Из каких растений получают сахар: Какие растения используют люди в разных странах для производства сахара кроме сахарного тростника и сахарной…

Что такое сахар и откуда он берется?

Производство
 ->  Агропром
 | Автор: | Добавлено: 2015-05-28

Каждый день большинство людей употребляют сахар, особенно мы – дети. Конфеты, шоколад, мёд, мороженое и многие другие сладости содержат в себе пищевой продукт «сахар».

Весной я попробовал берёзовый сок, который был сладок на вкус. Но разве в берёзе есть сахар? Этот вопрос заинтересовал меня. От учителя на уроках окружающего мира я узнал, что сахар получают из сахарного тростника и сахарной свёклы на крупных заводах. А на занятиях научного общества мы попытались узнать, в каких ещё растениях содержится сахар и по возможности получить его в школьной химической лаборатории.

Цель нашей статьи: получение сахара из природных веществ.

Задачи:

1. Узнать: а) что такое «сахар» и откуда он берётся; б) какие питательные вещества получает человек с пищей

2. Изучить и освоить методику: а) проведения качественной реакции на глюкозу; б) гидролиза древесины.

3. Совершенствовать навыки работы в химической лаборатории с соблюдением правил техники безопасности.

4. Учиться работать с учебной литературой и писать реферат.

5. Получить сахаристое вещество.

Происхождение названия

В «Учебном словаре русского языка» автора Репкина В. В. говорится, что «Сахар – это белое сладкое вещество, добываемое из свеклы или особого вида тростника». Мы говорим «сахар» про кусковой, твердый сахар и называем сахарным песком сахар раздробленный, размельченный. Само слово «сахар» родилось в Древней Индии (sarkara) и означало именно «песок, гравий», в частности «песок сахарный». Через греческое слово «сахарон» оно проникло во все европейские языки. Поэтому, говоря «сахарный песок», мы как бы говорим «песчаный песок»

Где растет сахар?

В Индии, на Кубе и в других жарких странах чуть ли не каждая семья издавна сажает на своем клочке земли сладкий тростник. При сборе урожая крестьяне длинным ножом-мачете срезают тростинку за тростинкой. Тростник вываривают на огне, при этом получаются сладкие кристаллики. У нас сахар варят не из сахарного тростника, а из сахарной свеклы. Это не красная, а белая свекла, которая очень сладкая на вкус. Наши прапрадедушки нарезали её дольками, и пили с ней чай. Ещё вместо сахара в те времена ели мед, пили сладкий сок клена, липы. Даже делали из этих соков пастилу.

Продавали сахар не в лавке, а в аптеке, вместе со всякими редкостными снадобьями. Его и принимали только как лекарство, потому что он очень дорого стоил.

Наше питание

При изучении курса «Мир вокруг нас» мы узнали, что с пищей человек получает необходимые организму питательные вещества. Этими веществами являются:

• белки – вещества, которые служат основным «строительным материалом» для тела человека. Особенно нужен такой «материал» детям – для роста и развития. Белки содержатся во многих продуктах. Ими богаты творог, яйца, мясо, рыба, горох, фасоль.

• жиры – обеспечивают организм энергией, а также служат «строительным материалом» тела. Источником жиров являются сливочное и растительное масло, маргарин, сметана.

• углеводы – главный поставщик энергии для нашего тела. К ним относятся сахар и крахмал. Углеводами богаты хлеб, крупы, картофель, макароны, кондитерские изделия, фрукты.

• витамины – необходимы для сохранения и укрепления здоровья. Их много в овощах и фруктах.

Как же в растениях образуются углеводы, к которым относится и сахар?

Тайна растений

Растения — живые существа, значит, они дышат и питаются. Дышат растения так: из воздуха они поглощают частицы кислорода, при этом выделяют в воздух углекислый газ. А питаются растения так. Мы знаем, что своими корнями растения всасывают из почвы воду с растворёнными в ней минеральными солями. Но откуда растения получают главные питательные вещества — сахар, крахмал? Ведь их нет в почве, а в растениях они есть.

Даже знаменитые учёные долго не могли разгадать эту тайну, но сейчас она раскрыта.

Выяснилось, что листья растений — это удивительные «повара», которые из частиц воды и углекислого газа «готовят» пищу — сахар, крахмал. Вода поступает в листья по стеблю из корня, а углекислый газ листья поглощают из воздуха. Но работает чудесная «кухня» только на свету!

Почему же для её работы требуется свет? Дело в том, что солнечный свет несёт энергию, без которой чудесная «кухня» остановилась бы. Энергия нужна для работы любой машины и жизни любого существа.

Когда учёные разгадали тайну питания растений, они поняли, что животные и люди не смогли бы жить без растений. Ведь ни одно животное, ни один человек не могут из воды и углекислого газа получить сахар и другие питательные вещества. Это делают только растения. А животные и человек едят растения и таким образом «добывают» для себя необходимые питательные вещества. Вместе с этими веществами они получают и необходимую им для жизни энергию

Что такое углеводы

Свое название углеводы получили по ошибке. Это произошло в середине XIX века. Тогда считали, что молекула любого сахаристого вещества отвечает формуле Cm(h3О)n. Все известные тогда углеводы подходили под эту мерку, и формулу глюкозы С6Н12О6 писали как С6(Н2О)6.

