Хороший и плохой сахар: как работает сахароза, фруктоза и глюкоза
В последнее время все чаще можно услышать, что сахар — это «новая белая смерть». Но ведь это натуральный продукт? Как он может быть вредным и в чем его разница с фруктозой и глюкозой?
Сахароза, глюкоза и фруктоза — это три разных вида сахара, которые содержат одинаковое количество калорий. Все они натуральные и есть во фруктах, овощах, молочных продуктах и зернах различных культур, но их также добавляют во многие обработанные продукты (шоколад, печенье, торты и т.д.). Однако все три вида различаются по своей химической структуре, процессу переваривания организмом и тому, как они влияют на ваше здоровье. Для того чтобы разобраться во всех особенностях, рассмотрим каждый их них.
Сахара классифицируются как моносахариды и дисахариды. Последние состоят из двух связанных моносахаридов, поэтому попадая в организм они разделяются. Сахароза, которую мы знаем как тростниковый сахар, — это дисахарид, состоящий из одной молекулы глюкозы и одной молекулы фруктозы. Глюкоза — это моносахарид и один из самых распространенных источников энергии в живых организмах на планете, она является строительным блоком углеводов. Фруктоза, которую часто называют «фруктовым сахаром», тоже моносахарид. Загвоздка в том, что тело переваривает и поглощает моносахариды и дисахариды по-разному. Поскольку моносахариды уже находятся в своей простейшей форме, их не нужно расщеплять, прежде чем ваш организм сможет их использовать. Они всасываются в тонком кишечнике и попадают в наш кровоток.
Глюкоза после попадания в кровоток сразу поступает к клеткам нашего организма. Она очень быстро стимулирует высвобождение инсулина, который и помогает ей проникать непосредственно в клетки. Оказавшись внутри, глюкоза либо немедленно используется для создания энергии, либо превращается в гликоген, который хранится в мышцах и печени для дальнейшего использования. Когда уровень сахара в крови понижается, тело сигнализирует о том, что пора «доставать запасы», гликоген вновь превращается в глюкозу, создавая новую энергию.
Фруктоза повышает уровень сахара в крови медленнее, и не сразу влияет на уровень инсулина. Однако для того чтобы фруктоза принесла энергию в организм, она отправляется в печень, где перерабатывается в глюкозу. Этот орган может переработать лишь определенное количество фруктозы, поэтому когда ее очень много, повышается уровень триглицеридов в крови, которые являются энергетическим запасом, накапливающимся в клетках жировой ткани. Именно поэтому большое потребление фруктозы чревато ожирением.
Что касается сахарозы, то первым делом, попадая в организм, она должна быть расщеплена на глюкозу и фруктозу. Однако тут происходит заминка. Поскольку глюкоза уже успела дать энергию клеткам, фруктоза больше не нужна организму в таком количестве, поэтому практически вся она уходит в жировой энергетический запас. Избыток фруктозы создает нагрузку на печень, что может привести к ряду метаболических проблем. Несколько исследований показали вредное воздействие высокого потребления фруктозы, к ним относятся инсулинорезистентность, диабет 2 типа, ожирение, жировая болезнь печени и метаболический синдром. Поскольку фруктоза метаболизируется в печени подобно алкоголю, некоторые данные свидетельствуют о том, что она может вызывать аналогичное привыкание. Одно исследование показало, что этот процесс активирует путь вознаграждения в вашем мозге, что может привести к увеличению тяги к сахару. Врачи говорят, что нет необходимости избегать сахара, который содержится в цельных продуктах, таких как фрукты, овощи и молочная пища. Однако Всемирная организация здравоохранения рекомендует ограничить потребление дополнительного сахара до 5 — 10% от вашего ежедневного потребления калорий. Другими словами, если вы едите 2000 калорий в день, вам стоит потреблять не больше 25 — 50 грамм сахара.
Источник
4. Состав, свойства и функции углеводов
Углеводы — это природные органические соединения, содержащиеся во всех клетках живых организмов и выполняющие важные функции.
Молекулы углеводов состоят из атомов трёх элементов — углерода, водорода и кислорода. Состав большинства углеводов можно выразить формулой: C n ( H 2 O ) m . В состав производных углеводов могут входить и другие элементы. Так, в хитине содержатся ещё и атомы азота.
