Реферат: Проблема сахара и пути ее разрешения

Реферат: Проблема сахара и пути ее разрешения

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ и ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ

ХАРЬКОВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. В.Н. КАРАЗИНА

Реферат на тему

«Проблема сахара и пути ее разрешения»

                                     Выполнила:

                                                      студентка 5-го курса

                                                              дневного отделения

ХАРЬКОВ

2005

Сахара представляют собой обильный источник энергии, которую человек получает в виде пищевых продуктов. По сладости сахара неравноценны, располагаясь по убыванию сладости с следующем порядке: фруктоза, сахароза, глюкоз0а. Если принять сладость глюкозы за 100, то соответственно для сахарозы она выражается 200 и для фруктозы 220.

Простые сахара (глюкоза, фруктоза) не нуждаются в переваривании и легко абсорбируются из ЖКТ прямо в кровь. Центральное положение в углеводном обмене животного организма занимает глюкоза. Из нее образуется углевод гликоген, являющийся главным источником энергии для мышечной работы и запасным веществом, отлагающимся в печени. Фруктоза, поступившая в живой организм, очень быстро превращается в глюкозу. Весь обмен глюкозы в животном организме регулируется гормоном поджелудочной  железы – инсулином. Большая часть глюкозы, доставленной кровью, окисляется в мышцах и дает энергию для работы организму. Избыток глюкозы накапливается в виде гликогена. Легкой усвояемостью в организме характеризуется только простые сахара. Сахароза же предварительно разлагается в кишечнике под влиянием фермента сахарозы, и только образовавшиеся из нее глюкоза и фруктоза поступают в кровь.

Главным источником сахара является сахарный тростник для стран с тропическим климатом и сахарная свекла для стран с умеренным климатом.

Однако сахарный тростник и сахарная свекла не единственные источники сахаров.

Фруктозу получают гидролитическим путем из инулина. В США инулин добывают из белого иерусалимского артишока, используют сахарный клен в качестве дополнительного источника, получая из него сахар ежегодной подсечкой деревьев.

Кленовый сахар обладает специфическим приятным вкусом и ароматом и употребляется в связи с этим только непосредственно в пищу.

Другим обильным источником сахаров в питании человека является потребление овощей и фруктов, Потребление плодов как в свежем виде, так и в виде консервов, компотов, варений, сушеных фруктов и т. п. является значительным дополнением к сахару, получаемом в виде чистого продукта.

На свойстве сахаров сбраживаться дрожжами с образованием этилового спирта построена винодельческая промышленность. Основным сырьем для переработки является виноград, но, кроме того, используются и другие плоды для изготовления плодово-ягодных напитков.

Для промышленных целей также используется свойство сахаров сбраживаться при воздействии других микробов с образованием конечных продуктов – уксусной и лимонной кислот. Для целей питания используется способность сахаров к молочнокислому брожению (на этом основано квашение капусты, огурцов).

ОСОБЕННОСТИ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И СВОЙСТВА САХАРОВ

Сахара являются составной частью обширного класса углеводов, который делится на: 1)моносахара, или монозы – кристаллизующиеся вещества, сладкие на вкус, легко растворимые в воде, труднее – в спирте, и 2) полисахариды, или полиозы. Последние разделяются на: а) сахароподобные кристаллические полисахариды, или олигосахариды, и б) несахароподобные высшие углеводы. Сахара широко распространены в природе как в растениях, так и в животном организме. В растениях они встречаются в свободном состоянии (глюкоза, фруктоза), входят в состав полисахаридов – сахарозы, крахмала, гаемицеллюлоз (вещества клеточных стенок), целлюлозы. Кроме того, они входят в состав всевозможных глюкозидов, широко распространенных в растениях (красящие вещества цветков и ягод, дубильных веществ – таннинов, в состав сложных белков).

В зависимости от числа углеродных атомов в молекуле среди простых сахаров (моносахаров) различаются триозы, тетрозы, пептозы и гексозы. Из них в природе встречаются чаще две последние группы – пентозы и гексозы. Пентозы в свободном состоянии в растениях не встречаются, входя в состав полисахаридов. Гексозы встречаются и в свободном виде и в составе других веществ.

Большинство природных углеводов обладает оптической активностью – способностью вращать плоскость поляризации проходящего через них луча света на тот или иной угол вправо (по часовой стрелке) или влево (против часовой стрелки).

