Jarabe de azúcar invertido

Mezcla comestible de glucosa y fructosa, obtenida de la hidrólisis de sacarosa.

Compuesto químico

Jarabe denso de azúcar invertido (Trimoline)

El jarabe de azúcar invertido , también llamado jarabe invertido , azúcar invertido , ^[1] jarabe simple , jarabe de azúcar , agua azucarada , jarabe de barra , jarabe USP o inversión de sacarosa , es una mezcla de jarabe de los monosacáridos glucosa y fructosa , que se elabora mediante hidrolisis. sacarificación del disacárido sacarosa . La rotación óptica de esta mezcla es opuesta a la del azúcar original, por eso se le llama azúcar invertido .

Es 1,3 veces más dulce que el azúcar de mesa , ^[2] y los alimentos que contienen azúcar invertido retienen mejor la humedad y cristalizan con menos facilidad que aquellos que usan azúcar de mesa. Los panaderos , que lo llaman jarabe invertido , pueden usarlo más que otros edulcorantes . ^[3]

Producción

Aditivos

Las soluciones catalizadas con enzimas preparadas comercialmente se invierten a 60 °C (140 °F). El pH óptimo para la inversión es 5,0. Se añade invertasa a razón de aproximadamente el 0,15% del peso del jarabe y el tiempo de inversión será de aproximadamente 8 horas. Cuando se completa, se eleva la temperatura del almíbar para inactivar la invertasa, pero el almíbar se concentra en un evaporador al vacío para conservar el color. ^[4]

Aunque el jarabe de azúcar invertido se puede preparar calentando azúcar de mesa solo en agua, la reacción se puede acelerar agregando jugo de limón , crémor tártaro u otros catalizadores , a menudo sin cambiar notablemente el sabor. El azúcar común se puede invertir rápidamente mezclando azúcar y ácido cítrico o crémor tártaro en una proporción de aproximadamente 1000:1 en peso y agregando agua. Si en su lugar se utiliza jugo de limón , que contiene aproximadamente un cinco por ciento de ácido cítrico en peso, la proporción será de 50:1. Esta mezcla, calentada a 114 °C (237 °F) ^[5] y agregada a otro alimento, evita la cristalización sin tener un sabor amargo.

Las soluciones catalizadas con ácido clorhídrico preparadas comercialmente se pueden invertir a una temperatura relativamente baja de 50 °C (122 °F). El pH óptimo para la inversión catalizada por ácido es 2,15. A medida que aumenta la temperatura de inversión, el tiempo de inversión disminuye. ^[4] Luego se les aplica una neutralización del pH cuando se alcanza el nivel deseado de inversión. ^{[6] [7]}

En la confitería y la elaboración de dulces , el crémor tártaro se utiliza comúnmente como acidulante, con cantidades típicas en el rango de 0,15 a 0,25% del peso del azúcar. ^[8] El uso de crémor tártaro imparte un sabor parecido a la miel al almíbar. ^[7] Una vez completada la inversión, se puede neutralizar con bicarbonato de sodio utilizando un peso del 45% del peso del crémor tártaro. ^{[9] [10]}

Para fermentación

Todos los azúcares constituyentes (sacarosa, glucosa y fructosa) favorecen la fermentación , por lo que se pueden fermentar soluciones de azúcar invertido de cualquier composición.

El jarabe se utiliza para alimentar la vida microbiológica, que requiere oxígeno que se encuentra en el agua. Por ejemplo, la kombucha se produce fermentando jarabe de azúcar invertido con té utilizando un cultivo simbiótico de bacterias y levaduras ( SCOBY ), y la levadura en la elaboración del vino se utiliza para la fermentación del etanol . El agua fría puede contener más oxígeno disuelto que el agua tibia, pero el azúcar granulada no se disuelve fácilmente en agua fría.

El agua en un recipiente con una superficie de fondo amplia mejora la solubilidad de la sacarosa, que sólo hay que mezclar unas pocas veces periódicamente para formar una solución homogénea. Además, se puede utilizar una batidora o licuadora para rotar el azúcar, por turnos, si es necesario.

En otros alimentos y productos

Dos huevos Cadbury Creme , uno abierto para mostrar el relleno de fondant , que utiliza jarabe de azúcar invertido como ingrediente clave.

