Сахар: сладкий, горький, соленый

сахарБез сахара чашки чая не выпить, компо­та не сварить, пирога не испечь… Так гово­рим мы о постоянном и давнишнем спутнике нашего стола. Но каков на самом деле его «возраст»? Оказывается, свекловичный сахар известен людям не так уж давно. Только в 1747 г. немецкий химик Андреас Маргграф открыл, что в свекле присутствует сахар, а фабричное производство свекловичного са­хара было налажено еще позже — в начале XIX века.

Куда старше по возрасту тростниковый сахар. Когда двадцать три века назад воины Александра Македонского вступили на зем­лю Индии, то среди прочих чудес этого края их поразило белое твердое вещество слад­кого вкуса, которое индийцы употребляли в пищу. Узнав, что это застывший сок какого- то местного тростника, один из соратников полководца писал, что в Индии есть расте­ние, которое дает мед без пчел…

Спустя некоторое время диковинный про­дукт попал в Китай. Там его тоже назвали медом, каменным медом. Египтяне же назы­вали его иначе — индийской солью.

Об индийском происхождении сахара напоминает и его название, одинаково зву­чащее почти на всех языках. В самом деле: сахар — так говорят по-русски, Zucker — по- немецки, sugar — по-английски, sucre — по-французски. Не меняется картина и на Востоке: у персов сахар зовется шакар, у ара­бов — суккар.

египетНе надо быть лингвистом, чтобы почув­ствовать общее происхождение этих слов. Их корень восходит к древнеиндийскому слову sakkhara (сакхара).

Вместе с сахаром в одной стране за дру­гой приживалось и его название — только каждый раз оно приспосабливалось к особен­ностям нового языка.

Итак, родина сахара, или точнее — сахар­ного тростника — Индия. Древняя индийская легенда рассказывает, что однажды бог Ишвар подарил радже Субандье — правителю Бенареса — маленькое семечко, из которого вырос сахарный тростник. Из него люди и стали добывать сладкий сок для еды.

Ну, а как древние индийцы превращали этот сок в сахар? Какими методами они поль­зовались для очистки и сгущения сока? Это­го мы, к сожалению, не знаем. Впрочем, дру­гая легенда утверждает, что в былые времена индийские волшебницы снимали готовый са­хар с рога молодой луны!

Жаль, конечно, что в наши времена та­кой простой способ сахарного производства недоступен… И существующая технология — довольно сложный процесс. О том, как полу­чают на заводах свекловичный сахар (обыч­но его мы и видим на нашем столе), будет рассказано в следующей главе.

Как получают сахар!

Свекловичный корень содержит в среднем 18 процентов сахара. Но кроме сахара в нем есть и целый ряд ненужных примесей. Избавиться от них — вот главная задача, возникающая после того, как на сахарном заводе из свекловичной стружки извлекли сок (его называют обычно диффузионным, по самой операции извлечения — диффузии). Сок этот выглядит на первых порах далеко не аппетитно; это продукт темно-бурого цве­та, с неприятным запахом и привкусом. Для его очистки используются известь и углекис­лый газ — продукты, получаемые при об­жиге известняка.

На любом сахарном заводе можно уви­деть печь, в которой идет процесс обжига. Здесь под действием высокой температу­ры известняк (углекислый кальций) распадается на два простых химических соедине­ния:

известнякПолученную известь взбалтывают с водой и в виде известкового молока добавляют к диффузионному соку.

танецВ присутствии извести белки и некото­рые окрашенные вещества сока свертывают­ся и выпадают в осадок. То же самое проис­ходит и с органическими кислотами: они об­разуют с кальцием нерастворимые соли. Вот только один пример подобной реакции:

нерастворимые солиТеперь освободиться от осадка не представ­ляет большого труда.

Сам сахар тоже реагирует с известью: он образует с нею так называемые сахараты. Но эти соединения (моно- и дисахараты) в воде растворимы и не смешиваются с осаж­денными примесями.

Наступает следующий этап в производ­стве сахара — теперь надо избавиться от из­лишка извести и заодно освободить сахар из «известкового плена».

Свекловичный сок насыщают углекислым газом, который связывает известь и образует нерастворимый мел.

