Cukry: glukoza, sacharoza, skrobia i celuloza - Chemia Nowej Ery 8

1.Występowanie cukrów

Z cukrów produkuje się słodycze, np. lizaki, ciastka, cukierki. Naturalnie cukry występują m.in. w owocach i miodzie.

2.Badanie składu pierwiastkowego cukru

Cukier zwilżony stężonym roztworem kwasu siarkowego(VI) najpierw żółknie, a po kilku minutach pęcznieje i staje się czarny, czyli się zwęgla. Wniosek: składnikiem cukru jest węgiel.

3.Cukry (sacharydy)

Związki organiczne zbudowane z atomów węgla, wodoru i tlenu.

4.Rodzaje cukrów ze względu na budowę cząsteczek

Cukry proste (monosacharydy) mają od 3 do 8 atomów węgla w cząsteczce, np. glukoza, fruktoza. Cukry złożone dzielą się na oligosacharydy - z kilku (2-10) cukrów prostych, np. sacharoza, maltoza, laktoza, oraz polisacharydy - z wielu (ponad 10) cukrów prostych, np. skrobia, celuloza.

5.Glukoza i fruktoza - występowanie i wzór

Glukoza i fruktoza występują w wielu owocach, warzywach i kwiatach oraz w miodzie naturalnym. To cukry proste (monosacharydy) o takim samym wzorze sumarycznym $\ce{C6H12O6}$.

6.Właściwości glukozy i fruktozy

Glukoza i fruktoza to krystaliczne, bezwonne, bezbarwne substancje stałe o słodkim smaku, dobrze rozpuszczalne w wodzie. Dobra rozpuszczalność wynika z polarnej budowy ich cząsteczek. Biała barwa zależy od stopnia rozdrobnienia.

7.Fotosynteza

Wielostopniowy proces przyswajania tlenku węgla(IV) i wody przez rośliny zielone; produktami są cukry i tlen. Energię dostarcza światło słoneczne pochłaniane przez chlorofil: $\ce{6CO2 + 6H2O ->[{energia słoneczna, chlorofil}] C6H12O6 + 6O2}$.

8.Biologiczne utlenianie glukozy

Glukoza to podstawowe źródło energii dla organizmów. W komórkach stopniowo się utlenia i wydziela dużo energii: $\ce{C6H12O6 + 6O2 ->[{enzymy}] 6CO2 + 6H2O}$ + energia. To reakcja odwrotna do fotosyntezy. Gdy brakuje tlenu, powstaje znacznie mniej energii i czujemy zmęczenie.

9.Izomery

Związki chemiczne o takim samym wzorze sumarycznym, lecz różnych wzorach strukturalnych. Izomerami są np. glukoza, fruktoza i galaktoza (cukier wytwarzany w organizmach zwierząt).

10.Cukry proste według liczby atomów węgla

Triozy mają 3 atomy węgla ($\ce{C3H6O3}$), tetrozy - 4 ($\ce{C4H8O4}$), pentozy - 5 ($\ce{C5H10O5}$), a heksozy - 6, np. glukoza, fruktoza, galaktoza. Pentozy są składnikami kwasów nukleinowych DNA i RNA.

11.Hipoglikemia i hiperglikemia

Hipoglikemia to zbyt małe stężenie glukozy we krwi, np. przy długotrwałym głodzeniu się połączonym z wysiłkiem. Hiperglikemia to zbyt duże stężenie glukozy we krwi, występujące przy cukrzycy. Stężenie glukozy bada się glukometrem.

12.Zastosowania glukozy i fruktozy

Glukoza: słodzenie potraw dla niemowląt, produkcja witaminy C, barwienie skór i bielenie bawełny, lody i sztuczny miód; próba lustra srebrnego daje połysk bombek i luster. Fruktozą zastępuje się glukozę u diabetyków. Syrop glukozowo-fruktozowy (1 : 1) słodzi napoje i dżemy.

13.Sacharoza - występowanie

Sacharoza to nazwa systematyczna cukru używanego do słodzenia. Jest najbardziej rozpowszechnionym w przyrodzie disacharydem. Wchodzi w skład cukru trzcinowego (z łodyg trzciny cukrowej, brązowy) i buraczanego (z korzeni buraków cukrowych, biały).

14.Sacharoza - wzór i właściwości

Sacharoza to disacharyd (cukier złożony) o wzorze $\ce{C12H22O11}$. Jest bezbarwną, bezwonną substancją stałą o słodkim smaku, dobrze rozpuszczalną w wodzie, bo jej cząsteczki mają budowę polarną, tak jak woda.

15.Rozkład sacharozy w organizmie

W środowisku kwasowym sacharoza pod wpływem wody rozkłada się na cukry proste. Trawienie zaczyna się w jamie ustnej (enzymy śliny), a w żołądku zachodzi z udziałem enzymów, wody i kwasu chlorowodorowego: $\ce{C12H22O11 + H2O ->[{HCl(aq), enzymy}] C6H12O6 + C6H12O6}$ (glukoza i fruktoza).

