Введение
Инвертный сахарный сироп, также называемый инвертным сиропом, инвертным сахаром, простым сиропом, сахарным сиропом, сахарной водой, барным сиропом, сиропом USP или инверсией сахарозы, – это сиропообразная смесь моносахаридов глюкозы и фруктозы, полученная путем гидролитического расщепления дисахарида сахарозы. Оптическое вращение этой смеси противоположно вращению исходного сахара, отсюда и название «инвертный сахар». Он в 1,3 раза слаще обычного сахара, а продукты, содержащие инвертный сахар, лучше удерживают влагу и менее склонны к кристаллизации, чем продукты, в которых используется обычный сахар. Пекари, называющие его инвертным сиропом, часто предпочитают его другим подсластителям.
Inverted sugar syrup, also called invert syrup, invert sugar, simple syrup, sugar syrup, sugar water, bar syrup, syrup USP, or sucrose inversion, is a syrup mixture of the monosaccharides glucose and fructose, that is made by hydrolytic saccharification of the disaccharide sucrose. This mixture's optical rotation is opposite to that of the original sugar, which is why it is called an invert sugar. It is 1.3x sweeter than table sugar, and foods that contain invert sugar retain moisture better and crystallize less easily than do those that use table sugar instead. Bakers, who call it invert syrup, may use it more than other sweeteners.
Добавки
Коммерчески приготовленные ферментные каталитические растворы инвертируются при оптимальном pH для инверсии, равном 5.0. Инвертазу добавляют в количестве примерно 0,15% от веса сиропа, а время инверсии составляет около 8 часов. По завершении температуру сиропа повышают для инактивации инвертазы, но сироп концентрируют в вакуумном испарителе для сохранения цвета. Хотя инвертный сахарный сироп можно получить путем нагревания столового сахара в воде, реакцию можно ускорить добавлением лимонного сока, винного камня или других катализаторов, часто без заметного изменения вкуса. Обычный сахар можно быстро инвертировать, смешав сахар с лимонной кислотой или винным камнем в соотношении примерно 1000:1 по весу и добавив воду. Если вместо этого используется лимонный сок, содержащий около пяти процентов лимонной кислоты по весу, то соотношение становится 50:1. Такая смесь, нагретая и добавленная в другой продукт, предотвращает кристаллизацию, не придавая кислый вкус. Коммерчески приготовленные растворы, катализируемые соляной кислотой, могут быть инвертированы при относительно низкой температуре. Оптимальный pH для кислотно-каталитической инверсии составляет 2,15. С увеличением температуры инверсии время инверсии уменьшается. В кондитерском производстве и при изготовлении конфет винный камень обычно используется в качестве подкислителя, в типичных количествах от 0,15 до 0,25% от веса сахара. Использование винного камня придает сиропу медовый привкус.
Для ферментации
Все составляющие сахара (сахароза, глюкоза и фруктоза) поддерживают брожение, поэтому растворы инвертного сахара любого состава могут быть подвергнуты брожению. Сироп используется для поддержания жизнедеятельности микроорганизмов, которым необходим кислород, содержащийся в воде. Например, комбучу получают путем брожения инвертированного сахарного сиропа с чаем с использованием симбиотической культуры бактерий и дрожжей (SCOBY), а дрожжи в виноделии используются для спиртового брожения. Холодная вода способна растворять больше кислорода, чем теплая, но гранулированный сахар плохо растворяется в холодной воде. Вода в емкости с большой площадью дна способствует растворению сахарозы, которую достаточно периодически перемешивать несколько раз для получения однородного раствора. Также, при необходимости, можно использовать миксер или блендер для вращения сахара.
В других продуктах питания и продуктах
Мед, состоящий в основном из глюкозы и фруктозы, подобен инвертному сиропу и поэтому может оставаться жидким в течение более длительного времени. Варенье содержит инвертный сахар, образующийся в процессе нагревания и под воздействием кислотности фруктов. Этот сахар обеспечивает длительное хранение варенья. Золотой сироп – это сироп, содержащий около 55% инвертного сиропа и 45% обычного сахара (сахарозы). Начинка-фондан для шоколада уникальна тем, что в нее добавляется фермент инверсии, но он не активируется подкислением (корректировкой pH микросреды) или добавлением кофакторов, в зависимости от используемого фермента, до того, как изделие покрывается шоколадом. Эта очень вязкая (и, следовательно, пластичная) начинка со временем становится менее вязкой, приобретая желаемую кремообразную консистенцию. Это происходит из-за намеренно созданных неоптимальных условий для ферментов, достигаемых путем подавления факторов активации, что позволяет лишь части ферментов быть активными, или всем ферментам действовать с уменьшенной биологической скоростью [биологически это, как правило, комбинация обоих факторов: уменьшенное количество функциональных ферментов и снижение каталитической активности/скорости у тех, которые функционируют]. Яйца Cadbury Creme Eggs наполнены инвертным сахарным сиропом, полученным путем обработки фонданта инвертазой. Конфеты Sour Patch Kids также содержат инвертный сахар для придания сладкого вкуса.
