Cukry

Cukry

I. Czym są cukry?

Cukry, inaczej zwane cukrowcami, sacharydami, a często potocznie także węglowodanami (co jednak jest błędne), są to związki organiczne o ogólnym wzorze Cx(H2O)y. Można je także zdefiniować jako związki dwufunkcyjne zawierające grupę karbonylową oraz liczne grupy hydroksylowe

II. Określenie "węglowodany" i problemy z nim związane

Obecnie używanie określenia "węglowodany" jest niewskazane, jednak ma ono znaczenie historyczne. Powstała bowiem w XIX wieku, gdy chemicy przywiązywali duża wagę do wzorów sumarycznych. Stwierdzono, że wszystkie poznane cukry charakteryzowały się wzorem sumarycznym CM(H2O)n. Traktowano je jako "wodziany węgla", czyli węglowodany. Jest to jednak określenie mylące, ponieważ w toku dalszych badań poznano wiele związków należących do cukrów, a mających inne wzory sumaryczne (deoksycukry, aminocukry 1). Natomiast pewne popularne związki nie będące cukrami, jak na przykład kwas octowy 2 czy kwas mlekowy 3, mają wzory sumaryczne odpowiadające wzorowi węglowodanu.

III. Podział cukrów

Ze względu na budowę wyróżniamy dwa rodzaje cukrów:
a) Cukry proste, inaczej zwane monocukrami, o wzorze C6H12O6
1. Glukoza (cukier gronowy, wzór: C6H12O6)
Glukoza wytwarzana jest w procesie fotosyntezy z CO2 i wody przez rośliny zawierające zielony barwnik , pod wpływem światła (reakcja: 6 CO2+6H2O------------------- C6H12O6+6O2). W organizmach zwierzęcych powstaje w wyniku rozkładu cukrów pokarmowych ( głównie sacharozy i skrobi) i glikogenu wątrobowego. Glukoza może również powstawać w procesie glikoneogenezy z niektórych aminokwasów.
Właściwości glukowy:
-Pod wpływem enzymów ulega fermentacji alkoholowej i przekształca się w alkohol etylowy
-Ulegając fermentacji, wykazują własności redukujące wobec Cu(OH)2 i związków srebra
-Jest izomerem fruktozy
-Jest substancją białą
-Dobrze rozpuszcza się w wodzie
-Ma słodki smak
Występowanie glukozy: soki roślin np. winogron (stąd zwana cukrem gronowym_, miów pszczeli, krew (podstawowy jej węglowodan).
2. Fruktoza (cukier owocowy, wzór: C6H12O6):
Właściwości fruktozy:
-Jest najsłodsza spośród cukrów
-Substancja krystaliczna
-Ma słodki smak
-Dobrze rozpuszczalna w wodzie
Zastosowanie fruktozy: fruktoza to naturalny środek słodzący doskonale zastępujący cukier. Korzystnie wpływa na nasze samopoczucie, a także może mieć wpływ na zmniejszenie ryzyka chorób nowotworowych. Nieoceniona jest również w leczeniu niedomogi serca mięśniowego. Fruktoza, jako naturalny cukier, znalazła zastosowanie w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym oraz gospodarstwach domowych. Wykorzystując fakt, że fruktoza nie zwiększa bezpośrednio stężenia glukozy w krwi, zastosowano ją do słodzenia potraw przeznaczonych dla chorych na cukrzycę.
Występowanie fruktozy: występuje w soku wielu owoców (stąd zwana cukrem owocowym) i w miodzie pszczelim
b) Cukry złożone - dwucukry
1. Sacharoza (cukier krysztął, wzór: C12H22O11)
Sacharoza powstaje z buraków cukrowych i trzciny cukrowej.
Właściwości sacharozy:
-Pod wpływem wody rozpada się na glukozę i fruktozę
-Ma słodki smak
-Jest dobrze rozpuszczalna w wodzie
-Trudno rozpuszcza się w alkoholu
-Nie ma własności redukujących
-Łatwo ulega hydrolizie, np. w soku jelitowym.
Zastosowanie sacharozy: jest powszechnie stosowana w przemyśle spożywczym oraz farmaceutycznym (cukier inwertowany, melas).
Występowanie sacharozy: występuje w łodygach trzciny cukrowej i korzeniach buraka cukrowego.
