На рис. 5.6 отмечены некоторые свойства дисахаридов. Дисахариды образуются в результате реакции конденсации между двумя моносахаридами, обычно гексозами (рис. 5.14).

Связь между двумя моносахаридами называют гликозидной связью . Обычно она образуется между 1-м и 4-м углеродными атомами соседних моносахаридных единиц (1,4-гликозидная связь). Этот процесс может повторяться бессчетное число раз, в результате чего и возникают гигантские молекулы полисахаридов (рис. 5.14). После того как моносахаридные единицы соединятся друг с другом, их называют остатками . Таким образом, мальтоза состоит из двух остатков глюкозы.

Среди дисахаридов наиболее широко распространены мальтоза, лактоза и сахароза:

Глюкоза + Глюкоза = Мальтоза, Глюкоза + Галактоза = Лактоза, Глюкоза + Фруктоза = Сахароза

Мальтоза образуется из крахмала в процессе его переваривания (например, в организме животных или при прорастании семян) под действием ферментов, называемых амилазами. Расщепление мальтозы до глюкозы происходит под действием фермента, называемого мальтозой. Лактоза, или молочный сахар, содержится только в молоке. Сахароза, или тростниковый сахар, наиболее распространена в растениях. Здесь она в больших количествах транспортируется по флоэме. Иногда она откладывается в качестве запасного питательного вещества, так как метаболически она довольно инертна. Промышленным способом сахарозу получают из сахарного тростника или из сахарной свеклы; именно она и есть тот самый "сахар", который мы обычно покупаем в магазине.

Редуцирующие сахара

Все моносахариды и некоторые дисахариды, в том числе мальтоза и лактоза, относятся к группе редуцирующих (восстанавливающих) Сахаров. Сахароза - нередуцирующий сахар. Восстановительная способность Сахаров зависит у альдоз от активности альдегидной группы, а у кетоз от активности как кетогруппы, так и первичных спиртовых групп. У нередуцирующих Сахаров эти группы не могут вступать в какие-либо реакции, потому что здесь они участвуют в образовании гликозидной связи. Две обычные реакции на редуцирующие сахара - реакция Бенедикта и реакция Фелинга (разд. 5.8) - основаны на способности этих Сахаров восстанавливать ион двухвалентной меди до одновалентной. В обеих реакциях используется щелочной раствор сульфата меди(ΙΙ) (CuS0 4), который восстанавливается до нерастворимого оксида меди(Ι) (Cu 2 О).

Редуцирующий сахар

Все моносахариды, в случае с сиропом глюкоза и фруктоза, и некоторые дисахариды, в том числе мальтоза и лактоза, относятся к группе редуцирующих (восстанавливающих) сахаров, т. е. соединений, способных вступать в реакцию восстановления.

Две обычные реакции на редуцирующие сахара -- реакция Бенедикта и реакция Фелинга -- основаны на способности этих сахаров восстанавливать ион двухвалентной меди до одновалентной. В обеих реакциях используется щелочной раствор сульфата меди(II) (CuSO4), который восстанавливается до нерастворимого оксида меди(1) (Cu2O).

Реакция Фелинга наиболее часто используется для доказательства восстанавливающих свойств сахаров, она заключается в восстановлении моносахаридами гидроксида меди (II) в закись меди (I). При проведении реакции используется реактив Фелинга, представляющий собой смесь сульфата меди с сегнетовой солью (калий, натрий виннокислый) в щелочной среде. При смешивании сульфата меди со щелочью образуется гидроксид меди.

CuSO4 + 2NaOH -> Cu(OH)2v + Na2SO4

В присутствии сегнетовой соли выделившийся гидроксид не выпадает осадок, а образует растворимое комплексное соединение меди (II), которое восстанавливается в присутствии моносахаридов с образованием закисной меди (I). При этом альдегидная или кетон- группа моносахарида окисляется до карбоксильной группы. Например, реакция глюкозы с реактивом Фелинга.

СН2ОН - (СНОН) 4 - СОН + Сu(ОН) 2 ===> СН2ОН - (СНОН) 4 - СООН + Сu2Оv+ Н2О

Изобретение относится к определению редуцирующих веществ и может быть использовано в кондитерском, карамельном и сахаропаточном производстве. Способ включает окисление редуцирующих веществ соединениями меди (II) в щелочной среде при нагревании на кипящей водяной бане в течение 10 минут, доведение объема охлажденного раствора до определенного значения, определение оптической плотности при длине волны 670 нм, введение поправки на частичное окисление нередуцирующих углеводов, которую вычитают из показания оптической плотности, и оценку концентрации редуцирующих веществ по калибровочному графику. Достигается повышение точности и воспроизводимости анализа. 5 пр., 6 табл., 4 ил.

