Что такое глюкоза, получение глюкозы и ее свойства

Что такое глюкоза

Глюкоза – это моносахарид, простейший из углеводов. Вещество представляет собой важнейший источник энергии для человека. Встретить его можно в самых разных продуктах питания. Глюкоза необходима человеку для обеспечения нормального функционирования всех систем организма, но перебарщивать с ее количеством не стоит: избыток может негативно сказаться на состоянии здоровья.

Внешне вещество представляет собой кристаллический белый порошок без запаха, сладкий на вкус. Оно прекрасно растворяется в обычной воде, серной кислоте, хлориде цинка и реактиве Швейцера. В природе оно образуется в результате фотосинтеза растений, в лаборатории его производят посредством гидролиза целлюлозы и крахмала.

Сладость глюкозы вдвое меньше сладости сахарозы.

Молекула глюкозы

Наибольшее распространение глюкоза получила в кулинарии, ее также можно встретить в фармакологии. Препараты, изготовленные с добавлением глюкозы, используют для снятия интоксикации и определения наличия у пациента сахарного диабета и степени его тяжести.

Глюкоза принимает активное участие в регуляции метаболизма. Чувство голода – первый сигнал её недостатка в крови.

Польза глюкозы заключается в следующем:

• вещество поставляет энергию;
• помогает в борьбе со стрессовыми ситуациями и депрессией;
• глюкоза принимает активное участие в регулировании обмена веществ;
• поддерживает исправную работу сердца и сосудов;
• положительным образом сказывается на общем состоянии человека.

С греческого языка глюкоза переводится как «сладкий». Она известна ещё как декстроза или виноградный сахар. В продуктах питания глюкоза наиболее часто встречается во фруктовом соке.

История открытия

Глюкоза была открыта в начале XIX века английским врачом, химиком и философом Уильямом Праутом. Широкую известность данное вещество получило после того, как в 1819 году Анри Бракконо извлек его из древесных опилок.

Формула глюкозы и ее свойства

Формула глюкозы выглядит следующим образом:

C6H12O6

Молекулы могут существовать в линейной и в циклической форме. Вторая форма образуется из первой при воздействии гидроксильной группы.

Химические свойства

Одним из самых важных свойств глюкозы является ее способность к ферментативному брожению, то есть, распаду вещества на молекулы под воздействием длинного перечня ферментов. Так, брожение осуществляется в среде, где присутствуют ферменты, выделяемые дрожжевыми грибками и бактериями. По разновидности присутствующих ферментов различают следующие реакции:

• спиртовое брожение, в результате которого образуются этиловый спирт и углекислый газ;
• молочнокислое брожение, итогом которой являются масляная кислота, водород и углекислый газ;
• реакция глюкозы с гидроксидом меди;
• реакция «серебряного зеркала».

В организме человека глюкоза претерпевает сложные биохимические превращения. В их результате образуются углекислый газ и вода, при этом осуществляется выделение энергии.

Физические свойства

Глюкоза представляет собой бесцветный кристаллический порошок сладкого вкуса. Она хорошо растворима в воде, концентрированной серной кислоте, хлориде цинка и реактиве Швейцера.

Специфические свойства глюкозы

Большое значение имеют процессы брожения глюкозы, происходящие под действием органических катализаторов-ферментов (они вырабатываются микроорганизмами).
а) спиртовое брожение (под действием дрожжей):

б) молочнокислое брожение (под действием молочнокислых бактерий):

в) уксуснокислое брожение:

г) лимоннокислое брожение:

д) ацетон-бутанольное брожение:

Реакции глюкозы как альдегида

По альдегидной группе

Реакция «cеребряного зеркала»:

Окисление глюкозы гидроксидом меди(II) при нагревании в щелочной среде:

При действии бромной водой глюкоза также окисляется в глюконовую кислоту.

Окисление глюкозы азотной кислотой приводит к двухосновной сахарной кислоте:

Восстановление глюкозы в шестиатомный спирт сорбит:

Cорбит содержится во многих ягодах и фруктах.

Окисление альдегидной группы

Глюкоза как альдегид способна окисляться в соответствующую (глюконовую) кислоту и давать качественные реакции альдегидов.

