Zaharoza. Structura sa, proprietățile chimice, relația cu hidroliza. Hidroliza zaharurilor (acide și enzimatice) Structura zaharozei și hidroliza acesteia
Cu ajutorul acestei lecții video, puteți studia în mod independent subiectul „Oligo- și polizaharide. Zaharoza. Hidroliza zaharozei. Amidon". Moleculele de carbohidrați monozaharide sunt capabile să interacționeze între ele, formând lanțuri de lungimi diferite. În această lecție ne vom uita la modul în care se întâmplă acest lucru și cum se formează oligo- și polizaharidele. Să discutăm mai detaliat despre cea mai cunoscută și mai comună dizaharidă - zaharoza. Să luăm în considerare hidroliza zaharozei. Vom studia și proprietățile amidonului, un alt polizaharid.
Acest text este o versiune needitată a transcripției, care va fi editată în viitor.
Chimie. Clasa 10
Lecția 60. Oligo- și polizaharide. Zaharoza.
Hidroliza zaharozei. Amidon
Zagorsky V.V., doctor în științe pedagogice, prof. Centrul educațional și științific de specialitate al Universității de Stat din Moscova
(școală numită după A.N. Kolmogorov de la Universitatea de Stat din Moscova),
multiplu câștigător al granturilor „Profesorul Moscovei”.
17.03.2011
În rolurile principale:
dr. Morozova N.I., senior Rev. SUSC MSU
Mendeleeva N.A., Ph.D., conferențiar. SUSC MSU
Oligo- și polizaharide, zaharoză, hidroliza zaharozei, amidon
Buna ziua.
Tema lecției de astăzi este „Oligo și polizaharide”.
Moleculele de carbohidrați monozaharide sunt capabile să interacționeze între ele, formând lanțuri de lungimi diferite. Să vedem cum se întâmplă asta.
Interacțiunea are loc prin mecanismul de formare a eterilor. Se știe că două molecule de alcool, identice sau diferite, pot interacționa între ele pentru a elibera o moleculă de apă și a forma o legătură carbon-oxigen, care se numește legătură eterică. Exact aceleași legături apar între moleculele de monozaharide.
De exemplu, zaharoza dizaharidă se formează ușor din glucoză și fructoză. Două molecule de glucoză monozaharidă reacționează între ele într-un mediu acid, formând maltoza dizaharidă. Cea mai cunoscută dintre dizaharide și cea mai comună este zaharoza. Este format din două monozaharide: glucoză sub formă de ciclu cu 6 membri și fructoză sub formă de ciclu cu 5 membri.
Spre deosebire de monozaharidele sale constitutive, zaharoza nu dă reacții caracteristice, de exemplu, pentru aldehide. Toate celelalte proprietăți sunt normale. Gust dulce, solubilitate în apă, capacitatea de a produce caramel.
De ce nu există reacție aldehidă?
Pentru că, în primul rând, glucoza din zaharoză este într-o formă ciclică.
În al doilea rând, această formă ciclică este stabilizată printr-o legătură esterică între două molecule de monozaharide, astfel încât nu au loc reacții de oxidare.
O singură reacție a zaharozei nu este caracteristică monozaharidelor sale constitutive. Desigur, această reacție este inversă, adică. hidroliza dizaharidei în mediu acid sau sub acțiunea enzimelor cu formarea monozaharidelor originale - glucoză și fructoză.
Pe lângă dizaharide, polizaharidele, care ne sunt bine cunoscute, sunt răspândite. Acestea sunt amidonul și celuloza. Compoziția lor formală este aceeași, adică. Aceștia sunt polimeri ai glucozei. Cu toate acestea, proprietățile lor diferă semnificativ.
Amidonul este o parte integrantă a multor alimente. Se găsește în pâine, cartofi, tot felul de produse din cereale și o serie de plante.