Изобретение относится к способу определения редуцирующих веществ и может быть использовано в кондитерском, карамельном и сахаропаточном производстве.

Содержание редуцирующих веществ в карамели строго регламентировано и составляет не более 20% для неподкисленной карамели, не более 23% для карамели с введением кислоты свыше 0,6% и не более 32% для изделий с лактозой [ГОСТ 6477-88 Карамель. Общие технические условия.]. Избыток редуцирующих сахаров может привести к адсорбции влаги из воздуха и отсыреванию продукта. Недостаток редуцирующих веществ вызывает кристаллизацию сахарозы внутри изделия, что сказывается на его качестве при длительном хранении.

По количеству редуцирующих веществ судят о степени гидролиза крахмала в сахаропаточном производстве, именно этот показатель главным образом определяет вид продукта: для патоки низкоосахаренной содержание редуцирующих веществ составляет 26-35%, для карамельной кислотной и карамельной ферментативной - 36-44%, для мальтозной - 38% и более, для высокоосахаренной - 45% и более [ГОСТ Р 52060-2003 Патока крахмальная. Общие технические условия].

Известны способы, основанные на определении содержания редуцирующих веществ, основанные на титриметрическом определении оксида меди (I), выделяющегося в результате восстановления двухвалентной меди редуцирующими веществами. Главным недостатком данных методов является субъективность в определении конца титрования, а также необходимость в заместительном титровании, что повышает трудоемкость метода, а также значительно сказывается на погрешности измерения [ГОСТ 5903-89. Изделия кондитерские. Методы определения сахара. - С.131-141].

Аналогом изобретения является фотоколориметрический метод, основанный на обесцвечивании раствора гексацианоферрата (феррицианида) (III) калия в ходе реакции с редуцирующими веществами. О количестве редуцирующих веществ судят по остатку феррицианида после проведения реакции. Остаток феррицианида определяют по оптической плотности в кюветах с толщиной слоя 10 мм и со светофильтром, имеющим длину волны 440 нм относительно холостой пробы [ГОСТ 5903-89. Изделия кондитерские. Методы определения сахара. - С.144-147].

К недостаткам данного способа можно отнести:

1) использование феррицианида калия для окисления редуцирующих веществ, который по сравнению с раствором Фелинга значительно окисляет сахарозу;

2) при кипячении раствора происходит его концентрирование за счет интенсивного испарения влаги, в результате чего возникает повышение оптической плотности, вызывающее несистематическую погрешность параллельных опытов (невозможно добиться одинаковых быстроты нагрева, интенсивности кипения, быстроты остывания);

3) градуировочный график не подчиняется закону Бугера-Ламберта-Бера, поэтому данный метод не может гарантировать достоверного результата - рис.1.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является способ, основанный на фотоколориметрировании медно-щелочного раствора (раствор Фелинга) после реакции с редуцирующими веществами. В пробирку вносят раствор сульфата меди, щелочной раствор сегнетовой соли, раствор желтой кровяной соли и исследуемый раствор. После пробирку нагревают на кипящей водяной бане в течение 3 минут, по истечении которых смесь фотометрируют на фотоколориметре при 670 нм относительно дистиллированной воды в кюветах с толщиной рабочего слоя 1 см. Параллельно проводят холостой опыт без нагревания. Содержание редуцирующих веществ определяют по уравнению для калибровочного графика .

Недостатками данного способа являются:

1) при выдерживании раствора на кипящей водяной бане происходит изменение его концентрации за счет интенсивного испарения влаги, в результате чего возникает повышение оптической плотности, вызывающее несистематическую погрешность измерений;

2) отсутствие поправки на частичное окисление нередуцирующих углеводов (например, сахарозы) реактивом Фелинга - рис.2, что крайне необходимо учитывать при анализе кондитерских изделий;

3) недостаточное время выдерживания на кипящей водяной бане - 3 минуты: за это время редуцирующие вещества не успевают прореагировать полностью, происходит изменение оптической плотности, что также вносит погрешность в определение - рис.3.

Техническим результатом предлагаемого способа является повышение точности и воспроизводимости анализа.

