Сахарозаменители

д) Способность восстановлять  Фелингову жидкость, т. е. окись меди в щелочном растворе, объясняется  одновременным присутствием спиртовой  и кетонной или альдегидной группировок. Таким образом структурные формулы глюкозы и фруктозы можно считать доказанными. В природе существуют и получены синтетически еще многие вещества, обладающие свойствами глюкозы. Структурные формулы, им отвечающие, следующие:

А. СН ₂ (ОН).[СН(ОН) n.СНО,

В. СН ₂ (ОН).[СН(ОН)] n—1.СО.СН ₂ (ОН).

При n = 4 формула А превращается в формулу глюкозы, а В — в формулу фруктозы. Величина n получила в настоящее время значение 1, 2 и т. д. до 7 включительно. А выражает строение альдоз, а В — кетоз; эти названия произошли от слов альдегид, кетон. При n = 1 в частице заключается три атома углерода, при n = 2 — четыре и т. д.; общие названия образующихся таким образом групп соединений следующие: триозы, тетрозы, пентозы, гексозы (сюда относится глюкозы и фруктоза), гептозы, октозы и нонозы.

Гексозы глюкозы (виноградный  сахар или декстроза) в природе  очень распространена. Она находится, частью в свободном виде, частью в соединении с другими моносахаридами, а также в виде глюкозидов, в  меде, во многих плодах, в соке некоторых  растений и корней, в зернах, клубнях  и, наконец, в моче диабетиков, из которой  кристаллизуется, в соединении с  хлористым натрием, в виде (С₆Н₁₂О₆)₂.NaCl.H₂O. Обыкновенно получают глюкозу из крахмала или тростникового сахара, удобно также пользоваться молочным сахаром. 25% раствор тростникового сахара нагревают до 50 — 55° с 2 — 3% прессованных дрожжей часа 2 — 3; происходит инверсия. При сгущении в пустоте из раствора получается кристаллическая масса; ее промывают разбавленным спиртом, уд. в. 0,830, и остаток растворяют в том же спирте; из раствора кристаллизуется затем глюкозу, которую нужно еще раз перекристаллизовать из метилового спирта. Водный спирт, промывавший глюкозу, содержит фруктозу, которая и может быть выделена из него (см. ниже). Если инверсия произведена при помощи кипячения с серной кислотой (что хуже, чем с дрожжами), то нужно прежде всего удалить эту баритом, а затем поступать так же, как выше. Удобно инвертировать также спиртовым раствором хлористого водорода при 45 — 50°. При фабричном приготовлении пользуются крахмалом, который при полной инверсии дает только одну глюкозу; так как полной инверсии при кипячении со слабой серной кислотой достигнуть здесь нельзя, то такая глюкозам не представляет собой чистого продукта. Из молочного сахара при инверсии получается глюкоза с галактозой (см. ниже); выпаренный раствор дает кристаллическую смесь, из которой глюкоза извлекается, метиловым спиртом. Глюкоза кристаллизуется из крепкого спирта и из водного раствора при 30° — 35° (при специальном производстве в виде кристаллической пыли или призмочек состава C₆H₁₂O₆; температура плавления 146°; при обыкновенной температуре из водного раствора кристаллизуется гидрат C₆H₁₂O₆ + H₂O, температура плавления около 80°. Сладкий вкус глюкоза — слабее, чем тростникового сахара. Водный раствор вращает п. п. вправо [ α ]D = + 52,6°. Свежеприготовленный раствор проявляет оптическую деятельность почти вдвое сильнее; это — явление биротации; нагревание раствора или продолжительное стояние его при обыкновенной температуре уничтожает биротацию; если раствор приготовлен из расплавленной и охлажденной затем до обыкновенной температуры глюкоза, биротации не замечается. При нагревании до 170°, глюкоза, теряя воду, переходит в так называемый глюкозан,

С₆Н₁₂О₆ — Н₂О = С₆Н₁₀О₅,

аморфное вещество, которое  в водном растворе снова переходит  в глюкозу. Глюконовая кислота (2 при n = 4), лактон которой C₆H₁₀O₆ плавится при 130° — 135° и вращает п. п. вправо [ α ]D = + 68,2; в виде лактонокислоты плавится при 130° — 132° а вращает вправо, [ α ]D = 225°; сахарная кислота (3); при редукции глюкозы получается шестиатомный спирт сорбит (Meunier), стереоизомер маннита; сорбит при окислении дает снова глюкозу (Vincent и Delachanal). Гидразон глюкозы, бесцветные иглы, плавится при 144° — 145°; озазон, желтые иглы, плавятся при 204° — 205°.

