Jarabe de azúcar invertido

Edible mixture of glucose and fructose, obtained from sucrose hydrolysis

Chemical compound

Jarabe de azúcar invertido denso (Trimoline)

El jarabe de azúcar invertido , también llamado jarabe invertido , azúcar invertido , ^[1] jarabe simple , jarabe de azúcar , agua azucarada , jarabe en barra , jarabe USP o inversión de sacarosa , es una mezcla de jarabe de los monosacáridos glucosa y fructosa , que se elabora por sacarificación hidrolítica del disacárido sacarosa . La rotación óptica de esta mezcla es opuesta a la del azúcar original, por lo que 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 se cristalizan con menos facilidad que los que utilizan azúcar de mesa en su lugar. Los panaderos , que lo llaman jarabe invertido , pueden usarlo más que otros edulcorantes ^[3] .

Producción

Aditivos

Las soluciones catalizadas por enzimas preparadas comercialmente se invierten a 60 °C (140 °F). El pH óptimo para la inversión es 5,0. La invertasa se agrega a una tasa de aproximadamente el 0,15 % del peso del jarabe y el tiempo de inversión será de aproximadamente 8 horas. Una vez finalizado, se aumenta la temperatura del jarabe para inactivar la invertasa, pero el jarabe se concentra en un evaporador al vacío para preservar el color. ^[4]

Aunque el jarabe de azúcar invertido se puede preparar calentando azúcar de mesa en agua solamente, la reacción se puede acelerar agregando jugo de limón , cremor tártaro u otros catalizadores , a menudo sin cambiar el sabor notablemente. ^{[ cita requerida ]} El azúcar común se puede invertir rápidamente mezclando azúcar y ácido cítrico o cremor tártaro en una proporción de aproximadamente 1000:1 en peso y agregando agua. Si en su lugar se usa jugo de limón , que es aproximadamente cinco por ciento de ácido cítrico en peso, entonces la proporción se convierte en 50:1. Tal mezcla, calentada a 114 °C (237 °F) ^[5] y agregada a otro alimento, evita la cristalización sin tener un sabor agrio.

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

En la elaboración de dulces y confitería , el crémor tártaro se utiliza comúnmente como acidulante, con cantidades típicas en el rango de 0,15-0,25% del peso del azúcar. ^[8] El uso de crémor tártaro imparte un sabor similar a la miel al jarabe. ^[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 la 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 el 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 granulado no se disuelve fácilmente en agua fría.

El agua en un recipiente con una superficie de fondo amplia permite disolver más rápidamente la sacarosa, que sólo hay que mezclar unas cuantas veces periódicamente para formar una solución homogénea. También 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, que se forma por el proceso de calentamiento y el contenido ácido de la fruta. Este azúcar permite conservar la mermelada durante más tiempo.
• El jarabe dorado es un jarabe compuesto de aproximadamente 55% de jarabe invertido y 45% de azúcar de mesa (sacarosa).
• El relleno de fondant para chocolates es único en el sentido de que la enzima de conversión se añade, pero no se activa mediante la acidificación (ajuste del pH del microambiente) o la adición de un cofactor , según las enzimas, antes de que el relleno se cubra con chocolate. El relleno, muy viscoso (y por lo tanto moldeable), se vuelve entonces menos viscoso con el tiempo, lo que le da la consistencia cremosa deseada. Esto es el resultado de las condiciones enzimáticas subóptimas creadas deliberadamente al retener los factores de activación, lo que permite que solo una fracción de las enzimas estén activas, o permite que todas las enzimas procedan a solo una fracción de la tasa biológica [biológicamente, es en realidad una combinación de ambos: un número reducido de enzimas funcionales, y las que funcionan tienen una cinética/tasa catalítica reducida].
• Los huevos Cadbury Creme están rellenos de jarabe de azúcar invertido producido al procesar fondant con invertasa. ^{[11] [12]}
• Los Sour Patch Kids también contienen azúcar invertido para agregarle un sabor dulce.