Напитки с сахаром
Сироп инвертного сахара является основой для подслащенных напитков. Сладкий резерв – это винный термин, обозначающий определенную часть отобранной неферментированной виноградной массы, свободной от микроорганизмов, которую добавляют в вино для придания сладости. При брожении вина глюкоза ферментируется быстрее, чем фруктоза. Таким образом, остановка ферментации после значительного сбраживания сахаров приводит к вину, в котором остаточный сахар состоит преимущественно из фруктозы, в то время как использование сладкого резерва дает вино, в котором сладость обусловлена смесью глюкозы и фруктозы. Производители алкогольных напитков часто добавляют инвертный сахар при производстве напитков, таких как джин, пиво и игристые вина, для ароматизации. Канди-сахар, подобный инвертному сахару, используется в производстве бельгийского пива для повышения содержания алкоголя без существенного увеличения плотности пива; он часто встречается в стилях пива, известных как дуббель и трипель.
Воздействие воды
Молекулы воды не обладают хиральностью, поэтому не влияют на измерение оптического вращения. Когда плоскополяризованный свет входит в тело чистой воды, его угол не изменяется при выходе. Таким образом, для воды α = 0°. Химические вещества, как и вода, имеющие удельное вращение, равное нулю, называются "оптически неактивными" и, подобно воде, не требуют учета при расчете оптического вращения, кроме концентрации и длины оптического пути.
Смеси в целом
Общий оптический вращательный угол смеси химических веществ может быть вычислен, если известна доля количества каждого химического вещества в растворе. Если в растворе присутствует множество различных оптически активных химических веществ ("химических видов"), и молярная концентрация (количество молей каждого химического вещества на литр жидкого раствора) каждого химического вещества в растворе известна и записывается как (где – число, используемое для идентификации химического вида); и если каждый вид имеет удельное вращение (оптический вращательный угол этого химического вещества в чистом виде), то смесь имеет общий оптический вращательный угол, который рассчитывается по формуле: , где – мольная доля вида.
Полностью гидролизованная сахароза
Если предположить, что случайно не образуются дополнительные химические продукты (то есть не происходит побочных реакций), полностью гидролизованный раствор сахарозы больше не содержит сахарозы и представляет собой смесь, состоящую из равных частей глюкозы и фруктозы. Этот раствор имеет оптическое вращение.
Частично гидролизованная сахароза
Если раствор сахарозы был частично гидролизован, то он содержит сахарозу, глюкозу и фруктозу, а его угол оптического вращения зависит от относительного количества каждого из них в растворе; где , и обозначают сахарозу, глюкозу и фруктозу соответственно. Для использования этого уравнения не требуется знать конкретные значения , поскольку точку инверсии (процентное содержание сахарозы, которое необходимо гидролизовать для инвертирования раствора) можно вычислить на основе удельных углов вращения чистых сахаров. Стейхиометрия реакции (тот факт, что гидролиз одной молекулы сахарозы приводит к образованию одной молекулы глюкозы и одной молекулы фруктозы) показывает, что если раствор изначально содержит моль сахарозы и не содержит глюкозы и фруктозы, а затем гидролизуется моль сахарозы, то полученный раствор будет содержать моль сахарозы, моль глюкозы и моль фруктозы. Таким образом, общее количество молей сахаров в растворе равно , а степень завершения реакции (процент завершения реакции гидролиза) равна . Можно показать, что угол оптического вращения раствора является функцией (явно зависит от) этой степени завершения реакции. Если величина записана как , а реакция завершена, то угол оптического вращения, по определению, равен нулю градусов в точке инверсии; для определения точки инверсии, следовательно, альфа приравнивается к нулю, и уравнение преобразуется для нахождения . Это дает. Таким образом, установлено, что раствор сахарозы инвертируется, как только по крайней мере сахарозы гидролизуется до глюкозы и фруктозы.
By definition, equals zero degrees at the 'inversion point'; to find the inversion point, therefore, alpha is set equal to zero and the equation is manipulated to find This givesThus it is found that a sucrose solution is inverted once at least of the sucrose has been hydrolyzed into glucose and fructose.
Мониторинг хода реакции
Поддержание раствора сахарозы при температуре гидролиза приводит к гидролизу не более 85% содержащейся в нем сахарозы. Определение момента, когда r = 0,85, показывает, что оптическое вращение раствора после завершения гидролиза составляет −12,7°. Эту реакцию называют инверсией сахара, поскольку его конечное оптическое вращение меньше нуля. Поляриметр можно использовать для определения завершения инверсии, измеряя, достигает ли оптическое вращение раствора на ранней стадии реакции гидролиза значения −12,7°.