Сахароза
9-05-2017, 14:53
Основным компонентом сахарной свеклы является сахароза, поэтому сахарная свекла и используется для получения сахара.
Сахароза (свекловичный, или тростниковый сахар) представляет собой ?-D-глюкопиранозил-?-D-фруктофуранозид. Она является невосстанавливающим сахаром, поскольку оба глюкозидных гидроксила участвуют в образовании эфирной связи, поэтому молекула сахарозы лишена карбонильных групп, содержит 8 гидроксильных групп.
Структура молекулы сахарозы. Структура молекулы сахарозы установлена с помощью ферментативного, рентгеноструктурного анализа и метода ЯMP.
Принятая в настоящее время схема конфигурации молекулы сахарозы (конформационное изображение) приведена ниже:
Пиранозное кольцо, как следует из схемы, имеет довольно сложную конфигурацию, похожую на кресло. Что же касается фуранозного кольца (правая часть схемы), то его можно представить в некотором приближении в одной плоскости.
В кристаллах сахарозы пять групп ОН взаимосвязаны водородными связями с молекулами сахарозы. В водных же растворах эти пять групп могут образовывать водородные связи с молекулами растворителя, в частности с водой.
Наличие водородных связей в молекуле сахарозы оказывает влияние на форму и устойчивость кристаллической решетки, т. е. на физико-химические свойства кристаллов сахарозы и ее растворов.
Как уже отмечалось выше, из восьми гидроксильных групп пять способны участвовать в образовании межмолекулярных водородных связей, в первую очередь, с водой, т. е. в водных растворах молекула сахарозы сильно гидратирована. Именно этим и объясняется хорошая растворимость сахарозы в воде.
Сахароза также растворима в пиридине, этилацетате, жидком аммиаке, смесях спирт - вода и ацетон - вода; нерастворима в бензине, хлороформе, сероуглероде, этиловом спирте.
Наличие указанных пяти свободных гидроксильных групп, способных образовывать водородные связи, дает возможность получать чистые крупные ее кристаллы (на практике получен кристалл сахарозы массой 2 кг).
Несмотря на то, что в водных растворах молекула сахарозы сильно гидратирована, сахароза кристаллизуется в безводной форме. Это обусловлено тем, что взаимодействие между молекулами сахарозы более сильное, чем молекул сахарозы с водой.
Кристаллоструктура сахарозы и форма ее кристаллов. Сахароза кристаллизуется в виде бесцветных, блестящих кристаллов, относящихся к моноклинной системе с одной осью симметрии и тремя осями (АА, ВВ и СС), которые располагаются внутри кристаллов. Последние используют для определения положения граней кристалла (см. рис. 3).
Нормальный кристалл сахарозы, выращенный в чистом растворе, имеет 12 поверхностей (граней). Плоскости поверхностей кристалла определяют его геометрическую форму.
Соотношение длина: ширина: высота кристалла сахарозы в направлении его кристаллографических осей составляет 1,2595:1,000:0,8782, т. е. примерно в таком же соотношении, как и размеры молекулы сахарозы.
Многогранная форма кристалла сахара обусловлена анизотропией его физических свойств, т. е. неодинаковостью его физических свойств в разных направлениях. Причиной анизотропии является атомная структура кристалла.
Почти все физические свойства кристаллов анизотропные; анизотропная - и скорость роста кристалла. Кристаллы вырастают в форме многогранников из-за анизотропии скоростей роста граней.
Свойства кристалла зависят не от его формы, а от его структуры. Дело в том, что внешний вид кристалла очень сильно зависит еще и от условий кристаллизации: от колебаний температуры, от примесей в растворе, от скорости кристаллизации, степени пересыщения, от положения кристалла в процессе его роста и еще от многих причин.
При быстрой кристаллизации, при росте в тонком слое или густом вязком растворе образуются иногда особые формы кристаллов: иглы, нити.
Важным свойством кристаллов является способность самоограняться, т. е. восстанавливать свою первоначальную форму. Эта способность характернее для кристалла, чем его форма.
Кристалл не перестает быть кристаллом, даже лишившись своей многогранной формы. Его физические и химические свойства остаются неизменными.
Форма кристалла определяется в первую очередь внутренним его строением, т. е. расположением частиц в кристаллической решетке Поскольку от изменения внешней формы кристалла внутреннее строение его не нарушается, не меняются и его свойства.
Кристалл сахарозы имеет слоистую структуру, которая хорошо видна при 20000-кратном увеличении. Слоистая структура кристалла обусловлена механизмом кристаллизации.