Но позднее были открыты и такие сахара, которые оказались исключением из правила, например, рамноза. И хотя неточность в названии целого класса соединений была очевидной, термин «углеводы» стал уже настолько привычным, что его не стали менять. В наши дни многие химики предпочитают иное название — «сахара».

Получение сахара

Изучение методики проведения качественной реакции на глюкозу

Для начала мы попытались понять, как в химической лаборатории определяют, что полученное при реакции вещество является сахаром (глюкозой) и провели опыты на фруктовых соках, варенье, меде и таблетках глюкозы.

Так как глюкоза является многоатомным спиртом, то ее можно определить с помощью свежеприготовленного гидроксида меди (II). Мы приготовили в четырех пробирках гидроксид меди Сu(ОН)2. Для этого добавили 2—3 капли раствора медного купороса к 1 мл раствора едкого натра. Получили голубой осадок. К полученному осадку прибавили такой же объем: в первую пробирку — раствор глюкозы, во вторую пробирку – разбавленный водой 1:1 яблочный сок, в третью пробирку – разбавленный водой 1:1 сироп клубничного варенья, в четвертую – разбавленный водой мед. Все пробирки энергично встряхнули. Осадок растворился, получился синий раствор.

Такая реакция характерна для многоатомных спиртов, то есть для спиртов, которые содержат несколько гидроксильных групп.

Пробирки с полученным синим раствором, нагрели на пламени спиртовки до кипения. Раствор сначала пожелтел, затем стал оранжевым, а после охлаждения выпал красный осадок оксида меди Cu2О. Такая реакция характерна для другого класса органических соединений — для альдегидов. Значит, во всех исследуемых нами растворах есть вещество, представляющее собой альдегид и спирт одновременно. Это глюкоза, которая по строению представляет собой альдегидоспирт.

Изучение методики проведения химического процесса гидролиза

Сахар мы попытались получить из опилок гидролизом, то есть разложением водой. Это очень распространенный химический процесс. Опилки и другие древесные отходы содержат углевод — клетчатку (целлюлозу). Оказывается, из нее на гидролизных заводах готовят глюкозу, которую можно использовать затем по-разному; чаще всего ее сбраживают, превращая в спирт, который нужен для получения множества химических веществ. Большая и самостоятельная отрасль химической промышленности носит название гидролизной.

Мы для начала попытались понять сущность процесса гидролиза древесины и провели опыт на деревянных лучинках – осахаривание лучины.

Для опыта приготовили раствор серной кислоты: к одному объему воды прилили один объем концентрированной серной кислоты (нельзя лить воду в кислоту!). В пробирку с раствором опустили лучинку и нагрели раствор до кипения. Лучинка при этом обуглилась.

После нагревания лучинку опустили в другую пробирку с 1—2 мл воды и прокипятили. В обеих пробирках теперь появилась глюкоза. Проверить это можно, добавив к растворам 2—3 капли медного купороса, а затем и едкий натр, — появится синяя окраска. При кипячении этого раствора выпадает красный осадок оксида меди Cu2О, как и в предыдущих опытах. Так мы обнаружили глюкозу при осахаривании лучинки.

То, что лучинка осахарилась, это результат гидролиза целлюлозы (на ее долю в древесине приходится около 50%). Серная кислота в этом опыте не расходуется, она играет роль катализатора.

Получение сахара из опилок

Для опыта мы взяли березовые, сосновые, осиновые, пихтовые и кленовые опилки, чтобы выяснить, из каких опилок получится больше сахара.

Опыт проводили в несколько стадий: варка опилок с раствором серной кислоты, нейтрализация кислоты, фильтрование и выпаривание.

В фарфоровую чашку насыпали 15 г древесных опилок и смочили их водой. Добавили еще немного воды и равное количество ранее приготовленного раствора серной кислоты (1:1), жидкую кашицу хорошо перемешали. Закрыли чашку крышкой и поставьте ее на водяную баню на час.

Затем вынули чашку, долили воды доверху и перемешали. Полученный раствор отфильтровали и нейтрализовали фильтрат, добавляя к нему толченый мел и известковую воду до тех пор, пока не прекратилось выделение пузырьков углекислого газа. Об окончании нейтрализации можно также судить, испытывая жидкость лакмусовой бумажкой.

Не надо капать индикатор прямо в реакционную массу. Для этого следует взять пробу, всего 2—3 капли, и поместить ее на стеклянную пластинку или в маленькую пробирку.

Полученную жидкость слили в бутылку, взболтали и дали постоять несколько часов. Сульфат кальция, образовавшийся при нейтрализации кислоты, осел на дно, а сверху остался раствор глюкозы. Осторожно слили его в чистую чашку (по стеклянной палочке) и отфильтровали.

Последняя операция — выпаривание воды на водяной бане. После нее на дне остались светло-желтые кристаллы глюкозы. Их можно попробовать на вкус совсем немного, так как продукт недостаточно чистый.

По описанной нами методике мы проводили опыты со всеми вышеперечисленными видами опилок, сравнивая, из какого вида древесины получается больше конечного продукта.

Опилки Масса опилок, г Выход сахаристого вещества, г Выход, %

Березовые 15 2,0 13,3

Сосновые 15 1,75 11,67

Осиновые 15 2,0 13,3

Пихтовые 15 1,8 12,0

Кленовые 15 2,1 14,0

Получение сахара из картофеля

При работе с литературой мы узнали, что крахмал, который образуется при созревании картофеля, также относится к углеводам и из него гидролизом можно получить сахаристое вещество – глюкозу. Так как из опилок сахар мы уже получать научились, нам стало интересно попробовать получить его и из картофеля.

Для опыта мы мелко нарезали картофель, добавили в реакционную смесь немного разбавленной 1:2 серной кислоты и нагревали на водяной бане в течение 1 часа. Нейтрализовали кислоту карбонатом магния. Слили полученную смесь в чистый стакан и дали отстояться, затем профильтровали. Полученный фильтрат выпарили на водяной бане. В результате в выпарительной чашке также получили кристаллы глюкозы светло-желтого цвета.

Всем известно, что если картофель замерзнет, то потом он становится сладкий на вкус. Теперь мы знаем, что при этом происходит процесс гидролиза крахмала до глюкозы.

В результате работы по данной теме мы узнали, что сахар – это углевод, который является главным поставщиком энергии для нашего тела. Он известен очень давно, в жарких странах его получают из сахарного тростника, а в нашей стране — из сахарной свёклы. К сахаросодержащим веществам относится глюкоза, которую мы получили гидролизом древесных опилок и картофеля в школьной лаборатории с помощью химического эксперимента.

Самой сахаросодержащей породой дерева по нашим данным оказался клен, на втором месте – берёза и осина, менее сахаросодержащие породы деревьев – пихта и сосна. Достаточно много кристаллов сахаристого вещества образуется при гидролизе картофеля.

3.3 Натуральные заменители сахара | Sugar.Ru

Оглавление

3.3 Натуральные заменители сахара

3.3.1. Мёд и кленовый сахар

Мёд пчелиный — сладкое сиропообразное вещество, вырабатываемое медоносной пчелой из нектара растений. В цветочном мёде содержится 13-20 % воды, 75-80 % углеводов (глюкоза, фруктоза и др.), органические кислоты, ферменты, минеральные и ароматические вещества, витамины. При хранении кристаллизуется. Мёд является кормом для пчёл и ценным продуктом питания человека.

Сахар кленовый.  Из сахарного клена, произрастающего, в основном, в Северной Америке весной из надрезов в коре дерева добывают сладкий сок, содержащий до 5% сахарозы и немного моносахаридов. Преимущественно в кустарных условиях из сока выпариванием получают кленовый сироп, который используется в домашнем хозяйстве вместо сахарозы для приготовления сладких блюд. Из сиропа при уваривании и последующей кристаллизации можно получить твердый кленовый сахар в виде кусков разнообразной формы.

Примерно такого же вида сахар получают (Индия, Филиппины и др.) из сахарной пальмы.

3. 3.2. Подсластители гликозидного происхождения

Природные подслащивающие вещества гликозидного происхождения получают из растений (стевия, топинамбур и др.) .

Гликозиды — это органические вещества, молекулы которых состоят из углевода и неуглеводного компонента.

Стевия — медовая трава (Stevia rebaudiana Bertoni ) — многолетнее травянистое растение семейства сложноцветных, свойства которого впервые были описаны итальянским ученым М.Бертони в 1899 г., хотя растение известно уже около 1500 лет и интенсивно выращивается в Парагвае и других странах Южной Америки, а теперь — и в Юго-Восточной Азии и Японии. С конца 80-х годов стевия выращивается на Украине, в Молдове, затем в Узбекистане и в России. Свежие листья стевии ненамного слаще сахара, в то время как высушенные листья слаще в 20-30 раз.

Основные сладкие компоненты листьев стевии — гликозиды: стевиозид, ребаудиозиды, дулкозид .

Урожай сухих листьев (основного сырья для переработки и непосредственного использования) составляет от 2 т/га (при сезонном выращивании и одноразовой уборке урожая в умеренных широтах) до 6 т/га (при круглогодичном выращивании и многократной уборке в тропических условиях). При 12 %-ном содержании в листьях основного компонента, дающего сладость, — стевиозида с каждого гектара можно получить от 80 до 240 т сладости, эквивалентной сахарозе, т.е. 1 га стевии может заменить 20-60 га сахарной свеклы.

Токсиколого-гигиеническими испытаниями установлено, что полная безопасность гарантируется при ежедневном потреблении сухих листьев стевии в количестве 0,1 г на 1 кг массы тела. Сухие листья хорошо сохраняются в течение длительного времени (не менее двух лет).

Наиболее интенсивно используют стевию в Японии.

Стевиозид — натуральный подсластитель, эмпирическая формула С₃₈Н₆₄О₁₈, молекулярная масса 808,912, относится к подсластителям интенсивного типа, общая сладость очищенного стевиозида колеблется в пределах 250-300. Стевиозид легко растворим, стабилен при обработке и хранении, практически не расщепляется в человеческом организме, не токсичен.

Проведенные исследования показали, что компоненты стевии действуют на организм человека комплексно, избирательно и последовательно на клеточном и генном уровнях, способствуя повышению уровня биоэнергетических возможностей организма человека. Высокая степень сладости при отсутствии калорийности позволяет применять стевию и больным сахарным диабетом как с повышенным, так и с пониженным содержанием сахара в крови, и людям, страдающим от повышенного веса и ожирения. Имеются сведения, что регулярное потребление стевии нормализует артериальное давление и содержание холестерина в крови, неусвояемость микроорганизмами позволяет избежать кариеса, болезней желудочно-кишечного тракта. Компоненты стевии обладают бактерицидными свойствами, способствуя заживлению ран, в том числе при ожогах, лечению кожных болезней.

Устойчивость компонентов стевии при нагревании и длительном хранении, хорошая растворимость в воде, безвредность и нетоксичность позволяют применять их при консервировании фруктов и овощей, при производстве напитков, хлебобулочной, кондитерской и другой пищевой продукции взамен сахара. Имеются данные по использованию стевиозида не только вместо сахарозы, но и вместе с ней, что позволяет получить высокий синергический эффект.

По некоторым источникам потребность России в стевиозиде оценивается в 4400 тонн в год. В настоящее время накоплен некоторый опыт выращивания стевии в полевых условиях в Воронежской области, Краснодарском крае, в зоне субтропиков (г. Сочи).

По имеющимся сведениям продукция из стевии может выпускаться в нескольких модификациях:

• порошок «Стевил-50» (стевиозид) с эквивалентом сладости 50 и содержанием стевиозида не менее 20 % ;
• таблетки «Стевилин» на базе порошка «Стевил-50» ;
• сироп «Стевиол-20 %» (жидкий экстракт стевии) во флаконах по 30 мл с капельницей; эквивалент сладости не менее 50, содержание стевиозида не менее 20 %;
• травяной чай «Стевия» из сухих листьев стевии, в частности, в одноразовых упаковках по 2 г с эквивалентом сладости 25-30 при содержании стевиозида 10-12 % .

С 1999 г. начато производство сахарозаменителя с использованием стевиозида в сочетании с искусственными подсластителями под товарным знаком натурсвит со степенью сладости 200 и 250 .

Топинамбур (земляная груша) — многолетнее растение Helianthus tuberosus, завезена в Европу с американского континента в начале XVII в. По химическому составу клубни топинамбура практически не отличаются от картофеля, но не имеют соланина — яда, содержащегося в сыром картофеле, поэтому может употребляться в пищу человека и в корм животным в сыром, вареном и пареном виде. Известны рецепты приготовления жареного и печеного топинамбура, а также напитки из клубней в виде чая, компота .

Клубни топинамбура можно консервировать, а также хранить высушенными в виде порошка. Листья топинамбура, собранные в июле-сентябре, сушат в тени и используют при приготовлении настоя и чая.

Особое значение топинамбур имеет в питании больных диабетом, так как содержащийся в нём (в среднем 14 %) инулин (полисахарид, образованный остатками фруктозы, содержится в сложно цветных растениях — георгин, артишок, цикорий и др.) превращается во фруктозу, а вредная для диабетиков глюкоза в составе клубней топинамбура отсутствует.

Топинамбур — неприхотливое растение, позволяющее даже без особого ухода за ним получать, например, во Франции по 50-60 т клубней с гектара. В настоящее время в мировом земледелии площадь посевов топинамбура составляет около 2,5 млн. га, во Франции площадь посевов топинамбура почти равна площади посевов сахарной свеклы (500 тыс. га), в США — около 700 тыс. га, в Австрии — 130 тыс. га. Расширяют посевы топинамбура Англия, Германия, Польша, Венгрия, Япония, КНР, скандинавские страны.

Сироп, полученный при гидролизе инулина, экстрагированного из клубней топинамбура, содержит около 80 % фруктозы. Этот сироп при использовании в пищу положительно влияет на содержание холестерина и мочевой кислоты в организме человека и стабилизирует количество глюкозы в крови.

Общая потребность России в кристаллической фруктозе и в высокофруктозных сиропах, учитывая, что до 25 % населения страны в возрасте старше 50 лет нуждаются в полной или частичной замене сахарозы для больных сахарным диабетом, велика и актуальна.

В настоящее время на Украине и в России возрождается интерес к использованию топинамбура в медико-биологических, пищевых и кормовых целях.

На основе топинамбура разработаны рецептуры приготовления кондитерских и хлебобулочных изделий, соков, сиропов и пюре, прохладительных напитков, закусочных консервов и салатов, замороженных и высушенных продуктов. Применение топинамбура при приготовлении таких продуктов, как яблочное повидло, не только дает высокий эффект, но и помогает «продлевать жизнь» консервному производству, так как клубни топинамбура прекрасно сохраняются в земле до весны.

Для больных сахарным диабетом выпускаются, в частности концентрат топинамбура в виде порошка, таблеток и в капсулах.

Для лечебно-профилактических целей используют листья и соцветия топинамбура при приготовлении фиточаев.

Известен опыт переработки цикория и получения из него фруктозного сиропа. Ферментной обработке подвергаются корни цикория, содержащие инулин, в результате полученный раствор фруктозы сгущают и стерилизуют. Такой сироп содержит около 80 % фруктозы, 2 % глюкозы и около 1 % несахаров, степень сладости такого сиропа составляет 1,5-1,8 по отношению к сахарозе.

В солодковом (лакричном) корне содержится глициризин (глицеризиновая кислота) — в чистом виде бесцветное кристаллическое вещество, практически не растворимое в холодной воде, но растворимое в кипящей воде и этиловом спирте. Глициризин в 50-100 раз слаще сахарозы, но не имеет ярко выраженного сладкого вкуса, обладает специфическим привкусом и запахом, что ограничивает его применение. В присутствии сахарозы обладает синергическим эффектом. В связи с тем, что выделе-ние в чистом виде глициризина из солодкового корня связано с определенными трудностями и степень выделения составляет не более 30-40 %, из солодкового корня получают экстракты, применяемые при производстве сигарет, табака, в кондитерской промышленности.

