Рис. 10.21. Проба Троммера

Олигосахариды образованы небольшим числом (от 3 до 20) связанных между собой моносахаридных остатков.

В зависимости от основного структурного звена различают галакто-, маннано- и фруктоолигосахариды и сокращенно обозначают, соответственно, ГОС, МОС и ФОС. Входят в состав углеводных компонентов фруктов, ягод, овощей и молока.

Олигосахариды молока по физико-химическим свойствам делят на кислые и нейтральные. В составе кислых олигосахаридов молока есть сиаловая кислота (N-ацетилнейраминовая кислота, NANA), которая препятствует закреплению вирусов и бактерий на инфицированной поверхности эпителия и тем самым способствует уменьшению очагов инфекции и заживлению язв. Нейтральные олигосахариды молока не подвергаются действию пищеварительных ферментов человека, но служат питательным веществом для кишечной микрофлоры [20, 26].

Олигосахариды — составная часть белков оболочек жировых шариков. Именно углеводный компонент этих белков придает им повышенную гид- рофильность, что поддерживает стабильность жировой фазы молока в форме эмульсии.

Источник: studme.org
Читайте также
Вид: