Инвертированный сахарный сироп

Инвертный сахар

Идентификаторы
Номер CAS	8013-17-0
ChEMBL	ChEMBL1201647
ChemSpider	нет
ECHA InfoCard	100.029.446
PubChem CID	21924868
CompTox Dashboard (EPA )	DTXSID40904290
Свойства
Молярная масса	360,312 г / моль
Фармакология
Код АТС	C05BB03 (ВОЗ )
Если не указано иное, данные приводятся для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
Ссылки в ink

Инвертированный сахарный сироп (также называемый инвертным сиропом, или инвертный сахар ) представляет собой съедобную смесь двух простых сахаров - глюкозы и фруктозы - который получают путем нагревания сахарозы (столового сахара) с водой. Считается, что он слаще, чем столовый сахар, и продукты, содержащие его, лучше удерживают влагу и менее легко кристаллизуются. Пекари, которые называют это инвертным сиропом, могут использовать это больше, чем другие подсластители.

Хотя инвертированный сахарный сироп можно приготовить путем нагревания столового сахара только в воде, реакцию можно ускорить, добавив лимонный сок, зубной камень или другие катализаторы, часто без заметного изменения вкуса.

Смесь двух простых сахаров образуется в процессе гидролиза сахарозы. Эта смесь имеет направление оптического вращения, противоположное направлению исходного сахара, поэтому ее называют инвертным сахаром.

Содержание

• 1 Химия
  • 1.1 Оптическое вращение
    • 1.1.1 Определение и измерение
    • 1.1.2 Определение точки инверсии
    • 1.1.3 Хиральность и удельное вращение
    • 1.1. 4 Воздействие воды
    • 1.1.5 Смеси в целом
    • 1.1.6 Полностью гидролизованная сахароза
    • 1.1.7 Частично гидролизованная сахароза
    • 1.1.8 Мониторинг хода реакции
• 2 Производство
• 3 Полка life
• 4 В других продуктах питания и продуктах
• 5 См. также
• 6 Примечания
• 7 Ссылки
• 8 Внешние ссылки

Химия

Столовый сахар (сахароза) преобразуется в инвертный сахар путем гидролиза. Нагревание смеси или раствора столового сахара и воды разрывает химическую связь, которая связывает вместе два компонента простого сахара.

сбалансированное химическое уравнение гидролиза сахарозы до глюкозы и фруктозы:

C12H22O11(сахароза) + H 2 O (вода) → C 6H12O6(глюкоза) + C 6H12O6(фруктоза)

Оптическое вращение

После того как сахароза в растворе сахарозы превратилась в глюкозу и фруктозу, раствор больше не считается чистым. Постепенное снижение чистоты раствора сахарозы по мере его гидролиза влияет на химическое свойство раствора, называемое оптическое вращение, которое можно использовать для определения того, какая часть сахарозы подверглась гидролизу. и, следовательно, было ли решение инвертировано или нет.

Определение и измерение

Вид света, называемый плоскополяризованным светом, может проходить через раствор сахарозы, когда он нагревается для гидролиза. Такой свет имеет «угол», который можно измерить с помощью инструмента, называемого поляриметром. Когда такой свет проходит через раствор чистой сахарозы, он выходит с другой стороны под другим углом, чем когда входил, который пропорционален как концентрации сахара, так и длине пути света через раствор; поэтому его угол называется «повернутым», и на сколько градусов изменился угол (степень его поворота или его «оптическое вращение») дается буквенное имя, $\alpha \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; alpha\}$(альфа). Когда угол поворота между углом света, когда он входит, и когда он выходит, происходит по часовой стрелке, говорят, что свет «повернут вправо», а $\alpha \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; alpha\}$равно задано иметь положительный угол, например 64 °. Когда угол поворота между углом, который имеет свет, когда он входит, и когда он выходит, происходит против часовой стрелки, говорят, что свет «повернут влево», а $\alpha \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; alpha\}$равно учитывая отрицательный угол, например -39 °.

Определение точки инверсии

Когда плоско поляризованный свет входит и выходит из раствора чистой сахарозы, его угол поворачивается на 66,5 ° (по часовой стрелке или вправо). По мере нагревания и гидролиза сахарозы количество глюкозы и фруктозы в смеси увеличивается, а оптическое вращение уменьшается. После того, как $\alpha \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; alpha\}$пройдет нулевое значение и станет отрицательным оптическим вращением, что означает, что поворот между углом, который имеет свет, когда он входит, и когда он выходит, происходит против часовой стрелки, Говорят, что оптическое вращение «перевернуло» свое направление. Это приводит к определению «точки инверсии» как процентного количества сахарозы, которое необходимо гидролизовать, прежде чем $\alpha \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; alpha\}$станет равным нулю. Любое решение, прошедшее точку инверсии (и, следовательно, имеющее отрицательное значение $\alpha \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; alpha\}$, называется «инвертированным».