Из корней папоротника обыкновенного был выделен осладин, структура которого похожа на структуру стевиозида. Осладин примерно в 300 раз слаще сахарозы, но крайне низкая его концентрация в сырье (0,03 %) делает его применение непрактичным.

Из кожуры цитрусовых выделен новый натуральный подсластитель неогесперидин дигидрохалкон (цитроза) (Е959) с коэффициентом сладости 1800-2000. Рекомендуемая суточная доза цитрозы определена на уровне всего 5 мг на 1 кг массы тела человека, т.е. в день для полной замены сахарозы потребуется всего около 50 мг цитрозы.. Ощущение сладости, вызываемое цитрозой, более длительно, чем при воздействии сахарозы — почти 10 мин. после приема.

Цитроза хорошо растворяется в воде (400-500 мг/л), в водно-спиртовых растворах, в глицерине, пропиленгликоле. По мере нарастания температуры растворимость резко увеличивается. Хранить цитрозу рекомендуется при рН от 3 до 5 с добавлением лимонной кислоты. При такой кислотности, в частности, свойственной безалкогольным напиткам, цитроза стабильно хранится в течение 6 мес., в лимонадах цитроза стабильна 12 мес., в йогуртах — 3 недели, в джемах — 18 мес. Цитроза стабильна и не теряет сладости при пастеризации напитков, при высоких давлениях и кипячении в кислой среде, при ферментации йогуртов. Хорошо сочетается с другими подсластителями, в том числе с ксилитом и искусственными заменителями сахара, в большинстве случаев улучшает вкусоароматические свойства продуктов.

Широкий спектр продуктов, вырабатываемых за рубежом с цитрозой (около 100 наименований) постоянно увеличивается. Это кондитерские изделия, шоколад, мороженое, джемы, молочные продукты, мюсли, растворимые чай и кофе, нектары и сокосодержащие напитки, безалкогольные и спиртные напитки, соусы, сухие напитки, комплексные пищевые добавки и пр. Цитрозу используют также в качестве вкусоароматической добавки в количестве от 2 до 5 мг/кг при производстве практически любых групп пищевых продуктов, кроме мясных. Однако при производстве диетических продуктов цитрозу применять не рекомендуется.

Цитрозу используют также при производстве жевательной резинки, зубных паст, аэрозолей для освежения полости рта.

Пищевой сироп можно получить из сахарного сорго, при этом продукт отличается высоким содержанием углеводов, калия, магния, особенно полезных для людей, страдающих гипертонией. В зависимости от сорта и места произрастания в составе сиропа установлено наличие фруктозы (35-45 %), глюкозы (50-60 %) и других сахаров, что дает возможность использования его в различных областях пищевой промышленности. Неочищенный сироп сорго имеет темно-коричневый цвет, карамельный запах и специфический вкус — с едва ощутимой горечью, он уже нашел свое применение при производстве пива, дрожжей, кваса, спирта.

3.3. 3. Подсластители белкового происхождения

В последние десятилетия проведены научные работы по выделению заменителей сахара из природных белков.

Так, из плодов Richardela dulcifica выделен миракулин с молекулярной массой 40 000. Сахаридная часть (примерно 7 %) представлена фруктозой, глюкозой, ксилозой, маннозой и галактозой. Он устойчив при рН от 3 до 12, может применяться как модификатор вкуса (кислое превращает в сладкое), но неустойчив к нагреванию. Из-за дефицита сырья возможность его применения ограничена.

Из очень сладких плодов растения Dioscorephellum cumminsii (диоскорефилум), произрастающего в Западной Африке, получают монелин. Он слаще сахарозы в 1500-3000 раз, однако не у всех людей он вызывает ощущение сладости. Монелин не токсичен, но его термическая нестойкость и сложность синтеза делают практическое применение монелина проблематичным.

Из плодов западно-африканского фрукта катемфе (Thaumatococcus donielli) выделены тауматины (Е957) — смесь белков, обладающих сладким вкусом. Из 1 кг плодов получают 6 г белка со сладостью в 3000-4000 раз больше сладости сахарозы, энергетическая ценность 4 ккал/г. Устойчив к замораживанию, сушке и кислотной среде. При повышении температуры до 75 ^оС и рН 5 наступает денатурация белка и потери сладости, но остается эффект усиленного аромата . Тауматины синергируют с искусственными подсластителями, но пока не получили широкого распространения из-за замедленного восприятия сладкого вкуса, имеющего привкус лакрицы, недостаточной термоустойчивости и несовместимости с рядом продуктов.

На основе тауматина фирма вырабатывают препарат талин со сладостью 3500, на базе которого благодаря высоким вкусовым качествам перспективно производство жевательной резинки, зубных паст и т.д.

Среди растений, содержащих соединения, по сладости превосходящую сахарозу в сотни и даже тысячи раз, известны: хемслея (Hemsleya panicis-scandens), липпия (Lippia dulcis), синсепалум (Syncepalum dulcificum), момордика (Thladiantha grosvenorii, syn. Momordica grosvenorii). Однако коммерческое использование их в качестве сырья для производства заменителей сахара ограничено трудностью сбора плодов и не технологичностью переработки, а также возможной токсичностью экстракта. Так, липпия содержит помимо сладкого компонента гернандильцина, который в 1000 раз слаще сахара, токсичную составляющую — камфору, а хемслея, наряду со сладким гликозидом кукурбитаном — вредный для здоровья человека кукурбицин.

