סוכר אינוורטי

סוכר אינוורטי הוא תערובת של שני חד הסוכרים גלוקוז ופרוקטוז המתקבלת כתוצאה משבירה של הקשר הגליקוזידי של סוכרוז. שמו של הסוכר נובע מהתכונות האופטיות שלו. בעוד שסוכרוז מקטב את האור ימינה, תוצרי הפירוק שלו (תערובת גלוקוז ופרוקטוז) מקטבים את האור שמאלה ולכן הסוכר נקרא סוכר אינוורטי (invert sugar) - הפוך. בשל תכונותיו החיוביות, הסוכר האינוורטי נמצא בשימוש רב בתעשיית המזון. הוא ידוע כמתוק יותר לעומת רוב הממתיקים, בעל נטייה נמוכה יותר להתגבשות וכסופח לחות. במקור, הפקת סוכר אינוורטי נעשתה באמצעות חימום תמיסה מימית המכילה סוכרוז, אולם כיום הפקת הסוכר בתעשיית המזון נעשית באמצעות יצירת סביבה חומצית או בתהליכים אנזימטיים. דרך ההפקה המוכרת והידועה ביותר של סוכר אינוורטי היא המסת סוכרוז במים וחימום התמיסה. כדי להאיץ את התגובה משתמשים בתעשיית המזון בדרכים אנזימטיות או בהידרוליזה חומצית לטובת הפקת הסוכר האינוורטי. בתהליך הפקה אנזימטית משתמשים באנזים הנקרא אינוורטאז (invertase) הידוע גם כ-β-fructofuranosidases. האנזים מבצע הידרוליזה של סוכרוז על ידי פירוק הקשר הגליקוזידי, למתן תערובות של גלוקוז ופרוקטוז. ההידרוליזה מתרחשת בריכוזי סוכרוז נמוכים (פחות מ-10%), ובריכוזי סוכרוז גבוהים יותר (20-85%) האנזים מבצע תגובה אחרת שתוצריה הם פרוקטוגליקו-סכרידים. יעילות ההידורליזה תלויה בטמפרטורה, ב-pH (טווח ה-pH האופטימלי הוא 3.8-5.2) ובנוכחות מולקולות נוספות בתמיסה. פעילות האנזים אינוורטאז מושפעת משלושה גורמים עיקרים - ריכוז הסוכרוז, טמפרטורת התגובה וריכוז יוני המימן. טווח ה-pH האופטימלי לאנזים הוא 3.8-5.2, הטמפרטורה האופטימלית עבור פעילות האנזים נעה בין 25–35 מעלות צלזיוס והטווח האופטימלי עבור ריכוז יוני המימן הוא 10-4.5-10-5. ריכוזי סוכרוז גבוהים מעכבים את פעילות האנזים, כאשר מעל 5% מובילים לירידה בקצב ההידורליזה. כאשר רוצים להשתמש באינוורטאז בטמפרטורות גבוהות מן הפעילות האופטימלית, למשל בתהליכים תעשייתיים שונים בהם דרושה טמפרטורה של 60 ל-70 מעלות צלזיוס, ניתן להפיק את האנזים בצורה רקומביננטית מאורגניזמים שונים על מנת לקבל אנזים עם טמפרטורת פעילות מתאימה. כך למשל, טמפרטורת העבודה של האנזים כאשר הוא מופק מהשמר Pichia pastoris היא 60 מעלות צלזיוס. ניתן להשתמש באנזימים ממקורות רקומבניננטים שונים לצורך פעילויות שונות. פרט לטמפרוטרת העבודה של האנזים, קיימים אנזמי אינוורטאז שעובדים בסביבות בסיסיות יותר (pH 8), ואף אינוורטאז שמסוגל לבצע הידרוליזה בריכוזי סוכרוז גבוהים מבלי להוביל לתגובה שבה נוצרים פרוקטוגליקו-סכרידים. הידרוליזה טבעית של סוכרוז מתרחשת כאשר סוכרוז מחומם בסביבה חומצית. הפקת סוכרוז בסביבה חומצית באופן תעשייתי מתרחשת כאשר יש בתמיסה כ-70% מוצקים. ניתן לבצע הידוליזה כאשר התמיסה מכילה כ-65% סוכרוז ו-0.25% חומצה הידרוכלורית. ההידרוליזה מתרחשת בטמפרטורה של כ-50 מעלות צלזיוס, ובסופה, מומלץ להוסיף בסיס כלשהו כדוגמת סודיום ביקרבונט על מנת לנטרל את החומצה. לסוכר אינוורטי שימושים רבים, ושימושו העיקרי הוא בתעשיית המזון, בעיקר בתחום הממתקים ודברי המאפה עקב יתרונותיו הרבים. סוכר אינוורטי שומר על טריות המוצר ועל רכותו לאורך זמן רב יותר עקב