Технический результат достигается тем, что окисление редуцирующих веществ соединениями меди (II) в щелочной среде при нагревании на кипящей водяной бане в течение 10 минут, доведение объема охлажденного раствора до определенного значения, определение оптической плотности при длине волны 670 нм, введение поправки на частичное окисление нередуцирующих углеводов, которую вычитают из показания оптической плотности, и оценку концентрации редуцирующих веществ по калибровочному графику.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

Реактивы: раствор I: 34,66 г CuSO 4 ·5H 2 O в 1 л раствора; раствор II: 70 г NaOH, 173 г сегнетовой соли (калий натрий виннокислый) и 4 г желтой кровяной соли г в 1 л. Возможно приготовление раствора II без желтой кровяной соли, в этом случае необходима фильтрация или центрифугирование перед снятием оптической плотности исследуемого раствора.

Методика эксперимента

В мерную колбу вместимостью 25 мл вносят пипеткой по 5 мл растворов I и II и исследуемый раствор до 10 мл (стандартный раствор редуцирующего сахара), выдерживают 10 мин на кипящей водяной бане, охлаждают до комнатной температуры и доводят до метки дистиллированной водой, перемешивают (центрифугируют/фильтруют) и снимают показания оптической плотности при 670 нм относительно холостой пробы (по 5 мл растворов I и II, объем доведен до 25 мл), используя кювету шириной 10 мм. Значение оптической плотности берут по модулю.

В случае если в исследуемом растворе содержатся нередуцирующие углеводы, например сахарозу (условно можно рассчитать как разность между общим сахаром и редуцирующими веществами) в значительных количествах, делают поправку по таблице.

Поправка на нередуцирующие углеводы при определении содержания редуцирующих веществ

Процентное содержание редуцирующих веществ в изделии находят по формуле:

где М - масса навески изделия, г; V - объем мерной колбы, в которой растворена навеска, мл; ν - объем раствора, взятый для анализа, мл.

1 г карамели (образец 1) растворяют в мерной колбе на 100 мл. В мерные колбы на 25 мл вносят реактивы и исследуемый раствор: 4, 6 и 8 мл, что соответствует 40, 60 и 80 мг изделия. Принимая влажность карамели 3% и содержание нередуцирующих углеводов 80% от сухого вещества, необходимо сделать поправку по табл. на показание оптической плотности во 2-ом случае на 0,005 и в 3-ем на 0,010.

Результаты сведены в таблицу.

1 г карамели (образец 2) растворяют в мерной колбе на 100 мл. Далее, как Пример 1.

1 г карамели, приготовленной в лабораторных условиях увариванием сахарного сиропа с патокой 1:1 до температуры 140°C, растворяют в мерной колбе на 100 мл. В мерные колбы на 25 мл вносят реактивы и исследуемый раствор: 2, 4, 6, 8 и 10 мл, что соответствует 20, 40, 60, 80 и 100 мг изделия. Для 3 определения принимаем поправку 0,005, для 4 - 0,010, для 5 - 0,020.

1 г патоки растворяют в мерной колбе на 100 мл. В мерные колбы на 25 мл вносят реактивы и исследуемый раствор: 2, 4, 5 и 6 мл, что соответствует 20, 40, 50 и 60 мг изделия. Принимая влажность патоки 22% и содержание нередуцирующих углеводов 70% от сухих веществ, поправку ни в одном случае делать не нужно (60*0,78*0,7<40).

Анализ хлеба на общий сахар. После кислотного гидролиза и нейтрализации водной вытяжки 6 г навески хлеба раствор доводят до 100 мл. В мерные колбы на 25 мл вносят реактивы и исследуемый раствор: 2, 4, 6 и 8 мл, что соответствует 120, 240, 360 и 480 мг изделия. Поправку вносить не нужно.

Предлагаемый способ отличается очень высокой воспроизводимостью и точностью по сравнению с аналогами.

Способ анализа редуцирующих веществ в сахаросодержащих средах, включающий окисление редуцирующих веществ соединениями меди (II) в щелочной среде при нагревании на кипящей водяной бане в течение 10 мин, доведение объема охлажденного раствора до определенного значения, определение оптической плотности при длине волны 670 нм, введение поправки на частичное окисление нередуцирующих углеводов, которую вычитают из показания оптической плотности, и оценка концентрации редуцирующих веществ по калибровочному графику.