Заодно освобождается и сахар. Происходит это так:

освобождение сахараОднако даже после обработки сока из­вестью и углекислым газом в нем остается еще немало красящих веществ. Обесцветить сок полностью помогает сернистый ангидрид (SO2). Операция эта называется сульфита­цией от латинского названия серы — Sulfur. Сернистый ангидрид, растворяясь в воде, об­разует сернистую кислоту. Та окисляется в серную кислоту и выделяет свободный водо­род. В нем-то все и дело! Водород связывает хромофоры — цветообразующие группы ок­рашенных веществ, и сами вещества стано­вятся бесцветными.

Теперь остается подвергнуть сок филь­трации, выпарке и увариванию. И из сгу­стившегося сока начинает выкристаллизо­вываться сахар. Кристаллы отделяют от ма­точного раствора, пробеливают и сушат.

В поисках аравийской камеди

Известно, что свекловичный или трост­никовый сахар (его называют в химии саха­розой) не единственный в нашей пище. В молоке есть свой сахар — лактоза, в солоде — мальтоза, в плодах и ягодах — фруктоза и глюкоза.

На глюкозе следует остановиться особо. Из всех сахаров ее первую стали вырабаты­вать искусственным путем. Это, однако, не значит, что мы уже научились синтезиро­вать глюкозу. Способ промышленного производства глюкозы (виноградного сахара) был открыт в некотором роде случайно.

древность…Это было в 1811 году. Главный петер­бургский аптекарь Константин Кирхгоф, за­нимаясь опытами по технологии фарфора, искал дешевый заменитель привозной ара­вийской камеди (это застывшие смоляни­стые выделения, которые собирают на ство­лах аравийской акации). Перепробовав ряд веществ, Кирхгоф остановился на крахмале. Он взболтал крахмал с водой и стал варить его вместе с разбавленной серной кислотой. Через некоторое время крахмал превратился в густую вязкую массу, и в самом деле по­хожую на камедь. Когда же Кирхгоф попро­бовал эту массу на вкус, то убедился, что полученный продукт — сладкий.

Экспериментатор был образованным хи­миком и справедливо предположил, что часть крахмала в его опыте превратилась в сахар. Он доложил о своем открытии Акаде­мии паук и вскоре был удостоен звания ака­демика. Открытие Кирхгофа стало научной основой производства крахмальной патоки и глюкозы во всем мире.

Рассмотрим теперь суть превращений, которые имели место в опытах Кирхгофа. Известно, что крахмал — это углевод, поли­сахарид, состоящий из множества обезво­женных остатков глюкозы. Формула глюкозы — С6Н12О6; отняв у нее молекулу воды, получим: С6Н10О5. Некоторое (n) количество таких остатков образует молекулу крахмала (С6Н10О5)n.

В процессе фотосинтеза, происходящем в растениях, крахмал образуется из глюкозы. Но если крахмал образован из глюкозы, то почему невозможно обратное превраще­ние? Именно оно и произошло в опыте Кирх­гофа.

Гидролиз крахмала (т. е. расщепление его с присоединением воды) идет в присут­ствии катализатора, его роль и выполняет серная или соляная кислота. Процесс расще­пления проходит в несколько стадий: крах­мал — декстрины — мальтоза — глюкоза.

В промышленных условиях для получе­ния глюкозы крахмал подвергают гидролизу в специальных аппаратах под давлением 3—3,5 атмосфер в присутствии 0,5—0,65 про­центов соляной кислоты (в пересчете па 100-процентную НСl).

древняя химияПосле расщепления крахмала получен­ный сироп нейтрализуют. В зависимости от того, какая кислота была применена в каче­стве катализатора (соляная или серная), в сироп добавляют соду или мел.

Нейтрализованный сироп фильтруют, уваривают, а затем приступают к кристалли­зации глюкозы.

Но тут встречается существенная трудность: глюкоза кристаллизуется очень мед­ленно. Чтобы ускорить этот процесс, ее сое­диняют с поваренной солью. Образовавшееся при этом двойное соединение легко и быстро обретает форму больших правильных кри­сталлов.

В последнее время глюкозу так и полу­чают через промежуточное двойное соедине­ние с хлористым натрием (солью):

получение глюкозыНо соленый сахар вряд ли придется кому-нибудь по вкусу. Поэтому кристаллы двой­ного соединения отделяют от маточного рас­твора на центрифугах, а затем быстро раз­рушают. При добавлении воды соль немед­ленно растворяется, а основная часть глю­козы выкристаллизовывается в гидратной форме, то есть с молекулой воды (С6Н12О6•Н2О). И задача оказывается решенной.

