Презентация на тему Общая технология отрасли. Сахар и сахаристые вещества

Пищевые кислоты
Соли минеральных
кислот
Вода
Ферменты
Витамины

Углеводы

~ 60% от массы всех азотистых веществ, которых содержится:
-

в сахарной свекле ~ 1-1,2%
- в картофеле ~ 2%
- в кукурузе ~ 10-13%

Аминокислоты
Амиды кислот
Бетаин

Составляют ~ от 0,5 до 21% от массы всех азотистых веществ
(в сахарной свекле ~ от 0,001 до 0,04%)

Все азотистые вещества являются «вредными» для технологических процессов сахарного и крахмального производства.

и ядра растительных клеток.
Молекулы белка состоят из остатков аминокислот,

соединенных пептидными (-СО-NH-) связями.

ионных связей в пространстве образуют клубки.
При действии температуры (более

60оС) и ионов тяжелых металлов связи разрываются и клубки развертываются. Процесс называется денатурация белка.

молекулы белка (гидролиз) с образованием полипептидов, дипептидов и т.д.,

которые затем расщепляются до аминокислот.

В технологии сахара и сахаристых продуктов белки удаляются в процессах сатурации.

атомов водорода (или других заместителей) в радикале замещены остатками

аммиака (аминогруппами –NH2). Чаще всего у α-углеродного атома.

Карбоновая кислота
(пропионовая кислота)

Аминокислота
(α-аминопропионовая кислота)

α

β

аминокислоты:
Моноаминомонокарбоновые (глицин, аланин, серин, треонин, валин, лейцин, изолейцин)
Серосодержащие (цистеин,

метионин)
Диаминомонокарбоновые (лизин, аргинин)
Моноамидодикарбоновые (аспаргиновая, глутаминовая)
Циклические (фенилаланин, тирозин, триптофан, гистидин, пролин)
Амиды (глутамин, аспаргин)

Из них 10 являются незаменимыми!

В сахарной свекле преобладают глутамин и аспаргин

Аминокислоты растворимы в воде, устойчивы в растворах, не осаждаются в технологических процессах и почти без изменений проходят все этапы производства, накапливаясь в мелассе и гидроле.

карбоксильной группе аминокислоты на аминную группу.
В сахарной свекле, картофеле,

кукурузе содержатся:
Амид глутаминовой кислоты
Амид аспаргиновой кислоты
Амид щавелевой кислоты

При высоких температурах при действии кислот или щелочей гидролизуются.

Как и аминокислоты без изменений проходит все стадии производства

и аминокислоты без изменений проходит все стадии производства

процессов сахарного и крахмального производства.

50% всех безазотистых веществ.
В сахарной свекле, картофеле, кукурузе содержатся:
-Дикарбоновые

кислоты (щевелевая, малоновая, янтарная, глутаровая, адипиновая)
Оксикарбоновые (гликолевая, яблочная, винная, лимонная)
Монокарбоновые (муравьиная, уксусная, пропионовая)
Оксикислоты (молочная)

В сахарной свекле преобладают щавелевая, лимонная и яблочная кислоты, что обеспечивает слабокислую реакцию свекловичного сока (рН 6,2-6,3)

Все кислоты растворимы в воде, устойчивы химически. В производственных процессах образуют соли, которые влияют на прохождение технических процессов.

хвостике и поверхностном слое
~ 0,1 – 0,15%

Переходит в сок,

вызывая его
пенность, ядовит.
С кальцием образует соль,
выпадающую в осадок,
который удаляется.

В сточных водах предприятий по переработке сахарной свеклы и картофеля всегда содержатся сапонин и соламин, поэтому сброс вод в водооемы без очистки не допускается.

«сапо» - мыло

Содержится в картофеле
Гликозид с агликоном
~ 0,002 – 0,01%

Пенообразователь,
ядовит.
Накапливается в верхних слоях клубня и удаляется во время чистки.

под действием извести и щелочей происходит омыление жиров с

образованием глицерина и мылов.

- это сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и высших карбоновых кислот.

Содержатся в сахарной свекле (~0,03%), картофеле (~ 0,2%), кукурузе (~ 5%), сахарном тростнике.
Образуются в основном пальмитиновой, олеиновой, линолевой, эруковой, миристиновой кислотами.

массы тела. Входят в состав всех тканей человека и

являются активными частями ферментов.

В растениях образуются:
Нерганические кислоты (фосфорная, соляная, серная)
Соли органических и неорганических кислот (более всего калиевые и натриевые)

Являются сильными мелассообразователями. Определение их содержания в сырье дает ориентировочные данные о потерях сахара в мелассе и гидроле.