Реакция со свежеполученным гидроксидом меди (II) при нагревании:

Восстановление альдегидной группы

Глюкоза может восстанавливаться в соответствующий спирт (сорбит):

Реакции глюкозы по спиртовым группам

Глюкоза взаимодействует с карбоновыми кислотами или их ангидридами с образованием сложных эфиров. Например, с ангидридом уксусной кислоты:

Как многоатомный спирт глюкоза реагирует с гидроксидом меди(II) с образованием ярко-синего раствора гликозида меди(II):

 Реакция брожения

Эти реакции протекают под действием особых биологических катализаторов белковой природы — ферментов. Из различных видов брожения отметим:

1. Спиртовое брожение

2. Молочнокислое брожение.

Реакции глюкозы как многоатомного спирта

Глюкоза дает качественную реакцию многоатомных спиртов — со свежеполученным гидроксидом меди (II), образуя ярко-синий раствор соединения меди (II).

Глюкоза, подобно спиртам, может образовать сложные эфиры.

Особенности процесса окисления глюкозы

В водном растворе глюкозы в динамическом равновесии находятся три ее изомерные формы:

• циклическая α-форма;
• линейная (альдегидная) форма;
• циклическая β-форма.

В установившемся динамическом равновесии больше всего β-формы (около 63 %), так как она энергетически предпочтительнее. Количество линейной формы очень мало (всего около 0.0026 %).

Динамическое равновесие можно сместить. При взаимодействии глюкозы с аммиачным раствором оксида серебра (при нагревании) количество ее альдегидной формы, которой в растворе очень мало, пополняется все время за счет циклических форм, и глюкоза полностью подвергается окислению до глюконовой кислоты.

Изомером альдегидоспирта глюкозы является кетоноспирт — фруктоза

Важно, что процесс окисления протекает постепенно, через последовательные стадии.

Строение молекулы

Как и все моносахариды, глюкоза является гетерофункциональным соединением (в состав молекулы входят несколько гидроксильных и одна карбоксильная группа). В случае глюкозы карбоксильной группой является альдегидная.

Общая формула глюкозы C6H12O6. Молекулы данного вещества имеют циклическое строение и два пространственных изомера альфа- и бета-формы. В твердом состоянии практически на 100% преобладает альфа форма. В растворе же более устойчива бета-форма (она занимает приблизительно 60%). Глюкоза является конечным продуктом гидролиза всех поли- и дисахаридов, то есть получение глюкозы происходит в подавляющем количестве случаев именно данным путем.

Функции глюкозы в организме

Осуществление процессов жизнедеятельности невозможно без достаточного энергетического запаса. Так же, как автомобилю нужно топливо, человеку нужна энергия, главным источником которой являются углеводы. Наиболее распространенным углеводом считается глюкоза. В чистом виде в обычных продуктах питания ее содержится немного. Большая часть глюкозы в организме человека образуется вследствие реакций, в процессе которых сахароза, фруктоза и крахмал преобразуются в источник энергии. В ходе окисления глюкозы происходит выброс большого количества энергии, которую задействуют все системы организма для обеспечения исправной работы. Кроме того, глюкоза крайне важна для клеток головного мозга. При ее нехватке наблюдается снижение умственной деятельности, ухудшение концентрации и способности к усваиванию информации.

Нахождение в природе

В особом виде глюкоза содержится почти во всех органах зелёных растений. Особенно её много в виноградном соке, поэтому глюкозу иногда называют виноградным сахаром. Мёд в основном состоит из смеси глюкозы с фруктозой.

В организме человека глюкоза содержится в мышцах, в крови (0.1 — 0.12 %) и служит основным источником энергии для клеток и тканей организма. Повышение концентрации глюкозы в крови приводит к усилению выработки гормона поджелудочной железы — инсулина, уменьшающего содержание этого углевода в крови. Химическая энер-гия питательных веществ, поступающих в организм, заключена в ко-валентных связях между атомами. В глюкозе количество потенциаль-ной энергии составляет 2800 кДж на 1 моль (то есть на 180 грамм).

