Инвертированный сахарный сироп

Edible mixture of glucose and fructose, obtained from sucrose hydrolysis

Chemical compound

Густой инвертный сахарный сироп (Тримолин)

Инвертированный сахарный сироп , также называемый инвертным сиропом , инвертным сахаром , ^[1] простым сиропом , сахарным сиропом , сахарной водой , барным сиропом , сиропом USP или инверсией сахарозы , представляет собой сиропную смесь моносахаридов глюкозы и фруктозы , которая производится путем гидролитического осахаривания дисахарида сахарозы . Оптическое вращение этой смеси противоположно вращению исходного сахара, поэтому ее называют инвертным сахаром.

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

Производство

Добавки

Коммерчески приготовленные ферментно -катализируемые растворы инвертируются при 60 °C (140 °F). Оптимальный pH для инверсии составляет 5,0. Инвертаза добавляется в количестве около 0,15% от веса сиропа, а время инверсии составит около 8 часов. После завершения температура сиропа повышается для инактивации инвертазы, но сироп концентрируется в вакуумном испарителе для сохранения цвета. ^[4]

Хотя инвертированный сахарный сироп можно приготовить, нагревая столовый сахар в воде, реакцию можно ускорить, добавив лимонный сок , винный камень или другие катализаторы , часто без заметного изменения вкуса. ^{[ требуется цитата ]} Обычный сахар можно быстро инвертировать, смешав сахар и лимонную кислоту или винный камень в соотношении около 1000:1 по весу и добавив воды. Если вместо этого использовать лимонный сок , который составляет около пяти процентов лимонной кислоты по весу, то соотношение становится 50:1. Такая смесь, нагретая до 114 °C (237 °F) ^[5] и добавленная к другой пище, предотвращает кристаллизацию, не придавая ей кислый привкус.

Коммерчески приготовленные растворы, катализируемые соляной кислотой , могут быть инвертированы при относительно низкой температуре 50 °C (122 °F). Оптимальный pH для инверсии, катализируемой кислотой, составляет 2,15. По мере повышения температуры инверсии время инверсии уменьшается. ^[4] Затем им дают нейтрализацию pH, когда достигается желаемый уровень инверсии. ^{[6] [7]}

В кондитерском производстве и производстве конфет винный камень обычно используется в качестве подкислителя, с типичным количеством в диапазоне 0,15–0,25% от веса 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 брожения

Все входящие в состав сахара (сахароза, глюкоза и фруктоза) поддерживают ферментацию , поэтому растворы инвертного сахара любого состава могут подвергаться ферментации.

Сироп используется для питания микробиологической жизни, которой необходим кислород, содержащийся в воде. Например, комбуча производится 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 гранулированный сахар не растворяется легко в холодной воде.

Вода в емкости с широкой нижней поверхностью позволяет быстрее растворить сахарозу, которую нужно лишь периодически перемешивать несколько раз, чтобы образовался однородный раствор. Также можно использовать миксер или блендер для вращения сахара по очереди, если необходимо.

В других продуктах питания и изделиях

Два яйца Cadbury Creme , одно открытое, чтобы показать начинку из помадки , в которой в качестве основного ингредиента используется инвертированный сахарный сироп.

• Мед , который в основном представляет собой смесь глюкозы и фруктозы, поэтому похож на инвертный сироп и может оставаться жидким в течение более длительного времени.
• В джеме содержится инвертный сахар, образующийся в процессе нагревания и кислотности фруктов. Этот сахар сохраняет джем в течение длительного времени.
• Золотой сироп — это сироп, состоящий примерно из 55% инвертного сиропа и 45% столового сахара (сахарозы).
• Начинка из помадки для шоколада уникальна тем, что фермент конверсии добавляется, но не активируется подкислением (регулировкой pH микросреды) или добавлением кофактора в зависимости от ферментов, до того, как начинка будет покрыта шоколадом. Очень вязкая (и, следовательно, формуемая) начинка затем становится менее вязкой со временем, давая желаемую кремовую консистенцию. Это происходит из-за неоптимальных условий для ферментов, намеренно созданных путем удержания факторов активации, что позволяет только части ферментов быть активной или позволяет всем ферментам действовать только с частью биологической скорости [биологически это реалистично представляет собой комбинацию того и другого: уменьшенное количество функциональных ферментов, причем те, которые функционируют, имеют сниженную каталитическую кинетику/скорость].
• Яйца Cadbury Creme наполнены инвертированным сахарным сиропом, полученным путем обработки помадки инвертазой. ^{[11] [12]}
• Sour Patch Kids также содержит инвертированный сахар для придания сладкого вкуса.