них содержатся фенольные соединения, которые соприкасаясь с воздухом (окисление),

подвераясь термическому разложению (карамелизация) или щелочному распаду (гидролизу) образуют окрашенные продукты реакции коричневых цветов.

В производстве фенольные соединения стараются удалят на начальных стадиях технологических процессов.

воды. Вода – это среда для всех процессов синтеза

и распада ве6ществ, связанных с жизнедеятельностью организма, а также вода – это химический реагент.

Вода содержится во всех пищевых продуктах в разных количествах:
-Молочные продукты ~ 87-88%
Мясо, рыба, яйца ~ 54-83%
Овощи, фрукты ~ 65-95%
Хлеб, кондитерские изделия ~ 38-48%
Зерно, мука, крахмал, патока ~ 12-20%
Сахар, чай, соль ~ 0,14%
Удаление воды – процесс сохранения продукта
Избыток воды – поражение продукта вредными микроорганизмами и активация действий ферментов.

В производстве используют сырье с определенной достаточной влажностью, что необходимо для продуктивного протекания технологических процессов..

Регулируют течение всех жизненно важных процессов в природе. Ферменты обладают

выраженной специфичностью действий: пепсин – белки, амилазы – крахмал инвертаза – сахароза

ВИТАМИНЫ - группа веществ органической природы, играющие очень важную роль в жизнедеятельности организма, который использует их для построения каталитических центров ферментов.

Витамины получают из растительной и животной пищи,
организм их не синтезирует.

т.д.)
Это природные органические соединения, состоящие из углерода, водорода

и кислорода.

Углеводы – «состоящие из угля и воды»

Содержатся только в растительной пище!
Образуются в зеленых листьях растений из углекислого газа, воды и минеральных солей под действием солнечной радиации –
фотосинтез («свет»+»соединение»)

В производстве используют как основное сырье!

больших количеств различных биокатализаторов (ферментов) и фотокатализатора (хлорофилла).
Процесс протекает

в листьях растений, которые окрашены в «цвет жизни» (зеленый) частичками – хлоропластами.
Основная часть хлоропластов – это белки и липиды.
Хлоропласты воспринимают солнечную энергию, в результате чего в них образуется хлорофилл, соединенный с белковым носителем, который и участвует в расщеплении воды.
При этом кислород выделяется в воздух, а водород поступает в реакции с веществом, присоединившим к себе углекислый газ (углекислоту).

Суммарное уравнение фотосинтеза:

диоксид углерода

вода

гексоза (моносахарид)

Однако образование углеводов при фотосинтезе проходит по сложной реакции через конденсацию формальдегида)

Фотохимические реакции в растениях протекают только в определенной части волн солнечного спектра, а именно 380-710 нм. Этот диапазон носит название ФАР (фотосинтетичекская активная радиация). Ее доля в солнечном свете составляет 21-46%.
В процессе фотосинтеза растения как бы аккумулируют в себе солнечную энергию в виде химической энергии углеводов. Образующиеся углеводы не накапливаются в клетках листьев, а отводятся в проводящие пучки, пронизывающие листовую пластину. Т.е проводящая система листа представляет собой «коллекторную сеть», которая собирает из клеток ассимиляты (моносахариды, аминокислоты, органические кислоты и т.д.) и отводит их в «запасники», т.е клетки паринхимной ткани в других частях растения (корнеплоды, плоды, стебли и т.д.)
За счет фотосинтеза растения обеспечивают себе субстраты дыхания, обмена веществ, рост и развитие. А «запасы» питательных веществ (углеводов) откладывают «про запас» только после удовлетворения энергетических потребностей на выполнение жизненно важных процессов.

и синтезируется в сахарозу)
хлорофиллы
ферменты
О2
ФАР
380-710 нм
В корнеплоды

структуре и степени полимеризации:
Сахара
(1…2)
Олигасахариды
(3…9)
Полисахариды
(более 9)
Моносахариды
(глюкоза, фруктоза, галактоза)
Дисахариды

(сахароза, лактоза, трегалоза)
Полиолы – сахарные спирты (сорбитол, манитол, эритол, малитол, ксилитол, лактитол)

Это низкомолекулярные соединения поликарбоксильного ряда с непрерывной углеро-углеродной цепью. Могут содержать гидроксильные (-ОН), карбонильные (>C=O), карбоксильные (-СООН) и амидные (-NH2) группы.

Мальтоолигосахариды
(мальтодекстрин, мальтоза)
Другие
(раффиноза, стахиоза, фруктоолигосахариды)

Вещества содержащие небольшие цепи, состоящие из 3-9 звеньев

Крахмал
(аммилаза, амилопектин, пиродекстрин и др.)
Некрахмальные полисахариды
(целлюлоза, гемицеллюлоза, пектины и др.)

Это высокомолекулярные соединения – продукты поликонденсации моносахаридов (реакция присоединения низкомолекулярных соединений в полимерную цепь с выделением побочных низкомолекулярных продуктов). Это длинные цепи (макромолекулы), состоящие из мономерных звеньев, связанных друг с другом через атом кислорода (глюкозидная связь).

Фруктоза
Манноза
Галактоза
Арабиноза
Ксилоза


Мальтоза
Крахмал
Целлюлоза
Сахароза


Гкмицеллюлоза

конца цепи, где располагается карбонильная группа
Звездочками обозначаются ассиметричные атомы,

которые могут образовывать изомеры (стериоизомеры D и L-ряда)
Расположение гидроксильной группы в молекуле обозначается греческими буквами

цепи – альдозы
с кетонной группой (=С=О) – кетозы

Если ОН-

гидроксил расположен справа у самого дальнего ассиметричного атома углерода (гексозы – у пятого, пентозы – у четвертого) относятся к D-ряду, а если слева – относятся к L-ряду (Все моносахариды растительного происхождения относятся к D-ряду (D-изомеры)

Если гидроксильные группы при 1 и 2 ассиметричных атомах углерода направлены в одну сторону плоскости – то это α-форма, если в разные - то это β-форма

1

2

3

4

5

6

*

*

*

*

α

β

γ

δ

ε

1

2

3

4

5

6

*

*

*

α

β

γ

δ

1

2

3

4

5

6

*

*

*

*

α

β

γ

δ

ε

ОН-гидроксил, находящийся δ и γ-положениях свободно сближаются с карбонильной

группой и в результате их взаимодействия образуются внутренние полуацетали циклической формы.

При этом двойная связь карбонильной группы разрывается, водород от спиртового гидроксила переходит к карбонильному кислороду, образуя полуацетальный или гликозидный гидроксил, а кислород спиртового гидроксила соединяется с первым атомом углерода. Так создается оксидное кольцо.

δ-положении, то образуется шестичленное кольцо (пиранозная форма)

Что отражается в

названии:
глюкопираноза, фруктопираноза и т.д.

Если карбоксильная группа взаимодействует с гидроксильной группой в γ-положении, то образуется пятичленное кольцо (фуранозная форма)

Что отражается в названии:
глюкофураноза, фруктофураноза и т.д.

температуре плавления
Кристаллизуются
Гигроскопичны
Сладкие на вкус
Проявляют слабые кислотные свойства
Обладают восстановительными свойствами

(т.е. легко окисляются)

это угол поворота плоскости поляризации, производимый слоем раствора толщиной

100 мм при концентрации 100 г сахара в 100 мл раствора в лучах желтого цвета при темпертуре 20оС.

Особенностью растворения моносахаридов является то, что оно сопровождается явлением муторации – изменения удельного вращения плоскости поляризации свежеприготовленного и постоявшего раствора. Это происходит потому, что в начале преобладают α-формы моносахаридов (+110о), а с течением времени происходит таутомерный переход части в β-форму (+19о). И при установлении равновесия β и α-форм удельное вращение плоскости поляризации достигает величиныи алгебраической суммы удельного вращения поляризации плоскости всех форм (+52о).

относительно устойчивы в этих условиях. Максимальная зона устойчивости рН

3-4, где Н+ и ОН-ионы влияют одинаково. Это называется изокаталитической точкой равновесия.
Если рН>4 под влиянием ОН-ионов происходит увеличение содержания сахара в карбонильной форме, что ускоряет разложение.
Если рН<3 – разложение также ускоряется из-за дегидратации молекул.
СnHmOm + H2SO4 = nC + H2SO4*mH2O

Гексозы в кислой среде при нагревании дегидратируют с отъемом 3 молекул воды и образованием малоустойчивого гетероциклического альдегида (оксиметилфурфурола), который затем легко разлагается на органические кислоты.

щелочи образуются щелочные глюкозаты (продукт замещения Н в гидроксидных

группах гексозы метанолом).
Происходит эпимеризация – превращение одного моносахарида в другие, родственные по химическому строению.

углеводов (до 80%), который является одним из главных поставщиков

энергии для живой клетки.