Остается добавить, что глюкозу получают теперь не только из крахмала. Уже суще­ствует производство пищевой глюкозы из древесины. Такой цех действует на Канском гидролизном заводе в Сибири. Химизм про­цесса в принципе не отличается от кислот­ного гидролиза крахмала. Ведь и целлюлоза, из которой состоит древесина, тоже углевод. Сложнее только сама технология очистки и получения глюкозы.

Что такое сладкий вкус?

Главное достоинство сахаров — в их пи­тательности. Каждый грамм сахара, «сгорая» в организме, дает 4,1 ккал тепла. Но не ме­нее ценен и превосходный вкус сахара. Прав­да, сладость разных сахаров различна. Если принять ее для свекловичного сахара (саха­розы) за единицу, то сладость глюкозы со­ставит только 0,74. Еще меньше сладость у мальтозы и лактозы (0,32). Самый сладкий среди всех сахаров — фруктоза; она в 1,73 раза слаще сахарозы.

Словом, все сахара сладки. Но вот вопрос: чему обязаны они этим свойством? Ответ пытался найти еще две тысячи лет назад знаменитый древнеримский поэт и философ Лукреций Кар. По его мнению, мед потому обладает приятным сладким вкусом, что со­стоит из гладких круглых телец, тогда как вещества с крючковатыми частицами не­приятны на вкус.

Доля правды в этом несколько наивном утверждении есть. У конфеты «помадка», которая состоит из очень мелких кристалли­ков сахара, нежный тающий вкус. А конфеты с большими кристаллами сахара отлича­ются вкусом грубым, «царапающим». Прав­да, в данном случае главную роль играют не чисто вкусовые, а побочные — тактильные (осязательные) — ощущения. Вкус же са­мого сахара (разумеется, одного и того же состава) остается неизменным.

Так от чего же зависит сама сладость са­хара? Существует ли какая-нибудь связь между нею и химическим составом сахара, его молекулярной структурой? В известной мере на этот вопрос можно ответить поло­жительно. Не раз высказывалось предполо­жение, что сладость сахара обусловлена при­сутствием в его молекуле так называемых глюкофорных и ауксоглюконовых групп.

Слово «глюкофор» образовано от двух греческих слов: glykys — сладкий и рhoros — несущий. Таким образом, глюкофорная груп­па — это и есть носительница сладости. У ауксоглюконовой группы (греческое слово аuxanо значит: увеличиваю) другая роль — она как бы «регулирует» сладость вещества. К глюкофорным группам относятся, напри­мер, такие сочетания атомов: —СН2(ОН), —СН(ОН) —. А вот атом водорода, соеди­ненный с углеродом, наделен, как считают, ауксоглюконовыми свойствами.

В молекулах всех известных сахаров и на самом деле есть те и другие группы. Вот, к примеру, формула глюкозы:

формула глюкозыВ этой молекуле мы видим пять глюко­форных групп и одну ауксоглюконовую. Об­ращает на себя внимание тот факт, что все глюкофорные группы имеют в своем составе гидроксилы (ОН). В этой связи профессор Шелленбергер выдвинул такое объяснение причины сладости сахаров. Если гидроксил глюкофорной группы способен образовать водородную связь с подобной же группой на поверхности вкусового рецептора, то вещество воспринимается сладким. Если же такие водородные связи возникают внутри самой молекулы вещества, то сладость вещества выражена слабее или не проявляется совсем.

Чем меньше в сахаре внутримолекуляр­ных водородных связей, тем он слаще. И на­оборот. Этот вывод подтверждается сравне­нием инфракрасных спектров двух моносаха­ридов: глюкозы и галактозы, входящей в состав молочного сахара.

По поглощению водородных связей в ин­фракрасной области спектра можно обнару­жить в глюкозе одну внутримолекулярную водородную связь, а в галактозе — две. И дей­ствительно, сладость галактозы в два раза меньше сладости глюкозы.