Подслащенные напитки

Инвертированный сахарный сироп является основой подслащенных напитков .

• Sweet Reserve — 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 ферментации после того, как значительная часть сахаров сброжена, приводит к вину, в котором остаточный сахар состоит в основном из фруктозы, в то время как использование sweet reserve приведет к вину, в котором сладость 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. Канди-сахар , похожий на инвертный сахар, используется при варке бельгийского пива для повышения содержания алкоголя без существенного увеличения плотности пива; он часто встречается в стилях пива, известных как дуббель и трипель . ^[7]

Химия

Столовый сахар (сахароза) преобразуется в инвертный сахар путем гидролиза . Нагревание смеси или раствора столового сахара и воды разрушает химическую связь , которая соединяет вместе два простых сахарных компонента.

Сбалансированное химическое уравнение гидролиза сахарозы на глюкозу и фруктозу имеет вид:

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

Определение и измерение

Плоскополяризованный свет можно пропустить через раствор сахарозы, когда он нагревается для гидролиза. Такой свет имеет «угол», который можно измерить с помощью прибора, называемого поляриметром . Когда такой свет пропускается через раствор чистой сахарозы, он выходит с другой стороны под другим углом, чем когда он вошел, что пропорционально как концентрации сахара, так и длине пути света через раствор; поэтому говорят, что его угол «повернут», а то, на сколько градусов изменился угол (степень его вращения или его «оптическое вращение»), обозначается буквой (альфа). Когда вращение между углом, который свет имеет при входе и выходе, происходит по часовой стрелке, говорят, что свет «повернут вправо» и ему приписывают положительный угол, например 64°. Когда вращение между углом, который имеет свет при входе и выходе, происходит 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 и выходит из раствора чистой сахарозы, его угол поворачивается на 66,5° (по часовой стрелке или вправо). По мере того, как сахароза нагревается и гидролизуется, количество глюкозы и фруктозы в смеси увеличивается, а оптическое вращение уменьшается. После проходит через ноль и становится отрицательным оптическим вращением, что означает, что вращение между углом, который свет имеет при входе и выходе, находится в направлении против часовой стрелки, говорят, что оптическое вращение «инвертировало» свое направление. Это приводит к определению «точки инверсии», поскольку процентное количество сахарозы, которое должно быть гидролизовано до того, как будет равно нулю. Любой раствор, который прошел 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 обусловливает оптические свойства этих химических веществ. Когда плоскополяризованный свет проходит через чистый раствор одной из этих форм одного из сахаров, считается, что он ударяет и «отскакивает» от определенных асимметричных химических связей в молекуле 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 какая-либо форма сахара очищается и помещается в воду, она быстро принимает другие формы того же сахара. Это означает, что раствор чистого сахара обычно содержит все его стереоизомеры, присутствующие в растворе в разных количествах, которые обычно не сильно меняются. Это оказывает «усредняющий» эффект на все углы оптического вращения ( значения) различных форм сахара и приводит к тому, что раствор чистого сахара имеет свое собственное «полное» оптическое вращение, которое называется его «удельным вращением» или «наблюдаемым удельным вращением» и которое записывается как . ${\displaystyle \alpha }$ ${\displaystyle [\alpha ]}$