Так как глюкоза легко усваивается организмом, её используют в ме-дицине в качестве укрепляющего лечебного средства при явлениях сердечной слабости, шоке , она входит в состав кровозаменяющих и противошоковых жидкостей. Широко применяют глюкозу в конди-терском деле (изготовление мармелада, карамели, пряников и т. д.), в текстильной промышленности в качестве восстановителя, в качестве исходного продукта при производстве аскорбиновых и гликоновых кислот, для синтеза ряда производных сахаров и т.д.

Большое значение имеют процессы брожения глюкозы. Так, напри-мер, при квашении капусты, огурцов, молока происходит молочно-кислое брожение глюкозы, так же как и при силосовании кормов. Ес-ли подвергаемая силосованию масса недостаточно уплотнена, то под влиянием проникшего воздуха происходит маслянокислое брожение и корм становится непригоден к применению.

На практике используется также спиртовое брожение глюкозы, на-пример при производстве пива.

Получение глюкозы

Главным способом получения моносахарида является гидролиз ди- и полисахаридов.

Гидролиз полисахаридов

Гидролиз полисахаридов – наиболее распространенный способ. В качестве полисахарида, как правило, выступает крахмал. Этот метод заслужил большую популярность в сфере промышленности. По назначению выделяют следующие разновидности глюкозы:

• кристаллическую;
• медицинскую;
• пищевую кусковую;
• брикетированную;
• порошкообразную;
• техническую.

В отдельную категорию выделяют глюкозно-фруктозные сиропы.

Кристаллическая разновидность вещества вырабатывается посредством глубокого гидролиза крахмала с последующей глубокой очисткой. Пищевая глюкоза применяется в производстве пищевых продуктов в качестве заменителя белого сахара. Техническая разновидность вещества используется в изготовлении кожи и искусственного волокна.

Гидролиз дисахаридов

Для получения глюкозы используют мальтозу или сахарозу. На одно из веществ воздействуют водой и температурой, вследствие чего в первом случае образуется чистая глюкоза, а во втором – глюкоза и фруктоза.

Молекулы и формулы глюкозы и фруктозы

Фотосинтез

В природе (во фруктах, ягодах и овощах) глюкоза образуется в результате фотосинтеза.

Применение глюкозы

В медицине глюкозу используют при интоксикации (это может быть как пищевое отравление, так и деятельность инфекции). В данном случае раствор глюкозы вводят внутривенно с помощью капельницы. Это значит, что в фармации глюкоза является универсальным антиоксидантом. Так же не малую роль данное вещество играет при обнаружении и диагностировании сахарного диабета. Здесь глюкоза выступает как стресс-тест.

В пищевой промышленности и кулинарии глюкоза занимает очень важное место. Отдельно же следует обозначить роль глюкозы в виноделии, пиво- и самогоноварении. Речь идет о таком методе как получение этанола брожением глюкозы. Рассмотрим подробно данный процесс.

Биологическое значение глюкозы, её применение

Глюкоза — необходимый компонент пищи, один из главных участников обмена веществ в организме, очень питательна и легко усваивается. При её окислении выделяется больше трети используемой в организме энергий ресурс — жиры, но роль жиров и глюкозы в энергетике разных органов различна. Сердце в качестве топлива используется жирные кислоты. Скелетным мышцам глюкоза нужна для “запуска”, а вот нервные клетки, в том числе и клетки головного мозга работают только на глюкозе. Их потребность составляет 20-30% вырабатываемой энергии.

Нервным клеткам энергия нужна каждую секунду, а глюкозу организм получает при приёме пищи. Глюкоза легко усваивается организмом, поэтому ее используют в медицине в качестве укрепляющего лечебного средства. Специфические олигосахариды определяют группу крови. В кондитерском деле для изготовления мармелада, карамели, пряников и т.д. Большое значение имеют процессы брожения глюкозы. Так, например, при квашении капусты, огурцов, молока происходит молочнокислое брожение глюкозы, также как и при силосовании кормов. На практике используется и спиртовое брожение глюкозы, например, при производстве пива.