Хиральность и удельное вращение

Поскольку формы молекул («химические структуры») сахарозы, глюкозы и фруктозы все асимметричны, три сахара имеют несколько различных форм, называемых стереоизомеры. Существование этих форм - это то, что определяет оптические свойства этих химических веществ. Когда плоско-поляризованный свет проходит через чистый раствор одной из этих форм одного из сахаров, считается, что он попадает и ' бросить взгляд на «определенные асимметричные химические связи в молекуле этой формы этого сахара. Поскольку эти конкретные связи (которые в циклических сахарах, таких как сахароза, глюкоза и фруктоза, включают в себя своего рода связь называемые аномерной связью ), различаются в каждой форме сахара, каждая форма вращает свет в разной степени.

Когда любой f Один сахар очищается и помещается в воду, он быстро принимает другие формы того же сахара. Это означает, что раствор чистого сахара обычно имеет все стереоизомеры, присутствующие в растворе в различных количествах, которые обычно не сильно меняются. Это оказывает эффект «усреднения» на все углы оптического вращения (значения $\alpha \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; alpha\}$) различных форм сахара и приводит к раствор чистого сахара, имеющий собственное «общее» оптическое вращение, которое называется его «удельным вращением» или «наблюдаемым удельным вращением» и которое записывается как $[\alpha ]\; \{\backslash \; displaystyle\; [\backslash \; alpha]\}$.

Удельное оптическое вращение чередования чистых сахаров

Сахар	[α] (°)
Сахароза	+66,5
Глюкоза	+52,7
Фруктоза	-92.0

Влияние воды

Молекулы воды не обладают хиральностью, поэтому они не влияют на измерение оптического вращения. Когда плоско-поляризованный свет входит в тело чистой воды, его угол не отличается от угла, когда он выходит. Таким образом, для воды $[\alpha ]\; \{\backslash \; displaystyle\; [\backslash \; alpha]\}$= 0 °. Химические вещества, которые, как и вода, имеют удельное вращение, равное нулю градусов, называются «оптически неактивными» химическими веществами, и, как и вода, их не нужно учитывать при расчете оптического вращения вне зависимости от концентрации и длины пути.

Смеси в целом

Общее оптическое вращение смеси химических веществ можно рассчитать, если известна пропорция количества каждого химического вещества в растворе. Если в растворе содержится $N\; \{\backslash \; displaystyle\; N\}$-много оптически активных различных химических веществ ('химические вещества ') и молярная концентрация ( количество молей каждого химического вещества на литр жидкого раствора) каждого химического вещества в растворе известно и записывается как $C\; i\; \{\backslash \; displaystyle\; C\_\; \{i\}\}$(где $i\; \{\backslash \; displaystyle\; i\}$- число, используемое для идентификации химического вещества); и если каждый вид имеет определенное вращение (оптическое вращение этого химического вещества, если оно было получено в виде чистого раствора), записывается как $[\alpha ]\; i\; \{\backslash \; displaystyle\; [\backslash \; alpha]\; \_\; \{i\}\}$, тогда смесь имеет общее оптическое вращение

$\alpha \; =\; \sum \; i\; =\; 1\; NC\; i\; [\alpha ]\; i\; \sum \; i\; =\; 1\; NC\; i\; =\; \sum \; i\; =\; 1\; N\; (C\; i\; \sum \; i\; =\; 1\; NC\; i)\; [\alpha ]\; i\; Знак\; равно\; \sum \; я\; знак\; равно\; 1\; N\; \chi \; я\; [\alpha ]\; я\; \{\backslash \; Displaystyle\; \backslash \; Displaystyle\; \backslash \; альфа\; =\; \{\backslash \; гидроразрыва\; \{\backslash \; сумма\; \_\; \{я\; =\; 1\}\; ^\; \{N\}\; C\_\; \{я\}\; [\backslash \; альфа]\; \_\; \{я\}\}\; \{\; \backslash \; sum\; \_\; \{i\; =\; 1\}\; ^\; \{N\}\; C\_\; \{i\}\}\}\; =\; \backslash \; sum\; \_\; \{i\; =\; 1\}\; ^\; \{N\}\; \backslash \; left\; (\{\backslash \; frac\; \{C\_\; \{i\}\}\; \{\backslash \; sum\; \_\; \{i\; =\; 1\}\; ^\; \{N\}\; C\_\; \{i\}\}\}\; \backslash \; right)\; [\backslash \; alpha]\; \_\; \{i\}\; =\; \backslash \; sum\; \_\; \{i\; =\; 1\}\; ^\; \{N\}\; \backslash \; chi\; \_\; \{i\}\; [\backslash \; alpha]\; \_\; \{i\}\; \}$где $\chi \; i\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; chi\; \_\; \{i\}\}$- мольная доля элемента $i\; \{\backslash \; displaystyle\; i\; \backslash \; mathrm\; \{^\; \{th\}\}\}$виды.

