Инвертированный сахарный сироп

Пищевая смесь глюкозы и фруктозы, полученная гидролизом сахарозы.

Химическое соединение

Густой инвертный сахарный сироп (Тримолин)

Инвертированный сахарный сироп , также называемый инвертным сиропом , инвертным сахаром , ^[1] простым сиропом , сахарным сиропом , сахарной водой , батончиковым сиропом , сиропом USP или инверсией сахарозы , представляет собой смесь сиропов моносахаридов глюкозы и фруктозы , полученную гидролитическим способом . осахаривание дисахарида сахарозы . _ Оптическое вращение этой смеси противоположно вращению исходного сахара, поэтому его называют инвертным сахаром.

Он в 1,3 раза слаще столового сахара ^[2] , а продукты, содержащие инвертный сахар, лучше сохраняют влагу и менее легко кристаллизуются, чем те, в которых вместо него используется столовый сахар. Пекари , которые называют его инвертным сиропом , могут использовать его чаще, чем другие подсластители . ^[3]

Производство

Добавки

Коммерчески приготовленные растворы, катализированные ферментами , инвертируют при 60 ° C (140 ° F). Оптимальный pH для инверсии составляет 5,0. Инвертаза добавляется из расчета около 0,15% от массы сиропа, время инверсии составит около 8 часов. По завершении температуру сиропа повышают, чтобы инактивировать инвертазу, но сироп концентрируют в вакуумном испарителе, чтобы сохранить цвет. ^[4]

Хотя инвертированный сахарный сироп можно приготовить путем нагревания столового сахара в воде, реакцию можно ускорить, добавив лимонный сок , винный камень или другие катализаторы , часто без заметного изменения вкуса. Обычный сахар можно быстро инвертировать, смешав сахар и лимонную кислоту или винный камень в соотношении примерно 1000:1 по массе и добавив воды. Если вместо этого используется лимонный сок , содержащий около пяти процентов лимонной кислоты, соотношение становится 50:1. Такая смесь, нагретая до 114 °C (237 °F) ^[5] и добавленная в другой продукт, предотвращает кристаллизацию, не придавая кислого вкуса.

Коммерчески приготовленные растворы, катализируемые соляной кислотой , можно инвертировать при относительно низкой температуре 50 ° C (122 ° F). Оптимальное значение pH для кислотно-катализируемой инверсии составляет 2,15. С увеличением температуры инверсии время инверсии уменьшается. ^[4] Затем их подвергают нейтрализации pH, когда достигается желаемый уровень инверсии. ^{[6] [7]}

В кондитерских изделиях и конфетах в качестве подкислителя обычно используется винный камень , обычно его количество составляет 0,15–0,25% от массы сахара. ^[8] Использование винного камня придает сиропу медовый вкус. ^[7] После завершения инверсии его можно нейтрализовать пищевой содой , используя вес 45% от веса винного камня. ^{[9] [10]}

Для ферментации

Все составляющие сахара (сахароза, глюкоза и фруктоза) поддерживают брожение , поэтому можно сбраживать растворы инвертного сахара любого состава.

Сироп используется для питания микробиологической жизни, которой необходим кислород, содержащийся в воде. Например, чайный гриб производят путем ферментации инвертированного сахарного сиропа с чаем с использованием симбиотической культуры бактерий и дрожжей ( SCOBY ), а дрожжи в виноделии используются для ферментации этанола . Холодная вода может содержать больше растворенного кислорода, чем теплая вода, но сахарный песок плохо растворяется в холодной воде.

Вода в контейнере с широкой нижней поверхностью улучшает растворимость сахарозы, которую нужно периодически перемешивать всего несколько раз, чтобы образовался гомогенный раствор. Кроме того, при необходимости можно поочередно переворачивать сахар с помощью миксера или блендера .

В других продуктах питания и продуктах

Два яйца Cadbury Creme , одно из которых открыто, чтобы увидеть помадную начинку, в которой в качестве основного ингредиента используется инвертированный сахарный сироп.

