На рис. 5.6 відзначені деякі властивості дисахаридів. Дисахариди утворюються внаслідок реакції конденсації між двома моносахаридами, зазвичай гексозами (рис. 5.14).

Зв'язок між двома моносахаридами називають глікозидним зв'язком. Зазвичай вона утворюється між 1-м та 4-м вуглецевими атомами сусідніх моносахаридних одиниць (1,4-глікозидний зв'язок). Цей процес може повторюватися безліч разів, у результаті і з'являються гігантські молекули полісахаридів (рис. 5.14). Після того, як моносахаридні одиниці з'єднаються один з одним, їх називають залишками. Таким чином, мальтоза складається із двох залишків глюкози.

Серед дисахаридів найбільш поширені мальтоза, лактоза і сахароза:

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

Мальтоза утворюється з крохмалю в процесі його перетравлення (наприклад, в організмі тварин або при проростанні насіння) під дією ферментів, які називаються амілазами. Розщеплення мальтози до глюкози відбувається під впливом ферменту, званого мальтозою. Лактоза, або молочний цукор, міститься лише у молоці. Сахароза, або тростинний цукор, найбільш поширена у рослинах. Тут вона у великих кількостях транспортується флоемою. Іноді вона відкладається як запасна поживна речовина, оскільки метаболічно вона досить інертна. Промисловим способом сахарозу отримують з цукрової тростини або з цукрових буряків; саме вона і є той самий "цукор", який ми зазвичай купуємо у магазині.

Редукуючі цукру

Всі моносахариди і деякі дисахариди, у тому числі мальтозу і лактозу, відносяться до групи редукуючих Сахаров. Сахароза - нередукуючий цукор. Відновна здатність Сахаров залежить від альдоз від активності альдегідної групи, а кетоз від активності як кетогрупи, так і первинних спиртових груп. У нередукуючих Сахаров ці групи що неспроможні вступати у будь-які реакції, оскільки вони беруть участь у освіті глікозидного зв'язку. Дві звичайні реакції на редукуючі цукри – реакція Бенедикта та реакція Фелінга (розд. 5.8) – засновані на здатності цих Сахарів відновлювати іон двовалентної міді до одновалентної. В обох реакціях використовується лужний розчин сульфату міді(ΙΙ) (CuS0 4), який відновлюється до нерозчинного оксиду міді(Ι) (Cu 2 Про).

Редукуючий цукор

Всі моносахариди, у випадку з сиропом глюкоза і фруктоза, і деякі дисахариди, у тому числі мальтоза і лактоза, відносяться до групи цукрів, що редукують (відновлюють), тобто сполук, здатних вступати в реакцію відновлення.

Дві звичайні реакції на редукуючі цукри - реакція Бенедикта і реакція Фелінга - засновані на здатності цих цукрів відновлювати іон двовалентної міді до одновалентної. В обох реакціях використовується лужний розчин сульфату міді(II) (CuSO4), який відновлюється до нерозчинного оксиду міді(1) (Cu2O).

Реакція Фелінга найчастіше використовується для доказу відновлювальних властивостей цукрів, вона полягає у відновленні моносахаридами гідроксиду міді (II) до закису міді (I). При проведенні реакції використовується реактив Фелінга, що є сумішшю сульфату міді з сегнетової сіллю (калій, натрій виннокислий) в лужному середовищі. При змішуванні сульфату міді із лугом утворюється гідроксид міді.

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

У присутності сегнетової солі гідроксид, що виділився, не випадає осад, а утворює розчинне комплексне з'єднання міді (II), яке відновлюється в присутності моносахаридів з утворенням закисної міді (I). При цьому альдегідна або кетон-група моносахариду окислюється до карбоксильної групи. Наприклад, реакція глюкози із реактивом Фелінга.

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

Винахід відноситься до визначення редукуючих речовин і може бути використане в кондитерському, карамельному та сахаропаточном виробництві. Спосіб включає окислення редукуючих речовин сполуками міді (II) в лужному середовищі при нагріванні на киплячій водяній бані протягом 10 хвилин, доведення об'єму охолодженого розчину до певного значення, визначення оптичної щільності при довжині хвилі 670 нм, введення поправки на часткове окислення віднімають із показання оптичної щільності, і оцінку концентрації редукуючих речовин за калібрувальним графіком. Досягається підвищення точності та відтворюваності аналізу. 5 ін., 6 табл., 4 іл.

Винахід відноситься до способу визначення речовин, що редукують і може бути використане в кондитерському, карамельному і сахаропаточном виробництві.