Molecula de amidon constă dintr-un rest de glucoză. Unitatea structurală a unei legături poate fi imaginată după cum urmează: amidonul, ca polizaharidă, este capabil să se hidrolizeze pentru a forma monozaharida originală. Hidroliza are loc fie într-un mediu acid când este încălzită, fie sub acțiunea enzimelor. Produsul hidrolizei este glucoza.
În apă, amidonul se comportă în mod specific. Amidonul este practic insolubil în apă rece, iar atunci când este încălzit și fiert poate forma o soluție vâscoasă, așa-numita pastă de amidon.
Să luăm în considerare această reacție folosind exemplul unui obiect natural binecunoscut - cartofii. Luăm un cartof, îl tăiem și aplicăm un model de iod pe tăietura proaspătă a cartofului. Se poate observa că culoarea maronie a iodului se transformă treptat într-o culoare ușor diferită. În soluții apoase diluate are o nuanță albăstruie; pe un obiect natural poate fi aproape negru sau gri-negru. Această reacție este tipică pentru toate produsele naturale care conțin amidon.
Pe baza acestei reacții, analiza chimică folosește așa-numita hârtie de iod-amidon, care conține iodură de potasiu și o soluție de amidon.
Astăzi ne-am uitat la oligo și polizaharide. Aceasta încheie lecția noastră.
Zaharoza C12H22O11, sau sfeclă de zahăr, Trestie de zahăr, în viața de zi cu zi este pur și simplu zahăr - o dizaharidă din grupul oligozaharidelor, constând din două monozaharide - α-glucoză și β-fructoză.
Proprietățile chimice ale zaharozei
O proprietate chimică importantă a zaharozei este capacitatea sa de a suferi hidroliză (atunci când este încălzită în prezența ionilor de hidrogen).
Deoarece legătura dintre resturile de monozaharide din zaharoză este formată de ambii hidroxili glicozidici, aceasta nu are proprietăți de restaurareși nu dă o reacție „oglindă de argint”. Zaharoza păstrează proprietățile alcoolilor polihidroxilici: formează zaharați solubili în apă cu hidroxizi metalici, în special hidroxid de calciu. Această reacție este folosită pentru izolarea și purificarea zaharozei în fabricile de zahăr, despre care vom vorbi puțin mai târziu.
Când o soluție apoasă de zaharoză este încălzită în prezența acizilor puternici sau sub acțiunea unei enzime inversază se întâmplă hidroliză această dizaharidă pentru a forma un amestec de cantități egale de glucoză și fructoză. Această reacție este inversul procesului de formare a zaharozei din monozaharide:
Amestecul rezultat se numește zahăr invertitși este utilizat pentru producerea de caramel, îndulcirea alimentelor, pentru prevenirea cristalizării zaharozei, pentru producerea de miere artificială și pentru producerea de alcooli polihidroxilici.
Relația cu hidroliza
Hidroliza zaharozei este ușor de monitorizat cu ajutorul unui polarimetru, deoarece soluția de zaharoză are o rotație corectă, iar amestecul rezultat D- glucoza si D- fructoza are o rotație la stânga datorită rotației predominante la stânga a D-fructozei. În consecință, pe măsură ce zaharoza este hidrolizată, unghiul de rotație la dreapta scade treptat, trece prin zero, iar la sfârșitul hidrolizei, o soluție care conține cantități egale de glucoză și fructoză capătă o rotație stângă stabilă. În acest sens, zaharoza hidrolizată (un amestec de glucoză și fructoză) se numește zahăr invertit, iar procesul de hidroliză în sine se numește inversie (din latinescul inversia - răsturnare, rearanjare).
Structura maltozei și celobiozei. Relația cu hidroliza
Maltoză și amidon. Compoziție, structură și proprietăți. Relația cu hidroliza
Proprietăți fizice
Maltoza este ușor solubilă în apă și are un gust dulce. Greutatea moleculară a maltozei este 342,32. Punctul de topire al maltozei este 108 (anhidru).
Proprietăți chimice
Maltoza este un zahăr reducător deoarece are o grupă hidroxil hemiacetal nesubstituită.
