شیمی قند و شکر

شیمی قند و شکر

به‌عنوان یک کالای اصلی خانگی و افزودنی رایج غذایی، بسیاری از ما وقتی این شیرینی شیرین را مطرح می‌کنیم، به مواد شیمیایی پشت شکر فکر نمی‌کنیم. در عوض، تصاویری از دانه‌های ریز، کریستالی یا مکعب‌های فشرده آن به ذهن خطور می‌کند. با این حال، شکر روزانه ای که به فنجان چای یا مخلوط شیرینی خود اضافه می کنید، در واقع تنها یکی از انواع قندهای موجود است. از نظر شیمیایی، این چاشنی ارزشمند به نام ساکارز شناخته می شود، از دو قند ساده تشکیل شده است و دارای فرمول شیمیایی C12H22O11 است.

شکر از چه مواد شیمیایی ساخته شده است؟

همه قندها کربوهیدرات هستند، به این معنی که از کربن، هیدروژن و اکسیژن تشکیل شده اند – اگرچه ساختار بسته به پیچیدگی قند متفاوت است. به عنوان مثال، قندهای پیچیده، مانند ساکارز، قند معمولی سفره، از دو قند ساده تشکیل شده اند: گلوکز و فروکتوز.

در این میان، انواع دیگر قندها ساختار و پیوندهای متفاوتی دارند و این بدان معناست که همه قندها از نظر شیمیایی یکسان نیستند. به عنوان مثال، بر خلاف ساکارز، لاکتوز از گلوکز و گالاکتوز تشکیل شده است، در حالی که انواع دیگر قندها، مانند مالتوز، حاوی دو مولکول گلوکز هستند.

شیمی  شکر بستگی به این دارد که شکر پیچیده یا ساده باشد

نام شیمیایی شکر چیست؟

بستگی داره! قندها حداقل 56 نام در زبان انگلیسی دارند. در حالی که این کمی عجیب به نظر می رسد، بیشتر این نام ها در واقع به یک چیز اشاره دارند و فقط بسته به اینکه شکر از کجا تهیه شده است تغییر می کنند. به عنوان مثال، فروکتوز در همه میوه‌ها یافت می‌شود، اما مشتقات شربت آن بسته به میوه‌هایی که از آن مشتق شده‌اند، می‌توانند نام‌های مختلفی داشته باشند، مانند شکر انگور. در مورد ساکارز نیز همین گونه است که بسته به ترکیب آن به صورت نیشکر، شکر کاستور، شکر سفید و شکر قهوه ای به بازار عرضه می شود.

تفاوت اصلی بین انواع مختلف قند در نحوه پردازش آنها است. به عنوان مثال، شکر قهوه ای کمتر از شکر سفید تصفیه شده است. شکر قهوه ای به دلیل فرآوری کمتر، حاوی مواد افزودنی و نگهدارنده کمتری نسبت به شکر سفید است که از نظر ترکیبی متفاوت و همچنین کمی «سالم تر» است.

از نظر شیمیایی، همه قندها به اجزای ساده تر خود قابل احیا هستند. این بدان معنی است که آنها می توانند مونوساکارید، دی ساکارید یا پلی ساکارید باشند. هفت قند ساده اصلی عبارتند از:

• گلوکز: این منبع اصلی انرژی در موجودات بیولوژیکی است. گلوکز یک قند ساده است که توسط سلول ها در طول چرخه تنفس سلولی استفاده می شود که دارای سه مرحله است: گلیکولیز، چرخه کربس (معروف به چرخه اسید سیتریک) و مرحله انتقال الکترون. در موجودات چند سلولی مانند انسان، انسولین برای جذب و استفاده سلول‌ها از گلوکز مورد نیاز است.
• دکستروز: دکستروز از ذرت گرفته می شود و کاربردهای پزشکی زیادی دارد، مانند درمان قند خون پایین و جلوگیری از کم آبی از طریق قطره دکستروز داخل وریدی. این قند از نظر شیمیایی با گلوکز یکسان است، اما تفاوت در نام برای تشخیص آن به عنوان محلول آبی گلوکز استفاده می شود.
• گالاکتوز: این یک مونوساکارید است که این بار از نظر فرمول با گلوکز یکسان است. تنها تفاوت در موقعیت یک گروه هیدروکسیل است که برای تغییر خواص شیمیایی و بیوشیمیایی قند کافی است.
• فروکتوز: فروکتوز نوعی قند ساده است که معمولا در میوه ها، سبزیجات و عسل یافت می شود. از آنجا که از منابع طبیعی مشتق شده است، اعتقاد بر این است که فروکتوز منبع سالم قند است. در واقع، مصرف بیش از حد این نوع قند می تواند بر کبد غلبه کند و از متابولیسم موثر فروکتوز جلوگیری کند.
• لاکتوز: این یک مولکول قند نسبتاً بزرگ است که معمولاً در شیر و سایر محصولات لبنی یافت می شود. لاکتوز از دو قند ساده تر تشکیل شده است: گلوکز و گالاکتوز. برای اینکه لاکتوز هضم و در روده ها جذب شود، آنزیمی به نام لاکتاز برای تقسیم دو قند موجود در آن ضروری است. برخی از افراد قادر به تولید لاکتاز نیستند، به همین دلیل عدم تحمل لاکتوز ایجاد می شود.
• مالتوز: این قند به نام شکر مالت نیز شناخته می شود و معمولا در غلات نشاسته ای، غلات، گندم، جو و آرد ذرت یافت می شود. مالتوز به دلیل تخمیر رازک در آبجو نیز یافت می شود. این یک دی ساکارید است که از دو واحد گلوکز با پیوند آلفا (α) تشکیل شده است.
• ساکارز: آشناترین نوع شکر ساکارز است. این همان چیزی است که ما در چای و قهوه خود استفاده می کنیم، و در حالی که به طور طبیعی در گیاهان تولید می شود، و رایج ترین منبع استخراج آن نیشکر است، همچنین یکی از تصفیه شده ترین قندهای موجود است. ساکارز یک دی ساکارید است زیرا از گلوکز و فروکتوز تشکیل شده است.