Вміст редукуючих речовин у карамелі строго регламентовано і становить не більше 20% для непідкисленої карамелі, не більше 23% для карамелі з введенням кислоти понад 0,6% і не більше 32% для лактозних виробів [ГОСТ 6477-88 Карамель. Загальні технічні умови.]. Надлишок редукуючих цукрів може призвести до адсорбції вологи з повітря та відволожування продукту. Нестача редукуючих речовин викликає кристалізацію сахарози всередині виробу, що позначається на його якості при тривалому зберіганні.

За кількістю редукуючих речовин судять про ступінь гідролізу крохмалю в цукропаточному виробництві, саме цей показник головним чином визначає вид продукту: для патоки низькооцукровий вміст редукуючих речовин становить 26-35%, для карамельної кислотної та карамельної ферментативної - 36-44%, для мальтозної - % і більше, для високоцукрової - 45% і більше [ГОСТ Р 52060-2003 Патока крохмальна. Загальні технічні умови].

Відомі способи, засновані на визначенні вмісту речовин, що редукують, засновані на титриметричному визначенні оксиду міді (I), що виділяється в результаті відновлення двовалентної міді редуцірующими речовинами. Головним недоліком даних методів є суб'єктивність у визначенні кінця титрування, а також необхідність замісного титрування, що підвищує трудомісткість методу, а також значно позначається на похибці вимірювання [ГОСТ 5903-89. Кондитерські вироби. Методи визначення цукру. – С.131-141].

Аналогом винаходу є фотоколориметричний метод, заснований на знебарвленні розчину гексаціаноферрату (фериціаніду) (III) калію в ході реакції з редукувальними речовинами. Про кількість редукуючих речовин судять по залишку фериціаніду після реакції. Залишок фериціаніду визначають оптичною щільністю в кюветах з товщиною шару 10 мм і зі світлофільтром, що має довжину хвилі 440 нм щодо холостої проби [ГОСТ 5903-89. Кондитерські вироби. Методи визначення цукру. – С.144-147].

До недоліків цього способу можна віднести:

1) використання фериціаніду калію для окислення редукуючих речовин, який порівняно з розчином Фелінг значно окислює сахарозу;

2) при кип'ятінні розчину відбувається його концентрування за рахунок інтенсивного випаровування вологи, в результаті чого виникає підвищення оптичної щільності, що викликає несистематичну похибку паралельних дослідів (неможливо досягти однакових швидкості нагрівання, інтенсивності кипіння, швидкості охолодження);

3) градуювальний графік не підпорядковується закону Бугера-Ламберта-Бера, тому цей метод не може гарантувати достовірного результату – рис.1.

Найбільш близьким аналогом (прототипом) є спосіб, заснований на фотоколориметруванні мідно-лужного розчину (розчин Фелінга) після реакції з редукувальними речовинами. У пробірку вносять розчин сульфату міді, лужний розчин сегнетової солі, розчин жовтої солі крові і досліджуваний розчин. Після пробірку нагрівають на киплячій водяній бані протягом 3 хвилин, після яких суміш фотометрируют на фотоколориметр при 670 нм щодо дистильованої води в кюветах з товщиною робочого шару 1 см. Паралельно проводять холостий досвід без нагрівання. Зміст редукуючих речовин визначають за рівнянням для калібрувального графіка.

Недоліками цього способу є:

1) при витримуванні розчину на киплячій водяній бані відбувається зміна його концентрації за рахунок інтенсивного випаровування вологи, внаслідок чого виникає підвищення оптичної щільності, що викликає несистематичну похибку вимірювань;

2) відсутність поправки на часткове окислення нередукуючих вуглеводів (наприклад, сахарози) реактивом Фелінга - рис.2, що необхідно враховувати при аналізі кондитерських виробів;

3) недостатній час витримування на киплячій водяній бані – 3 хвилини: за цей час редукуючі речовини не встигають прореагувати повністю, відбувається зміна оптичної щільності, що також вносить похибку у визначення – рис.3.

Технічним результатом запропонованого способу є підвищення точності та відтворюваності аналізу.

Технічний результат досягається тим, що окислення речовин, що редукують сполуками міді (II) в лужному середовищі при нагріванні на киплячій водяній бані протягом 10 хвилин, доведення об'єму охолодженого розчину до певного значення, визначення оптичної щільності при довжині хвилі 670 нм, введення поправки на часткове нередукуючих вуглеводів, яку віднімають із показання оптичної щільності, і оцінку концентрації редукуючих речовин за калібрувальним графіком.

