Сахароза

Сахаро́за(также допустим вариантсукро́за, в быту может именоваться простосахаром) —дисахаридиз группыолигосахаридов, состоящий из остатков двухмоносахаридов: α-глюкозыи β-фруктозы.
Сахароза является весьма распространённым в природе дисахаридом. Она встречается во многихфруктах,плодахиягодах. Особенно велико содержание сахарозы всахарной свёклеисахарном тростнике, из сока которых еёэкстрагируюти очищают насахарных заводах.
Заводы, производящие сахарозу из сахарного тростника, расположены в тропических регионах в непосредственной близости от места произрастания данной культуры, поскольку после сбора сырой массы требуется её быстрая переработка во избежание потерь продукта. Сырую массу тростника измельчают и извлекают из неё сахар-сырец, который далее отправляется на глубокую очистку (рафинирование) для переработки в чистую сахарозу.
Заводы, производящие сахарозу из сахарной свёклы, расположены в умеренном климате и могут быть значительно удалены от места произрастания культуры (в отличие от сахарного тростника) — сырая масса сахарной свёклы выдерживает длительное хранение без потери целевого продукта, поэтому для неё не требуется быстрая переработка.
Процесс рафинирования сахара включает в себя промывку кристаллов сахара-сырца перед растворением их в сахарном сиропе, который фильтруется, а затем пропускается через угольный фильтр для удаления остаточных соединений. Затем сахарный сироп концентрируют путём кипячения раствора при пониженном давлении и кристаллизуют в ходе окончательного процесса очистки с получением кристаллов практически чистой сахарозы.
Сахар, в основном состоящий из сахарозы, является важнейшим компонентом при производстве многих продуктов питания. Только в 2017 году во всём мире было произведено около 185 миллионов тонн сахара.
Сахароза, попадая вкишечник, быстрогидролизуетсяальфа-глюкозидазойтонкой кишкина глюкозу и фруктозу, которые затем всасываются вкровь.Ингибиторыальфа-глюкозидазы, такие, какакарбоза, тормозят расщепление и всасывание сахарозы, а также и другихуглеводов, гидролизуемых альфа-глюкозидазой, в частностикрахмала. Это используется в лечениисахарного диабета 2-го типа.
Биосинтез сахарозы протекает через уридиндифосфатглюкозу ифруктозо-6-фосфат. Реакция катализируется ферментом сахарозо-6-фосфатсинтазой.
Сахароза синтезируется преимущественно фотосинтезирующими организмами (растениями,водорослямиицианобактериями), но также может синтезироваться в качестве термопротектора некоторыми термофильными бактериями. Сахароза является конечным продуктом фотосинтеза и в природе встречается во многих растениях вместе с моносахаридами глюкозой и фруктозой. Во многихфруктах, таких какананасиабрикос, сахароза является основным углеводом, содержащимся в мякоти плодов. В других плодах, например, ввиноградеигрушах, сахароза присутствует примерно в равных или меньших количествах по отношению к другим.
В чистом виде сахароза представляет собой бесцветные моноклинные кристаллы. При застывании расплавленной сахарозы образуется аморфная прозрачная масса коричневато-оранжевого оттенка —карамель. Сахароза имеет очень высокую растворимость в воде. Растворимость (в граммах на 100 граммов растворителя): в воде 179 (0 ℃) и 487 (100 ℃), в этаноле 0,9 (20 ℃). Малорастворима вметаноле. Плохо растворима вдиэтиловом эфире. Плотность равна 1,587 г/см.
В сахарозе мономеры глюкозы и фруктозы образуют эфирную связь между С1 на глюкозильной субъединице и С2 на фруктозильной единице (гликозидная связь). В отличие от большинства других дисахаридов, гликозидная связь в сахарозе образуется между восстанавливающими концами глюкозы и фруктозы, а не между восстанавливающим концом одной и невосстанавливающим концом другой. Эта связь ингибирует дальнейшее связывание с другими сахаридными единицами и предотвращает реакцию сахарозы с другими макромолекулами, как это происходит с глюкозой и другими редуцирующими сахарами. Поскольку сахароза не содержит аномерных гидроксильных групп, её относят к невосстанавливающим сахарам.