• La miel , que es principalmente una mezcla de glucosa y fructosa, es similar al jarabe invertido y, por lo tanto, puede permanecer líquida durante períodos de tiempo más largos.
• La mermelada contiene azúcar invertido formado por el proceso de calentamiento y el contenido ácido de la fruta. Este azúcar conserva la mermelada durante largos periodos de tiempo.
• El almíbar dorado es un almíbar compuesto aproximadamente por un 55% de almíbar invertido y un 45% de azúcar de mesa (sacarosa).
• El relleno de fondant para chocolates es único porque la enzima de conversión se agrega, pero no se activa mediante acidificación (ajuste del pH del microambiente) o adición de cofactor dependiendo de las enzimas, antes de que el relleno se cubra con chocolate. El relleno muy viscoso (y por tanto moldeable) se vuelve menos viscoso con el tiempo, dando la consistencia cremosa deseada. Esto es el resultado de las condiciones subóptimas de las enzimas creadas deliberadamente al retener los factores de activación, lo que permite que solo una fracción de las enzimas esté activa, o permite que todas las enzimas avancen a solo una fracción de la velocidad biológica [biológicamente, en realidad es una combinación de ambos: un número reducido de enzimas funcionales, y las que funcionan tienen cinéticas/tasas catalíticas reducidas].
• Los huevos Cadbury Creme están rellenos de jarabe de azúcar invertido que se produce procesando fondant con invertasa. ^{[11] [12]}
• Sour Patch Kids también contiene azúcar invertida para agregar un sabor dulce.

Bebidas azucaradas

El jarabe de azúcar invertido es la base de las bebidas azucaradas .

• Reserva dulce es un término vinícola que se refiere a una porción de mosto de uva seleccionado no fermentado , libre de microorganismos, que se añade al vino como componente edulcorante. Cuando el vino fermenta, la glucosa se fermenta a un ritmo más rápido que la fructosa. Por lo tanto, detener la fermentación después de que una porción significativa de los azúcares ha fermentado da como resultado un vino donde el azúcar residual consiste principalmente en fructosa, mientras que el uso de reserva dulce dará como resultado un vino donde el dulzor proviene de una mezcla de glucosa y fructosa.
• Los fabricantes de bebidas alcohólicas suelen añadir azúcar invertido en la producción de bebidas como ginebra, cerveza y vinos espumosos para darle sabor. El azúcar candi , similar al azúcar invertido, se utiliza en la elaboración de cervezas de estilo belga para aumentar el contenido de alcohol sin aumentar drásticamente el cuerpo de la cerveza; se encuentra frecuentemente en los estilos de cerveza conocidos como dubbel y tripel . ^[7]

Química

El azúcar de mesa (sacarosa) se convierte en azúcar invertido mediante hidrólisis . Calentar una mezcla o solución de azúcar de mesa y agua rompe el enlace químico que une los dos componentes del azúcar simple.

La ecuación química balanceada para la hidrólisis de sacarosa en glucosa y fructosa es:

C ₁₂ H ₂₂ O ₁₁ (sacarosa) + H ₂ O (agua) → C ₆ H ₁₂ O ₆ (glucosa) + C ₆ H ₁₂ O ₆ (fructosa)

Rotación óptica

Una vez que una solución de sacarosa ha convertido parte de su sacarosa en glucosa y fructosa, ya no se dice que la solución sea pura. La disminución gradual de la pureza de una solución de sacarosa a medida que se hidroliza afecta una propiedad química de la solución llamada rotación óptica que puede usarse para determinar cuánta sacarosa se ha hidrolizado y, por lo tanto, si la solución se ha invertido o no.

Definición y medición

Se puede hacer pasar luz polarizada plana a través de una solución de sacarosa mientras se calienta para su hidrólisis. Esta luz tiene un "ángulo" que se puede medir utilizando una herramienta llamada polarímetro . Cuando dicha luz atraviesa una solución de sacarosa pura, sale por el otro lado con un ángulo diferente al de cuando entró, que es proporcional tanto a la concentración del azúcar como a la longitud del camino de la luz a través de la solución; por lo tanto, se dice que su ángulo está "girado" y a cuántos grados ha cambiado el ángulo (el grado de su rotación o su "rotación óptica") se le asigna una letra (alfa). Cuando la rotación entre el ángulo que tiene la luz cuando entra y cuando sale es en el sentido de las agujas del reloj, se dice que la luz está "girada a la derecha" y se dice que tiene un ángulo positivo como 64°. Cuando la rotación entre el ángulo que tiene la luz cuando entra y cuando sale es en sentido antihorario, se dice que la luz está "girada hacia la izquierda" y se le asigna un ángulo negativo como −39°. ${\displaystyle \alpha }$ ${\displaystyle \alpha }$ ${\displaystyle \alpha }$

Definición del punto de inversión.