Prin fierberea maltozei cu acid diluat și sub acțiunea unei enzime maltoză se hidrolizează (se formează două molecule de glucoză C 6 H 12 O 6).
Amidon (C 6 H 10 O 5) n polizaharide ale amilozei și amilopectinei, al căror monomer este alfa-glucoza. Amidonul, sintetizat de diferite plante în cloroplaste sub influența luminii în timpul fotosintezei, diferă oarecum prin structura boabelor, gradul de polimerizare a moleculelor, structura lanțurilor polimerice și proprietățile fizico-chimice.
În timpul prelucrării tehnologice a produselor alimentare, zaharurile pot suferi hidroliză acidă și enzimatică.
Hidroliza acidă. Hidroliza dizaharidelor are loc în timpul preparării mâncărurilor dulci (jeleu, compoturi, mere de copt), precum și în timpul preparării fudge-ului de cofetărie. Hidroliza zaharozei are loc într-un mediu apos acidificat. Zaharoza atașează o moleculă de apă și se descompune în cantități egale de glucoză și fructoză:
C12 H22 O11 C6 H12 O6 + C6 H12 O6
hidroliza glucozei fructozei
Procesul se numește inversiune, iar amestecul echimolecular de monozaharide se numește zahăr invertit. Zahărul invertit are proprietăți specifice:
1. Îmbunătățește dulceața produselor în soluții de zahăr cu concentrație scăzută.
2. Protejează soluțiile concentrate de zaharoză de cristalizare (zahărificare). Fructoza este responsabilă de acest lucru, care ocupă primul loc între zaharuri în ceea ce privește dulceața și este foarte higroscopică.
Capacitatea de inversare a acizilor nu este aceeași. Cel mai mare este pentru acidul oxalic, cel mai mic pentru oțet. Poziția intermediară este ocupată de lămâie și măr (de 10-15 ori mai puțin decât oxalic). Trebuie remarcat faptul că acidul oxalic este o otravă și nu este folosit în practica culinară. Dar vorbim despre el pentru că este conținut în seva celulară a legumelor și fructelor
împreună cu acizii citric și malic.
Viteza reacției de hidroliză a zaharozei este proporțională cu concentrația ionilor de hidrogen din mediu, iar gradul de inversare a zaharozei depinde de tipul de acid, de concentrația acestuia și de durata expunerii la căldură. În practică, acest lucru este important atunci când se organizează un proces tehnologic. De exemplu, gătit compot din soiuri de mere de vară. Este recomandabil să fierbeți mai întâi siropul cu adaos de acid citric, apoi să puneți în el merele pregătite, să aduceți la fierbere și să se răcească.
Hidroliza enzimatică zaharoza si maltoza apar in timpul fermentatiei aluatului de drojdie si la inceputul produselor de copt din acesta, producerea berii, kvas, vin etc. Mapltoza se formeaza prin actiunea enzimelor amilolitice asupra amidonului. Zaharoza și maltoza prezente în aluat sunt hidrolizate de enzimele de drojdie pentru a forma saar inversat. Glucoza și fructoza acumulate în proces de către complexul enzimatic al drojdiei suferă o scindare profundă cu formarea de etanol și dioxid de carbon. Fermentarea acidului lactic poate avea loc și cu participarea bacteriilor de acid lactic. pH-ul aluatului se schimbă pe partea acidă.
Zaharoza este o dizaharidă C12H22O11. Aceasta este o substanță nereducătoare care nu reacționează cu lichidul de feling. Zaharoza este hidrolizată de enzima zaharază (invertază). Reacția implică adăugarea de apă și formarea de molecule de glucoză și fructoză, care sunt zaharuri reducătoare și pot fi detectate prin reacția cu lichidul fehling.
C 12 H 22 O 11 + H 2 O = C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6
zaharoză glucoză fructoză
Cea mai activă zaharoză este conținută în celulele de drojdie, din care este ușor de obținut. Activitatea zaharozei poate fi monitorizată cu ușurință prin cantitatea de produși de hidroliză formați într-un anumit timp, care sunt detectați folosind lichid de feling. Determinarea se realizează prin cantitatea de soluție hidrolizată care trebuie adăugată în lichidul de feling, astfel încât să cadă un precipitat de oxid cupros.