Фруктоза (левулоза) встречается  в меде и во многих плодах; образуется при окислении маннита хамелеоном или воздухом в присутствии платиновой черни вместе с маннозой (Горуп  Безанец, который назвал полученную смесь маннитозой). Для получения  чистой фруктозы обыкновенно пользуются инулином, который при кипячении  с слабой серной кислотой, и даже просто водного раствора, целиком переходит в фруктозу. При испарении водного раствора в пустоте над серной кислотой получается сироп, который, после промывания абсолютным спиртом, превращается в кристаллическую массу; фруктоза плавится при 95° и начинает разлагаться при 100°. Из спиртового раствора, получающегося при обработке инвертированного тростникового сахара на глюкозу, фруктоза может быть выделена посредством порошка гашеной извести, с которой она образует труднорастворимое соединение С₆Н₁₂О₆.Са(ОН)₂; последнее, после промывки, разлагают щавелевой кислотой или углекислотой. Фруктоза слаще глюкозу, бродит труднее ее, восстановляет Фелингову жидкость слабее; вращает п. п. влево; величина вращения сильно меняется с температурой: [ α ]D (0°) = — 108,5°, [ α ]D (20°) = — 95,7°; этим пользуются для определения количества фруктозы в смесях с другими сахарами, потому что последние не обнаруживают такой изменчивости от температуры. Фруктоза, вращающая влево, получается из d-глюкозы. и d -маннита и при восстановлении дает d- маннит вместе с d -сорбитом; она принадлежит к группе d -соединений, а потому Э. Фишер называет ее d -фруктозой, что противоречит направлению ее оптической деятельности; фруктозу можно считать производным сахаром от d- глюкозы, а также от d- маннозы, а все производные необходимо обозначать значком исходного сахара; оптическая деятельность и других производных альдоз нередко обратна по направлению с оптическою деятельностью исходной альдозы; это имеет место при озазонах, анилидах и пр. Быть может, удобно было бы считать альдозы вообще основными сахарами, а кетозы производными. Фруктоза, как выше показано, есть кетоза; другая встречающаяся в природе кетоза — сорбиноза.

Сорбиноза (Шейблер, раньше называлась сорбином) получается из ягод рябины (Sorbus); она обладает очень  сладким вкусом, хорошо кристаллизуется  в виде ромбических плотных кристаллов состава С₆Н₁₂О₆ + 1/2Н₂О; вращает п. п. влево, [ α ]D = — 43,4°; по всем реакциям это одна из глюкоз, но не бродит. Ее должно считать стереоизомером d -фруктозы. При восстановлении дает сорбит, который при окислении дает Г. Озазон плавится при 164°.

В последние десятилетия  в качестве заменителей сахара широко используются крахмальные сиропы и  патоки.

Путем ферментативного гидролиза  крахмал в крахмалосодержащем сырье (картофель, кукуруза, пшеница, сорго, ячмень, рис и т.д.) постадийно превращается вначале в глюкозу, а затем  в смесь глюкозы и фруктозы. Процесс может быть прекращен  на разных стадиях и поэтому можно  получать глюкозно-фруктозные сиропы (ГФС) с различным соотношением глюкозы  и фруктозы. При содержании в сиропе 42 % фруктозы - получается обычный ГФС, при повышении содержания фруктозы до 55-60 % - обогащенный, или ОГФС (сироп 2-го поколения), высокофруктозный сироп 3-го поколения содержит 90-95 % фруктозы.

В связи с тем, что такой  сироп слаще сахара, он за рубежом  постепенно вытесняет последний  при применении в кондитерской, хлебопекарной  и других отраслях пищевой промышленности, при производстве напитков. Мировой  опыт показывает, что ГФС может  заменить сахар: в кондитерских изделиях - около 20 %, в производстве мороженого - около 50 %, при выработке хлебобулочных  изделий, плодоовощных консервов, безалкогольных напитков и виноградных вин, сгущенного молока - до 100 %.

Так, кукурузные сиропы с  высоким содержанием фруктозы можно  использовать при производстве пшеничного хлеба, при этом хлеб дольше не черствеет  и не отличается от обычно приготовленного  по вкусу, однородности и цвету мякиша. При использовании ГФС долго  сохраняется свежесть кондитерских изделий, в частности, мягких конфет, помады, зефира. При внесении в соки с мякотью 3-7 % ГФС повышается биологическая  ценность соков при снижении расхода  сахара на их производство. Применение высокофруктозного сиропа при производстве хлебобулочных изделий, сухих круп и приправ к салатам способствует снижению калорийности этих продуктов.

Высокая сладость и растворимость  ГФС 3-го поколения позволяет получать ароматизированные концентрированные  сиропы с более высоким коэффициентом  разбавления, что повышает выход  продукта, стойкость его при хранении и уменьшает стоимость транспортировки.

Глюкозно-фруктозные сиропы можно получать и из отходов переработки  плодов и овощей, особенно эффективным  сырьем служат виноградные выжимки, содержащие значительное количество сахаров - 9-11% . Путем экстракции и последующей  концентрации можно получать ГФС, обогащенные  биологически активными веществами, в том числе витаминами: тиамином и рибофлавином.

Таблица 1.

Химический состав глюкозного сиропа (ГС), полученного из зернового  сырья.