При нормальных условиях кристаллизации сахароза не образует кристаллогидраты.
Гидраты сахарозы образуются только при температуре ниже 0°С. При быстром выпаривании воды из раствора сахарозы или же быстром нагревании до температуры плавления с последующим быстрым охлаждением образуется аморфная сахароза, которая очень гигроскопична.
Сахароза как кристаллическое вещество имеет свои специфические особенности, обусловленные структурой ее молекулы.
Знание этих особенностей важно с технологической точки зрения, так как именно технологические параметры процесса кристаллизации сахарозы в значительной степени влияют на качество получаемого сахара и его выход.
Некоторые физические свойства кристалла сахарозы обусловлены его несимметричностью.
Основные физико-химические показатели сахарозы приведены ниже:
По данным отдельных авторов, температуры плавления сахарозы несколько различаются. Это связано с тем, что в опытах использовались образцы сахарозы различной чистоты. Это следует из данных, полученных в последнее время японскими исследованиями: образцы сахара с содержанием золы 0,0003...0,0070% и редуцирующих веществ - 0,05...0,0935% имели температуру плавления в интервале 170...192°С.
Контрактация и дилатация водных растворов сахарозы. Различной степенью гидратации сахарозы в водных ее растворах различной концентрации можно объяснить явления контрактации (сжатие) и дилатации (расширение).
При растворении сахарозы в воде масса раствора равна сумме масс компонентов, но объем раствора меньше суммы объемов сахарозы и воды. За счет этого расчетная величина удельного веса раствора сахарозы будет несколько отличаться от действительной.
Если исходить из величины удельного веса для кристаллической сахарозы, равной 1,59, то для растворов невысокой концентрации имеет место контрактация, т. е. сжатие. Она достигает максимума при СВ примерно 40%, затем она убывает, и при СВ = 60 % она становится равной нулю. Для более высоких концентраций имеет место увеличение объема раствора (расширение, дилатация), величина которой значительна при СВ = 90%.
На величину контрактации растворов сахарозы оказывает влияние присутствие несахаров. Контрактация нечистых сахарных растворов иная, чем для чистой сахарозы - она обычно больше.
Высокой степенью гидратации сахарозы в водных ее растворах можно объяснить и способность сахарозы к образованию сильно пересыщенных растворов.
Известно, что если раствор сахарозы нагреть всего на несколько градусов выше температуры его насыщения, то сразу же после его охлаждения в нем наступает быстрое самопроизвольное образование центров кристаллизации. Считается, что в таких условиях в растворе присутствуют агрегаты частичек сахарозы, образованные за счет водородных связей.
Иная картина имеет место в том случае, если раствор нагреть выше температуры, при которой он будет пересыщенным. Такой раствор в отсутствии центров кристаллизации и после охлаждения в течение длительного времени будет оставаться пересыщенным.
Считается, что при повышении температуры, что имеет место при перегреве раствора, происходит разрыв водородных связей и связанное с этим разрушение ассоциатов на отдельные молекулы (частички), в результате чего они теряют способность к нуклеации.
Растворимость сахарозы в воде и водно-спиртовых смесях. Одним из важнейших свойств сахарозы является ее растворимость в воде, которая зависит от температуры. В сахарном производстве растворимость сахарозы обычно выражают в г на 1 г воды в насыщенном растворе. Растворимость сахарозы в зависимости от температуры исследована многими авторами. Согласно полученным данным, растворимость сахарозы с повышением температуры увеличивается по экспоненциальной зависимости, приведенной на рис. 4.
В 1970 г. на 15-м заседании комиссии ИКУМСА вместо данных Герцфельда было рекомендовано использовать данные Вавринца, а в настоящее время - Смелика и Вашатко. Согласно этим авторам, растворимость сахарозы рассчитывается по уравнению
В различных отраслях пищевой промышленности широко используются частично инвертированные растворы сахарозы, содержащие, кроме последней, также глюкозу и фруктозу. Растворимость последних, как это следует из данных, представленных на рис. 5, отличается от растворимости сахарозы. Этим и объясняется, что инвертированные растворы сахарозы имеют более высокую концентрацию сухих веществ, чем насыщенные растворы сахарозы при той же температуре. Растворимость сахарозы в водно-спиртовой смеси зависит от концентрации спирта в ней. При этом, как следует из данных рис. 6, с повышением концентрации спирта в смеси растворимость сахарозы понижается. Это свойство сахарозы используется в предлагаемых методах очистки ее растворов.
