ساکارز (Sucrose) چیست؟

ساکارز یا قند معمولی یکی از مهم‌ترین کربوهیدرات‌های طبیعی است که در نیشکر، چغندر قند، برخی میوه‌ها و گیاهان یافت می‌شود. این ماده همان شکری است که معمولاً در خانه برای شیرین کردن چای، قهوه و غذاها استفاده می‌کنیم. دارای فرمول شیمیایی ​\( C_{12}H_{22}O_{11} \)​با جرم مولی 342 گرم برمول است .

ساختار مولکولی

ساکارز یک دی‌ساکارید (Disaccharide) است؛ یعنی از اتصال دو مونوساکارید تشکیل شده است ، گلوکز (Glucose) و فروکتوز (Fructose)  این دو قند توسط یک پیوند گلیکوزیدی α(1→2) به یکدیگر متصل شده‌اند. نمای ساده این تشکیل به این صورت است :    Glucose + Fructose → Sucrose + H₂O

در تشکیل این پیوند، یک مولکول آب حذف می‌شود که به آن واکنش تراکمی (Condensation Reaction) می‌گویند.

هیدرولیز ساکارز

در حضور اسید یا آنزیم سوکراز : ​\( C_{12}H_{22}O_{11}+H_{2}O(l)\to 2C_{6}H_{12}O_{6}(aq) \)​ که فراورده های این واکنش ، قندهای گلوکُز و فروکتوز است که به مخلوط حاصل ، «قند وارونه invert sugar  ) نیز می گویند . یاد آوری کنیم که :آنزیم سوکراز (Sucrase) آنزیمی است که در سطح سلول‌های رودهٔ کوچک وجود دارد و ساکارز را با افزودن یک مولکول آب به دو قند ساده گلوکز و فروکتوز تجزیه می‌کند. این آنزیم نقش مهمی در هضم قند خوراکی و جذب انرژی از غذا دارد؛ کمبود آن می‌تواند باعث نفخ، اسهال و ناراحتی گوارشی پس از مصرف مواد شیرین شود.

سوختن (احتراق)

این واکنش مقدار زیادی انرژی آزاد می‌کندو فراورده های آن بخار آب و کربن دی اکسید است . ​\( C_{12}H_{22}O_{11}+12O_{2}(g) \xrightarrow{\hspace{2cm}} 12CO_{2} (g)+12H_{2}O(g) \)​

کربنیزه شدن

اگر ساکارز را با سولفوریک اسید غلیظ مخلوط کنیم ، محلول اسید غلیظ آب را از مولکول ساکارز خارج می‌کند و ستون سیاه کربن ایجاد می‌شود .​این آزمایش از معروف‌ترین آزمایش‌های شیمی آلی است.

\( C_{12}H_{22}O_{11}(s) \xrightarrow{\hspace{1cm}}12C(s)+11H_{2}O(l) \)​

 کاراملی شدن

کاراملی شدن ساکارز (Sucrose Caramelization) فرایندی شیمیایی است که هنگام گرم کردن شکر معمولی (ساکارز) در دماهای بالا رخ می‌دهد و باعث ایجاد رنگ قهوه‌ای، عطر و طعم ویژهٔ کارامل می‌شود.

Sucrose → Caramel + ترکیبات معطر  ، این واکنش مسئول رنگ قهوه‌ای کارامل، شیرینی‌ها و برخی غذاهای پخته است.

مراحل کاراملی شدن ساکارز

ذوب شدن 

ساکارز در حدود 160 درجه سانتی‌گراد ذوب می‌شود. در این مرحله هنوز تغییر رنگ قابل توجهی مشاهده نمی‌شود.

تجزیه 

با ادامهٔ حرارت، ساکارز به گلوکز و فروکتوز تجزیه می‌شود.این قندهای ساده نسبت به ساکارز ناپایدارتر هستند و سریع‌تر واکنش می‌دهند.

آب‌گیری (Dehydration)

مولکول‌های قند آب از دست می‌دهند. ترکیباتی مانند هیدروکسی‌متیل‌فورفورال (HMF) و سایر مشتقات فورانی تشکیل می‌شوند. در محدودۀ دمایی 160 تا 170 شورع به ذوب شدن و ایجاد رنگ زرد می شود و تقریباً در دمای 180 درجه رنگ طلایی به خود گرفته و دارای عطر می شود . در محدودۀ دمایی 180 تا 190 درجه رنگ کهربایی و طعم غنی به خود می گرد اما در دمای بالاتر از 200 درجه سلسیوس رنگ تیره با طعم تلخ و سوختگی به خود می گیرد .