16.Maltoza i laktoza

Maltoza (cukier słodowy) występuje w kiełkującym jęczmieniu i powstaje przejściowo przy trawieniu skrobi. Laktoza (cukier mlekowy) jest w mleku ssaków; otrzymuje się ją z serwatki. Laktoza, maltoza i sacharoza są izomerami.

17.Zastosowania sacharozy

Sacharozę stosuje się do słodzenia i konserwowania potraw, w cukiernictwie, w przemyśle spirytusowym, w farmacji (syropy na choroby górnych dróg oddechowych to stężony roztwór sacharozy) i w kosmetykach. Wytwarza się z niej też sztuczny miód.

18.Cukier z buraków cukrowych

Ojczyzną cukru są Indie, gdzie wytwarzano go z trzciny cukrowej. Do XIX wieku Europa korzystała tylko z importowanego cukru trzcinowego. Później wybrano burak cukrowy - uzyskano odmianę zawierającą do 25% sacharozy. Pierwsza na świecie cukrownia przerabiająca buraki powstała w Konarach na Dolnym Śląsku.

19.Miód

Głównymi składnikami miodu są glukoza i fruktoza, które powstają w organizmie pszczoły z sacharozy i wody (z udziałem enzymów i kwasu mrówkowego). Z czasem cukry w miodzie krystalizują; można temu zapobiec, trzymając miód w szczelnym naczyniu w 20-25 °C.

20.Skrobia - występowanie

Skrobia występuje naturalnie w ryżu, zbożach i ziemniakach; jest też w pieczywie i makaronach. Mąka ziemniaczana, używana do zagęszczania kisielu i budyniu, zawiera ponad 80% skrobi.

21.Celuloza - występowanie i rola w roślinach

Celuloza występuje we wszystkich roślinach jako składnik ścian komórkowych. Zapewnia łodygom trwałość i elastyczność oraz chroni je przed utratą wody. Dużo celulozy jest we włóknach bawełny (ok. 90%), lnu, konopi i juty; jest głównym składnikiem papieru.

22.Wzór skrobi i celulozy

Skrobia i celuloza to cukry złożone (polisacharydy) o wzorze $\ce{(C6H10O5)_{n}}$, gdzie n to duża liczba naturalna: dla skrobi n = 300-400, a dla celulozy n = 100-10 000.

23.Powstawanie skrobi

Rośliny wytwarzają glukozę w fotosyntezie. Cząsteczki glukozy łączą się ze sobą pod wpływem enzymów i tworzą skrobię - materiał zapasowy roślin: glukoza → skrobia.

24.Właściwości skrobi

Skrobia to biała substancja stała, bez zapachu, śliska w dotyku. Z zimną wodą tworzy zawiesinę, która we wrzącej wodzie pęcznieje i tworzy kleik skrobiowy.

25.Wykrywanie skrobi

Reakcją charakterystyczną skrobi jest reakcja z roztworem jodu (jodyną). Próbka zawierająca skrobię, np. kleik skrobiowy albo plasterek ziemniaka, barwi się na ciemnoniebiesko (granatowo).

26.Glikogen

Polisacharyd $\ce{(C6H10O5)_{n}}$, gdzie n > 1000, występujący w organizmach zwierząt i ludzi. Podobnie jak skrobia w roślinach, jest materiałem zapasowym.

27.Właściwości celulozy

Czysta celuloza to biała, włóknista substancja stała bez smaku i zapachu. Jej włókna nie rozpuszczają się w wodzie. Jest odporna na działanie związków chemicznych, co wykorzystuje się przy wyodrębnianiu jej z drewna.

28.Chityna

Polisacharyd będący odpowiednikiem celulozy w organizmach stawonogów i grzybów. Buduje pancerzyki owadów i ściany komórkowe grzybów.

29.Rozkład skrobi w organizmie i dekstryny

Pod wpływem kwasów i enzymów skrobia rozkłada się na glukozę: $\ce{(C6H10O5)_{n} + nH2O ->[{HCl(aq), enzymy}] nC6H12O6}$. Najpierw powstają dekstryny - pośrednie produkty rozkładu skrobi, z których dopiero tworzy się glukoza.

30.Trawienie celulozy

Organizm człowieka nie trawi celulozy, więc nie może ona być dla niego pokarmem. Krowy i inne przeżuwacze oraz termity trawią celulozę dzięki mikroorganizmom wytwarzającym potrzebne enzymy.

31.Błonnik pokarmowy

Polisacharydy, których nie trawi organizm człowieka, np. celuloza. Błonnik reguluje pracę jelit (przesuwanie treści pokarmowej) i wiąże niektóre substancje toksyczne, nie dopuszczając ich do krwi; obniża też stężenie glukozy we krwi. Dużo go w otrębach, chlebie razowym, warzywach i owocach.

32.Zastosowania skrobi i celulozy

Skrobia: zagęszczanie potraw (kisiel, budyń, dania mrożone), cukiernictwo, przemysł spirytusowy, wykańczanie tkanin, zasypki dla dzieci, biodegradowalne tworzywa. Celuloza: produkcja papieru, nici z lnu i bawełny, tworzywa sztuczne, kleje, lakiery, produkcja serów.