Так удельное вращение d-глюкозы [a]D20 =52,5o, удельное вращение d-фруктозы [a]D20 = -93o , удельное вращение сахарозы +66,5о. При вычислении удельного вращения учитываются температура и концентрация раствора, длина волны применявшегося света и т. п. Благодаря этому удельное вращение представляет совершенно определенную характерную для данного вещества физическую константу, служащую для идентифицирования вещества и для суждения о степени его чистоты. Особенное значение удельное вращение имеет для углеводов, так как для них нехарактерны многие другие свойства, такие как температуры плавления и кипения, вследствие того что они не перегоняются без разложения даже в высоком вакууме. Способность углеводов вращать плоскость поляризации используется для количественного определения их в растворе при помощи поляриметра. Поляриметрическое определение сахара широко применяется в свеклосахарном производстве.

Сахара в природе встречаются обычно в виде лишь одного антипода, например, глюкоза только в форме d-глюкозы. Остальные изомеры можно получить синтетически.

Все гексозы имеют общую формулу С6Н12О6 и являются альдегидо-(глюкоза) или кетоно-(фруктоза) спиртами, имея в своем составе одну альдегидную или кетонную группу и несколько гидроксильных групп.

Благодаря присутствию альдегидной или кетонной группы моносахара являются сильными восстановителями, - выделяют серебро из аммиачного раствора азотнокислого серебра, восстанавливают в щелочном растворе окисную медь и т. п.

В современной органической химии является  доказанным и общепризнанным циклическое строение сахаров, при котором альдегидные свойства сахара оказываются в скрытом состоянии.

Обыкновенным прочным моносахаридам приписывается 6-членное кольцо, а нестойким производным их и моносахарам, входящим в состав молекул сложных сахаров, - пятичленное.

Циклическая форма образуется благодаря тому, что кислород карбонильной группы присоединяет воду и дает два гидроксила ОН, из которых один остается в молекуле в этом виде, другой реагирует с одной из спиртовых групп сахара и образует кислородный мостик. Кислородный мостик может соединять первый углеродный атом с четвертым или с пятым, и в соответствии с этим сахара рассматриваются как производные фурана (фуранозы, с пятичленным кольцом) или пирана (пиранозы, с шестичленным кольцом).

Таким образом появляется пятый асимметрический атом углерода и соответственно этому увеличивается число стереоизомеров.

Из гексоз в растениях встречаются альдогеексозы – глюкоза, манноза и галактоза, и кетозы –фруктоза и сорбоза. Из них широко распространены глюкоза и фруктоза, особенно глюкоза.

Описываются эти сахара под различными названиями. Так, глюкоза имеет еще такие обозначения декстроза (правовращающая), виноградный сахар. Фруктоза – левулеза, фруктовый сахар. Смесь их называется инвертным сахаром. Обычно в таблицах в литературе, если они не приводятся раздельно, то помещаются в рубрике «моносахара», или «редуцирующие сахара», или «инвертный сахар»

Глюкоза находится почти во всех органах растений – в плодах, листьях, цветах и корнях. Она входит в состав важнейших полисахаридов – крахмала, целлюлозы, также в состав большинства глюкозидов. Технически глюкозу получают при гидролизе крахмала разбавленной серной кислотой.

Глюкоза менее сладка, чем сахароза или фруктоза. Самый сладкий сахар фруктоза.

Манноза менее распространена, встречается в апельсинной корке, в скорлупе каменного ореха. Технически получается гидролизом каменного ореха.

Фруктоза встречается наряду с глюкозой во многих плодах, вместе с глюкозой входит в состав сахарозы.

Инулин состоит только из фруктозы, без примеси глюкозы (инулина много в клубнях земляной груши, георгина, в корнях цикория).

Из кетогексоз следует упомянуть еще сорбозу, входящую в состав ягод рябины. Сорбоза используется в качестве исходного вещества при синтезе витамина С (аскорбиновой кислоты). Галактоза в свободном состоянии в растениях не встречается. Входит в состав галактанов семян разных растений.

Пентозы в свободном состоянии в растениях встречаются в очень малых количествах и распространены как составная часть полисахаридов. Арабиноза – в вишневом клее, ксилоза – в древесине, в оболочках семян. Метилпентоза рамноза входит в состав многих глюкозидов, пектинов.

Из дисахаридов общей формулы С12Н22О11 в растениях в свободном состоянии распространена исключительно широко сахароза. Другой дисахарид мальтоза – солодовый сахар входит в состав  крахмала, из которого и получается при гидролизе. Является промежуточным продуктом усвоения хлеба, овощей и других крахмалистых материалов в процессе пищеварения.

В молекулу мальтозы входят 2 частицы глюкозы, соединенные таким образом, что альдегидная группа одной глюкозы остается свободной. Поэтому мальтоза дает все реакции, характерные для альдегидосахаров. Она менее сладка, чем сахароза, и применяется в диетах, когда требуется менее сладкий сахар.