• Мед , который в основном представляет собой смесь глюкозы и фруктозы и поэтому похож на инвертный сироп, может оставаться жидким в течение более длительных периодов времени.
• Джем содержит инвертный сахар, образовавшийся в результате нагревания и кислоты фруктов. Этот сахар сохраняет варенье в течение длительного времени.
• Золотой сироп представляет собой сироп, состоящий примерно из 55% инвертного сиропа и 45% столового сахара (сахарозы).
• Помадная начинка для шоколада уникальна тем, что перед глазированием начинки шоколадом добавляется конверсионный фермент, но он не активируется подкислением (регулирование pH микросреды) или добавлением кофактора в зависимости от ферментов . Очень вязкая (и, следовательно, формуемая) начинка со временем становится менее вязкой, придавая желаемую кремообразную консистенцию. Это является результатом неоптимальных условий работы ферментов, намеренно созданных путем удержания факторов активации, что позволяет только части ферментов быть активными или позволяет всем ферментам действовать лишь с небольшой частью биологической скорости [биологически это реально комбинация оба: уменьшенное количество функциональных ферментов, причем те, которые функционируют, имеют пониженную каталитическую кинетику/скорость].
• Яйца Cadbury Creme наполнены инвертным сахарным сиропом, полученным путем обработки помадки инвертазой. ^{[11] [12]}
• Sour Patch Kids также содержит инвертированный сахар для придания сладкого вкуса.

Подслащенные напитки

Инвертный сахарный сироп является основой подслащенных напитков .

• Сладкий резерв — это винный термин, обозначающий часть отборного неферментированного виноградного сусла , свободного от микроорганизмов, добавляемого в вино в качестве подслащивающего компонента. Когда вино бродит, глюкоза ферментируется быстрее, чем фруктоза. Таким образом, остановка брожения после того, как значительная часть сахаров сбродила, приводит к получению вина, в котором остаточный сахар состоит в основном из фруктозы, а использование резерва сладости приводит к получению вина, сладость которого исходит от смеси глюкозы и фруктозы.
• Производители алкогольных напитков часто добавляют инвертный сахар при производстве таких напитков, как джин, пиво и игристые вина, для ароматизации. Сахар канди , похожий на инвертный сахар, используется при пивоварении бельгийского пива для повышения содержания алкоголя без резкого увеличения консистенции пива; его часто можно встретить в стилях пива, известных как даббель и трипель . ^[7]

Химия

Столовый сахар (сахароза) превращается в инвертный сахар путем гидролиза . Нагревание смеси или раствора столового сахара и воды разрушает химическую связь , связывающую два компонента простого сахара.

Сбалансированное химическое уравнение гидролиза сахарозы на глюкозу и фруктозу:

C ₁₂ H ₂₂ O ₁₁ (сахароза) + H ₂ O (вода) → C ₆ H ₁₂ O ₆ (глюкоза) + C ₆ H ₁₂ O ₆ (фруктоза)

Оптическое вращение

Как только в растворе сахарозы часть сахарозы превратилась в глюкозу и фруктозу, раствор уже не считается чистым. Постепенное снижение чистоты раствора сахарозы по мере его гидролиза влияет на химическое свойство раствора, называемое оптическим вращением , которое можно использовать, чтобы выяснить, какая часть сахарозы была гидролизована и, следовательно, был ли раствор инвертирован или нет.

Определение и измерение

Плоскополяризованным светом можно просветить раствор сахарозы, нагреваемый для гидролиза. У такого света есть «угол», который можно измерить с помощью инструмента, называемого поляриметром . Когда такой свет просвечивается через раствор чистой сахарозы, он выходит с другой стороны под другим углом, чем при входе, который пропорционален как концентрации сахара, так и длине пути света через раствор; поэтому его угол называется «повернутым», а тому, на сколько градусов изменился угол (степень его вращения или его «оптическое вращение»), присваивается буквенное название (альфа). Когда вращение между углами, которые свет имеет при входе и выходе, происходит по часовой стрелке, говорят, что свет «повернут вправо», и ему присваивается положительный угол, например 64 °. Когда вращение между углами, которые свет имеет при входе и выходе, происходит в направлении против часовой стрелки, говорят, что свет «повернут влево», и ему присваивается отрицательный угол, например -39 °. ${\displaystyle \alpha }$ ${\displaystyle \alpha }$ ${\displaystyle \alpha }$