Сахароза не проявляет восстанавливающих свойств —  она не реагирует с реактивамиТолленса,ФелингаиБенедикта, поскольку не образует открытую форму и поэтому не проявляет свойствальдегидовикетонов. Наличие гидроксильных групп в молекуле сахарозы легко подтверждается реакцией сощелочами. Если раствор сахарозы прилить кгидроксиду меди(II), образуется ярко окрашенный синий растворкомплексасахарозы и ионов меди. Альдегидная группа в сахарозе отсутствует: при нагревании с аммиачным растворомоксида серебра(I)она не даётреакцию «серебряного зеркала», а с гидроксидом меди(II) не проходит реакция «медного зеркала».
Из числа изомеров сахарозы, имеющих молекулярную формулу С12Н22О11, можно выделитьмальтозуилактозу.
Сахароза кристаллизуется в моноклинной пространственной группе с параметрами решётки при комнатной температуреa= 1,08631 нм,b= 0,87044 нм,c= 0,77624 нм, β = 102,938°.
Чистоту сахарозы обычно определяютполяриметрически. Удельное вращение при 20 ℃ плоскополяризованного жёлтого светаD-линии натрия(длина волны 589 нм) составляет +66,47°. Коммерческие образцы сахара анализируются с использованием данного параметра.
Сахароза плавится при 186 ℃ с разложением (образуется карамель). Как и другие углеводы, она горит в присутствиикислорода. При смешивании сахарозы снитратом калия(окислитель) и небольшим количествомкатализатора(оксид железа(III),оксид марганца(IV)и другие) можно получить заряд длятвердотопливной ракеты, которое используется для приведения в движение любительских ракет.
Сахароза самопроизвольно воспламеняется в присутствиихлорноватой кислоты, образующейся в результате реакции соляной кислоты и хлората калия, с которым в сухом виде сахароза не реагирует:
C12H22O11+8HClO3⟶12CO2+11H2O+8HCl{\displaystyle {\ce {C12H22O11 + 8HClO3 -> 12CO2 + 11H2O + 8HCl}}}
Сахарозу можно подвергнутькарбонизацииконцентрированнойсерной кислотойс образованием богатой углеродом «пены».
Гидролизразрывает гликозидную связь, превращая сахарозу в глюкозу и фруктозу. В чистой воде это происходит настолько медленно, что растворы сахарозы могут сохраняться годами с незначительными изменениями. Однако если добавить фермент сахаразу, реакция будет протекать быстро. Гидролиз также можно ускорить с помощью кислот, в том числе и слабых, таких каквиннаяилилимонная. Аналогично, кислотность желудка частично обращает сахарозу в глюкозу и фруктозу во времяпищеварения.
Поскольку связь между остатками моносахаридов в сахарозе образована за счёт обоих гликозидных гидроксилов, данное вещество не обладает восстановительными свойствами. При добавлении раствора сахарозы к осадку гидроксида меди(II) он растворяется; жидкость окрашивается в синий цвет за счёт образования комплексного соединения. Но сахароза не может восстанавливать гидроксид меди(II) дооксида меди(I).
В природе сахароза присутствует во многих растениях, в особенности в ихкорнях, плодах инектарах, поскольку она служит способом запасания энергии, полученной путёмфотосинтеза. Многиемлекопитающие,птицы,насекомыеибактериипотребляют сахарозу из растений, а для некоторых из них она является основным источником энергии. Хотямедоносные пчёлыпотребляют сахарозу, производимый имимёдсостоит в основном из фруктозы и глюкозы и лишь в незначительной степени из сахарозы.
По мере созревания плодов содержание сахарозы в них обычно резко возрастает, однако плоды некоторых растений сахарозы почти не содержат.
Содержится всахарном тростнике,сахарной свёкле(до 28 % сухого вещества), соках растений (например,берёзы,клёна) и плодах.