Сутність запропонованого способу полягає в наступному.

Реактиви: розчин I: 34,66 г CuSO 4 ·5H 2 O 1 л розчину; розчин II: 70 г NaOH, 173 г сегнетової солі (калій натрій виннокислий) та 4 г жовтої кров'яної солі г в 1 л. Можливе приготування розчину II без жовтої кров'яної солі, у цьому випадку необхідна фільтрація або центрифугування перед зняттям оптичної густини досліджуваного розчину.

Методика експерименту

У мірну колбу місткістю 25 мл вносять піпеткою по 5 мл розчинів I і II і досліджуваний розчин до 10 мл (стандартний розчин цукру, що редукує), витримують 10 хв на киплячій водяній бані, охолоджують до кімнатної температури і доводять до мітки дистильованою водою, перемішують /фільтрують) і знімають показання оптичної щільності при 670 нм щодо холостої проби (по 5 мл розчинів I та II, об'єм доведений до 25 мл), використовуючи кювету шириною 10 мм. Значення оптичної щільності беруть за модулем.

У разі якщо в досліджуваному розчині містяться вуглеводи, що не редукують, наприклад сахарозу (умовно можна розрахувати як різницю між загальним цукром і редукуючими речовинами) у значних кількостях, роблять поправку по таблиці.

Поправка на нередукуючі вуглеводи при визначенні вмісту речовин, що редукують

Відсотковий вміст редукуючих речовин у виробі знаходять за формулою:

де М – маса навішування виробу, г; V - об'єм мірної колби, в якій розчинена навішування, мл; - обсяг розчину, взятий для аналізу, мл.

1 г карамелі (зразок 1) розчиняють у мірній колбі на 100 мл. У мірні колби на 25 мл вносять реактиви та досліджуваний розчин: 4, 6 та 8 мл, що відповідає 40, 60 та 80 мг виробу. Приймаючи вологість карамелі 3% і вміст вуглеводів, що нередукують, 80% від сухої речовини, необхідно зробити поправку за табл. на показання оптичної щільності у другому випадку на 0,005 і в третьому на 0,010.

Результати зведено до таблиці.

1 г карамелі (зразок 2) розчиняють у мірній колбі на 100 мл. Далі, як приклад 1.

1 г карамелі, приготовленої в лабораторних умовах уварювання цукрового сиропу з патокою 1:1 до температури 140°C, розчиняють у мірній колбі на 100 мл. У мірні колби на 25 мл вносять реактиви та досліджуваний розчин: 2, 4, 6, 8 та 10 мл, що відповідає 20, 40, 60, 80 та 100 мг виробу. Для визначення 3 приймаємо поправку 0,005, для 4 - 0,010, для 5 - 0,020.

1 г патоки розчиняють у мірній колбі на 100 мл. У мірні колби на 25 мл вносять реактиви та досліджуваний розчин: 2, 4, 5 та 6 мл, що відповідає 20, 40, 50 та 60 мг виробу. Приймаючи вологість патоки 22% і вміст вуглеводів, що нередукують, 70% від сухих речовин, поправку в жодному випадку робити не потрібно (60*0,78*0,7<40).

Аналіз хліба на загальний цукор. Після кислотного гідролізу та нейтралізації водної витяжки 6 г навішування хліба розчин доводять до 100 мл. У мірні колби на 25 мл вносять реактиви та досліджуваний розчин: 2, 4, 6 та 8 мл, що відповідає 120, 240, 360 та 480 мг виробу. Виправлення вносити не потрібно.

Пропонований спосіб відрізняється дуже високою відтворюваністю та точністю порівняно з аналогами.

Спосіб аналізу редукуючих речовин в сахаросодержащих середовищах, що включає окислення редукуючих речовин сполуками міді (II) в лужному середовищі при нагріванні на киплячій водяній бані протягом 10 хв, доведення об'єму охолодженого розчину до певного значення, визначення оптичної щільності при довжині хвилі 670 нм на часткове окислення нередукуючих вуглеводів, яку віднімають із показання оптичної щільності, та оцінка концентрації редукуючих речовин за калібрувальним графіком.

Для деяких видів сировини потрібно визначити масову частку цукрів, що редукують. Цей показник визначається багато в чому харчовою сировиною, яка використовується у виробництві різних біологічних активних добавок, що випускаються нашим підприємством ТОВ «КорольовФарм». Редукуючі (відновлювальні) – це такі цукри, які вступають у реакцію відновлення, тобто здатні легко окислюватися. Цей показник також необхідний визначення загального цукру на продукті.