В свободном состоянии практически не присутствует.
Выделяется из сахарозы и крахмала в процессе пищеварения.
Внутри клетки глюкоза окисляется до СО2 и Н2О, в ходе этого процесса выделяется энергия , которая используется для образования молекул аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ).

с отщеплением воды.
2С6Н12О6 = С12Н22О11 + Н2О

Обладают небольшой молекулярной

массой, по свойствам близки к моносахаридам.
В производственной химии углеводов важное значение имеют:
Дисахариды (сахароза и мальтоза)
Трисахариды (рафиноза)

тростнике (10-15%)

Состоит из двух остатков моносахаридов:
α-D-глюкопиранозы и β-D-фруктофуранозы
Конфигурация

«кресло»

Конфигурация «плоскость»

и ферментами инвертазы гидролизуется с присоединением молекулы воды.
Уд. вращение
+66,529о
правовращающий

р-р

D-глюкоза
Уд. вращение
+52,7о
правовращающий р-р

D-фруктоза
Уд. вращение
-92,4о
левовращающий р-р

Уд. вращение
-19,8о
левовращающий р-р

Смена направления угла поворота плоскости поляризации называется инверсией, а раствор из смеси называется инвертным или инвертированным сахаром.

обезвоживающее действие. Образуются «гуминовые» кислоты, обуглившийся сахар и летучие

вещества.
4. Гидролиз сахарозы в щелочной среде.
Гидролиз сахарозы может катализироваться и водородными и гидроксильными ионами (т.е. в кислой и в щелочной средах), но в разной степени.
У сахарозы есть изокаталитическая точка –
минимум скорости гидролиза при рН 7,8-8,2.
От рН 2-7 – реакция катализируется водородными ионами (при увеличении рН на 1, константа скорости гидролиза увеличивается в 10 раз)
От рН 8,5-10 - реакция катализируется гидроксильными ионами (при увеличении рН на 1, константа скорости гидролиза увеличивается в 3,7 раз),
т.е. щелочной гидролиз сахарозы слабее кислотного.
5. Сахароза является слабой кислотой, которая диссоциируется в щелочной среде. Может образовать соли с одно- и двухвалентными металлами.
6. Хорошо растворяется в воде
7. Растворимость в воде не зависит от давления внешней среды, но зависит от температуры. С повышением температуры растворимость возрастает.
8. Растворы сахарозы – это однородные системы переменного состава из двух компонентов. Имеет желтый или оранжевый цвет. Способны к пенообразованию. Величина поверхностного натяжения раствора при температуре 20оС равна 72,75.

и 20оС постоянно +66,529о
Не растворяется в большинстве органических растворителях.
Растворы

обладают значительной вязкостью, которая зависит от концентрации и температуры (η 60%-ного раствора при 20оС равна 58,49 мПа*с). Сахароза увеличивает вязкость растворов в присутствии несахаров (техническая вязкость).
Температура кипения сахарного раствора примерно 101,1оС
Растворы сахарозы не проводят электрического тока
Плотность сухой сахарозы 1,59 г/см3
Температура плавления сухой сахарозы 185-186оС
Может находиться в аморфном, расплавленном и кристаллическом состоянии.
Сахароза гидрофильна за счет наличия ОН-групп, которые взаимодействуют с молекулами воды посредством водородной связи.
При прямом нагреве сахаров в присутствии минеральных концентрированных кислот, щелочей и некоторых солей (катализаторы), происходит комплекс реакций под названием карамелизации.

из пресыщенных растворов. Кристаллизация происходит с выделением теплоты. Кристаллы

сахарозы прозрачны и бесцветны. Кристаллы сахарозы имеют 3 оси с неправильными отрезами.

Кристаллы сахарозы построены из элементарных ячеек. В каждой ячейке заключены две молекулы сахарозы. Молекулы или касаются друг друга или располагаются с минимальным свободным объемом.

Схема размещения молекул сахарозы в ячейке в трех проекциях.

водородными и Ван-дер-Ваальсовыми связями.
Рост и развитие кристаллов от центра

неодинаков. Левый полюс развит лучше с хорошо выраженными гранями. Хотя вправо кристалл растет быстрее.
Влияют: пресыщение, температура, перемешивание, примеси
При быстром росте кристаллов происходит включение молекул несахаров в кристаллическую решетку – процесс инклюзии.
Включение раствора в трещины растущего кристалла с последующим закрытием их другими кристаллами – явление окклюзии.

