Glukoza na grčkom znači "slatko". U prirodi se nalazi u velikim količinama u sokovima od bobičastog i voćnog voća, uključujući i sok od grožđa, zbog čega se popularno naziva "vinski šećer".
Historija otkrića
Glukozu je početkom 19. veka otkrio engleski lekar, hemičar i filozof William Prout. Ova supstanca je postala nadaleko poznata nakon što ju je Henri Braccono izvukao iz piljevine 1819.
Fizička svojstva
Glukoza je bezbojni kristalni prah slatkog ukusa. Vrlo je rastvorljiv u vodi, koncentrovanoj sumpornoj kiselini, cink hloridu i Schweitzerovom reagensu.
Struktura molekula
Kao i svi monosaharidi, glukoza je heterofunkcionalno jedinjenje (molekul sadrži nekoliko hidroksilnih i jednu karboksilnu grupu). U slučaju glukoze, karboksilna grupa je aldehid.
Opšta formula glukoze je C6H12O6. Molekuli ove supstance imaju cikličnu strukturu i dva prostorna izomera alfa i beta oblika. U čvrstom stanju, skoro100% dominantna alfa forma. U rastvoru, beta oblik je stabilniji (zauzima oko 60%). Glukoza je krajnji proizvod hidrolize svih poli- i disaharida, odnosno do proizvodnje glukoze dolazi u velikoj većini slučajeva na ovaj način.
Dobijanje supstance
U prirodi, glukoza se formira u biljkama kao rezultat fotosinteze. Razmotrite industrijske i laboratorijske metode za dobivanje glukoze. U laboratoriju, ova supstanca je rezultat kondenzacije aldola. U industriji, najčešći način je dobijanje glukoze iz škroba.
Skrob je polisaharid čiji su monodijelovi molekuli glukoze. Odnosno, da bi se dobio, potrebno je polisaharid razgraditi na monodijelove. Kako se ovaj proces sprovodi?
Dobijanje glukoze iz škroba počinje činjenicom da se skrob stavi u posudu sa vodom i pomiješa (škrobno mlijeko). Zakuhajte drugu posudu vode. Vrijedi napomenuti da kipuće vode treba biti dvostruko više od uštirkanog mlijeka. Da bi se reakcija za proizvodnju glukoze završila, potreban je katalizator. U ovom slučaju, to je hlorovodonična ili sumporna kiselina. Izračunata količina se dodaje u posudu kipuće vode. Zatim se polako uliva skrobno mleko. U tom procesu je jako važno da ne dobijete pastu, ako se ipak stvori, treba nastaviti kuhati dok potpuno ne nestane. U prosjeku, kuhanje traje sat i po. Da bismo bili sigurni da je škrob potpuno hidroliziran, potrebno je provesti kvalitativnu analizureakcija. Odabranom uzorku se dodaje jod. Ako tekućina postane plave boje, tada hidroliza nije završena, ali ako postane smeđa ili crveno-smeđa, tada u otopini više nema škroba. Ali ovaj rastvor ne sadrži samo glukozu, već je dobijen uz pomoć katalizatora, što znači da i kiselina ima gde da bude. Kako ukloniti kiselinu? Odgovor je jednostavan: neutralizacijom čistom kredom i fino drobljenim porculanom.
Neutralizacija se testira lakmus papirom. Dobijeni rastvor se zatim filtrira. Stvar je mala: rezultirajuću bezbojnu tekućinu treba ispariti. Formirani kristali su naš krajnji rezultat. Sada razmislite o dobijanju glukoze iz škroba (reakcija).
Hemijska suština procesa
Ova jednačina za dobijanje glukoze je prikazana prije međuproizvoda - m altoze. M altoza je disaharid koji se sastoji od dva molekula glukoze. Jasno se vidi da su metode za dobijanje glukoze iz škroba i iz m altoze iste. Odnosno, u nastavku reakcije možemo staviti sljedeću jednačinu.
U zaključku, vrijedi sumirati potrebne uslove za uspješnu proizvodnju glukoze iz škroba.
Neophodni uslovi
- katalizator (hlorovodonična ili sumporna kiselina);
- temperatura (najmanje 100 stepeni);
- pritisak (atmosferski je dovoljan, ali povećanje pritiska ubrzava proces).
Ova metoda je najjednostavnija, sa visokim prinosom finalnog proizvoda i minimalnim troškovima energije. Alion nije jedini. Glukoza se takođe dobija iz celuloze.
Proizvedeno od celuloze
Suština procesa skoro u potpunosti odgovara prethodnoj reakciji.
Dato je pripremanje glukoze (formule) iz celuloze. Zapravo, ovaj proces je mnogo složeniji i energetski intenzivniji. Dakle, proizvod koji ulazi u reakciju je otpad drvoprerađivačke industrije, zdrobljen na frakciju, čija je veličina čestica 1,1 - 1,6 mm. Ovaj proizvod se prvo obrađuje sirćetnom kiselinom, zatim vodonik peroksidom, zatim sumpornom kiselinom na temperaturi od najmanje 110 stepeni i hidromodulu od 5. Trajanje ovog procesa je 3-5 sati. Zatim, dva sata, hidroliza se odvija sa sumpornom kiselinom na sobnoj temperaturi i hidromodulu 4-5. Nakon toga slijedi razrjeđivanje vodom i inverzija oko sat i po.