Определение точки инверсии

Когда плоскополяризованный свет входит в раствор чистой сахарозы и выходит из него, его угол поворачивается на 66,5 ° (по часовой стрелке или вправо). По мере нагревания и гидролиза сахарозы количество глюкозы и фруктозы в смеси увеличивается, а оптическое вращение уменьшается. После того, как он проходит через ноль и становится отрицательным оптическим вращением, что означает, что вращение между углом, который свет имеет при входе и выходе, происходит в направлении против часовой стрелки, говорят, что оптическое вращение «перевернуло» свое направление. Это приводит к определению «точки инверсии», когда процентное количество сахарозы, которое должно быть гидролизовано до того, как станет равным нулю. Любое решение, которое прошло точку инверсии (и, следовательно, имеет отрицательное значение ), называется «инвертированным». ${\displaystyle \alpha }$ ${\displaystyle \alpha }$ ${\displaystyle \alpha }$

Хиральность и удельное вращение

Поскольку формы молекул («химические структуры») сахарозы, глюкозы и фруктозы асимметричны, три сахара существуют в нескольких различных формах, называемых стереоизомерами . Существование этих форм и определяет оптические свойства этих химических веществ. Когда плоскополяризованный свет проходит через чистый раствор одной из этих форм одного из сахаров, считается, что он затрагивает и «отскакивает» от определенных асимметричных химических связей внутри молекулы этой формы этого сахара. Поскольку эти конкретные связи (которые в циклических сахарах, таких как сахароза, глюкоза и фруктоза, включают аномерную связь ) различны в каждой форме сахара, каждая форма вращает свет в разной степени.

Когда какую-либо форму сахара очищают и помещают в воду, она быстро принимает другие формы того же сахара. Это означает, что раствор чистого сахара обычно содержит все его стереоизомеры в разных количествах, которые обычно не сильно изменяются. Это оказывает эффект «усреднения» на все углы ( значения) оптического вращения различных форм сахара и приводит к тому, что раствор чистого сахара обладает собственным «полным» оптическим вращением, которое называется его «удельным вращением» или «удельным вращением». наблюдаемое удельное вращение» и которое записывается как . ${\displaystyle \alpha }$ ${\displaystyle [\alpha ]}$

Известно, что при 20 ° C удельное оптическое вращение сахарозы составляет 66,6 °, глюкозы - 52,2 °, а фруктозы - -92,4 °. ^[13]

Воздействие воды

Молекулы воды не обладают хиральностью , поэтому не оказывают никакого влияния на измерение оптического вращения. Когда плоскополяризованный свет попадает в водоем с чистой водой, его угол не отличается от угла, под которым он выходит. Так, для воды = 0°. Химические вещества, которые, как и вода, имеют удельное вращение, равное нулю градусов, называются «оптически неактивными» химическими веществами, и, как и воду, их не нужно учитывать при расчете оптического вращения, за исключением концентрации и длины пути. ${\displaystyle [\alpha ]}$

Смеси в целом

Общее оптическое вращение смеси химических веществ можно рассчитать, если известна пропорция количества каждого химического вещества в растворе. Если в растворе имеется множество оптически активных различных химических веществ (« химических соединений ») и молярная концентрация (количество молей каждого химического вещества на литр жидкого раствора) каждого химического вещества в растворе известна и записывается как ( где номер, используемый для идентификации химического вида); и если каждый вид имеет определенное вращение (оптическое вращение этого химического вещества, если бы оно было получено в виде чистого раствора), записанное как , то смесь имеет общее оптическое вращение ${\displaystyle N}$ ${\displaystyle C_{i}}$ ${\displaystyle i}$ ${\displaystyle [\alpha ]_{i}}$

$${\displaystyle \displaystyle \alpha ={\frac {\sum _{i=1}^{N}C_{i}[\alpha ]_{i}}{\sum _{i=1}^{N}C_{i}}}=\sum _{i=1}^{N}\left({\frac {C_{i}}{\sum _{i=1}^{N}C_{i}}}\right)[\alpha ]_{i}=\sum _{i=1}^{N}\chi _{i}[\alpha ]_{i}}$$