Сахароза (свекловичный, или тростниковый сахар) представляет собой ?-D-глюкопиранозил-?-D-фруктофуранозид. Она является невосстанавливающим сахаром, поскольку оба глюкозидных гидроксила участвуют в образовании эфирной связи, поэтому молекула сахарозы лишена карбонильных групп, содержит 8 гидроксильных групп.
Структура молекулы сахарозы. Структура молекулы сахарозы установлена с помощью ферментативного, рентгеноструктурного анализа и метода ЯMP.
Принятая в настоящее время схема конфигурации молекулы сахарозы (конформационное изображение) приведена ниже:
Пиранозное кольцо, как следует из схемы, имеет довольно сложную конфигурацию, похожую на кресло. Что же касается фуранозного кольца (правая часть схемы), то его можно представить в некотором приближении в одной плоскости.
В кристаллах сахарозы пять групп ОН взаимосвязаны водородными связями с молекулами сахарозы. В водных же растворах эти пять групп могут образовывать водородные связи с молекулами растворителя, в частности с водой.
Наличие водородных связей в молекуле сахарозы оказывает влияние на форму и устойчивость кристаллической решетки, т. е. на физико-химические свойства кристаллов сахарозы и ее растворов.
Как уже отмечалось выше, из восьми гидроксильных групп пять способны участвовать в образовании межмолекулярных водородных связей, в первую очередь, с водой, т. е. в водных растворах молекула сахарозы сильно гидратирована. Именно этим и объясняется хорошая растворимость сахарозы в воде.
Сахароза также растворима в пиридине, этилацетате, жидком аммиаке, смесях спирт - вода и ацетон - вода; нерастворима в бензине, хлороформе, сероуглероде, этиловом спирте.
Наличие указанных пяти свободных гидроксильных групп, способных образовывать водородные связи, дает возможность получать чистые крупные ее кристаллы (на практике получен кристалл сахарозы массой 2 кг).
Несмотря на то, что в водных растворах молекула сахарозы сильно гидратирована, сахароза кристаллизуется в безводной форме. Это обусловлено тем, что взаимодействие между молекулами сахарозы более сильное, чем молекул сахарозы с водой.
Кристаллоструктура сахарозы и форма ее кристаллов. Сахароза кристаллизуется в виде бесцветных, блестящих кристаллов, относящихся к моноклинной системе с одной осью симметрии и тремя осями (АА, ВВ и СС), которые располагаются внутри кристаллов. Последние используют для определения положения граней кристалла (см. рис. 3).
Нормальный кристалл сахарозы, выращенный в чистом растворе, имеет 12 поверхностей (граней). Плоскости поверхностей кристалла определяют его геометрическую форму.
Соотношение длина: ширина: высота кристалла сахарозы в направлении его кристаллографических осей составляет 1,2595:1,000:0,8782, т. е. примерно в таком же соотношении, как и размеры молекулы сахарозы.
Многогранная форма кристалла сахара обусловлена анизотропией его физических свойств, т. е. неодинаковостью его физических свойств в разных направлениях. Причиной анизотропии является атомная структура кристалла.
Почти все физические свойства кристаллов анизотропные; анизотропная - и скорость роста кристалла. Кристаллы вырастают в форме многогранников из-за анизотропии скоростей роста граней.
Свойства кристалла зависят не от его формы, а от его структуры. Дело в том, что внешний вид кристалла очень сильно зависит еще и от условий кристаллизации: от колебаний температуры, от примесей в растворе, от скорости кристаллизации, степени пересыщения, от положения кристалла в процессе его роста и еще от многих причин.
При быстрой кристаллизации, при росте в тонком слое или густом вязком растворе образуются иногда особые формы кристаллов: иглы, нити.
Важным свойством кристаллов является способность самоограняться, т. е. восстанавливать свою первоначальную форму. Эта способность характернее для кристалла, чем его форма.
Кристалл не перестает быть кристаллом, даже лишившись своей многогранной формы. Его физические и химические свойства остаются неизменными.
Форма кристалла определяется в первую очередь внутренним его строением, т. е. расположением частиц в кристаллической решетке Поскольку от изменения внешней формы кристалла внутреннее строение его не нарушается, не меняются и его свойства.
Кристалл сахарозы имеет слоистую структуру, которая хорошо видна при 20000-кратном увеличении. Слоистая структура кристалла обусловлена механизмом кристаллизации.