за счет действия амилаз солода.
-Обладает таутомерностью
-Способна к муторации (посл.значение

уд.вращение +130,4о)
-Кристаллизуется с 1 молем Н2О
-Легко сбраживается
-Гидролизуется

хранении.
Способность к гидролизу используется в производстве сахара из сахарной

свеклы для увеличения выхода сахарозы. Для этого оттоки с высоким содержанием рафинозы (~7%) гидролизуют α-глюкозидазой при 50оС, что увеличивает выход сахарозы ~ на 4%.

вещества компоненты растительной клеточной ткани

картофеля (~20%), зернах кукурузы (~60%) и злаков (~80%).
В растениях

находится в виде микроскопических овальных зерен кристаллической структуры от 2 до 150 мкм (картофельный ~ 40-50 мкм, злаковый ~ 1015 мкм, рисовый ~2-8 мкм.

Природный крахмал содержит:
-96-97% полисахариды (гидролизующиеся до глюкозы)
-0,1-0,7% минеральных веществ (в основном фосфорной кислоты)
~0,6% высших жирных кислот
0,1-0,8% белка

которых D-глюкозидные звенья соединены α(1-4)связями. Молекулярная масса т 1000

до 500 000

по 12 остатков глюкозы. Главная цепь состоит из гликозидных

звеньев α(1-4), а ветви возникают примерно у каждого 12-го звена на точках α(1-6).
Число звеньев до 6000
Молекулярная масса до 1000000

набухают, связи между макромолекулами ослабевают, зерно распадается.
Раствор коллоидный (клейстеризация)

и очень вязкий.
2. Удельное вращение раствора +201,5-204,3о
3. Не проявляет восстановительных свойств
4. Гидролиз кислотами. Под действием Н-ионов происходит вначале разрыв связей между макромолекулами, а затем разрыв валентных гликозидных связей с присоединением на место разрыва молекулы воды. Вначале макромолекула распадается на короткие полисахариды (декстрины), а затем вплоть до глюкозы.

Скорость гидролиза крахмала зависит от концентрации кислоты, ее активности и температуры (145-150оС)
При этом гидролизуется и небольшое количество образующейся глюкозы (не более 0,7%, т.к. скорость гидролиза глюкозы ~в 300 раз ниже, чем скорость гидролиза крахмала)

глюкоамилаза).
α-амилаза разрывает только α(1-4)гликозидные связи в середине, образуя при

этом низкомолекулярные декстрины и мальтозы.
β-амилаза разрывает α(1-4)гликозидные связи последовательно от концов цепей, отщепляя по 2 остатка глюкозы.
Глюкоамилаза разрывает α(1-4) и α(1-6)глюкозидные связи, отщепляя от концов цепи по 1 остатку глюкозы.
На скорость влияют:
Концентрация амилаз
рН (оптимальное 5,5-7 (α-амилазы), 4,6-4,9 (β-амилазы), 4,5-4,6 (глюкоамилаза))
t (оптимальное 66оС (α-амилазы), 50-52оС (β-амилазы и глюкоамилаза))

Реверсия глюкозы. Часть глюкозы, образующейся при гидролизе крахмала, под действием кислоты может полимеризироваться с отнятием воды. Образуются смесь редуцирующих и нередуцирующих сахаридов, которые при добавлении воды в растворе могут гидролизоваться до глюкозы.

7. Коллоидные растворы крахмалов при длительном стоянии могут агрегировать и разрушаться из-за возникновения большого числа водородных связей между линейными макромолекулами. Образуется нерастворимый и недоступный для кислот и ферментов мелкокристаллический осадок. Этот процесс называется ретроградацией.

растений, соединяющее целлюлозу в клеточных стенках растений (в свекле

~2,5% от массы свеклы).

Свойства:
В холодной воде нерастворим
При повышении температуры под действием кислот, щелочей, ферментов гидролизуется на нерастворимую и растворимую фракции. Растворимая фракция – гидропектин.
Гидролиз зависит от температуры, рН, времени нагрева.

Пектиновые вещества используются для застудневания в кондитерской промышленности.

остатков D-галактуроновой кислоты, соединенных α(1-4) гликозидными связями. Водород в

карбоксильных группах частично замещен метоксильными (СН3О-)
Молекулярная масса 20000 - 25000

Пектин – сложный эфир полигалактуровой кислоты, метилового спирта и уксусной кислоты.

соединенных β(1-4) гликозидными связями.
Молекулярная масса 500000-1000000.


(C6H10O5)n
Находится в основной массе

клеточных стенок растений («скелет»).

Макромолекулы связаны водородными связями в пучки по ~ 60 молекул