Полностью гидролизованная сахароза

Если предположить, что дополнительные химические продукты не образуются случайно (то есть нет побочных реакций ), полностью гидролизованный раствор сахарозы больше не содержит сахарозы и является полуторная смесь глюкозы и фруктозы. Это решение имеет оптическое вращение

$\alpha \; =\; 1\; 2\; [\alpha ]\; глюкоза\; +\; 1\; 2\; [\alpha ]\; фруктоза\; =\; 1\; 2\; (52,7\; \circ \; -\; 92,0\; \circ )\; =\; -\; 19,7\; \circ \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; displaystyle\; \backslash \; alpha\; =\; \{\backslash \; frac\; \{\; 1\}\; \{2\}\}\; [\backslash \; alpha]\; \_\; \{\backslash \; text\; \{глюкоза\}\}\; +\; \{\backslash \; frac\; \{1\}\; \{2\}\}\; [\backslash \; alpha]\; \_\; \{\backslash \; text\; \{фруктоза\}\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{1\}\; \{2\; \}\}\; (52,7\; ^\; \{\backslash \; circ\}\; -92,0\; ^\; \{\backslash \; circ\})\; =\; -\; 19,7\; ^\; \{\backslash \; circ\}\}$

Частично гидролизованная сахароза

Если раствор сахарозы был частично гидролизован, значит, он содержит сахароза, глюкоза и фруктоза, а также угол их оптического вращения зависит от относительного количества каждого из них в растворе;

$\alpha \; =\; \chi \; s\; [\alpha ]\; s\; +\; \chi \; g\; [\alpha ]\; g\; +\; \chi \; f\; [\alpha ]\; f\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; displaystyle\; \backslash \; alpha\; =\; \backslash \; chi\; \_\; \{s\}\; [\backslash \; alpha]\; \_\; \{s\}\; +\; \backslash \; chi\; \_\; \{g\}\; [\backslash \; alpha]\; \_\; \{g\}\; +\; \backslash \; chi\; \_\; \{f\}\; [\backslash \; alpha]\; \_\; \{f\}\}$Где $s\; \{\backslash \; displaystyle\; s\}$, $g\; \{\backslash \; displaystyle\; g\}$и $f\; \{\backslash \; displaystyle\; f\}$обозначают сахарозу, глюкозу, и фруктоза.

Конкретные значения $\chi \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; chi\}$не нужно знать, чтобы использовать это уравнение в качестве точки инверсии (процентное количество сахарозы, которое необходимо гидролизовать перед решение перевернуто) может быть рассчитано по удельным углам вращения чистых сахаров. Реакция стехиометрия (тот факт, что гидролиз одной молекулы сахарозы дает одну молекулу глюкозы и одну молекулу фруктозы) показывает, что когда раствор начинается с $x\; 0\; \{\backslash \; displaystyle\; x\_\; \{0\}\}$моль Затем гидролизуются сахарозы без глюкозы и фруктозы и $x\; \{\backslash \; displaystyle\; x\}$моль сахарозы, в результате получается раствор $x\; 0\; -\; x\; \{\backslash \; displaystyle\; x\_\; \{0\}\; -x\}$моль сахарозы, $x\; \{\backslash \; displaystyle\; x\}$моль глюкозы и $x\; \{\backslash \; displaystyle\; x\}$моль фруктозы. Таким образом, общее количество молей сахаров в растворе составляет $x\; +\; x\; 0\; \{\backslash \; displaystyle\; x\; +\; x\_\; \{0\}\}$, а ход реакции (процент завершения реакция гидролиза) равно $xx\; 0\; \times \; 100\%\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; frac\; \{x\}\; \{x\_\; \{0\}\}\}\; \backslash \; times\; 100\; \backslash \%\}$. Можно показать, что угол оптического вращения раствора является функцией (явно зависит от) этого процента прогресса реакции. Когда величина $xx\; 0\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; frac\; \{x\}\; \{x\_\; \{0\}\}\}\}$записывается как $r\; \{\backslash \; displaystyle\; r\}$и реакция $r\; \times \; 100\%\; \{\backslash \; displaystyle\; r\; \backslash \; times\; 100\; \backslash \%\}$готово, угол оптического вращения равен