Известно, что при температуре 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 они не оказывают никакого влияния на измерение оптического вращения. Когда плоскополяризованный свет входит в объем чистой воды, его угол не отличается от угла выхода. Таким образом, для воды = 0°. Химические вещества, которые, как и вода, имеют удельные вращения, равные нулю градусов, называются «оптически неактивными» химическими веществами и, как и вода, их не нужно учитывать при расчете оптического вращения, за исключением концентрации и длины пути. ${\displaystyle [\alpha ]}$

Смеси в целом

Общее оптическое вращение смеси химикатов можно рассчитать, если известна доля количества каждого химиката в растворе. Если в растворе содержится -много оптически активных различных химикатов (« химических видов ») и молярная концентрация (количество молей каждого химиката на литр жидкого раствора) каждого химиката в растворе известна и записывается как (где - число, используемое для идентификации химического вида); и если каждый вид имеет определенное вращение (оптическое вращение этого химиката, если бы он был чистым раствором), записанное как , то смесь имеет общее оптическое вращение , где - мольная доля вида . ${\displaystyle N}$ ${\displaystyle C_{i}}$ ${\displaystyle i}$ ${\displaystyle [\alpha ]_{i}}$ $${\displaystyle \displaystyle \alpha ={\frac {\sum _{i=1}^{N}C_{i}[\alpha ]_{i}}{\sum _{i=1}^{N}C_{i}}}=\sum _{i=1}^{N}\left({\frac {C_{i}}{\sum _{i=1}^{N}C_{i}}}\right)[\alpha ]_{i}=\sum _{i=1}^{N}\chi _{i}[\alpha ]_{i}}$$ ${\displaystyle \chi _{i}}$ ${\displaystyle i\mathrm {^{th}} }$

Полностью гидролизованная сахароза

Если предположить, что не образуется никаких дополнительных химических продуктов случайно (то есть, нет побочных реакций ), полностью гидролизованный раствор сахарозы больше не содержит сахарозы и представляет собой смесь глюкозы и фруктозы пополам. Этот раствор 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 частично гидролизован, то он содержит сахарозу, глюкозу и фруктозу, а его угол оптического вращения зависит от относительного количества каждого из них в растворе; где , , и обозначают сахарозу, глюкозу и фруктозу. $${\displaystyle \displaystyle \alpha =\chi _{s}[\alpha ]_{s}+\chi _{g}[\alpha ]_{g}+\chi _{f}[\alpha ]_{f}}$$ ${\displaystyle s}$ ${\displaystyle g}$ ${\displaystyle f}$

Конкретные значения не обязательно знать, чтобы использовать это уравнение, поскольку точка инверсии (процентное количество сахарозы, которое должно быть гидролизовано до того, как раствор будет инвертирован) может быть рассчитана из удельных углов вращения чистых сахаров. Стехиометрия реакции (тот факт, что гидролиз одной молекулы сахарозы дает одну молекулу глюкозы и одну молекулу фруктозы) показывает, что когда раствор начинается с молей сахарозы и не содержит ни глюкозы, ни фруктозы, а затем гидролизуются моли сахарозы, полученный раствор содержит моли сахарозы, моли глюкозы и моли фруктозы. Таким образом, общее количество молей сахаров в растворе равно и ход реакции (процент завершения реакции гидролиза) равен . Можно показать, что оптический угол вращения раствора является функцией (явно зависит от) этого процента хода реакции. Когда количество записано как и реакция завершена, оптический угол 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»; чтобы найти точку инверсии, поэтому альфа устанавливается равной нулю, а уравнение преобразуется для нахождения . Это дает Таким образом, обнаружено, что раствор сахарозы инвертируется, как только по крайней мере часть сахарозы гидролизуется до глюкозы и фруктозы. ${\displaystyle \alpha }$ ${\displaystyle r}$ $${\displaystyle \displaystyle r_{\text{inversion}}={\frac {[\alpha ]_{s}}{[\alpha ]_{s}-[\alpha ]_{g}-[\alpha ]_{f}}}=0.629}$$ ${\displaystyle 62.9\%}$