Мальтозная и глюкозно-мальтозная патоки являются новыми видами сахаристых продуктов из крахмала. Благодаря  низкому содержанию глюкозы, мальтозная патока не кристаллизуется в процессе хранения, она малогигроскопична, что  важно для кондитерской промышленности, так как требует меньшего количества добавляемого сахара. Мальтозная патока отвечает требованиям, предъявляемым  к заменителям сахара при производстве продуктов детского питания, так  как сахароза и глюкоза могут  являться аллергенами. Низкоосахаренная патока широко применяется при производстве замороженных молочных изделий, мармеладов, а высокоосахаренная - в кондитерской, консервной и других отраслях.

Мальтозная и глюкозно-мальтозная патоки содержат большое количество сбраживаемых сахаров (соответственно до 65 % и свыше 70 %), что позволяет  широко применять их в пивоварении, оказывая при этом положительное  влияние на вкус и вязкость пива.

Глюкозно-мальтозная патока отличается наибольшей сладостью и  наименьшей вязкостью, что позволяет  вырабатывать её с высоким содержанием  сухих веществ (до 83,5 %), при этом она  не кристаллизуется в процессе хранения. Содержание глюкозы в ней не превышает 38 %, что позволяет применять её в качестве заменителя сахарозы в  виноделии, хлебопечении, консервировании, при производстве напитков и т.д. Кроме того, глюкозно-мальтозную патоку можно использовать как готовый  продукт для приготовления в  домашних условиях вин, варенья, плодово-ягодных  консервов, кваса, выпечки и пр.

Что касается сладости смесей.

Уровень сладости смеси, состоящей  из двух заменителей сахара, часто  оказывается выше или ниже уровня, вычисленного путем алгебраического  сложения индивидуальной выраженности сладости каждого из этих заменителей  сахара. Функция между выраженностью  сладости и концентрацией не является линейной. Хорошим психофизическим  методом для измерения выраженности сладости является оценка величины:

S= kcn

где: S - выраженность сладости

k - константа пропорциональности

с – молярность

n - экспонента

Значение n составляло приблизительно 1.3 для всех исследованных сахаров  и менее 1.00 для сахарина и цикламата. Экспонента n является показателем  степени повышения сладости с  увеличением концентрации, а значение k-показателем относительной сладости сахаров. Приведем сравнение выраженности сладости нескольких заменителей сахара в концентрации 1,0 M по Московицу: сахароза — 3,20; фруктоза — 2,05; лактоза — 1,45; глюкоза  — 1,00; маннит — 0.80; рибоза — 0.68; сорбит —0.53; глицерин — 0.37.

Если смешать растворы двух разных концентраций сахара и  если их экспонента n=2, то:

St= k(C1+ С2)2

St= kC12+ kC22+ 2C1C2

С другой стороны, если бы индивидуальная сладость рассчитывалась и слагалась  алгебраически, то результат был  бы следующим:

S1= kCi2 S2= kC22

St= kCi2+ kCi2

Таким образом, ложное допущение  о возможности простого суммирования приводит к тому, что общая сладость оказывается ниже фактической, которая  отражена в значении 2С1С2.

Алгебраическое суммирование всегда приводит к ложному синергизму, если экспоненты заменителей сахара превышают единицу. Поскольку математическое выражение для смесей вкусовых качеств  отличается сложностью, приближенное значение можно получить в том  случае, если концентрацию одного из заменителей  сахара привести в соответствие с  концентрацией второго, а затем  использовать сумму двух концентраций одного и того же подсластителя для  определения эквивалентной сладости. Многие исследователи преобразовывают  свои сахара в концентрации глюкозы  с эквивалентной сладостью. Все  рассмотренные выше случаи основывались на допущении, что оба подсластителя  взаимодействуют с одними и теми же рецепторными участками. Электрофизиологические эксперименты показали, что это не всегда верно и что существует много других рецепторных участков сладости. В некоторых случаях  истинный синергизм может иметь  место при условии, что два  разных подсластителя не конкурируют  за один и тот же рецепторный участок. Однако максимальная сладость, которую  можно достичь, в два раза ниже выраженности сладости, продуцируемой  самой сладкой из двух выбранных  молекул в смеси. Таким образом, синергизм вкусовых качеств в  смесях может способствовать повышению  сладости пищи, но смеси сахаров  не могут стать новым эффективным  подсластителем, который мог бы заменить, например, сахарин.

Теперь, что касается аспартама.

Аспартам - это низкокалорийный  подсластитель приблизительно в 200 раз слаще сахара. Он усваивается  организмом, но благодаря высокому коэффициенту сладости, используемое количество аспартама настолько  незначительно, что его можно  считать фактически свободным от калорий.

Состоит из двух аминокислот - аспарагиновой кислоты и фенилаланина, являющихся строительными "кирпичиками" белка. Аминокислоты, входящие в состав аспартама, имеются в природе  в большинстве протеиносодержащих продуктов, включая мясо, молочные продукты и овощи.

Метаболизм: При пищеварении  аспартам распадается на фенилаланин, аспарагиновую кислоту и небольшое  количество метанола. Метанол находится  в естественном виде в организме  человека и во многих продуктах. Его  количество в аспартаме незначительно  по сравнению с тем, которое находится  в продуктах. Например, томатный сок  содержит в шесть раз больше метанола по сравнению с такой же порцией  напитка, подслащенного аспартамом.