XVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Сахар или сахарозаменитель?

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Чинёнов А.Н. 1

---

1МБОУ СОШ 2

Иващенко Людмила Николаевна 1

---

1МБОУ СОШ 2

Работа в формате PDF

1.8 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение:

С раннего детства человек воспринимает сладкое, как что-то позитивное. Люди дарят подарки со сладостями внутри, лакомятся десертами в конце ужина, поощряют детей различными угощениями. Однажды человек задумается, сколько же он калорий потребил и навредил ли он своему организму, употребив большое количество сахаросодержащей продукции.

И тогда возникает вопрос «Можно ли найти замену сахару?». Казалось бы, «да», ведь в современном мире существует множество сахарозаменителей, на этикетках которых написано, что они абсолютно безвредны.

Могут ли сахарозаменители стать на место сахарозы в повседневной жизни человека?

Цель работы: разобраться в теме сахарозаменителей, изучить их влияние на организм человека, сравнить сахарозу с фруктозой и сорбитом, проверить: могут ли они (фруктоза и сорбит) заменить сахар в кулинарии.

Рабочая гипотеза: сахарозаменители могут занять место сахарозы как в повседневной жизни, так и в производстве продуктов.

Задачи:

Познакомиться с темой сахарозаменителей;

Изучить влияние сахарозаменителей на организм человека;

Опытным путем сравнить свойства сахарозы с фруктозой и сорбитом.

1. Виды сахарозаменителей и сравнение их с сахарозой.

Са́харозамени́тели — вещества и химические соединения, придающие пищевым продуктам сладкий вкус и применяемые вместо сахара и близких ему подслащивающих продуктов. Как правило, сахарозаменители имеют меньшую калорийность по сравнению с дозой сахара, необходимой для достижения той же интенсивности сладкого вкуса. ^[1]

Нынешние заменители сахара разрабатываются на основе последних достижений науки, выпускаются с использованием инновационных производственных технологий, что обеспечивает получение безопасных для здоровья сахарозаменителей. Главная особенность сахарозаменителей-они не содержат глюкозу, т.е. при употреблении в пищу не вызывают выработку инулина. Это позволяет использовать сахарозаменители для подслащивания продуктов людям, страдающим сахарным диабетом, ожирением и другими заболеваниями, при которых рекомендуется избегать «инсулиновый пиков».

Любой сахарозаменитель должен соответствовать следующим критериям:

Приятный сладкий вкус и отсутствие нежелательного послевкусия;

Безвредность для организма человека;

Отсутствие влияние на углеводный обмен;

Хорошая растворимость в воде;

Стойкость к кулинарной обработке (температуре).

Энергетическая ценность сахарозаменителей аналогична энергетической ценности сахара (4 ккал на 1 гр), но дозозависимая калорийность меньше. В отличии от сахара сахарозаменители метаболизируются в организме с меньшей потребностью в инсулине. ^[2]

Данную продукцию делят на собственно сахарозаменители и интенсивные подсластители.

К собственно сахарозаменителям относят фруктозу, сорбит и ксилит. К интенсивным сахарозаменителям относят химические вещества, не принимающих участия в обмене веществ, т.е. их калорийность — 0 ккал. Сюда входят цикламат, сукралоза, неогесперидин, тауматин, глицирризин, стевиозид и лактулоза. ^[1]

Рассмотрим некоторые свойства сахарозаменителей и сравним их со свойствами сахарозы.

1.1. Сахароза

Сахароза-дисахарид, состоящий из альфа-глюкозы и бета-фруктозы. Химическая формула сахарозы C₁₂H₂₂O₁₁.

Рисунок 1. Структурная формула сахарозы

Нахождение в природе. Сахароза является очень распространенным в природе дисахаридом: встречается во многих фруктах, плодах и ягодах. Особо велико ее содержание в сахарной свёкле и сахарном тростнике (используются в промышленном производстве сахара).