Мониторинг хода реакции

Выдерживание раствора сахарозы при температуре 50–60 °C (122–140 °F) гидролизует не более 85% его сахарозы. Нахождение при r = 0,85 показывает, что оптическое вращение раствора после гидролиза составляет −12,7°; говорят, что эта реакция инвертирует сахар, потому что его конечное оптическое вращение меньше нуля. Поляриметр можно использовать для выяснения того, когда происходит инверсия, путем определения того, равно ли оптическое вращение раствора в более раннее время в его реакции гидролиза −12,7°. ${\displaystyle \alpha }$

Смотрите также

• Кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы
• Список сиропов

Ссылки

1. "Каковы типы сахара?". Ассоциация Сахара. Архивировано из оригинала 1 марта 2009 года.
2. "Создание простого сиропа — это упражнение в химических реакциях". Слово от Кэрол Кроски . Архивировано из оригинала 14 июля 2007 г. Получено 1 мая 2006 г. Помимо повышенной способности удерживать влагу, преобразование сахарозы в инвертный сироп имеет два других интересных результата: повышенную сладость и лучшую растворимость. По шкале сладости, где сахароза установлена ​​на уровне 100, инвертный сироп имеет ранг 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. W. Minifie, Bernard (1989). Шоколад, какао и кондитерские изделия: наука и технология (3-е изд.). Aspen Publishers, Inc. стр. 246. ISBN 083421301X. Получено 3 июля 2014 г. – через Google Books .
5. Ван Дамм, Эдди. "Рецепт инвертного сахара" . Получено 27 сентября 2012 г.
6. Ранкен, Майкл Д.; Килл, Р. К.; Бейкер, К., ред. (1997). Руководство по пищевой промышленности (24-е изд.). Лондон: Blackie Academic & Professional. стр. 407–408. ISBN 0751404047. Получено 30 июня 2014 г. – через Google Books. В коммерческих целях инвертный сахар готовят в виде сиропа с концентрацией растворимых твердых 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. "The Sugar Beet". The Sugar Beet . Том 25, № 10. Филадельфия: HC Baird & Company. 1904. С. 171–172 . Получено 4 июля 2014 г. – через Google Books.
8. Lean, Michael EJ (2006). Наука о продуктах питания, питание и здоровье Фокса и Кэмерона (7-е изд.). Boca Raton, FL: CRC Press. стр. 110. ISBN 9780340809488. Получено 1 июля 2014 г. – через Google Books.
9. Моррисон, Авраам Кресси (1904). The Baking Powder Controversy. Том 1. Нью-Йорк: Американская ассоциация производителей пекарского порошка. стр. 154. Получено 2 июля 2014 г. – через Google Books. Лучший на рынке разрыхлитель для выпечки Cream of Tarter 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. Maga, Joseph A.; Tu, Anthony T., ред. (1995). Токсикология пищевых добавок. Нью-Йорк: Marcel Dekker. стр. 71, таблица 24. ISBN 0824792459. Получено 3 июля 2014 г. через Google Books.
11. "Creme Egg". Cadbury. Архивировано из оригинала 16 декабря 2014 года . Получено 10 апреля 2015 года .
12. ЛаБау, Элизабет. «Что такое инвертаза?». About.com . Архивировано из оригинала 6 апреля 2015 г. Получено 10 апреля 2015 г.
13. Ли, Д.; Вэн, Ч.; Руан, И.; Ли, К.; Кай, Г.; Сонг, Ч.; Линь, Ц. (2021). «Оптический хиральный датчик на основе слабых измерений для мониторинга гидролиза сахарозы в реальном времени». Датчики (Базель, Швейцария) . 21 (3): 1003. Bibcode : 2021Senso..21.1003L. doi : 10.3390/s21031003 . PMC 7867249. PMID  33540721 . 

Внешние ссылки

• "Invertase". Greenwood Health Systems . Архивировано из оригинала 29 мая 2017 г. . Получено 27 ноября 2012 г. .
• Подсластители в Curlie