Для некоторых видов сырья требуется определить массовую долю редуцирующих сахаров. Этот показатель определяется во многом пищевом сырье, которое используется в производстве различных биологических активных добавок , выпускаемых нашим предприятием ООО «КоролёвФарм» . Редуцирующие (восстанавливающие) – это такие сахара, которые вступают в реакцию восстановления, т.е способные легко окисляться. Этот показатель также нужен для определения общего сахара в продукте.

Он также является важным для такого пищевого сырья как мед. Низкое содержание таких сахаров и высокое сахарозы свидетельствует о том, что пчел долгое время подкармливали сахарным сиропом. Таким образом, выявляют фальсифицированный мед, который называют сахарным медом.

В пищевых продуктах в основном содержатся дисахариды, в виде сахарозы, мальтозы, лактозы. Моносахара представлены глюкозой, галактозой и фруктозой, трисахариды встречаются в основном в виде раффинозы. Для пищевых продуктов по ГОСТам или ТУ нормируется в основном суммарное содержаʜие сахаров или так называемый общий сахар, выражаемый в процентах сахарозы. Все перечисленные выше сахара, кроме сахарозы, обладают редуцирующей способностью.

В Аналитической лаборатории ООО «КоролевФарм» на участке физико- химических испытаний этот показатель качества сырья определяется фотоколориметрическим способом. В основу положена реакция взаимодействия карбонильных групп сахаров с железосинеродистым калием, а затем определение оптической плотности растворов до и после инверсии на спектрофотометре.

Для проведения испытания готовим следующие растворы:

1. железосинеродистого калия;
2. метилового оранжевого;
3. сахара стандартный раствор после инверсии.

Для приготовления (1) раствора берем навеску железосинеродистого калия равную 10 г, помещаем ее в колбу на 1000 мл, растворяем и доводим водой до метки.

Для получения (2) раствора берем 0,02 г реактива метилового оранжевого, растворяем его в 10 мл кипятка, охлаждаем и фильтруем.

Приготовление (3) раствора проводим так: берем 0,38 г сахарозы, высушенной в течение 3 суток в эксикаторе (или сахара - рафинада), взвешиваем с точностью до 0,001г, переносим навеску в колбу на 200 мл, добавляем воды 100 мл и 5 мл хлористоводородной кислоты. В колбу помещаем термометр и ставим в ультротермостат. Прогреваем содержимое колбы до 67-70°С, выдерживаем при этой Т0 С ровно 5 мин. Охладив содержимое до 20°С, добавляем одну каплю индикатора (2), нейтрализуем 25% раствором щелочи, смесь доводим водой до 200 мл и все тщательно перемешиваем. В полученном растворе содержание инвертного сахара 2 мг в 1 мл.

Для определения оптической плотности готовим ряд разведений стандартного раствора. Для этого берем 7 колб на 250 мл, в каждую из них помещаем по 20 мл феррицианида калия, 5 мл щелочного раствора с концентрацией 2,5 моль /мл. Затем вносим стандартный раствор в количествах: 5,5 мл; 6,0 мл; 6,5 мл; 7,0 мл; 7,5 мл; 8,0 мл и 8,5 мл. Это соответствует 11 мг, 12 мг, 13 мг, 14 мг, 15 мг, 16 мг и 17 мг инвертного сахара. Затем поочередно добавляем из бюретки воду соответственно 4,5 мл; 4,0 мл; 3,5 мл; 3,0 мл; 2,5 мл; 2,0 мл и 1,5 мл. В результате в каждой колбе объем становится равен 35 мл. Содержимое нагреваем и кипятим 60 сек, после чего охлаждаем и заполняем жидкостью кюветы. Измеряем показание оптической плотности каждого полученного раствора со светофильтром при длине волны светопропускания 440 нм. Для раствора сравнения используем дистиллированную воду. Измерения регистрируем три раз и вычисляем среднеарифметическое значение для каждого образца.

На миллиметровой бумаге строим график. На оси ординат откладываем полученные показания оптической плотности стандартных растворов с определенным содержанием инвертного сахара, а по оси абсцисс эти значения концентраций сахара в миллиграммах. Получаем график, который нам будет нужен в дальнейшем.

Чтобы определить массовую долю сахаров до инверсии готовим навеску в количестве 2,00 г, помещаем ее в колбу на 100 мл и растворяем. Переносим 10 мл этого раствора в другую такую же колбу и доводим до метки (это рабочий раствор исследуемого вещества).