$\alpha \; r\; =\; (x\; 0\; -\; x)\; [\alpha ]\; s\; +\; Икс\; [\alpha ]\; г\; +\; Икс\; [\alpha ]\; Екс\; 0\; +\; Икс\; знак\; равно\; 1\; 1\; +\; р\; ([\alpha ]\; s\; +\; ([\alpha ]\; г\; +\; [\alpha ]\; е\; -\; [\alpha ]\; s)\; г)\; \{\backslash \; Displaystyle\; \backslash \; Displaystyle\; \backslash \; альфа\; \_\; \{r\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{(x\_\; \{0\}\; -x)\; [\backslash \; alpha]\; \_\; \{s\}\; +\; x\; [\backslash \; alpha]\; \_\; \{g\}\; +\; x\; [\backslash \; alpha]\; \_\; \{f\}\}\; \{x\_\; \{0\; \}\; +\; x\}\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{1\}\; \{1\; +\; r\}\}\; \backslash \; left\; ([\backslash \; alpha]\; \_\; \{s\}\; +\; ([\backslash \; alpha]\; \_\; \{g\}\; +\; [\backslash \; alpha]\; \_\; \{f\}\; -\; [\; \backslash \; alpha]\; \_\; \{s\})\; r\; \backslash \; right)\}$

По определению $\alpha \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; alpha\}$равняется нулю градусов в «точке инверсии»; чтобы найти точку инверсии, альфа устанавливается равным нулю, а уравнение обрабатывается для нахождения $r\; \{\backslash \; displaystyle\; r\}$. Это дает

$r\; инверсия\; =\; [\alpha ]\; s\; [\alpha ]\; s\; -\; [\alpha ]\; g\; -\; [\alpha ]\; f\; =\; 0,629\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; displaystyle\; r\; \_\; \{\backslash \; text\; \{инверсия\}\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{[\backslash \; alpha]\; \_\; \{s\}\}\; \{[\backslash \; alpha]\; \_\; \{s\}\; -\; [\backslash \; alpha]\; \_\; \{g\}\; -\; [\backslash \; alpha]\; \_\; \{f\}\}\}\; =\; 0,629\}$Таким образом, установлено, что раствор сахарозы перевернут как только по крайней мере $62,9\%\; \{\backslash \; displaystyle\; 62,9\; \backslash \%\}$сахарозы гидролизуется до глюкозы и фруктозы.

Контроль за ходом реакции

Выдержка раствора сахарозы при температуре 50–60 ° C (122–140 ° F) гидролизует не более 85% сахарозы. Нахождение $\alpha \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; alpha\}$при r = 0,85 показывает, что оптическое вращение раствора после гидролиза составляет -12,7 °, эта реакция, как говорят, инвертирует сахар, потому что его окончательное оптическое вращение меньше нуля. Поляриметр можно использовать, чтобы выяснить, когда выполняется инверсия, путем определения того, равно ли оптическое вращение раствора в более ранний момент его реакции гидролиза -12,7 °.

Производство

Обычный сахар можно быстро перевернуть, смешав сахар и лимонную кислоту или винный камень в соотношении примерно 1000: 1 по вес и добавление воды. Если вместо этого использовать лимонный сок, который содержит около пяти процентов лимонной кислоты по массе, то соотношение становится 50: 1. Такая смесь, нагретая до 114 ° C (237 ° F) и добавленная в другой продукт, предотвращает кристаллизацию без кислого вкуса.

Инвертированный сахарный сироп можно приготовить без кислот или ферментов, просто нагревая его: две части сахарного песка и одна часть воды, кипяченных в течение пяти-семи минут, будут частично инвертированы.

Коммерчески полученные катализируемые ферментом растворы инвертируют при 60 ° C (140 ° F). Оптимальный pH для инверсии - 5,0. Инвертаза добавляется в количестве около 0,15% от веса сиропа, и время инверсии составляет около 8 часов. По завершении температура сиропа повышается для инактивации инвертазы, но сироп концентрируется в вакуумном испарителе для сохранения цвета.