Целлобиоза также состоит из двух частиц глюкозы и получается при неполном гидролизе целлюлозы. Также восстанавливает фелингову жидкость. Почти совсем несладкая.

Сахароза тростниковый или свекловичный сахар – состоит из одной частицы фруктозы и одной – глюкозы.

На содержание сахаров в растении может влиять:

1)   Сорт растения;

2)   Вид растения;

3)   Времена года;

4)   Интенсивность освещения, спектральный состав света, доля фотосинтетически активной радиации и т.д.;

5)   Климатические условия;

6)   Водный режим;

7)   Количество минеральных веществ в почве;

8)   Аллелопатические вещества других растений и др.

ПУТИ РАЗРЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ САХАРА

Как вытекает из всего изложенного выше - сахар как продукт питания мы получаем из двух источников – в виде очищенного продукта после соответствующей переработки из корней сахарной свеклы и при непосредственном употрелении в пищу плодов, ягод и овощей.

Следует также отметить большую изменчивость количественного признака – содержания сахара – под воздействием различных факторов. Следовательно, по этой линии воздействия различных условий на содержание сахара – можно много сделать.

Разработка системы удобрений является одним из решающих факторов в деле повышения сахаристости свеклы. Этот же фактор, по-видимому, может быть использован в целях улучшения доброкачественности сока за счет снижения несахаров.

На значительное увеличение урожая сахара можно рассчитывать при расширении площадей под соответствующими культурами -  ахарной свеклой и другими, за счет продвижения и освоения новых районов, главным образом более северных. Успех свекловодства в новых районах свидетельствует о больших перспективах в этом отношении. Однако, данный способ решения проблемы является экстенсивным, а учитывая все возрастающее население земли, он не сможет решить проблему сахара в будущем, поскольку площадь поверхности Земли ограничена.

Для ряда культур, в связи с продвижением их на север, встает вопрос  выведении ранних и ультраскороспелых сортов.В деле осеверения южных культур следует широко применять методы искусственного дозирования плодов этиленом и другими газами. Методы эти доступны в смысле несложности оборудования, быстры и дешевы.

Работа над сортами должна вестись как в отношении поднятия их сахаристости, так и в направлении придания им большей лежкости. Выведение стойких, лежких и транспортабельных сортов южных культур означает продление потребления свежих, сахаристых плодов и обеспечение ими северных районов. Необходимо углубленное изучение процессов созревания в целях разработки диагностики созревания.

Положительных результатов, несомненно, можно достигнуть при использовании для получения сахара таких культур, как кукуруза, сахарное сорго, цикорий, земляная груша, древесных – сахарный клен и береза. Все эти виды растений как источники сахаров можно широко применять почти во всех отраслях пищевой промышленности кондитерской, консервной, при изготовлении безалкогольных напитков, при изготовлении сгущенного молока. Эти виды сахара легко усваиваются организмом, стойки к брожениям и т. п.

Генная инженерия вносит свой существенный вклад в решение продовольственной проблемы, и в частности в разрешении проблемы сахара. Сегодня новые сорта с высоким содержанием сахаров, лежкие, морозоустойчивые можно вывести в относительно короткий промежуток времени. Однако, окончательно еще не выяснено влияние генетически модифицированной пищи на организм человека, поэтому использование трансгенных растений в некоторых странах запрещено законом.

Широкая мобилизация растительных ресурсов может послужить значительным дополнительным источником сахара.

Еще одной существенной проблемой является обеспечение сахарозаменителями людей, больных сахарным диабетом.

Многие вещества на ряду с углеводами обладают сладким вкусом, но химическая природа их различна:

-полиспирты

- гликозиды

- белки

Некоторые из них являются природными, другие получают путем химического синтеза и используют в качестве заменителя сахара при изготовлении продукции для больных диабетом.

Основными сахарозаменителями, используемыми на сегодняшний день, являются сорбит и ксилит.

 - Сорбит.

С6Н8(ОН)6  шестиатомный спирт, бесцветное, кристаллическое вещество, по сладости близкое к глюкозе, хорошо усваивается организмом человека и имеет энергетическую ценность. Вырабатывается на предприятиях витаминной промышленности путем восстановления глюкозы. Содержится в плодах рябины, шиповника, абрикосов и т.д.

 - Ксилит

 С5Н7(ОН)5 это пятиатомный спирт, который получают путем восстановления ксилозы. Содержится в хлопковой шелухе, в стержнях кукурузных початков, имеет растительное происхождение.

Пищевой ксилит – это кристаллы белого цвета, без запаха, сладкие на вкус, холодящие, хорошо растворяются в воде, хорошо усваиваются организмом, имеют энергетическую ценность.