При нормальных условиях кристаллизации сахароза не образует кристаллогидраты.
Гидраты сахарозы образуются только при температуре ниже 0°С. При быстром выпаривании воды из раствора сахарозы или же быстром нагревании до температуры плавления с последующим быстрым охлаждением образуется аморфная сахароза, которая очень гигроскопична.
Сахароза как кристаллическое вещество имеет свои специфические особенности, обусловленные структурой ее молекулы.
Знание этих особенностей важно с технологической точки зрения, так как именно технологические параметры процесса кристаллизации сахарозы в значительной степени влияют на качество получаемого сахара и его выход.
Некоторые физические свойства кристалла сахарозы обусловлены его несимметричностью.
Основные физико-химические показатели сахарозы приведены ниже:
По данным отдельных авторов, температуры плавления сахарозы несколько различаются. Это связано с тем, что в опытах использовались образцы сахарозы различной чистоты. Это следует из данных, полученных в последнее время японскими исследованиями: образцы сахара с содержанием золы 0,0003...0,0070% и редуцирующих веществ - 0,05...0,0935% имели температуру плавления в интервале 170...192°С.
Контрактация и дилатация водных растворов сахарозы. Различной степенью гидратации сахарозы в водных ее растворах различной концентрации можно объяснить явления контрактации (сжатие) и дилатации (расширение).
При растворении сахарозы в воде масса раствора равна сумме масс компонентов, но объем раствора меньше суммы объемов сахарозы и воды. За счет этого расчетная величина удельного веса раствора сахарозы будет несколько отличаться от действительной.
Если исходить из величины удельного веса для кристаллической сахарозы, равной 1,59, то для растворов невысокой концентрации имеет место контрактация, т. е. сжатие. Она достигает максимума при СВ примерно 40%, затем она убывает, и при СВ = 60 % она становится равной нулю. Для более высоких концентраций имеет место увеличение объема раствора (расширение, дилатация), величина которой значительна при СВ = 90%.
На величину контрактации растворов сахарозы оказывает влияние присутствие несахаров. Контрактация нечистых сахарных растворов иная, чем для чистой сахарозы - она обычно больше.
Высокой степенью гидратации сахарозы в водных ее растворах можно объяснить и способность сахарозы к образованию сильно пересыщенных растворов.
Известно, что если раствор сахарозы нагреть всего на несколько градусов выше температуры его насыщения, то сразу же после его охлаждения в нем наступает быстрое самопроизвольное образование центров кристаллизации. Считается, что в таких условиях в растворе присутствуют агрегаты частичек сахарозы, образованные за счет водородных связей.
Иная картина имеет место в том случае, если раствор нагреть выше температуры, при которой он будет пересыщенным. Такой раствор в отсутствии центров кристаллизации и после охлаждения в течение длительного времени будет оставаться пересыщенным.
Считается, что при повышении температуры, что имеет место при перегреве раствора, происходит разрыв водородных связей и связанное с этим разрушение ассоциатов на отдельные молекулы (частички), в результате чего они теряют способность к нуклеации.
Растворимость сахарозы в воде и водно-спиртовых смесях. Одним из важнейших свойств сахарозы является ее растворимость в воде, которая зависит от температуры. В сахарном производстве растворимость сахарозы обычно выражают в г на 1 г воды в насыщенном растворе. Растворимость сахарозы в зависимости от температуры исследована многими авторами. Согласно полученным данным, растворимость сахарозы с повышением температуры увеличивается по экспоненциальной зависимости, приведенной на рис. 4.
В 1970 г. на 15-м заседании комиссии ИКУМСА вместо данных Герцфельда было рекомендовано использовать данные Вавринца, а в настоящее время - Смелика и Вашатко. Согласно этим авторам, растворимость сахарозы рассчитывается по уравнению
В различных отраслях пищевой промышленности широко используются частично инвертированные растворы сахарозы, содержащие, кроме последней, также глюкозу и фруктозу. Растворимость последних, как это следует из данных, представленных на рис. 5, отличается от растворимости сахарозы. Этим и объясняется, что инвертированные растворы сахарозы имеют более высокую концентрацию сухих веществ, чем насыщенные растворы сахарозы при той же температуре. Растворимость сахарозы в водно-спиртовой смеси зависит от концентрации спирта в ней. При этом, как следует из данных рис. 6, с повышением концентрации спирта в смеси растворимость сахарозы понижается. Это свойство сахарозы используется в предлагаемых методах очистки ее растворов.