Источники сахара — Канадский институт сахара

«Сахар» — это название всех типов моносахаридов и дисахаридов, встречающихся в природе и добавляемых в пищевые продукты. Сюда входят сахар (сахароза), глюкоза и фруктоза во фруктах и ​​овощах, лактоза в молочных продуктах и ​​такие продукты, как мед, кленовый сироп, агава, глюкоза-фруктоза (также называемая кукурузным сиропом с высоким содержанием фруктозы) и концентрированный фруктовый сок.

• Производство сахаров посредством фотосинтеза . «Сахар» — это сахароза, естественным образом образующаяся во всех зеленых растениях в процессе фотосинтеза.
• Сахара во фруктах и ​​овощах . Сахароза содержится во фруктах и ​​овощах и очищается из сахарного тростника и сахарной свеклы для использования в кулинарии и производстве продуктов питания. Сахароза в вашей сахарнице — это та же самая сахароза, которая естественным образом содержится в сахарном тростнике, сахарной свекле, яблоках, апельсинах, моркови, и другие фрукты и овощи.
• Сахара прочие Ингредиенты . Есть ингредиенты сахара, такие как патока, мед, кленовый сироп и кукурузные подсластители. Все они имеют такую ​​же питательную ценность и энергетическую ценность, что и сахар.

Производство сахаров посредством фотосинтеза

Все зеленые растения производят сахара посредством фотосинтеза — естественного процесса, превращающего солнечный свет в энергию. К ним относятся глюкоза и фруктоза, которые превращаются растением в сахарозу. Сахароза, глюкоза и фруктоза естественным образом содержатся во всех растениях и являются основой всей пищевой энергии.

Сахара, которые производят растения, хранятся в корнях, листьях, семенах или плодах растений. Сахарный тростник и сахарная свекла содержат более высокие доли сахарозы по сравнению с другими растениями, и поэтому их собирают для производства сахара для использования дома и в пищевых продуктах. Стебель сахарного тростника содержит около 14 % сахара, а сахарная свекла — около 19 %.%.

Сахарный тростник выращивают и собирают в тропических регионах, в то время как для сахарной свеклы требуются более низкие температуры, например, в Альберте, Канада. Несмотря на то, что он происходит из разных растений, полученный сахар-песок, извлеченный из тростника или свеклы, абсолютно одинаков: чистая сахароза.

Сахара во фруктах и ​​овощах

Распространено заблуждение, что фрукты содержат только фруктозу и что сахароза в основном добавляется в пищевые продукты во время их производства. Фактически, почти все фрукты и овощи естественным образом содержат сахарозу, а также глюкозу и фруктозу в различных количествах. Например, бананы, душистый горошек и персики содержат в основном сахарозу, тогда как глюкоза и фруктоза являются основными сахарами в грушах и помидорах. В то время как сахароза содержится почти во всех растениях, сахарный тростник и сахарная свекла хранят сахарозу в наибольшем количестве и, таким образом, собираются как коммерческие источники сахара. В следующей таблице показано содержание сахара в различных фруктах и овощах.

Содержание сахара во фруктах и ​​овощах: 100 г, съедобная порция
помидоры	1.1	1,4	0
душистый горошек	0	0	4,3
сладкая кукуруза	0,8	0,6	3,4
морковь	1	1	3,6
персики	1. 1	1,3	5,6
апельсины	2,2	2,5	4,2
арбуз	1,6	3,3	3,6
груши	1,9	6,4	1,8
груши консервированные	4,8	5.1	1.1
яблоки	2,3	7,6	3,3
манго	0,7	2,9	9,9
бананы	4,2	2,7	6,5
сахарная свекла	0,0	0,0	18,0
сахарный тростник	2,27	0,55	10.03
глюкоза	фруктоза	сахароза

Сахар, содержащийся во фруктах и ​​овощах, часто считается более полезным, чем сахар, добавленный в пищу. Однако различные сахара, добавляемые в пищу, имеют тот же химический состав, что и сахара, встречающиеся в природе. Они обеспечивают одинаковое количество калорий (4 калории на грамм) при потреблении и используются организмом одинаково. Например, сахароза, которая естественным образом содержится в бананах, — это та же самая сахароза, которую добавляют в ароматизированный йогурт. Банан богат многими важными микроэлементами, включая калий, магний и витамин С, а ароматизированный йогурт также содержит кальций, магний и фосфор. Важно отметить, что пищевая матрица и другие компоненты макроэлементов (например, клетчатка) также могут влиять на то, как сахара усваиваются и метаболизируются в организме.

Другие ингредиенты сахара

Другие ингредиенты сахара включают патоку, мед, кленовый сироп и кукурузные подсластители (например, кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы), которые состоят из различных уровней глюкозы, фруктозы и сахарозы (см. рисунок ниже). Все они имеют одинаковую пищевую ценность, обеспечивают одинаковое количество энергии (примерно 4 калории на грамм) и содержат незначительное количество витаминов и минералов. Например, рекомендуемый уровень потребления железа с пищей для женщин в пременопаузе составляет 18 мг, что эквивалентно содержанию железа в 3 литрах меда (13 200 калорий).

Сахара не включают высокоинтенсивные подсластители, такие как аспартам и сукралоза, сахарные спирты, такие как ксилит, мальтит, эритрит, модифицированный крахмал или полидекстроза (разновидность растворимой клетчатки).