Cuando la luz polarizada plana entra y sale de una solución de sacarosa pura , su ángulo gira 66,5° (en el sentido de las agujas del reloj o hacia la derecha). A medida que la sacarosa se calienta y se hidroliza, la cantidad de glucosa y fructosa en la mezcla aumenta y la rotación óptica disminuye. Después pasa por cero y se convierte en una rotación óptica negativa, es decir, que la rotación entre el ángulo que tiene la luz cuando entra y cuando sale es en sentido contrario a las agujas del reloj, se dice que la rotación óptica ha 'invertido' su dirección. Esto lleva a la definición de "punto de inversión" como el porcentaje de sacarosa que debe hidrolizarse antes de que sea igual a cero. Cualquier solución que haya pasado el punto de inversión (y por lo tanto tenga un valor negativo de ) se dice que está "invertida". ${\displaystyle \alpha }$ ${\displaystyle \alpha }$ ${\displaystyle \alpha }$

Quiralidad y rotación específica.

Como las formas de las moléculas ('estructuras químicas') de sacarosa, glucosa y fructosa son todas asimétricas , los tres azúcares se presentan en varias formas diferentes, llamadas estereoisómeros . La existencia de estas formas es lo que da lugar a las propiedades ópticas de estos productos químicos. Cuando la luz polarizada plana pasa a través de una solución pura de una de estas formas de uno de los azúcares, se cree que golpea y "desvía" ciertos enlaces químicos asimétricos dentro de la molécula de esa forma de ese azúcar. Debido a que esos enlaces particulares (que en los azúcares cíclicos como la sacarosa, la glucosa y la fructosa incluyen un enlace anomérico ) son diferentes en cada forma del azúcar, cada forma hace girar la luz en un grado diferente.

Cuando cualquier forma de azúcar se purifica y se pone en agua, rápidamente toma otras formas del mismo azúcar. Esto significa que una solución de azúcar puro normalmente tiene todos sus estereoisómeros presentes en la solución en diferentes cantidades que generalmente no cambian mucho. Esto tiene un efecto "promediado" en todos los ángulos de rotación óptica ( valores) de las diferentes formas del azúcar y conduce a que la solución de azúcar puro tenga su propia rotación óptica "total", que se denomina "rotación específica" o "rotación específica". rotación específica observada' y que se escribe como . ${\displaystyle \alpha }$ ${\displaystyle [\alpha ]}$

En el caso de 20 °C, se sabe que la rotación óptica específica de la sacarosa es de 66,6°, la glucosa es de 52,2° y la fructosa es de -92,4°. ^[13]

Efectos del agua

Las moléculas de agua no tienen quiralidad , por lo tanto no tienen ningún efecto en la medición de la rotación óptica. Cuando la luz polarizada plana entra en una masa de agua pura, su ángulo no es diferente del que aparece cuando sale. Por tanto, para el agua, = 0°. Las sustancias químicas que, como el agua, tienen rotaciones específicas iguales a cero grados se denominan sustancias químicas "ópticamente inactivas" y, al igual que el agua, no es necesario considerarlas al calcular la rotación óptica, fuera de la concentración y la longitud del camino. ${\displaystyle [\alpha ]}$

Mezclas en general

La rotación óptica general de una mezcla de productos químicos se puede calcular si se conoce la proporción de la cantidad de cada producto químico en la solución. Si hay muchas sustancias químicas diferentes ópticamente activas (" especies químicas ") en una solución y la concentración molar (el número de moles de cada sustancia química por litro de solución líquida) de cada sustancia química en la solución se conoce y se escribe como (donde se un número utilizado para identificar la especie química); y si cada especie tiene una rotación específica (la rotación óptica de esa sustancia química si se elaborara como una solución pura) escrita como , entonces la mezcla tiene la rotación óptica general ${\displaystyle N}$ ${\displaystyle C_{i}}$ ${\displaystyle i}$ ${\displaystyle [\alpha ]_{i}}$

$${\displaystyle \displaystyle \alpha ={\frac {\sum _{i=1}^{N}C_{i}[\alpha ]_{i}}{\sum _{i=1}^{N}C_{i}}}=\sum _{i=1}^{N}\left({\frac {C_{i}}{\sum _{i=1}^{N}C_{i}}}\right)[\alpha ]_{i}=\sum _{i=1}^{N}\chi _{i}[\alpha ]_{i}}$$

fracción molar ${\displaystyle \chi _{i}}$ ${\displaystyle i\mathrm {^{th}} }$

Sacarosa completamente hidrolizada

Suponiendo que no se formen productos químicos adicionales por accidente (es decir, que no haya reacciones secundarias ), una solución de sacarosa completamente hidrolizada ya no tiene sacarosa y es una mezcla mitad y mitad de glucosa y fructosa. Esta solución tiene la rotación óptica.