мольная доля ${\displaystyle \chi _{i}}$ ${\displaystyle i\mathrm {^{th}} }$

Полностью гидролизованная сахароза

Если предположить, что случайно не образуются дополнительные химические продукты (то есть нет побочных реакций ), то полностью гидролизованный раствор сахарозы больше не содержит сахарозы и представляет собой пополам смесь глюкозы и фруктозы. Это решение имеет оптическое вращение

$${\displaystyle \displaystyle \alpha ={\frac {1}{2}}[\alpha ]_{\text{glucose}}+{\frac {1}{2}}[\alpha ]_{\text{fructose}}={\frac {1}{2}}(52.7^{\circ }-92.0^{\circ })=-19.7^{\circ }}$$

Частично гидролизованная сахароза

Если раствор сахарозы был частично гидролизован, то он содержит сахарозу, глюкозу и фруктозу, и угол его оптического вращения зависит от относительных количеств каждого из них в растворе;

$${\displaystyle \displaystyle \alpha =\chi _{s}[\alpha ]_{s}+\chi _{g}[\alpha ]_{g}+\chi _{f}[\alpha ]_{f}}$$

${\displaystyle s}$ ${\displaystyle g}$ ${\displaystyle f}$

Чтобы использовать это уравнение, не обязательно знать конкретные значения , поскольку точку инверсии (процентное количество сахарозы, которое должно быть гидролизовано перед инвертированием раствора) можно рассчитать по конкретным углам вращения чистых сахаров. Стехиометрия реакции (тот факт, что при гидролизе одной молекулы сахарозы образуется одна молекула глюкозы и одна молекула фруктозы) показывает, что, когда раствор начинается с молей сахарозы и затем не гидролизуются ни глюкоза, ни фруктоза, ни моли сахарозы, в полученном растворе есть моли сахарозы, моль глюкозы и моль фруктозы. Таким образом, общее количество молей сахаров в растворе равно , а ход реакции (процент завершения реакции гидролиза) равен . Можно показать, что угол оптического вращения раствора является функцией (явно зависит от) этого процента хода реакции. Когда величина записана как и реакция завершена, угол оптического вращения равен ${\displaystyle \chi }$ ${\displaystyle x_{0}}$ ${\displaystyle x}$ ${\displaystyle x_{0}-x}$ ${\displaystyle x}$ ${\displaystyle x}$ ${\displaystyle x+x_{0}}$ ${\displaystyle {\frac {x}{x_{0}}}\times 100\%}$ ${\displaystyle {\frac {x}{x_{0}}}}$ ${\displaystyle r}$ ${\displaystyle r\times 100\%}$

$${\displaystyle \displaystyle \alpha _{r}={\frac {(x_{0}-x)[\alpha ]_{s}+x[\alpha ]_{g}+x[\alpha ]_{f}}{x_{0}+x}}={\frac {1}{1+r}}\left([\alpha ]_{s}+([\alpha ]_{g}+[\alpha ]_{f}-[\alpha ]_{s})r\right)}$$

По определению равен нулю градусов в «точке инверсии»; поэтому, чтобы найти точку инверсии, альфа устанавливается равным нулю, и уравнение обрабатывается для нахождения . Это дает ${\displaystyle \alpha }$ ${\displaystyle r}$

$${\displaystyle \displaystyle r_{\text{inversion}}={\frac {[\alpha ]_{s}}{[\alpha ]_{s}-[\alpha ]_{g}-[\alpha ]_{f}}}=0.629}$$

${\displaystyle 62.9\%}$

Мониторинг хода реакции

Выдерживание раствора сахарозы при температуре 50–60 ° C (122–140 ° F) гидролизует не более примерно 85% сахарозы. Обнаружение , когда r = 0,85, показывает, что оптическое вращение раствора после завершения гидролиза составляет -12,7 °. Говорят, что эта реакция инвертирует сахар, потому что ее окончательное оптическое вращение меньше нуля. Поляриметр можно использовать, чтобы определить, когда выполняется инверсия, определяя, равно ли оптическое вращение раствора на более раннем этапе реакции гидролиза -12,7 °. ${\displaystyle \alpha }$