Вся эта теория применима, однако, толь­ко к сахарам и близким им по строению ве­ществам (многоатомным спиртам и другим). Но как объяснить сладость сахарина, кото­рый ничего общего с сахарами не имеет? Или солей бериллия, свинца? Существует, например, «свинцовый сахар», который на самом деле — не сахар, а соль — уксуснокис­лый свинец. «Свинцовый сахар» очень ядо­вит. Но почему же он сладок? Ответить на эти вопросы мы пока не можем.

Не сахар, а сладкий!

Некоторые из сладких несахаров входят в нашу пищу. Из природных соединений к ним относятся, например, глицерин, а амино­кислоты… Целый ряд веществ специально вырабатывается промышленностью для подслащивания продуктов питания.

По химическому строению сахарин пред­ставляет собой производное (имид) ортосулъфобензойной кислоты. Формула его такова:

сахаринВ качестве исходного сырья для производ­ства сахарина применяется толуол.

Чистый сахарин в 700 раз слаще сахаро­зы. Достаточно растворить в одном литре воды 0,00005 грамма сахарина, чтобы раствор приобрел сладкий вкус.

Казалось бы, сахарин — «король сладо­сти». Но есть у него и достойные конкурен­ты. Один из них — альдоксим — в пять раз слаще сахарина!

Спрашивается: кому нужны эти искус­ственные сладкие вещества? Разве мало у нас сахара? Не в этом дело. Синтетические сладкие вещества используются в тех слу­чаях, когда в силу разных причин, например, из-за расстройства обмена веществ в орга­низме, сахара и вообще углеводы человеку противопоказаны. Пример — так называемая сахарная болезнь (диабет). Страдающие ею вынуждены употреблять в пищу вместо са­хара сахарин.

В нашей стране из искусственных слад­ких веществ было разрешено применять толь­ко сахарин — в кондитерских изделиях и безалкогольных напитках, предназначенных для диабетиков. В некоторых странах, в частности в США, за последние годы стали широко применять другое химическое ве­щество — цикламат натрия или кальция. Это — соли циклогексилсульфаминовой кис­лоты. Цикламаты в 30—40 раз слаще сахаро­зы, и используют их в специальной малока­лорийной диете, предназначенной для диабе­тиков или тучных людей.

Сахарин, цикламат и тому подобные ве­щества создают иллюзию сладости; питатель­ная же ценность их равна нулю. Их отнюдь нельзя признать действительными замените­лями сахара. Вот почему химики-пищевики были давно озабочены тем, чтобы создать сладкий, питательный и вместе с тем не вред­ный для диабетиков продукт. Прямо скажем, задача была поставлена сложная и трудная. Надо было сочетать разные, порой противо­речащие друг другу свойства. Однако задача эта решена: такой продукт теперь создан. Это — пищевой сорбит.

Природный сорбит (шестиатомный спирт) известен давно. Он довольно часто встречает­ся в плодах и ягодах. Свое название сорбит получил от латинского названия рябины Sorbus aucuparia, в плодах которой был впервые обнаружен. Сорбит отличается при­ятной сладостью, равной, примерно, поло­вине сладости сахарозы. В отличие от саха­рина, цикламата и тому подобных веществ сорбит имеет определенную питательную ценность; один грамм сорбита дает организ­му 3,9 ккал. Будучи по своей химической природе спиртом, а не углеводом, сорбит не противопоказан диабетикам. И в этом его главная ценность.

Интересно заметить, что получение сор­бита — это первая стадия в технологическом процессе производства аскорбиновой кисло­ты (синтетического витамина С). Исходным сырьем для этого синтеза, а стало быть, и для получения сорбита, служит глюкоза.

В специальных аппаратах — автоклавах — глюкоза подвергается гидрированию — к ней присоединяется газообразный водород. Про­цесс этот происходит при высоком давлении (70—80 ат) обязательно в присутствии никелевого катализатора. Водород присоеди­няется к альдегидной группе сахара, и он превращается в спирт — сорбит:

получение сорбитаПоследующие операции сводятся к выде­лению и очистке сорбита, а затем к его кри­сталлизации.

Сорбит выпускается в виде плиток (на­подобие шоколадных). В кондитерских и диетических магазинах можно купить теперь шоколад, мармелад и печенье, в которых на­туральный сахар заменен искусственным сорбитом.

Так приходит на стол вкусный и полно­ценный заменитель «незаменимого» сахара.

И. Вольпер, доцент

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>