Глюкоза является главным источником энергии в клетках всех живых организмов.
Рибоза входит в состав важных химических соединений — РНК, АТФ, некоторых ферментов.
Олигосахариды содержат в молекулах от двух до десяти остатков моносахаридов. Молекулы дисахаридов образуются в результате соединения двух молекул моносахаридов. По свойствам они похожи на моносахариды: хорошо растворяются в воде, сладкие на вкус.
Сахароза состоит из остатков глюкозы и фруктозы. В растениях это вещество является растворимым запасным углеводом, а также продуктом фотосинтеза, который транспортируется от листьев к другим органам. Знакома всем как сахар (свекловичный или тростниковый).
Лактоза (молочный сахар) образована молекулами глюкозы и галактозы. Содержится в молоке.
Мальтоза (солодовый сахар) состоит из глюкозы. Образуется из крахмала при прорастании семян, является источником энергии для процесса прорастания.
Молекулы полисахаридов состоят из большого числа остатков моносахаридов. Эти вещества не имеют вкуса и не растворяются в воде.
Крахмал — запасной углевод растений. Его молекулы образованы остатками глюкозы, соединёнными в линейные или разветвлённые цепи.
Целлюлоза входит в состав клеточных стенок грибов и растений и придаёт им прочность. Молекулы целлюлозы тоже образованы остатками глюкозы, но они намного длиннее молекул крахмала. Целлюлоза не растворяется в воде и других растворителях.
Гликоген похож по строению на крахмал. Это запасной углевод у животных.
Хитин похож по строению на целлюлозу, но отличается наличием в его молекулах атомов азота.
1. Энергетическая функция углеводов заключается в том, что под влиянием ферментов происходит их расщепление и окисление с выделением энергии. Важно, что углеводы могут расщепляться как в присутствии кислорода, так и без него. Продуктами полного окисления этих веществ являются углекислый газ и вода.
2. Запасающая функция проявляется в накоплении излишков углеводов в клетках: у растений — крахмала, у животных и грибов — гликогена. При необходимости запасные углеводы расщепляются до глюкозы и используются клеткой для получения энергии.
3. Строительная функция заключается в том, что углеводы служат строительным материалом: целлюлоза входит в состав клеточных стенок растений, а хитин образует клеточные стенки грибов и кутикулу членистоногих. Эти же углеводы выполняют защитную функцию.
4. Сигнальная (рецепторная) функция состоит в том, что гликопротеины (комплексные соединения углеводов и белков), расположенные на поверхности клетки, воспринимают и передают в клетку сигналы из внешней среды.
Источник
Фруктоза
Большинство моносахаридов — бесцветные кристаллические вещества, прекрасно растворимые в воде. Каждая молекула моносахарида содержит несколько гидроксильных групп (группа -OH) и одну карбонильную группу (- C-O-H). Многие моносахариды очень трудно выделить из раствора в виде кристаллов, так как они образуют вязкие растворы (сиропы), состоящие из различных изомерных форм.
Самый известный моносахарид — виноградный сахар, или глюкоза (от греч. «гликис» — «сладкий»), СбН12Об.
Глюкоза принадлежит к классу альдегидоспиртов — соединений, содержащих гидроксильные и альдегидные группы. В молекуле глюкозы пять гидроксильных групп и одна альдегидная. Наличие этих группы в глюкозе можно доказать с помощью реакции «серебряного зеркала».
Формулу глюкозы обычно приводят в сокращённом виде:
*Названия многих сахаров оканчиваются на «-иза». Такая запись подразумевает не только глюкозу, но и семь изомерных сахаров — аллозу, альтрозу, маннозу, гулозу, идозу, галактозу, талозу, отличающихся пространственным расположением «-ОН» -групп и атомов водорода при различных атомах углерода.
С учётом расположения групп в пространстве формулу глюкозы правильнее изображать именно так.
Глюкоза (а также любой другой из семи изомерных ей сахаров) может существовать в виде двух изомеров, молекулы которых являются зеркальным отображением друг-друга.
Наличие глюкозы в каком-либо растворе можно проверить с помощью растворимой соли меди:
В щелочной среде соли меди (II-валентной) образуют с глюкозой ярко окрашенные комплексы (рисунок 1). При нагревании эти комплексы разрушаются: глюкоза восстанавливает медь до жёлтого гидроксида меди (I-валентной) CuОН, который превращается в красный оксид Сu2О (рисунки 2 и 3).