Він також є важливим для такої харчової сировини, як мед. Низький вміст таких цукрів та високий сахароз свідчить про те, що бджіл довгий час підгодовували цукровим сиропом. Таким чином виявляють фальсифікований мед, який називають цукровим медом.

У харчових продуктах переважно містяться дисахариди, у вигляді сахарози, мальтози, лактози. Моносахара представлені глюкозою, галактозою та фруктозою, трисахариди зустрічаються в основному у вигляді рафінозу. Для харчових продуктів за ГОСТами або ТУ нормується в основному сумарне вміст цукрів або так званий загальний цукор, що виражається у відсотках сахарози. Всі перелічені вище цукру, крім сахарози, мають здатність редукувати.

В Аналітичній лабораторії ТОВ «КоролівФарм» на ділянці фізико-хімічних випробувань цей показник якості сировини визначається фотоколориметричним способом. В основу покладено реакцію взаємодії карбонільних груп цукрів із залізосинеродистим калієм, а потім визначення оптичної щільності розчинів до та після інверсії на спектрофотометрі.

Для проведення випробування готуємо такі розчини:

1. залізосинєродистого калію;
2. метилового оранжевого;
3. цукру - стандартний розчин після інверсії.

Для приготування (1) розчину беремо навішування залізосинєродистого калію рівну 10 г, поміщаємо її в колбу на 1000 мл, розчиняємо та доводимо водою до мітки.

Для одержання (2) розчину беремо 0,02 г реактиву метилового помаранчевого, розчиняємо його в 10 мл окропу, охолоджуємо та фільтруємо.

Приготування (3) розчину проводимо так: беремо 0,38 г сахарози, висушеної протягом 3 діб в ексикаторі (або цукру - рафінаду), зважуємо з точністю до 0,001 г, переносимо навішування в колбу на 200 мл, додаємо води 100 мл і 5 мл хлористоводневої кислоти. У колбу поміщаємо термометр і ставимо ультротермостат. Прогріваємо вміст колби до 67-70 ° С, витримуємо при цій Т0 рівно 5 хв. Охолодивши вміст до 20°С, додаємо одну краплю індикатора (2), нейтралізуємо 25% розчином лугу, суміш доводимо водою до 200 мл і все ретельно перемішуємо. В отриманому розчині вміст інвертного цукру 2 мг на 1 мл.

Для визначення оптичної густини готуємо ряд розведень стандартного розчину. Для цього беремо 7 колб на 250 мл, у кожну з них поміщаємо по 20 мл фериціаніду калію, 5 мл лужного розчину з концентрацією 2,5 моль/мл. Потім вносимо стандартний розчин у кількостях: 5,5 мл; 6,0 мл; 6,5 мл; 7,0 мл; 7,5 мл; 8,0 мл та 8,5 мл. Це відповідає 11 мг, 12 мг, 13 мг, 14 мг, 15 мг, 16 мг та 17 мг інвертного цукру. Потім по черзі додаємо з бюретки воду відповідно 45 мл; 4,0 мл; 3,5 мл; 3,0 мл; 2,5 мл; 2,0 мл та 1,5 мл. В результаті в кожній колбі об'єм стає 35 мл. Вміст нагріваємо та кип'ятимо 60 сек, після чого охолоджуємо та заповнюємо рідиною кювети. Вимірюємо показання оптичної густини кожного отриманого розчину зі світлофільтром при довжині хвилі світлопропускання 440 нм. Для розчину порівняння використовуємо дистильовану воду. Вимірювання реєструємо три рази та обчислюємо середньоарифметичне значення для кожного зразка.

На міліметровому папері будуємо графік. На осі ординат відкладаємо отримані показання оптичної густини стандартних розчинів з певним вмістом інвертного цукру, а по осі абсцис ці значення концентрацій цукру в міліграмах. Отримуємо графік, який нам буде потрібний надалі.

Щоб визначити масову частку цукрів до інверсії, готуємо навішення в кількості 2,00 г, поміщаємо її в колбу на 100 мл і розчиняємо. Переносимо 10 мл цього розчину в іншу колбу і доводимо до мітки (це робочий розчин досліджуваної речовини).