$${\displaystyle \displaystyle \alpha ={\frac {1}{2}}[\alpha ]_{\text{glucose}}+{\frac {1}{2}}[\alpha ]_{\text{fructose}}={\frac {1}{2}}(52.7^{\circ }-92.0^{\circ })=-19.7^{\circ }}$$

Sacarosa parcialmente hidrolizada

Si una solución de sacarosa ha sido parcialmente hidrolizada, entonces contiene sacarosa, glucosa y fructosa y su ángulo de rotación óptica depende de las cantidades relativas de cada una para la solución;

$${\displaystyle \displaystyle \alpha =\chi _{s}[\alpha ]_{s}+\chi _{g}[\alpha ]_{g}+\chi _{f}[\alpha ]_{f}}$$

${\displaystyle s}$ ${\displaystyle g}$ ${\displaystyle f}$

No es necesario conocer los valores particulares de para hacer uso de esta ecuación, ya que el punto de inversión (porcentaje de cantidad de sacarosa que debe hidrolizarse antes de invertir la solución) se puede calcular a partir de los ángulos de rotación específicos de los azúcares puros. La estequiometría de la reacción (el hecho de que al hidrolizar una molécula de sacarosa se produce una molécula de glucosa y una de fructosa) muestra que cuando una solución comienza con moles de sacarosa y no hay glucosa ni fructosa y luego se hidrolizan moles de sacarosa, la solución resultante tiene moles de sacarosa. moles de glucosa y moles de fructosa. Por lo tanto, el número total de moles de azúcares en la solución es y el progreso de la reacción (porcentaje de finalización de la reacción de hidrólisis) es igual . Se puede demostrar que el ángulo de rotación óptica de la solución es una función (depende explícitamente) de este porcentaje de progreso de la reacción. Cuando la cantidad se escribe como y se realiza la reacción , el ángulo de rotación óptica es ${\displaystyle \chi }$ ${\displaystyle x_{0}}$ ${\displaystyle x}$ ${\displaystyle x_{0}-x}$ ${\displaystyle x}$ ${\displaystyle x}$ ${\displaystyle x+x_{0}}$ ${\displaystyle {\frac {x}{x_{0}}}\times 100\%}$ ${\displaystyle {\frac {x}{x_{0}}}}$ ${\displaystyle r}$ ${\displaystyle r\times 100\%}$

$${\displaystyle \displaystyle \alpha _{r}={\frac {(x_{0}-x)[\alpha ]_{s}+x[\alpha ]_{g}+x[\alpha ]_{f}}{x_{0}+x}}={\frac {1}{1+r}}\left([\alpha ]_{s}+([\alpha ]_{g}+[\alpha ]_{f}-[\alpha ]_{s})r\right)}$$

Por definición, equivale a cero grados en el 'punto de inversión'; por lo tanto, para encontrar el punto de inversión, alfa se iguala a cero y la ecuación se manipula para encontrar . Esto da ${\displaystyle \alpha }$ ${\displaystyle r}$

$${\displaystyle \displaystyle r_{\text{inversion}}={\frac {[\alpha ]_{s}}{[\alpha ]_{s}-[\alpha ]_{g}-[\alpha ]_{f}}}=0.629}$$

${\displaystyle 62.9\%}$

Seguimiento del progreso de la reacción

Mantener una solución de sacarosa a temperaturas de 50 a 60 °C (122 a 140 °F) no hidroliza más de aproximadamente el 85% de su sacarosa. Encontrar cuando r = 0,85 muestra que la rotación óptica de la solución después de realizar la hidrólisis es −12,7 °. Se dice que esta reacción invierte el azúcar porque su rotación óptica final es menor que cero. Se puede utilizar un polarímetro para determinar cuándo se realiza la inversión detectando si la rotación óptica de la solución en un momento anterior de su reacción de hidrólisis es igual a -12,7°. ${\displaystyle \alpha }$