Коммерчески приготовленные растворы, катализируемые соляной кислотой, могут быть обращены при относительно низкая температура 50 ° C (122 ° F). Оптимальный pH для кислотно-катализируемой инверсии составляет 2,15. По мере увеличения температуры инверсии время инверсии уменьшается. Они нейтрализуются, когда достигается желаемый уровень инверсии.

В кондитерских изделиях и конфетах винный камень обычно используется в качестве подкислителя с типичными количествами в диапазоне 0,15–0,25 % от веса сахара. Использование винного камня придает сиропу медовый аромат. После завершения инверсии его можно нейтрализовать пищевой содой, используя вес 45% сливок от веса зубного камня.

Начальная концентрация сахарозы и температура кипения
Сахароза	Вода	Точка кипения
30%	70%	100 ° C (212 ° F)
40%	60%	101 ° C (214 ° F)
50%	50%	102 ° C (216 ° F)
60%	40%	103 ° C (217 ° F)
70%	30%	106 ° C (223 ° F)
80%	20%	112 ° C (234 ° F)
90%	10%	123 ° C (253 ° F)
95%	5%	140 ° C (284 ° F)
97%	3%	151 ° C (304 ° F)
98,2 %	1,8 %	160 ° C (320 ° F)
99,5%	0,5%	166 ° C (331 ° F)
99,6%	0,4%	171 ° C (340 ° F)

Количество воды может быть увеличено, чтобы увеличить время, необходимое для достижения желаемой конечной температуры, а увеличение времени увеличивает количество происходящего инверсии. Как правило, более высокие конечные температуры приводят к получению более густых сиропов, а более низкие конечные температуры - к более тонким.

Все входящие в состав сахара (сахароза, глюкоза и фруктоза) поддерживают ферментацию, поэтому растворы инвертного сахара любого состава можно ферментировать.

Срок годности

Низкое содержание воды в полностью инвертированном сахаре увеличивает срок хранения продуктов, которые его содержат. Срок годности частично инвертированного сахара составляет около шести месяцев и зависит от условий хранения и климатических условий.

Кристаллизованные растворы инвертного сахара можно вернуть в жидкое состояние путем осторожного нагревания.

В других пищевых продуктах и ​​продуктах

• Мед, который в основном представляет собой смесь глюкозы и фруктозы, поэтому, будучи похож на инвертный сироп, может оставаться жидкостью в течение длительных периодов времени.
• Джем содержит инвертный сахар, образовавшийся в результате процесса нагревания и кислотности фруктов. Этот сахар сохраняет варенье в течение длительного времени.
• Золотой сироп представляет собой сироп, состоящий примерно из 55% инвертного сиропа и 45% столового сахара (сахарозы).
• Помадная начинка для конфет уникальна что конверсионный фермент добавлен, но не активирован подкислением (регулировка pH микроокружения) или добавлением кофактора в зависимости от фермента (ов) до того, как начинка будет глазирована шоколадом. Очень вязкая (и, следовательно, формуемая) начинка со временем становится менее вязкой, придавая желаемую кремообразную консистенцию. Это является следствием неоптимальных условий для ферментов, специально созданных путем удержания факторов активации, что позволяет активировать только часть ферментов или позволяет всем ферментам действовать только в части биологических rate [биологически это реально комбинация обоих: пониженного количества функциональных ферментов, а те, которые действуют, имеют пониженную каталитическую кинетику / скорость].
• Сигареты используют инвертированный сахар в качестве оболочки для придания аромата.
• Производители алкогольных напитков часто добавляют инвертный сахар при производстве таких напитков, как джин, пиво и игристые вина для придания вкуса. Сахар канди, аналогичный инвертному сахару, используется при пивоварении бельгийского пива для повышения содержания алкоголя без резкого увеличения консистенции пива; он часто встречается в пиве, известном как дуббель и трипель.
• Яйца Cadbury Creme наполнены инвертированным сахарным сиропом, полученным путем обработки помады с инвертазой.
• Sour Patch Kids также содержат инвертированный сахар. для придания сладкого вкуса.

См. также

• Кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы
• Список сиропов

Примечания

Ссылки

Внешние ссылки

• СМИ, связанные с Инвертированный сахарный сироп на Wikimedia Commons
• "Invertase". Проверено 27 ноября 2012 г.