Содержание сахара в различных питательных подсластителях
	Глюкоза	Фруктоза	Сахароза	Галактоза/другие
Сахар (сахароза)*	0	0	100	0
Кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы (HFCS-55)	42,4	55	0	2,6
Агава	3,5	82	14,5	0
Мед	46,5	50	1. 1	2,4
Кленовый сироп	1.1	0,5	98,4	0
Мальтодекстрин/декстроза	100	0	0	0
Меласса	24	23	53	0

*Адаптировано из Canadian Nutrient File и баз данных USDA

Другие ингредиенты на основе сахара, которые вы можете увидеть в списке ингредиентов упакованных пищевых продуктов, включают:

Для получения дополнительной информации дополнительные ресурсы включают:

• Информационный бюллетень — Раскройте правду о сахаре: источники сахарозы
• Инфографика – Sugar 101: часто задаваемые вопросы
• Инфографика – Сахар: от поля к столу

Транспорт сахара в растениях: флоэма

 Цели обучения

1. Различать источники и поглотители сахара в тканях растений
2. Объясните модель потока под давлением для транслокации сахара в ткани флоэмы
3. Описать роль протонных насосов, котранспортеров и облегченной диффузии в модели напорного потока
4. Распознать, как разные концентрации сахара в источниках и разные типы поглотителей влияют на транспортный путь, используемый для загрузки или выгрузки сахаров
5. Сравните и сопоставьте механизмы транспорта жидкости в ксилеме и флоэме

Приведенная ниже информация была адаптирована из OpenStax Biology 30. 5

Для роста растениям нужен источник энергии. У растущих растений фотосинтаты (сахара, образующиеся в результате фотосинтеза) вырабатываются в листьях в результате фотосинтеза, а затем транспортируются в места активного роста, где сахара необходимы для поддержки роста новых тканей. В течение вегетационного периода зрелые листья и стебли производят излишки сахаров , которые переносятся в места хранения, включая наземную ткань в корнях или луковицах (тип модифицированного стебля). Зимой многие растения теряют листья и прекращают фотосинтез. В начале вегетационного периода они полагаются на накопленный сахар, чтобы вырастить новые листья, чтобы снова начать фотосинтез.

Места, которые производят или выделяют сахар для выращивания растений, называются источниками . Сахара, образующиеся в таких источниках, как листья, необходимо доставлять к растущим частям растения через флоэму в процессе, называемом транслокацией или перемещением сахара. Места поступления сахара, такие как корни, молодые побеги и развивающиеся семена, называются поглотителями . Поглотители включают области активного роста (верхушечные и боковые меристемы, развивающиеся листья, цветки, семена и плоды) или области хранения сахара (корни, клубни и луковицы). Места хранения могут быть либо источником, либо стоком, в зависимости от стадии развития растения и времени года.

Фотосинтаты из источника обычно перемещаются в ближайший сток через элементы ситовидных трубок флоэмы. Например, самые высокие листья направляют сахар вверх к верхушке растущего побега, тогда как нижние листья направляют сахар вниз к корням. Промежуточные листья будут посылать продукты в обоих направлениях, в отличие от потока в ксилеме, который всегда однонаправлен (почва-лист-атмосфера). Обратите внимание, что жидкость в одном элементе ситовой трубки может течь только в одном направлении за раз, но жидкость в соседних элементах ситовой трубки может двигаться в разных направлениях. Направление потока также меняется по мере роста и развития растения:

• В середине вегетационного периода активно фотосинтезирующие зрелые листья и стебли служат источниками, производящими излишки сахаров, которые транспортируются в стоки, где потребление сахара велико. Поглотители в течение вегетационного периода включают области активного роста меристем, новых листьев и репродуктивных структур. Раковины также включают места хранения сахара, такие как корни, клубни или луковицы. В конце вегетационного периода растение сбрасывает листья и больше не имеет активно фотосинтезирующих тканей.
• Рано в начале следующего вегетационного периода растение должно возобновить рост после периода покоя (зимнего или засушливого сезона). Поскольку у растения нет существующих листьев, его единственным источником сахара для роста является сахар, хранящийся в корнях, клубнях или луковицах с последнего вегетационного периода. Эти хранилища теперь служат источниками, а активно развивающиеся листья — стоками. Как только листья созреют, они станут источником сахара в течение вегетационного периода.

Обзор транслокации: транспорт от источника к приемнику

Сахара перемещаются (перемещаются) из источника в сток, но как? Наиболее общепринятой гипотезой для объяснения движения сахаров во флоэме является модель напорного потока для транспорта флоэмы. Эта гипотеза объясняет несколько наблюдений:

1. Флоэма находится под давлением
2. Транслокация прекращается, если ткань флоэмы погибает
3. Транслокация происходит одновременно в обоих направлениях (но не в пределах одной трубы)
4. Транслокация ингибируется соединениями, которые останавливают выработку АТФ в источнике сахара

В общих чертах модель напорного потока работает следующим образом: высокая концентрация сахара в источнике создает низкий потенциал растворенного вещества (Ψs), который втягивает воду во флоэму из соседней ксилемы. Это создает потенциал высокого давления (Ψp) или высокое тургорное давление во флоэме. Высокое тургорное давление вызывает движение сока флоэмы «объемным потоком» от источника к стоку, где сахара быстро удаляются из флоэмы в стоке. Удаление сахара увеличивает Ψs, что приводит к тому, что вода покидает флоэму и возвращается в ксилему, уменьшая Ψp.