Физические свойства. В чистом виде сахароза— бесцветные моноклинные кристаллы. При застывании расплавленной сахарозы образуется аморфная прозрачная масса— карамель. Сахароза имеет высокую растворимость в воде. ^[3]

Роль в организме человека. Сахароза как углевод играет исключительно важную роль, являясь для человека основным источником легко утилизируемой энергии, необходимой для жизнедеятельности всех клеток тканей и органов, особенно мозга, сердца, мышц. Организмом человека сахароза усваивается полностью. При окислении 100 г сахарозы образуется 400 ккал энергии. Основная функция сахарозы в организме – накопление и выработка энергии, обезвреживание и удаление нежелательных веществ, регулирование жирового и белкового обмена. ^[4]

Рисунок 2. Внешний вид сахарозы

При избыточном потреблении сахароза становится причиной развития атеросклероза, гипертонической болезни, ишемической болезни сердца, развития аллергических реакций и нарушения работы иммунной системы.

Применение сахарозы. Пищевая индустрия: дисахарид используют как самостоятельный продукт питания (сахар), консервант (в высоких концентрациях), составной компонент кулинарных изделий, алкогольных напитков, соусов. Кроме того, из сахарозы получают искусственный мёд. Биохимия: полисахарид применяют как субстрат при получении (ферментации) глицерина, этанола, бутанола, декстрана, левулиновой и лимонной кислот. Фармакология: сахарозу (из сахарного тростника) используют при изготовлении порошков, микстур, сиропов, в том числе для новорожденных детей (для придания сладкого вкуса или консервации). Помимо этого, сахарозу в сочетании жирными кислотами, применяют как неионные детергенты (вещества, улучшающие растворимость в водных средах) в сельском хозяйстве, косметологии, при создании моющих средств. ^[6] (Таблица 1)

1.2. Фруктоза

Формула фруктозы C₆H₁₂O₆. Фруктоза является моносахаридом, а также изомером глюкозы.

Нахождение в природе. Из сахаров в природе распространена больше всего именно фруктоза. Встречается в индивидуальном состоянии, а также в составе дисахаридов (сахароза) и полисахаридов (инулин).

Рисунок 3.Структурная формула фруктозы

Роль в организме человека. В кровь фруктоза попадает через воротную вену, а затем переносится в печень, где преимущественно и накапливается. При повышенном потреблении она частично метаболизируется уже в слизистой кишечника, затем в печени превращается в глюкозу. Таким образом, при метаболизме фруктоза даёт преимущественно глюкозу, гликоген. Влияние фруктозы на уровень глюкозы в крови очень маленькое. Её гликемический индекс равен 32, что объясняется её частичным превращением в глюкозу в печени. Фруктоза слабо стимулирует секрецию инсулина и может проникать в клетки без его участия, поэтому она рекомендована как подсластитель для диабетиков.

Физические свойства. Фруктоза растворима в воде, ацетоне, метаноле, этаноле, ледяной уксусной кислоте. Её растворимость в воде выше, чем у других сахаров и составляет 4 г на 1 г воды при 25 °С.

Химические свойства. В щелочной среде изомеризуется в глюкозу. При нагревании в щелочных условиях получают молочную кислоту и другие вещества. Фруктоза — самый сладкий из природных сахаров. Кристаллическая фруктоза в 1,8 раза слаще кристаллической сахарозы. Это позволяет рассматривать фруктозу как перспективный подсластитель, который обеспечивает такую же сладость, как сахароза, но при этом имеет более низкую пищевую ценность. Сладость фруктозы в растворах зависит от температуры, pH и ее концентрации.

Применение фруктозы. Благодаря своим свойствам фруктоза широко используется как подсластитель. Её повышенная сладость и синергетическое действие с другими подсластителями позволяет добавлять в продукты меньше сахара, поэтому её часто используют в низкокалорийной пище. Фруктоза широко применяется в напитках (газированных, спортивных, низкокалорийных и т. д.), замороженных десертах, выпечке, консервированных фруктах, шоколаде, конфетах и молочных продуктах. (Таблица 1)

Рисунок 4. Внешний вид фруктозы

1.3. Сорбит

Сорбит-органическое соединение, шестиатомный спирт. Имеет сладкий вкус. Химическая формула сорбита C₆H₁₄O₆.