عوامل مؤثر بر کاراملی شدن

دما: مهم‌ترین عامل است.زمان حرارت‌دهی: هرچه بیشتر باشد، رنگ و طعم شدیدتر می‌شود. pH: محیط قلیایی سرعت کاراملی شدن را افزایش می‌دهد.

رطوبت: وجود آب می‌تواند سرعت افزایش دما را کاهش دهد و فرایند را کندتر کند.

تفاوت کاراملی شدن با واکنش میلارد

کاراملی شدن فقط به قندها نیاز دارد، اما واکنش میلارد بین قندهای احیاکننده و اسیدهای آمینه یا پروتئین‌ها رخ می‌دهد. کاراملی شدن به دمای بالاتر ولی واکنش میلارد به دمای پایین تر نیاز دارد . کاراملی شدن بدون نیاز به پروتئین ولی واکنش میلارد به پروتئین یا اسید آمینه نیاز دارد .

واکنش میلارد (Maillard Reaction) یکی از مهم‌ترین واکنش‌های شیمیایی در مواد غذایی است که بین قندهای کاهنده (مانند گلوکز و فروکتوز) و گروه‌های آمینی موجود در اسیدهای آمینه، پپتیدها یا پروتئین‌ها رخ می‌دهد. این واکنش معمولاً در اثر حرارت دادن غذا اتفاق می‌افتد و باعث ایجاد رنگ قهوه‌ای، عطر و طعم مطلوب در بسیاری از غذاها می‌شود. هنگامی که نان را در توستر قرار می‌دهید، رنگ قهوه‌ای طلایی و بوی خوش نان برشته عمدتاً نتیجهٔ واکنش میلارد است، نه سوختن نان.

پلیمریزه شدن و تشکیل رنگ

مولکول‌های حاصل با یکدیگر واکنش داده و ترکیبات بزرگ‌تر قهوه‌ای‌رنگ تشکیل می‌دهند.این مواد به نام‌های کاراملان (Caramelan)، کاراملن (Caramelen) و کاراملین (Caramelin) شناخته می‌شوند.

 تخمیر

ابتدا ساکارز هیدرولیز شده و به گلکز و فروکتوز تبدیل می‌شود، سپس در اثر تاثیر مخمّر به اتانول و کربن دی اکسید تبدیل می شوند که این واکنش در تولید نان و نوشیدنی های تخمیری اهمیت دارد .

​\( C_{6}H_{12}O_{6}(s) \xrightarrow{\hspace{1cm}}2C_{2}H_{5}OH(aq)+2CO_{2}(g) \)​

 چرا ساکارز یک قند کاهنده نیست؟

قندهای کاهنده می‌توانند با محلول فهلینگ یا تولنس واکنش دهند. در ساکارز، هر دو کربن آنومری گلوکز و فروکتوز در پیوند گلیکوزیدی شرکت کرده‌اند؛ بنابراین با محلول فهلینگ واکنش نمی‌دهد. با محلول تولنس واکنش نمی‌دهد.

نقش ساکارز در بدن انسان

بعد از این که ساکارز در بدن انسان به فروکتوز و گلوکز تبدیل می شود ، توسّط آنزیم سوکراز در روده کوچک تجزیه می شود . گلکز منبع اصلی انرژی سلول ها ، سوخت مغز و سوخت عضلات است . و در کنار آن فروکتوز در کبد متابولیزه می شود ارزش غذایی هر گرم ساکارز در حدود 4 کیلوکالری است . مزایای مصرف متعادل ساکارز می تواند : تامین سریع انرژی ، کمک به فعالیّت مغز ، بهبود عملکرد عضلات در فعالیت های شدید و افزایش ذخایر گلیکوژن باشد . اما مصرف بیش از حد آن می تواند عوارضی مثل پوسیدگی دندان ، چاقی ، مقاومت به انسولین و کبدچرب و بیماری های قلبی عروقی باشد .

مهم ترین منابع آن می تواند : نیشکر ، چغندر قند ، آناناس ، انبه ، هویج و برخی میوه‌ها و سبزیجات باشد . این ماده فراوان‌ترین دی‌ساکارید طبیعی است.

فروکتوز حدود 1.7 برابر شیرین‌تر از ساکارز است.لاکتوز تنها حدود 16٪ شیرینی ساکارز را دارد.در گیاهان نقش مهمی در انتقال انرژی از برگ‌ها به سایر اندام‌ها ایفا می‌کند.

کاربردهای صنعتی

غذایی : شیرینی ، شکلات ، نوشابه
دارویی : شربت‌ها ، قرص‌های جویدنی
تخمیری : تولید اتانول
زیست‌فناوری :محیط‌ های کشت میکروبی