В этом видеоролике представлен краткий обзор источников, поглотителей сахара и гипотезы напорного потока:

Транспортные пути при транслокации сахара

Прежде чем мы углубимся в детали того, как работает модель напорного потока, давайте сначала вернемся к некоторым транспортным путям, которые мы обсуждали ранее:

1. Диффузия происходит, когда молекулы перемещаются из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией. Диффузия не требует энергии, потому что молекулы движутся по градиенту их концентрации (из областей с высокой концентрацией в области с низкой концентрацией).
2. Протонные насосы используют энергию АТФ для создания электрохимических градиентов с высокой концентрацией протонов на одной стороне плазматической мембраны. Затем этот электрохимический градиент можно использовать в качестве источника энергии для перемещения других молекул против градиента их концентрации с помощью котранспортеров.
3. Котранспортеры — это каналы, которые выполняют тип вторичного активного (энергоемкого) транспорта. Котранспортеры перемещают две молекулы одновременно: одна молекула транспортируется по градиенту ее концентрации («вниз»), что высвобождает энергию, которая используется для транспортировки другой молекулы против градиента ее концентрации.
   1. Симпортеры   – это тип котранспортера, который переносит две молекулы в одном направлении; оба в клетку, или оба из клетки.
   2. Антипортеры — тип котранспортера, который переносит две молекулы в противоположных направлениях; один в клетку, а другой из клетки.

Симпортеры перемещают две молекулы в одном направлении; Антипортеры перемещают две молекулы в противоположных направлениях. Изображение предоставлено: Академия Хана, https://www.khanacademy.org/science/biology/membranes-and-transport/active-transport/a/active-transportИзображение изменено из биологии OpenStax. Исходное изображение предоставлено Lupask/Wikimedia Commons.

Каждый из этих транспортных путей играет роль в модели напорного потока для транспорта по флоэме.

Подробная информация о модели потока под давлением для транспорта флоэмы

Фотосинтаты, такие как сахароза, вырабатываются в клетках мезофилла (разновидность паренхимных клеток) фотосинтезирующих листьев. Сахара активно транспортируются из клеток-источников в клетки-компаньоны ситовидной трубки, которые связаны с элементами ситовидной трубки в сосудистых пучках. Этот активный транспорт сахара в клетки-компаньоны происходит через  симпортер протон-сахароза ; клетки-компаньоны используют протонный насос, работающий от АТФ, для создания электрохимического градиента вне клетки. Котранспорт протона с сахарозой позволяет перемещать сахарозу против градиента ее концентрации в клетки-компаньоны. имеет место.

Из клеток-компаньонов сахар диффундирует в элементы ситовидной трубки флоэмы через плазмодесмы, которые связывают клетку-компаньон с элементами ситовидной трубки. Элементы ситовидных трубок флоэмы имеют уменьшенное цитоплазматическое содержимое и соединены ситовидной пластинкой с порами, которые обеспечивают объемный поток или перемещение флоэмного сока под давлением.

Флоэма состоит из клеток, называемых элементами ситовидных трубок. Сок флоэмы проходит через отверстия, называемые пластинками ситовидных трубок. Соседние клетки-спутницы выполняют метаболические функции для элементов ситовидной трубки и обеспечивают их энергией. Боковые ситовидные области соединяют ситовидные элементы с ячейками-спутницами. Изображение предоставлено: Биология OpenStax.

Наличие высоких концентраций сахара в элементах ситовидных трубок резко снижает Ψs, что приводит к перемещению воды путем осмоса из ксилемы в клетки флоэмы. Это перемещение воды в клетки ситовидных трубок приводит к увеличению Ψp, увеличивая как тургорное давление во флоэме, так и общий водный потенциал во флоэме у источника. Это увеличение водного потенциала приводит к увеличению потока флоэмы от источника к стоку.

Разгрузка на сливном конце трубки флоэмы может происходить либо путем диффузии , если концентрация сахарозы на стоке ниже, чем во флоэме, либо путем активного транспорта , если концентрация сахарозы выше на стоке чем во флоэме. Если сток представляет собой область активного роста, такую ​​как новый лист или репродуктивная структура, то концентрация сахарозы в стоковых клетках обычно ниже, чем в элементах ситовидных трубок флоэмы, потому что стоковая сахароза быстро метаболизируется для роста. Если раковина представляет собой место хранения, где сахар превращается в крахмал, например, в корнях или луковицах, то концентрация сахара в раковине обычно ниже, чем в ситовидных элементах флоэмы, потому что сахароза раковины быстро превращается в крахмал для хранилище. Но если раковина представляет собой место хранения, где сахар хранится в виде сахарозы, например, сахарная свекла или сахарный тростник, то в раковине может быть более высокая концентрация сахара, чем в клетках ситовидных трубок флоэмы. В этой ситуации активный транспорт протонно-сахарозного антипортера используется для транспортировки сахара из клеток-спутников в запасающие вакуоли в запасных клетках.

Как только сахар выгружается из стоковых клеток, Ψs увеличивается, вызывая диффузию воды за счет осмоса из флоэмы обратно в ксилему. Это движение воды из флоэмы приводит к уменьшению Ψp, снижению тургорного давления во флоэме в стоке и сохранению направления основного потока от источника к стоку.

Сахароза активно транспортируется из клеток-источников в клетки-спутницы, а затем в элементы ситовидных трубок.