Ver también

• Jarabe de maíz con alta fructuosa
• Lista de jarabes

Referencias

1. "¿Cuáles son los tipos de azúcar?". La Asociación del Azúcar. Archivado desde el original el 1 de marzo de 2009.
2. "Hacer un almíbar simple es un ejercicio de reacciones químicas". Unas palabras de Carol Kroskey . Archivado desde el original el 14 de julio de 2007 . Consultado el 1 de mayo de 2006 . Además de una mayor capacidad de retención de humedad, la conversión de sacarosa en jarabe invertido tiene otros dos resultados interesantes: mayor dulzor y mejor solubilidad. En una escala de dulzor donde la sacarosa se establece en 100, el jarabe invertido ocupa alrededor de 130.
3. Schiweck, Hubert; Clarke, Margarita; Pollack, Günter (2007). "Azúcar". Enciclopedia de química industrial de Ullmann . Weinheim: Wiley-VCH. doi :10.1002/14356007.a25_345.pub2. ISBN 978-3527306732.
4. W. Minifie, Bernard (1989). Chocolate, Cacao y Confitería: Ciencia y Tecnología (3ª ed.). Aspen Publishers, Inc. pág. 246.ISBN​ 083421301X. Consultado el 3 de julio de 2014 a través de Google Books .
5. Van Damme, Eddy. «Receta de azúcar invertido» . Consultado el 27 de septiembre de 2012 .
6. Ranken, Michael D.; Matar, RC; Panadero, C., eds. (1997). Manual de industrias alimentarias (24ª ed.). Londres: Blackie Academic & Professional. págs. 407–408. ISBN 0751404047. Consultado el 30 de junio de 2014 a través de Google Books. Comercialmente, el azúcar invertido se prepara como un jarabe con una concentración de sólidos solubles de aproximadamente el 70%. El azúcar invertido se puede producir manteniendo una solución de sacarosa al 65 % que contenga ácido clorhídrico al 0,25 % a 50 °C (122 °F) durante una hora. Luego se debe agregar bicarbonato de sodio para neutralizar el ácido.
7. "La remolacha azucarera". La remolacha azucarera . vol. 25, núm. 10. Filadelfia: HC Baird & Company. 1904. págs. 171-172 . Consultado el 4 de julio de 2014 a través de Google Books.
8. Magro, Michael EJ (2006). Ciencia de los alimentos, nutrición y salud de Fox y Cameron (7ª ed.). Boca Ratón, FL: CRC Press. pag. 110.ISBN​ 9780340809488. Consultado el 1 de julio de 2014 a través de Google Books.
9. Morrison, Abraham Cressy (1904). La controversia del polvo para hornear. vol. 1. Nueva York: Asociación Estadounidense de Polvo para Hornear. pag. 154 . Consultado el 2 de julio de 2014 a través de Google Books. El mejor polvo para hornear crémor tártaro del mercado contiene aproximadamente un 28 por ciento de bicarbonato de sodio. Para neutralizar esta cantidad... se necesita un 62,6 por ciento de crémor tártaro. Esta cantidad dejará en el alimento un 70 por ciento de Sales de Rochelle anhidras.
10. Magá, Joseph A.; Tu, Anthony T., eds. (1995). Toxicología de los aditivos alimentarios. Nueva York: Marcel Dekker. pag. 71, tabla 24. ISBN 0824792459. Consultado el 3 de julio de 2014 a través de Google Books.
11. "Huevo con crema". Cadbury. Archivado desde el original el 16 de diciembre de 2014 . Consultado el 10 de abril de 2015 .
12. LaBau, Elizabeth. "¿Qué es la invertasa?". Acerca de.com . Archivado desde el original el 6 de abril de 2015 . Consultado el 10 de abril de 2015 .
13. Li, D.; Weng, C.; Ruan, Y.; Li, K.; Cai, G.; Canción, C.; Lin, Q. (2021). "Un sensor quiral óptico basado en mediciones débiles para el seguimiento en tiempo real de la hidrólisis de sacarosa". Sensores (Basilea, Suiza) . 21 (3): 1003. Código Bib : 2021Senso..21.1003L. doi : 10.3390/s21031003 . PMC 7867249 . PMID  33540721. 

enlaces externos

• "Invertasa". Sistemas de salud de Greenwood . Archivado desde el original el 29 de mayo de 2017 . Consultado el 27 de noviembre de 2012 .
• Edulcorantes en Curlie