ساکارز شکر رومیزی است که آن را به یکی از رایج ترین و تصفیه شده ترین قندهای موجود تبدیل می کند

فرمول شیمیایی قند

فرمول شیمیایی شکر سفره، با نام ساکارز، C12H22O11 است، اما این فرمول بسته به نوع شکر تغییر می کند. این نشان می دهد که چگونه شیمی پشت شکر بسته به چیزی که با آن کار می کنید می تواند کمی متفاوت باشد.

قندها را می توان به دو دسته اصلی قندهای ساده و قندهای پیچیده تقسیم کرد. بنابراین فرمول شیمیایی یک قند با ساختار شیمیایی و انواع پیوندهای شیمیایی آن تعیین می شود. گفتنی است، قندها با ساختارهای مختلف را می‌توان با فرمول شیمیایی مشابهی مانند گالاکتوز و گلوکز شناسایی کرد. در اینجا چند قند رایج و فرمول شیمیایی آنها آورده شده است:

• گلوکز (C6H12O6): گالاکتوز و فروکتوز این فرمول را دارند اما ساختارهای متفاوتی دارند. به عنوان مثال، گلوکز و فروکتوز ساختارهای حلقه متفاوتی دارند، در حالی که ساختار گالاکتوز با گلوکز متفاوت است، زیرا گروه های عملکردی آن به طور متفاوتی در اطراف کربن چهارم جهت گیری می کنند.
• لاکتوز (C12H22O11): این همان فرمول مالتوز و ساکارز است. تفاوت ساختاری لاکتوز، مالتوز و ساکارز در این است که لاکتوز از یک مولکول گالاکتوز و یک مولکول گلوکز تشکیل شده است، در حالی که مالتوز از دو مولکول گلوکز و ساکارز از یک مولکول گلوکز و یک مولکول فروکتوز تشکیل شده است.

چه ماده شیمیایی برای آزمایش قند استفاده می شود؟

چند نوع معرف شیمیایی وجود دارد که می تواند برای تشخیص قند موجود در محلول استفاده شود. اینها به عنوان بخشی از یک آزمایش کیفی برای وجود یا عدم وجود قندها به طور کلی یا انواع خاصی از محلول ها استفاده می شوند.

معرف بندیکت رایج ترین مخلوط شیمیایی است که برای تشخیص قند در محلول استفاده می شود، اگرچه بیشتر برای تشخیص وجود گلوکز استفاده می شود. روش کار ساده است و شامل اعمال گرما به محلول قندی است که در حال آزمایش است. در صورت وجود گلوکز، رنگ معرف بندیکت از آبی به نارنجی تغییر می کند.

این معرف مخلوط پیچیده ای از کربنات سدیم، سیترات سدیم و پنتا هیدرات سولفات مس (II) است. نسبت های استاندارد برای این مخلوط عبارتند از:

• کربنات سدیم بدون آب: 100 گرم
• سیترات سدیم: 173 گرم
• پنتا هیدرات سولفات مس (II): 17.3 گرم

معرف بندیکت رایج ترین مخلوط شیمیایی است که برای تشخیص قند در محلول استفاده می شود

وقتی شکر را گرم می کنید چه اتفاقی می افتد؟

بسته به سطح حرارتی که اعمال می کنید، شکر یا تغییر فیزیکی/فاز یا تغییر شیمیایی می یابد. به عنوان مثال، ساکارز دارای نقطه ذوب 186 درجه سانتیگراد است. با این حال، این دما همچنین باعث شروع احتراق در ساکارز می شود، زیرا آب و دی اکسید کربن آزاد می شوند – بنابراین، اگر به سادگی می خواهید ساکارز را کاراملی کنید، باید فقط تا حدود 160 درجه سانتی گراد حرارت دهید.

گرما همچنین نقطه اشباع محلول قند را افزایش می دهد زیرا مولکول های موجود در حلال را تحریک می کند، به این معنی که قند بیشتری می تواند حل شود. به نوبه خود، فضای بیشتری برای مولکول های قند در دسترس می شود. اگر دما کاهش یابد، کریستال های قند در محلول فوق اشباع شده شروع به اصلاح می کنند.