Viteza de hidroliză a zaharozei depinde de condițiile externe (temperatură, catalizator, reacția mediului).
Echipament:
eprubete
creion pe sticlă
pipeta de masurare 1-2 ml
Cilindru gradat de 10 ml
baie de apă
termometru de laborator pentru intervalul de temperatură 50 – 100 °C
clepsidra timp de 10 minute sau orice alt ceas.
Progres:
Pregătiți Tabelul 5 pentru a înregistra proiectarea experimentului și rezultatele experimentului. Pregătiți și etichetați trei eprubete, turnați în ele 10 ml de soluție de zaharoză 20%.
Se toarnă cantitatea necesară de apă, soluție de HCI 0,1 N sau soluție de NaOH 0,1 N în eprubete cu zaharoză.
Adăugați cantitatea necesară de enzimă sau catalizator anorganic (acid clorhidric) în eprubete, amestecați bine și lăsați eprubetele timp de 40-50 de minute.
Pregătiți trei eprubete cu o soluție de lichid feling (FL): turnați 2 ml de FL și apă distilată în fiecare dintre cele trei eprubete. După trecerea timpului, se determină activitatea zaharazei sau a unui catalizator anorganic după cum urmează: se toarnă alternativ picături de lichid din soluțiile de testat în trei eprubete cu o soluție de FF încălzită până la fierbere până când soluția de FF devine complet roșie. Introduceți numărul de picături ale soluției experimentale în tabelul 5.
Comparați rezultatele pentru opțiunile experimentale individuale și trageți concluzii despre influența condițiilor studiate asupra ratei de hidroliză a zaharozei.
Tabelul 5.- Efectul diferitelor condiții asupra vitezei de reacție
| Nu. | Opțiune | Nr. despre etichete * | Se adaugă la 10 ml zaharoză, ml | catalizator | Condiții experimentale (t°C, pH) | Numărul de picături din soluția de testat care a reacționat cu VF | |||
| apă | 0,1 n. acid clorhidric | 0,1 n. NaOH | |||||||
| Efectul temperaturii | enzimă 1 ml | 18-20°C | |||||||
| enzimă 1 ml | 40-45°C | ||||||||
| enzimă 1 ml | 100°C | ||||||||
| Efectul temperaturii asupra unui catalizator anorganic | HCI 2 picături | 18-20°C | |||||||
| HCI 2 picături | 40-45°C | ||||||||
| HCI 2 picături | 100°C | ||||||||
| Influența pH-ului mediului | enzimă 1 ml | 40-45°C (pH 4,5) | |||||||
| enzimă 1 ml | 40-45°C (pH 6,5) | ||||||||
| enzimă 1 ml | 40-45°C (pH 7,5) | ||||||||
| Efectul cantității de enzime | enzimă 1 ml | 40-45°C | |||||||
| enzima 2 ml | 40-45°C | ||||||||
| enzima 4 ml | 40-45°C | ||||||||
Întrebări de control:
1. Cum poți detecta prezența zaharurilor reducătoare?
2. Ce este hidroliza enzimatică?
3. Ce condiții vor afecta viteza de hidroliză?
4. Determinarea cantitativă a zaharurilor reducătoare. Metodă accelerată pentru determinarea fracției de masă a zahărului total
Metoda se bazează pe oxidarea tuturor zaharurilor cu o soluție de sulfat de dicromat de potasiu la dioxid de carbon și apă și pe colorimetria ionului Cr +3 rezultat, echivalent cu cantitatea de zahăr care a reacționat.