У колбу на 250 мл вносимо 20 мл фериціаніду калію, 5 мл лугу (С=2,5 моль/мл) та 10 мл приготовленого розчину. Нагріваємо суміш і кип'ятимо рівно 1 хв, потім швидко охолоджуємо і визначаємо оптичну густину на спектрофотометрі. Вимірювання робимо 3 рази. Обчислюємо середнє арифметичне результатів.

Знаючи оптичну щільність, за графіком знаходимо масу цукрів, що редукують, в міліграмах і обчислюємо її у відсотках за формулою:

Х1 = m1VV2/mV1V3 10

де m1 - маса цукру, що редукує, знайдена за допомогою графіка, мг.

V-об'єм розчину, приготованого з випробуваної навішування, см3;

V2-об'єм, до якого доводиться розведений розчин, см3;

M-маса продукту, г;

V1-об'єм, взятий для розведення розчину, см3;

V3-об'єм розведеного розчину, який використовується для визначення, см3.

Одним з основних якісних показників сиропу поряд із вмістом сухих речовин є присутність у ньому редукуючих речовин.

Редукуючими речовинами сиропу називаєтьсячастина сухих речовин, здатна до реакції окиснення солями полівалентних металів. До такої реакції здатні альдегідні та кетонні (карбонільні) групи різних Сахарів (глюкози, фруктози, мальтози, лактози тощо). Сахароза не містить вільних карбонільних груп і не є цукром, що редукує.

У зв'язку з тим, що реакційна здатність залежить від багатьох факторів і особливо від кількості карбонільних груп по відношенню до молекулярної маси цукру, а також тому, що реакції окислення карбонільних груп полівалентними металами не йдуть стехіометрично, ця здатність у різних Сахарів не однакова. Наприклад, у редукуючих дисахаридів мальтози і лактози вона значно менша, ніж у редукуючих моносахаридів глюкози та фруктози.

Навіть такі близькі за будовою молекули цукру, що мають по одній карбонільній (альдегідній) групі в молекулі і однакове значення молекулярної маси, як мальтоза і лактоза, мають дещо різну здатність редукувати. З цих причин вміст речовин, що редукують, прийнято висловлювати умовно в інвертному цукрі.

Зазвичай маса редукуючих речовин, що містяться в сиропі, до складу якого входить мальтоза або інші редукуючі диса-хариди, трохи більше маси редукуючих речовин, отриманої в результаті аналізу і вираженої в інвертному цукрі. Тільки в окремому випадку, коли редукуючі речовини сиропу складаються виключно з рівних кількостей глюкози та фруктози, фактичний вміст їх у сиропі відповідає результату аналізу.

Для розрахунків приймемо такі позначення:

G С -маса цукру, кг;

G п маса патоки, кг;

G і маса інвертного сиропу, кг;

а – частка сухих речовин сиропу, частки одиниці;

а З, а п, а і - відповідно частка сухих речовин цукру, патоки та інвертного цукру (значення а з близько до одиниці та для стандартного цукру дорівнює більше 0,9985, тому в розрахунках приймається рівним одиниці);

k 2 - кількість сухих речовин патоки, що припадають на 1 кг сухих речовин цукру,

k 3 - кількість сухих речовин інвертного сиропу, що припадають на 1 кг сухих речовин цукру,

рв - частка редукуючих речовин, закладених із сировиною, у сухих речовинах рецептурної суміші, сиропу тощо;

рв п і рв і - відповідно частка редукуючих речовин патоки та інвертного сиропу.

Маса редукуючих речовин, закладених із сировиною,

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

Частка редукуючих речовин, закладених із сировиною,

(1-4)

Підставивши в рівняння (1-4) значення G п і G і з рівнянь (1-1) і (1-2) і прийнявши а с = 1, отримаємо

(1-5)

У технічних розрахунках часто потрібно розрахувати значення k3. Розрахунок проводять за такою формулою:

(1-6)

Контроль виробництва.Цукор-пісок перевіряється на відповідність вимогам ГОСТу щодо вмісту води та кольоровості. Крім того, органолептично перевіряється запах, смак і вміст механічних домішок.

Патока перевіряється на відповідність вимогам ГОСТу щодо вмісту сухих речовин, за кольоровістю та кислотністю. Вміст сухих речовин визначається рефрактометром з поправкою на речовини, що містять редукують, яке визначається поляриметричним методом.

У готових сиропах контролюється вміст сухих та редукуючих речовин. Вміст сухих речовин визначається орієнтовно – за температурою кипіння та рефрактометром, вміст редукуючих речовин – методом титрування лужного розчину міді або фотоколориметричним.