Рисунок 5. Структурная формула сорбита

Физические свойства. Бесцветные кристаллы со сладким вкусом. Сорбит хорошо растворим в воде, плохо растворим в холодном спирте.

Применение сорбита. Сорбит часто применяется как заменитель сахара, его можно встретить в диетических продуктах и диетических напитках. Примером этого служит жевательная резинка без сахара. Вещество является пищевым низкокалорийным подсластителем, так как позволяет обеспечить меньшее количество калорий/энергии для диетического питания — 2,6 килокалории на 1 грамм. Сладость меньше, чем у сахарозы на 40%. Используется в производстве аскорбиновой кислоты, в косметике и др. В пищевой промышленности добавка E420 (сорбит) используется как подсластитель, эмульгатор, комплексообразователь, текстуратор. Сорбитол может втягивать влагу из воздуха, что дает возможность продуктам на его основе долгое время оставаться свежими. Поэтому пищевая добавка E420 также используется в пищевой промышленности как влагоудерживающий агент. Часто сорбитовый сироп входит в состав кондитерских изделий без сахара, предназначенных в основном для людей больных сахарным диабетом. Кроме того, сорбитол встречается в рулетах, тортах, и других изделиях из теста.

При чрезмерном потреблении сорбит может привести к боли в животе, вздутию живота, диарее (от легкой до тяжелой). Избыточное потребление сорбита — более 20 г в день, например, в виде жевательной резинки без сахара, приводит к тяжелой диарее, вызывающей непреднамеренную потерю веса или даже требующей госпитализации. Сорбит обладает ярко выраженным слабительным действием, увеличивающимся пропорционально принятому в организм количеству, и применяется в качестве слабительного средства для лечения запоров в слабительных препаратах в виде шоколадок и конфет. ^[5] (Таблица 1)

Рисунок 6. Внешний вид сорбита

Таблица 1. Теоритическое сравнение сахарозы с фруктозой и сорбитом

После теоритического сравнения фруктозы и сорбита с сахарозой можно сделать вывод о том, что наиболее перспективным сахарозаменителем является сорбит, так как его калорийность меньше, чем у сахарозы и фруктозы, а также гликемический индекс сорбита равен 9, что делает его более безопасным для употребления людям, болеющим сахарным диабетом.

2. Практическое сравнение сахарозы, фруктозы, сорбита

Сравним некоторые свойства сахарозы с фруктозой и сорбитом.

Скорость и качество растворимости веществ в воде. Растворение происходило в воде, нагретой до 70 градусов. Для опыта я использовал 230 мл воды и 7 г (чайная ложка с горкой) каждого вещества. Время было засечено секундомером.

Результаты представлены в Таблице 2 и на Рисунке 7.

Рисунок 7. Сравнение скоростей и качества растворимости сахарозы, фруктозы, сорбита (синий фон-раствор сахарозы, зелёный фон-раствор фруктозы, фиолетовый фон-раствор сорбита)

Сравнение внешнего вида кристаллов сахарозы, фруктозы и сорбита.

Небольшое количество каждого вещества я поместил на поверхность. С помощью макролинзы и камеры телефона сфотографировал кристаллы веществ на близком расстоянии, чтобы сравнить их внешний вид.

Результаты представлены в Таблице 2 и на Рисунке 8.

Рисунок 8. Кристаллики веществ под макролинзой (синий фон-кристаллы сахарозы, фиолетовый фон- кристаллы сорбита, зеленый фон- кристаллы фруктозы)

Приготовление варений с использованием сахарозы и сахарозаменителей (фруктоза, сорбит)

Этапы приготовления яблочных варений:

Я взял 500 грамм яблок и 400 грамм каждого вещества (сахарозы, фруктозы, сорбита) для каждого варенья. (Рис. 9)

Рисунок 9.Слева направо: фруктоза (было взято 400 г), сорбит (было взято 400 г), яблоки (1500 г)

Измельчил яблоки на мелкие кубики. (Рис. 10)