Углеводы действительно самые распространенные органические вещества на Земле, без которых невозможно существование живых организмов. В живом организме в процессе метаболизма глюкоза окисляется с выделением большого количества энергии:

Значение глюкозы в жизни человека

Итак, имея определенное представление о данном веществе, его физических и химических свойствах, использовании в разных сферах промышленности, можно сделать вывод, что такое глюкоза. Получение ее из полисахаридов, уже дает понимание того, что, являясь главной составляющей всех сахаров, глюкоза представляет собой незаменимый источник энергии для человека. В результате метаболизма, из данного вещества образуется аденозинтрифосфорная кислота, которая и преобразуется в единицу энергии.

Но не вся глюкоза, которая поступает в организм человека идет на восполнение энергии. В состоянии бодрствования человек превращает лишь 50 процентов полученной глюкозы в АТФ. Остальное преобразуется в гликоген и скапливается в печени. Гликоген с течением времени разрушается, тем самым регулируя уровень сахара в крови. Количественно содержание данного вещества в организме – прямой показатель его здоровья. От количества сахара в крови зависит гормональное функционирование всех систем. Поэтому стоит помнить, что чрезмерное употребление данного вещества может привести к тяжелым последствиям.

Глюкоза на первый взгляд простое и всем понятное вещество. Даже с точки зрения химии её молекулы имеют достаточно простое строение, а химические свойства понятны и знакомы в быту. Но, несмотря на это, глюкоза имеет большое значение как для самого человека, так и для всех сфер его жизнедеятельности.

Суточная потребность в глюкозе

У каждого человека разная потребность в глюкозе. Для того, чтобы ее узнать, необходимо умножить массу тела на 2,6 грамм, в итоге вы получите вашу суточную норму. Однако существуют ситуации, когда этот показатель необходимо уменьшить или, наоборот, увеличить. Повысить количество потребляемой глюкозы рекомендуется в тех случаях, когда приходится много работать физически и умственно. Если вы ощущаете, что стали быстрее уставать, стоит увеличить количество потребляемой глюкозы. Уменьшить количество глюкозы необходимо в том случае, если вы ведете сидячий образ жизни. Если этого не сделать, у вас могут возникнуть проблемы с лишним весом.

Для взрослого человека весом 70 килограмм норма глюкозы составляет 185 грамм: 120 из них уходит на поддержание работы головного мозга, 35 грамм – на поперечно-полосатые мышцы и оставшиеся 30 грамм – на образование эритроцитов крови.

Польза и вред от глюкозы

Этот альдегид может быть применен в медицине при пищевом отравлении либо инфекциях. В данном случае его вводят при помощи капельницы внутривенным путем. Глюкоза является универсальным антитоксическим средством.

Растворы глюкозы применяются в качестве питательной среды для размножения кормовых дрожжей. Спиртовым брожением глюкозы получают пищевой этиловый спирт.

Реакция «серебряного зеркала» глюкозы используется при изготовлении зеркальных поверхностей и елочных украшений. В текстильной промышленности глюкоза используется для отделки тканей. Для всех этих целей глюкозу получают из крахмала, подвергая его гидролизу в присутствии минеральных кислот.

Глюкоза необходима для выработки энергии в организме, но при этом в прямом смысле токсична в случае передозировки. Поэтому организмом предусмотрены меры самозащиты.

При повышении глюкозы крови вырабатывается инсулин, который помогает клеткам ее усвоить. Лишнее оседает в печени и преобразуется в гликоген. Если избыток все еще остается, он резервируется в виде жира.

Что произойдет, если система даст сбой, и инсулин перестанет вырабатываться?

1. Клетки недоедают. Мозг получает сигналы о недостатке питания. Результат — чувство голода, тяга к сладкому.
2. В крови образуется каждый день повышенное количество глюкозы. Избыток гликогена может привести к развитию сахарного диабета и метаболического синдрома.
3. Развивается ожирение.
4. В тяжелых и запущенных случаях организм перестает справляться с функциями и наступает летальный исход от осложнений (переставших функционировать органов).

Поэтому, необходимо контролировать уровень глюкозы в крови на протяжении всей жизни. Особенно, если есть генетическая предрасположенность к диабетическим заболеваниям.

Ваша оценка?

Петр Иваныч

Возможно этот человек ответит на ваши вопросы

Задать вопрос