Смотрите также

• Кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы
• Список сиропов

Рекомендации

1. «Какие виды сахара?». Сахарная ассоциация. Архивировано из оригинала 1 марта 2009 года.
2. «Приготовление простого сиропа - это упражнение в химических реакциях» . Слово Кэрол Кроски . Архивировано из оригинала 14 июля 2007 года . Проверено 1 мая 2006 г. Помимо повышенной способности удерживать влагу, преобразование сахарозы в инвертный сироп дает еще два интересных результата: повышение сладости и лучшую растворимость. По шкале сладости, где сахароза равна 100, инвертный сироп занимает около 130.
3. Шивек, Хуберт; Кларк, Маргарет; Поллак, Гюнтер (2007). «Сахар». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a25_345.pub2. ISBN 978-3527306732.
4. В. Минифи, Бернард (1989). Шоколад, какао и кондитерские изделия: наука и технологии (3-е изд.). Aspen Publishers, Inc. с. 246. ИСБН 083421301X. Проверено 3 июля 2014 г. - через Google Книги .
5. Ван Дамм, Эдди. «Рецепт инвертного сахара» . Проверено 27 сентября 2012 г.
6. Ранкен, Майкл Д.; Убить, RC; Бейкер, К., ред. (1997). Руководство по пищевой промышленности (24-е изд.). Лондон: Blackie Academic & Professional. стр. 407–408. ISBN 0751404047. Проверено 30 июня 2014 г. - через Google Книги. В промышленных масштабах инвертный сахар готовят в виде сиропа с концентрацией растворимых сухих веществ около 70%. Инвертный сахар можно получить, выдерживая 65% раствор сахарозы, содержащий 0,25% соляной кислоты, при температуре 50°C (122°F) в течение одного часа. Затем следует добавить бикарбонат натрия для нейтрализации кислоты.
7. "Сахарная свекла". Том. 25, нет. 10. Филадельфия: HC Baird & Company. 1904. стр. 171–172 . Проверено 4 июля 2014 г. - через Google Книги. {{cite magazine}}: Журналу Cite требуется |magazine=( помощь )
8. Лин, Майкл Э.Дж. (2006). Пищевая наука, питание и здоровье Фокса и Кэмерона (7-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. п. 110. ИСБН 9780340809488. Проверено 1 июля 2014 г. - через Google Книги.
9. Моррисон, Авраам Кресси (1904). Споры о разрыхлителе. Том. 1. Нью-Йорк: Американская ассоциация разрыхлителей. п. 154 . Проверено 2 июля 2014 г. - через Google Книги. Самый лучший разрыхлитель на рынке содержит около 28 процентов бикарбоната соды. Чтобы нейтрализовать это количество... требуется 62,6 процента винного камня. Это количество оставит в пище 70 процентов безводных сегнетовых солей.
10. Мага, Джозеф А.; Ту, Энтони Т., ред. (1995). Токсикология пищевых добавок. Нью-Йорк: Марсель Деккер. п. 71, таблица 24. ISBN 0824792459. Проверено 3 июля 2014 г. - через Google Книги.
11. "Кремовое яйцо". Кэдбери . Проверено 10 апреля 2015 г.
12. ЛаБау, Элизабет. «Что такое инвертаза?». О сайте.com . Архивировано из оригинала 6 апреля 2015 года . Проверено 10 апреля 2015 г.
13. Ли, Д.; Венг, К.; Руан, Ю.; Ли, К.; Кай, Г.; Песня, К.; Лин, К. (2021). «Оптический хиральный датчик, основанный на слабых измерениях, для мониторинга гидролиза сахарозы в реальном времени». Датчики (Базель, Швейцария) . 21 (3): 1003. Бибкод : 2021Senso..21.1003L. дои : 10.3390/s21031003 . ПМЦ 7867249 . ПМИД  33540721. 

Внешние ссылки

• «Инвертаза». Системы здравоохранения Гринвуда . Архивировано из оригинала 29 мая 2017 года . Проверено 27 ноября 2012 г.
• Подсластители в Curlie