Echipament:
baie de apă
hârtie de filtru de laborator
cântare de laborator de uz general
flacon volumetric
colorimetru fotoelectric
desicator
Progres:
Prepararea soluției de sulfat de dicromat de potasiu
49 g de dicromat de potasiu se dizolvă în 300 cm 3 de apă distilată (prima soluție). Separat, se adaugă cu grijă 300 cm 3 de acid sulfuric concentrat la 300 cm 3 de apă distilată în porții mici cu agitare și se răcește (a doua soluție). Mai întâi, prima și apoi a doua soluție se toarnă cu grijă într-un balon cotat de 1000 cm 3, se răcește la temperatura camerei, se ajustează la semn cu apă distilată și se amestecă.
Graficul de calibrare este construit nu mai devreme de 24 de ore de la prepararea reactivului.
Prepararea soluției standard de zaharoză
1,0 g zaharoză sau zahăr rafinat, uscat în prealabil într-un esicator timp de 3 zile, se cântărește cu o eroare de cel mult 0,001 g, se dizolvă în apă distilată și se transferă cantitativ într-un balon cotat cu o capacitate de 250 cm3. Volumul soluției este ajustat la semn cu apă distilată și amestecat bine. Soluția rezultată trebuie să conțină 4 mg de zaharoză la 1 cm3. Soluția de zaharoză se prepară imediat înainte de utilizare.
Construirea unui grafic de calibrare
În cinci baloane cotate cu o capacitate de 100 cm3 fiecare, se adaugă 25 cm3 dintr-o soluție de sulfat de dicromat de potasiu folosind un cilindru gradat, apoi se pipetează 2, 4, 6, 8, 10 cm3 dintr-o soluție standard de zaharoză și 23, 21, 19 , 17, 15 cm de apă distilată astfel încât volumul din fiecare balon să ajungă la 50 cm3. Baloanele cu conținutul se pun într-o baie de apă clocotită timp de 10 minute, se răcesc la temperatura camerei, se reglează volumul la semn cu apă distilată, se amestecă temeinic și se măsoară densitatea optică pe un fotoelectrocolorimetru cu filtru de lumină având un maxim. transmisie luminoasă la λ = 630-670 μm (pe FEK-56 și KFK-2 aceasta corespunde unui filtru roșu și unei cuve de 30 mm).
Densitatea optică se măsoară în fiecare soluție de cel puțin 3 ori și se ia media aritmetică din datele obținute.
Pe baza datelor obținute, se construiește un grafic de calibrare, graficând valorile densității optice pe axa ordonatelor, iar masa de zaharoză în miligrame corespunzătoare acestor valori pe axa absciselor. Un grafic de calibrare este utilizat pentru a determina zahărul total.
Analiza rezultatelor:
O probă din produsul de testat mărunțit este cântărită cu o eroare de cel mult 0,001 g astfel încât să existe 0,004 g zahăr total în 1 cm 3 de soluție.
Greutatea cârligului (T) în grame este determinată de formula:
m= 0,004V/P *100 ,
unde 0,004 este concentrația optimă de substanțe reducătoare din soluția de probă, g/cm3;
V este capacitatea balonului cotat, cm 3;
R - fracția de masă estimată a zahărului total din produsul studiat, %.
Într-un balon cotat cu o capacitate de 100 cm 3 se adaugă 25 cm 3 dintr-o soluție de sulfat de dicromat de potasiu, 10 cm 3 din filtratul soluției de testat și 15 cm 3 de apă distilată folosind un cilindru gradat. Se pune balonul într-o baie de apă clocotită timp de 10 minute, se răcește la temperatura camerei, se reglează volumul la semn cu apă distilată, se amestecă bine și se măsoară densitatea optică. Pe baza valorii densității optice și a graficului de calibrare, se găsește cantitatea corespunzătoare de zahăr total, exprimată convențional în zaharoză.
Fracția de masă a zahărului total (X 1) în procente, exprimată în zaharoză, este determinată de formula
X 1 =m 1 VK100/mV 1 1000,
unde m - greutatea probei de produs, g;
m 1 - masa de zaharoză obţinută conform graficului de calibrare, mg;
V este capacitatea balonului cotat, cm;
V 1 - volumul soluției de testat luat pentru analiză, cm;
1000 este factorul de conversie din miligrame de zaharoză în grame;
LA - factorul de corecție ținând cont de oxidarea dextrinelor (pentru produsele care conțin melasă) se determină conform Tabelului 6.