2. Maltoza (cukier słodowy)
Właściwości maltozy:
-Jej cząsteczka składa się z dwóch cząsteczek glukozy połączonych wiązaniem O-glikozydowym.
-Po dołączeniu wody rozpadają się na cukry proste: glikozę i jej izomery
Występowanie Maltozy: maltoza występuje głównie w kiełkujących ziarnach zbóż.
3. Laktoza (cukier mlekowy, wzór: C12H22O11)
Laktoza otrzymywana jest z serwatki, nie fermentuje pod wpływem drożdży, bakterie w kwaśnym mleku przemieniają ją w kwas mlekowy. Zbudowana jest z D-galaktozy i D-glukozy. Nadaje słodkawy smak mleku i dla tego właśnie zwana jest cukrem mlekowym.
Właściwości laktozy:
-Proszek
-Bezbarwna lub biała
-Jest najmniej słodka
-Rozpuszczalny w wodzie
-Bezwonna
-Temperatura topnienia 225C
-Nie fermentuje pod wpływem drożdży
-Po dołączeniu wody rozpadają się na cukry proste: glikozę i jej izomery
Występowanie laktozy: występuje w mleku ssaków w stężeniu kilku procent.
c) Cukry złożone - wielocukry
1. Skrobia (wzór: (C6H12O5)n n- od kilkuset do kilkudziesięciu tysięcy)
Skrobia wytwarzana jest przez rośliny jako produkt asymilacji dwutlenku węgla i odkładana w ich komórkach jako materiał zapasowy. W procesie fotosyntezy powstaje polimeryzacji cukrów prostych (reakcja: (C6H10O5)n +nH2O----n C6H12O6).
Właściwości skrobi:
-Biała, bezpostaciowa substancja stała
-Bezwonna
-Bezsmakowa
-Po ogrzaniu pęcznieje, tworząc tzw. kleik skrobiowy (roztwór koloidalny skrobi)
-Słabo rozpuszcza się w zimnej wodzie
-Nie wykazuje właściwości redukcyjnych
-Pod wpływem kwasów zawartych w ślinie ulega hydrolizie
Występowanie skrobi: występuje w nasionach, bulwach, łodygach roślin.
2. Celuloza (błonnik)
Celuloza jest najważniejszym składnikiem wszystkich roślin, odgrywa w nich rolę szkieletu.
Właściwości celulozy:
-Biała, włóknista masa
-Bezsmakowa
-Bezwonna
-Nie rozpuszcza się w wodzie ani większości innych rozpuszczalników (zarówno organicznych, jak i nieorganicznych)
-Odporna na działanie chemikaliów
-Ulega hydrolizie pod wpływem enzymów tylko zwierząt przeżuwających oraz w glebie
Występowanie celulozy: występuje w drewnie, liściach, łodygach i innych częściach roślin, prawie we wszystkich warzywach, owocach i nasionach, chlebie razowym, otrębach i kiełkach pszenicy.
3. Glikogen (skrobia zwierzęca, (C6H10O5)n)
Glikogen jest magazynowany w wątrobie i mięśniach szkieletowych na drodze procesu glukogenezy lub glikoneogenezy. Pod wpływem adrenaliny glikogen oddziela pojedyncze cząsteczki glukozy (gliokogenoliza), które przedostają się z wątroby do krwi i następnie do tkanek, gdzie stanowią źródło energii.
Właściwości glikogenu:
-Postać bezbarwnego proszku
-Cząsteczki glikogenu posiadają silnie rozgałęzioną strukturę składającą się z krótkich łańcuchów liczących od 12 do 18 reszt glukozowych
Występowanie glikogenu: występuje głównie u zwierząt, szczególnie kręgowców.

IV. Znaczenie cukrów w przyrodzie

Cukry są bardzo rozpowszechnione w świecie organicznym, a w szczególności roślinnym. Służą głównie jako materiał budulcowy i zapasowy, źródło energii oraz intermediaty w szlakach metabolicznych (fosforanowe estry węglowodanów).

V. Znaczenie cukrów dla gospodarki

Cukry stanowią surowiec do produkcji:
-żywności (m.in. glukoza, sacharoza, skrobia)
-leków (m.in. glukoza, sacharoza)
-tkanin (m.in. glukoza, celuloza)
-papieru (celuloza)
-włókien sztucznych (m.in. celuloza)
-materiałów wybuchowych
-lustra i bańki choinkowe (glukoza)
-klej (skrobia)
-krochmal (skrobia)
-proch bezdymny (celuloza)
-lakiery (celuloza)