Фруктоза (фруктовый сахар) изомерна глюкозе, но в отличие от неё относится к кетоспиртам — соединениям, содержащим кетоновые и карбонильные группы
В щелочной среде её молекулы способны изомеризоваться в глюкозу, поэтому водные растворы фруктозы восстанавливают гидроксид меди (II-валентной) и оксид серебра Ag2O (реакция «серебряного зеркала»).
Фруктоза — самый сладкий из сахаров. Она содержится в мёде (около 40%), нектаре цветов, клеточном соке некоторых растений.
Сахароза (свекольный или тростниковый сахар) С12Н22О11 принадлежит к дисахаридам и образован из связанных остатков А-глюкозы и B-фруктозы. Однако сахароза в отличие от моносахаридов (А-глюкозы и B-фруктозы) не восстанавливает оксид серебра и гидроксид меди (2-валентный). В кислой среде сахароза гидролизуется — разлагается водой на глюкозу и фруктозу. Вот самый простой пример: сладкий чай кажется ещё более сладким, если положить в него ломтик лимона, хотя, конечно, и кислым одновременно. Это происходит благодаря присутствию лимонной кислоты, которая ускоряет распад сахарозы на глюкозу и фруктозу.
Если раствор сахарозы смешать с раствором медного купороса и добавить щелочь, то получим ярко-синий сахарат меди — вещество, в котором атомы металла связаны с гидроксильными группами углевода.
Молекулы одного из изомеров сахарозы — мальтозы (солодового сахара) состоят из двух остатков глюкозы. Этот дисахарид образуется в результате ферментативного гидролиза крахмала.
Молочный сахар
В молоке многих млекопитающих содержится другой дисахарид, изомерный сахарозе, — лактоза (молочный сахар). По интенсивности сладкого вкуса лактоза значительно (в три раза) уступает сахарозе.
Давайте получим молочный сахар. Этот сахар содержится и в молоке коровы (около 4,5 %) и в женском молоке (около 6,5%). Поэтому, если ребёнок кормится искусственно (не женским молоком, а коровьим), то такое молоко необходимо обогащать молочным сахаром.
Для получения молочного сахара нам потребуется молочная сыворотка – мутная жидкость, которая получается при отделении от молока белка и жира под действием специального фермента (сычужный фермент). Молочная сыворотка содержит незначительное количество белка, а также практически весь молочный сахар и минеральные соли.
Итак, в чашке, например из фарфора, будем кипятить на очень слабом огне 400 мл молочной сыворотки. В это время (в процессе кипячения) будет осаждаться оставшийся в сыворотке белок. После фильтрации белка продолжим кипячение, до момента кристаллизации молочного сахара. Когда завершите выпаривание жидкости, дайте кристаллам остыть. Затем нужно будет отделить молочный сахар.
Если требуется получить более чистый молочный сахар, тогда повторно необходимо растворить уже полученный сахар в горячей воде и повторить выпаривание.
После приготовления творога, обычно остаётся молочная сыворотка. Но она не пригодная к использованию, так как вместо молочного сахара содержит молочную кислоту.
Молочный бактерии, содержащиеся в молоке, приводят к его прокисанию. При этом молочный сахар превращается в молочную кислоту. При попытке её выпаривания, получается всё та же молочная кислота, только в концентрированном (безводном) состоянии.
Карамель
Если сахар попытаться нагреть, например, в чашке выше, чем его температура (190 °С), то можно заметить, что сахар начнёт постепенно терять воду и распадаться на составляющие компоненты. Таким компонентом является карамель. Все вы не раз пробовали и видели карамель — знаете как она выглядит — это очень вязкая жёлтоватая масса, которая очень быстро застывает при охлаждении. В процессе образования карамели часть молекул сахарозы расщепляется на уже известные нам компоненты — глюкозу и фруктозу. А они в свою очередь, теряя воду, также расщепляются:
Другая часть молекул, которая не распалась на глюкозу и фруктозу, вступает в реакции конденсации, в процессе которых образуются цветные продукты (карамель С36Н50О25 имеет ярко-коричневый цвет). Иногда для получения цветового эффекты эти вещества добавляют в сахар.
Перейти на английский
Sugar. Glucose. Fructose
Источник