נוכחות פרוקטוז בתערובת הסוכר אינוורטי, המשמש כחומר לחות, ועוזר לשמירת הלחות במזון. בשונה מסוכרוז, הוא אינו יוצר גבישים בריכוזים גבוהים, דבר שעלול לפגוע במרקם הנוצר עקב גיבוש של מולקולות הסוכרוז. המתיקות היחסית של סוכר אינוורטי (הנקבעת לפי מתיקות הסוכר ביחס למתיקות הסוכרוז), ב-100% פירוק (כאשר כל הסוכרוז התפרק למרכיביו) גבוהה יותר מזו של סוכרוז (1.23 לעומת 1), הנקבעת לפי ממוצע המתיקות היחסית של גלוקוז (0.7) ופרוקטוז (1.78). סוכר אינוורטי משמש כמרכיב בתעשיית המזון בייצור דברי מתיקה, והוא מתאים להכנת סוכריות קשות, סוכריות גומי, מסטיקים ועוד. ניתן לשלוט בעזרתו על המרקם הסופי ולייצר מוצרים בעלי ליבה נוזלית כמו שוקולד ממולא קרם נוזלי. סוכר אינוורטי משמש מרכיב חשוב בדברי מאפה. פרט ליתרונות של סוכר אינוורטי שהוזכרו (שיפור ברכות המוצר לאורך זמן רב יותר), הוספת סוכר אינוורטי לדברי המאפה תורמת להארכת חיי המדף של המוצר, ומונעת התפתחות של שמרים ועובשים ע״י הורדת פעילות המים בצורה משמעותית יותר מסוכרוז. סוכר אינוורטי משמש כאחד ממקורות הסוכר המשמשים לייצור גלידות שכן הוא בעל תכונות נוגדות קיפאון בשל נוכחות הפרוקטוז. למרות נוכחות מים בתערבות הסוכר האינוורטי, ניתן להחליף עד כ-35% מכמות הסוכרוז בסוכר זה מבלי לפגוע במתיקות ותוך שיפור במרקם. סוכר אינוורטי (הפיך) נקרא כך עקב השוני בסיבוב האור המקוטב שנוצר בעקבות תגובת הפירוק של סוכרוז. זווית הסיבוב האופטי הספציפית של סוכרוז היא 66.5o (מסובב את האור לימין) בעוד זווית הסיבוב האופטי הספציפית של גלוקוז ופרוקטוז היא 52.7o ו-92.4o בהתאמה (חצי סכום הזווית שלילית, מסובבים את האור לשמאל)4. מאפיין זה מאפשר מעקב אחרי התקדמות תגובת פירוק הסוכרוז, ומאפשר קביעת אחוזי פירוק הסוכרוז בעזרת מכשיר פולרימטר, לפי חוק ביו: α = [ α ] ∗ l ∗ C {\displaystyle \alpha =[\alpha ]*l*C} כאשר: α- הזווית הנמדדת [α] - זווית הסיבוב הספציפית האופיינית לחומר מסוים l {\displaystyle l} - אורך תא המדידה C - ריכוז הדוגמה מדיה וקבצים בנושא סוכר אינוורטי בוויקישיתוף H.-D. Belitz, W. Grosch, P. Schieberle, Food Chemistry, 3, Berlin: Springer, 2005, עמ' 10-11, 382 Preedy, V. R, Dietary sugars: Chemistry, analysis, function and effects, Royal Society of Chemistry, 2012 Dias Batista, R. et al, Optimization of β-Fructofuranosidase Production from Agrowaste by Aspergillus carbonarius and Its Application in the Production of Inverted Sugar scientific note, Food Technology Biotechnology, 2021, עמ' 306-313 Veana, F. et al, Invertase: An Enzyme with Importance in Confectionery Food Industry, Enzymes in Food Technology, Mohammed Kuddus, 2018, עמ' 187-212 Food industries manual, Ranken, M. D, Springer Science & Business Media 2012, 1997, עמ' 408 Gehlawat, J. K, New technology for invert sugar and high fructose syrups from sugarcane., India Journal of Chemial Technology, Vol 8, NISCAIR-CSIR, India, 2001, עמ' 28-32 Arbuckle, W. S, Ice Cream Ingredients. in Ice Cream, USA: Springer, 1986, עמ' 80 Confectionary Chemistry: Measuring Sugar Inversion