Происхождение рафинированного сахара невозможно определить визуально, органолептически и даже химически. Однако из-за различных путей биосинтеза сахарозы в растениях одним из способов определения происхождения служит изотопный анализ углерода. В тростнике используется фиксация углерода по путиC4-фотосинтеза, а в свёкле — по путиC3-фотосинтеза, что приводит к разному соотношению изотоповC иC в сахарозе. Тесты используются для выявления злоупотребления и мошеннических схем с различными субсидиями (например, в Европейском Союзе существует субсидия на свекловичный сахар, см.Единая сельскохозяйственная политика Европейского союза), а также для выявления фальсифицированных и нелегальных продуктов.
Учеловекаи других млекопитающих сахароза расщепляется на составляющие её моносахариды, глюкозу и фруктозу, с помощью фермента сахаразы, а также менее селективными ферментамиизомальтазойигликозил-гидролазой, которые выделяются на мембране микроворсинок, выстилающихдвенадцатиперстную кишку. Полученные молекулы глюкозы и фруктозы затем быстро всасываются в кровоток. У бактерий и некоторых животных сахароза переваривается ферментоминвертазой. Сахароза — легкоусвояемыймакронутриент, который обеспечивает большим количеством энергии за короткое время, провоцируя быстрое повышение уровня глюкозы в крови при приёме внутрь. Сахароза, как чистый углевод, имеет энергетическую ценность 3,94 килокалорий на грамм (или 17 килоджоулей на грамм).
Сахароза представляет собой дисахарид, состоящий из 50 % глюкозы и 50 % фруктозы, и имеет гликемический индекс 65. Сахароза быстро переваривается, но имеет относительно низкий гликемический индекс из-за содержания в ней фруктозы, который оказывает минимальное воздействие на уровень глюкозы в крови.
Как и другие сахара, сахароза расщепляется на компоненты с помощью фермента сахаразы до глюкозы (сахара в крови). Глюкоза далее транспортируется в кровь, где она удовлетворяет непосредственные метаболические потребности, либо преобразуется и сохраняется впеченив видегликогена.
При чрезмерном употреблении сахароза может способствовать развитиюметаболического синдрома, включая повышенный риск развитиясахарного диабета 2-го типа, резистентности к инсулину, увеличению веса иожирениюу взрослых и детей. Кроме того её неумеренное потребление может вызывать и другие негативные последствия.
В новейшее время кариес стал проблемой, связанной более с неумеренным употреблением углеводов, особенно сахарозы, чем по другим причинам. Бактерии, естественным образом обитающие вполости рта, такие какStreptococcus mutans,формируютзубной налёти метаболизируютлюбыеуглеводы (не только сахарозу, но также глюкозу,лактозу, фруктозу и даже крахмал) вмолочную кислоту. Образующаяся кислота снижает pH на поверхности зубов, что может привести кдеминерализацииэмали зубови кариесу при недостаточнойбуферной ёмкостислюны.
Все шестиуглеродные сахара и дисахариды на основе шестиуглеродных сахаров могут превращаться бактериями, образующими зубной налёт, в кислоты. Однако сахароза — единственный углевод, который может быть преобразован в высокоадгезивные декстраноподобные полисахариды (глюканы) с помощью бактериальных ферментов. Данные полисахариды позволяют бактериям гораздо лучше прикрепляться к поверхности зубов и образовывать толстые слои зубного налёта, который сильно ухудшает обмен с внешней средой, благодаря чему нейтрализация кислот слюной сводится на нет, что приводит к кариозным поражениям. Таким образом, сахароза может позволить многим видам бактерий прочно прикрепляться и сопротивляться естественному удалению, например, потоком слюны, хотя зубной налёт легко удаляетсязубной щёткой. Кроме того, глюканы и леваны (полисахариды фруктозы), вырабатываемые бактериями зубного налёта, также служат резервным источником питания для них. Столь особая роль сахарозы в формировании кариеса зубов весьма значительна в свете почти повсеместного использования сахарозы в качестве подсластителя.
Возникновениеподагрысвязано с избыточной выработкоймочевой кислоты. Диета, богатая сахарозой, может приводить к подагре, поскольку повышает уровень инсулина, мешающий выведению мочевой кислоты из организма. По мере того как концентрация мочевой кислоты в организме увеличивается, увеличивается и концентрация мочевой кислоты в суставной жидкости и, выходя за пределы критической концентрации, мочевая кислота начинает осаждаться в кристаллы.