Tabelul 6. - Factorul de corecție ținând cont de oxidarea dextrinelor
| Raportul dintre conținutul de melasă și conținutul total de zahăr.% | Factor de corectie LA |
| 2-5 6-10 11-15 16-20 21-30 | 0.96 0.94 0.92 0.90 0.88 |
Fracția de masă a zahărului total (X 2) ca procent, calculată pe substanța uscată, este determinată de formula
X 2 =X 1 100/100-W,
Unde W- fracția de masă a umidității din produsul studiat, %.
Rezultatul final al analizei se ia ca medie aritmetică a rezultatelor a două determinări paralele, diferențele admisibile între care într-un singur laborator nu trebuie să depășească 0,5% în valoare absolută, iar cele efectuate în laboratoare diferite - 1,0%.
Limitele valorilor admisibile ale erorii de măsurare ±1,0% cu probabilitate de încredere R=0.95.
Rezultatul calculelor este rotunjit la prima zecimală.
Zaharoza este un compus organic care este o dizaharidă. Molecula sa constă din reziduuri de d-glucoză și d-fructoză. Ce este hidroliza zaharozei și ce substanțe se formează în timpul acestei reacții?
Caracteristicile generale ale zaharozei
Zaharoza este o substanță care aparține clasei de carbohidrați. Este considerată o dizaharidă, deoarece constă din două monozaharide: fructoză și glucoză.În mod natural, se găsește în multe fructe, legume și fructe de pădure. Este deosebit de abundent în sfecla de zahăr și trestia de zahăr. În aparență, este vorba de cristale incolore, care la topire se transformă în caramel. Punctul de topire este de 186 de grade. Zaharoza este foarte solubilă în apă și etanol, dar slab solubilă în metanol și complet insolubilă în dietil eter.
Orez. 1. Zaharoza - cristale incolore.
Formula chimică a zaharozei este următoarea: C 12 H 22 O 11.
Orez. 2. Formula structurală a zaharozei.
Caracteristicile chimice ale zaharozei sunt că nu prezintă proprietăți reducătoare și nu prezintă proprietățile aldehidelor și cetonelor.
Zaharoza are mai multe denumiri. Această substanță este adesea numită zahăr de sfeclă sau trestie de zahăr.
Hidroliza zaharozei
Hidroliza este o reacție chimică în care apa reacționează cu o substanță. Ecuația de reacție pentru hidroliza zaharozei este următoarea:
C6H12O11 +H2O=C6H12O6 +C6H12O6
– în urma acestei reacții chimice se formează fructoză și glucoză.
Orez. 3. Formule de fructoză și glucoză.
Dacă o soluție de zaharoză este adusă la fierbere cu o cantitate mică de acid sulfuric sau clorhidric și se adaugă un alcalin pentru a neutraliza acidul, iar apoi lichidul rezultat este încălzit din nou, reacția rezultată produce molecule care reduc hidroxidul de cupru la oxid de cupru. .
Viteza reacției de hidroliză a zaharozei depinde numai de concentrația de zaharoză din soluție.
Zaharoza este un element important care asigură organismului uman energie. De asemenea, stimulează funcția creierului și protejează organele interne de efectele substanțelor toxice. Lipsa unei substanțe poate avea un efect foarte dăunător asupra funcționării organismului și poate provoca apatie, iritabilitate, pierderea forței și depresie. Cu toate acestea, excesul poate afecta negativ corpul uman. Acest lucru poate fi cauzat de obezitate, carii și un risc ridicat de a dezvolta diabet.
Ce am învățat?
Zaharoza se găsește în majoritatea plantelor și în multe alimente. Principalul produs care este o sursă de zaharoză este zahărul obișnuit. Când zaharoza este hidrolizată (reacția unei substanțe chimice cu apa), se formează fructoză și glucoză.