Рисунок 10. Этап измельчения яблок

В кастрюлях подготовил сироп из сахарозы, фруктозы, сорбита. Для этого я использовал 400 г вещества и 100 мл воды. На среднем огне на протяжении 10 минут варил растворы веществ, получив сиропы. (Рис. 11)

Рисунок 11. Приготовление сиропов (слева направо) из сахарозы, фруктозы, сорбита

В готовые сиропы из сахарозы, фруктозы и сорбита добавил измельченные яблоки (по 500 г) и оставил их на час, чтобы фрукты впитали в себя сиропы. (Рис. 12)

Рисунок 12. Измельченные яблоки в сиропах

Еще раз довел до кипения сиропы (5 минут на среднем огне) и снова оставил их на час. (Рис. 13)

Рисунок 13. Приготовление яблочного варенья

После часа ожидания поместил варенья в холодное место для застывания.

Варенья готовы.

Результаты опыта представлены в Таблице 2 и на Рисунке 14.

Рисунок 14. Внешний вид варений из сахарозы (сверху), фруктозы (снизу слева), сорбита (снизу справа)

Таблица 2. Практическое сравнение сахарозы, фруктозы, сорбита

После практического сравнения фруктозы и сорбита с сахарозой можно сделать вывод о том, что в практических целях использовать фруктозу как заменитель сахарозы эффективнее, чем сорбит, так как она имеет большую растворимость в воде, а также придает изготавливаемым продуктам приятный запах и сладкий вкус.

Далее планирую отслеживать состояние продуктов в закрученных банках, чтобы сравнить способность сахарозы, фруктозы и сорбита консервировать пищевые продукты.

Вывод:

С каждым годом сахарозаменители приобретают все большую популярность среди людей. Употреблять эти вещества нужно осторожно, соблюдая суточную норму. В ином случае могут возникнуть различные отклонения в работе организма.

После теоритического сравнения фруктозы и сорбита с сахарозой узнали, что наиболее перспективным сахарозаменителем является сорбит, так как его калорийность меньше, чем у сахарозы и фруктозы, а также гликемический индекс сорбита равен 9, что делает его более безопасным для употребления людям, болеющими сахарным диабетом.

После практического сравнения фруктозы и сорбита с сахарозой сделали вывод о том, что в практических целях использовать фруктозу как заменитель сахарозы эффективнее, чем сорбит, так как она имеет большую растворимость в воде, а также придает изготавливаемым продуктам приятный запах и сладкий вкус.

На вопрос проекта «сахар или сахарозаменитель?» ответить точно нельзя, ведь сахароза стала для нас основным источником легкоусвояемых углеводов, и заменить ее будет трудно. Но с каждым годом человечество становится на шаг ближе к этой цели.

Список литературы:

[1] Фруктоза. — Текст : электронный // wikipedia : [сайт]. — URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D1%80%D1%83%D0%BA%D1%82%D0%BE%D0%B7%D0%B0#%D0%9F%D1%80%D0%B8%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5 (дата обращения: 18.11.2022).

[2] Сахарозаменители и подсластители. — Текст : электронный // rospotrebnadzor : [сайт]. — URL: http://cgon.rospotrebnadzor.ru/content/62/804 (дата обращения: 18.11.2022).

[3] Сахароза. — Текст : электронный // wikipedia : [сайт]. — URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B0%D1%85%D0%B0%D1%80%D0%BE%D0%B7%D0%B0#%D0%A5%D0%B8%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B5_%D1%81%D0%B2%D0%BE%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B0 (дата обращения: 18.11.2022).

[4] Сахар. — Текст : электронный // saharmag : [сайт]. — URL: http://saharmag.com/fix/sugar/preimushestva/ (дата обращения: 18.11.2022).

[5] Сорбит. — Текст : электронный // wikipedia : [сайт]. — URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BE%D1%80%D0%B1%D0%B8%D1%82 (дата обращения: 18.11.2022).

[6] Сахароза: применение и химические свойства. — Текст : электронный // foodandhealth : [сайт]. — URL: https://foodandhealth.ru/komponenty-pitaniya/saharoza/#sfery-primeneniya (дата обращения: 26.11.2022).