В колбу на 250 мл вносим 20 мл феррицианида калия, 5 мл щелочи (С= 2,5 моль/мл) и 10 мл приготовленного раствора. Нагреваем смесь и кипятим ровно 1 мин, затем быстро охлаждаем и определяем оптическую плотность на спектрофотометре. Измерение производим 3 раза. Вычисляем среднее арифметическое результатов.

Зная оптическую плотность, по графику находим массу редуцирующих сахаров в миллиграммах и вычисляем ее в процентах по формуле:

Х1= m1VV2/mV1V3 10

где m1 - масса редуцирующего сахара, найденная с помощью графика, мг.

V- объем раствора, приготовленного из испытуемой навески, см3;

V2- объем, до которого доводится разбавленный раствор, см3;

M- масса продукта, г;

V1- объем, взятый для разбавления раствора, см3;

V3- объем разбавленного раствора, который используется для определения, см3.

Одним из основных качественных показателей сиропа наряду с содержанием сухих веществ является присутствие в нем редуцирующих веществ.

Редуцирующими веществами сиропа называется часть сухих веществ, которая способна к реакции окисления солями поливалентных металлов. К такой реакции способны альдегидные и кетонные (карбонильные) группы различных Сахаров (глюкозы, фруктозы, мальтозы, лактозы и т. п.). Сахароза не содержит свободных карбонильных групп и не является редуцирующим сахаром.

В связи с тем что реакционная способность зависит от многих факторов и особенно от количества карбонильных групп по отношению к молекулярной массе сахара, а также оттого, что реакции окисления карбонильных групп поливалентными металлами не идут стехиометрически, эта способность у различных Сахаров не одинакова. Например, у редуцирующих дисахаридов мальтозы и лактозы она значительно меньше, чем у редуцирующих моносахаридов глюкозы и фруктозы.

Даже такие близкие по строению молекулы сахара, имеющие по одной карбонильной (альдегидной) группе в молекуле и одинаковое значение молекулярной массы, как мальтоза и лактоза, обладают несколько различной редуцирующей способностью. По этим причинам содержание редуцирующих веществ принято выражать условно в инвертном сахаре.

Обычно масса редуцирующих веществ, содержащихся в сиропе, в состав которого входит мальтоза или другие редуцирующие диса-хариды, несколько больше массы редуцирующих веществ, полученной в результате анализа и выраженной в инвертном сахаре. Только в частном случае, когда редуцирующие вещества сиропа состоят исключительно из равных количеств глюкозы и фруктозы, фактическое содержание их в сиропе соответствует результату анализа.

Для расчетов примем следующие обозначения:

G С -масса сахара, кг;

G п -масса патоки, кг;

G и -масса инвертного сиропа, кг;

а - доля сухих веществ сиропа, доли единицы;

а С, а п, а и - соответственно доля сухих веществ сахара, патоки и инвертного сахара (значение а с близко к единице и для стандартного сахара равно более 0,9985, поэтому в расчетах принимается равным единице);

k 2 - количество сухих веществ патоки, приходящихся на 1 кг сухих веществ сахара,

k 3 - количество сухих веществ инвертного сиропа, приходящихся на 1 кг сухих веществ сахара,

рв - доля редуцирующих веществ, заложенных с сырьем, в сухих веществах рецептурной смеси, сиропа и т. п.;

рв п и рв и - соответственно доля редуцирующих веществ патоки и инвертного сиропа.

Масса редуцирующих веществ, заложенных с сырьем,

рв = G п a п рв п + G и a и рв и. (1-3)

Доля редуцирующих веществ, заложенных с сырьем,

(1-4)

Подставив в уравнение (1-4) значения G п и G и из уравнений (1-1) и (1-2) и приняв а с = 1, получим

(1-5)

В технических расчетах часто требуется рассчитать значение k 3 . Расчет производят по следующей формуле:

(1-6)

Контроль производства. Сахар-песок проверяется на соответствие требованиям ГОСТа по содержанию воды и по цветности. Кроме того, органолептически проверяется запах, вкус и содержание механических примесей.

Патока проверяется на соответствие требованиям ГОСТа по содержанию сухих веществ, по цветности и кислотности. Содержание сухих веществ определяется рефрактометром с поправкой на содержащие редуцирующих веществ, которое определяется поляриметрическим методом.

В готовых сиропах контролируется содержание сухих и редуцирующих веществ. Содержание сухих веществ определяется ориентировочно - по температуре кипения и рефрактометром, содержание редуцирующих веществ - методом титрования щелочного раствора меди или фотоколориметрическим.