Metode kvantifikacije
Razmotrivši sve načine za dobijanje glukoze, trebalo bi da proučite metode njenog kvantitativnog određivanja. Postoje situacije kada u tehnološkom procesu treba da učestvuje samo rastvor koji sadrži glukozu, odnosno proces isparavanja tečnosti do dobijanja kristala je suvišan. Tada se postavlja pitanje kako odrediti koja je koncentracija date supstance u otopini. Rezultirajuća količina glukoze u otopini određena je spektrofotometrijskim, polarimetrijskim i hromatografskim metodama. Postoji i specifičnija metoda određivanja - enzimska (koristeći enzim glukozidazu). U ovom slučaju, proračun je već proizvod djelovanja ovogaenzim.
Korišćenje glukoze
U medicini se glukoza koristi za trovanje (ovo može biti i trovanje hranom i infekcija). U tom slučaju, otopina glukoze se primjenjuje intravenozno pomoću kapaljke. To znači da je u farmaciji glukoza univerzalni antioksidans. Također, ova supstanca igra važnu ulogu u otkrivanju i dijagnostici dijabetes melitusa. Ovdje glukoza djeluje kao stres test.
U prehrambenoj industriji i kulinarstvu, glukoza zauzima veoma važno mjesto. Posebno treba navesti ulogu glukoze u proizvodnji vina, piva i mjesečine. Govorimo o takvoj metodi kao što je proizvodnja etanola fermentacijom glukoze. Razmotrimo ovaj proces detaljno.
Dobijanje alkohola
Tehnologija dobijanja alkohola ima dve faze: fermentaciju i destilaciju. Fermentacija se, pak, provodi uz pomoć bakterija. U biotehnologiji se odavno uzgajaju kulture mikroorganizama koje vam omogućavaju da dobijete maksimalan prinos alkohola uz minimalno utrošeno vrijeme. U svakodnevnom životu, obični stoni kvasac se može koristiti kao pomoćnik reakcije.
Prvo, glukoza se rastvara u vodi. Korišteni mikroorganizmi se razblažuju u drugoj posudi. Nadalje, dobivene tekućine se miješaju, mućkaju i stavljaju u posudu s cijevi za odvod plina. Ova cijev je spojena na drugu (u obliku slova U). Krečna voda se sipa u sredinu druge cijevi. Kraj cijevi je zatvoren gumenim čepom sa šupljom staklenom šipkom, koja ima uvučeni kraj.
Ovokontejner se stavlja u termostat na temperaturi od 25-27 stepeni četiri dana. Zamućenje će se uočiti u epruveti sa krečnjačkom vodom, što ukazuje da je sa njom reagovao ugljen-dioksid. Čim se ugljični dioksid prestane oslobađati, fermentacija se može smatrati završenom. Slijedi korak destilacije. Laboratorija koristi refluks kondenzatore za destilaciju alkohola - uređaje u kojima hladna voda prolazi duž vanjskog zida, hladeći nastali plin i vraćajući ga nazad u tekućinu.
U ovoj fazi, tečnost u našoj posudi treba da se zagreje na 85-90 stepeni. Tako će alkohol ispariti, ali voda neće biti dovedena do ključanja.
Mehanizam za proizvodnju alkohola
Razmotrimo proizvodnju alkohola iz glukoze u jednačini reakcije: S6N12O6=2S2N5ON + 2SO2.
Dakle, može se primijetiti da je mehanizam za dobivanje etanola iz glukoze vrlo jednostavan. Štaviše, poznata je čovječanstvu vekovima i dovedena skoro do savršenstva.
Važnost glukoze u ljudskom životu
Dakle, imajući određeno razumijevanje ove supstance, njenih fizičkih i hemijskih svojstava, upotrebe u raznim industrijama, možemo zaključiti šta je glukoza. Dobivanje iz polisaharida već daje razumijevanje da je glukoza, kao glavna komponenta svih šećera, neophodan izvor energije za ljude. Kao rezultat metabolizma, iz ove supstance nastaje adenozin trifosforna kiselina, koja se pretvara u jedinicu energije.
Ali ne ide sva glukoza koja uđe u ljudsko tijelo da napuni energiju. U budnom stanju, osoba samo 50 posto primljene glukoze pretvara u ATP. Ostatak se pretvara u glikogen i skladišti u jetri. Glikogen se vremenom razgrađuje, čime se reguliše nivo šećera u krvi. Kvantitativno, sadržaj ove supstance u tijelu direktan je pokazatelj njegovog zdravlja. Hormonsko funkcionisanje svih sistema zavisi od količine šećera u krvi. Stoga je vrijedno zapamtiti da prekomjerna upotreba ove supstance može dovesti do ozbiljnih posljedica.
Glukoza je na prvi pogled jednostavna i razumljiva supstanca. Čak i sa stanovišta hemije, njegovi molekuli imaju prilično jednostavnu strukturu, a hemijska svojstva su jasna i poznata u svakodnevnom životu. Ali, uprkos tome, glukoza je od velike važnosti kako za samu osobu tako i za sve sfere njenog života.