Bebidas azucaradas

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

• Reserva dulce es un término enológico que se refiere a una porción de mosto de uva seleccionado sin fermentar , 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 parte significativa de los azúcares haya fermentado da como resultado un vino en el que el azúcar residual consiste principalmente en fructosa, mientras que el uso de reserva dulce dará como resultado un vino en el que 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 darles 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 con frecuencia en los estilos de cerveza conocidos como dubbel y tripel . ^[7]

Química

El azúcar de mesa (sacarosa) se convierte en azúcar invertido por hidrólisis . Al calentar una mezcla o solución de azúcar de mesa y agua se 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 transformado 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 se puede utilizar para determinar qué cantidad de sacarosa se ha hidrolizado y, por lo tanto, si la solución se ha invertido o no.

Definición y medición

La luz polarizada plana puede pasar a través de una solución de sacarosa mientras se calienta para la hidrólisis. Dicha luz tiene un "ángulo" que se puede medir utilizando una herramienta llamada polarímetro . Cuando dicha luz pasa a través de una solución de sacarosa pura, sale por el otro lado con un ángulo diferente al que tenía 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 "rotado" y la cantidad de grados que ha cambiado el ángulo (el grado de su rotación o su "rotación óptica") recibe un nombre de 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 "rotada 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 a la izquierda' y se le asigna un ángulo negativo , como por ejemplo −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 de pasar por cero y convertirse en una rotación óptica negativa, lo que significa 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 conduce a la definición de un "punto de inversión" como el porcentaje de la cantidad 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 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 'roza' ciertos enlaces químicos asimétricos dentro de la molécula de esa forma de ese azúcar. Debido a que esos enlaces particulares (que en azúcares cíclicos como sacarosa, glucosa y fructosa incluyen un enlace anomérico ) son diferentes en cada forma del azúcar, cada forma rota la luz en un grado diferente.

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

En la circunstancia de 20 °C, se sabe que la rotación óptica específica de la sacarosa es 66,6°, la glucosa es 52,2° y la fructosa es −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 ingresa a un cuerpo de agua pura, su ángulo no es diferente al de salida. Por lo tanto, para el agua, = 0°. Las sustancias químicas que, como el agua, tienen rotaciones específicas que equivalen a cero grados se denominan sustancias químicas "ópticamente inactivas" y, al igual que el agua, no es necesario considerarlas al calcular la rotación óptica, más allá de la concentración y la longitud del camino. ${\displaystyle [\alpha ]}$

Mezclas en general

La rotación óptica general de una mezcla de sustancias químicas se puede calcular si se conoce la proporción de la cantidad de cada sustancia química en la solución. Si hay -muchas sustancias químicas ópticamente activas diferentes (' especies químicas ') en una solución y se conoce la concentración molar (la cantidad de moles de cada sustancia química por litro de solución líquida) de cada sustancia química en la solución y se escribe como (donde es 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 hiciera como una solución pura) escrita como , entonces la mezcla tiene la rotación óptica general Donde es la fracción molar de la especie. ${\displaystyle N}$ ${\displaystyle C_{i}}$ ${\displaystyle i}$ ${\displaystyle [\alpha ]_{i}}$ $${\displaystyle \displaystyle \alpha ={\frac {\sum _{i=1}^{N}C_{i}[\alpha ]_{i}}{\sum _{i=1}^{N}C_{i}}}=\sum _{i=1}^{N}\left({\frac {C_{i}}{\sum _{i=1}^{N}C_{i}}}\right)[\alpha ]_{i}=\sum _{i=1}^{N}\chi _{i}[\alpha ]_{i}}$$ ${\displaystyle \chi _{i}}$ ${\displaystyle i\mathrm {^{th}} }$

Sacarosa completamente hidrolizada

Suponiendo que no se formen productos químicos adicionales por accidente (es decir, no hay reacciones secundarias ), una solución de sacarosa completamente hidrolizada ya no tiene sacarosa y es una mezcla mitad glucosa y mitad 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; donde , , y representan sacarosa, glucosa y fructosa. $${\displaystyle \displaystyle \alpha =\chi _{s}[\alpha ]_{s}+\chi _{g}[\alpha ]_{g}+\chi _{f}[\alpha ]_{f}}$$ ${\displaystyle s}$ ${\displaystyle g}$ ${\displaystyle f}$

No es necesario conocer los valores particulares de para utilizar esta ecuación, ya que el punto de inversión (cantidad porcentual de sacarosa que debe hidrolizarse antes de que se invierta 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 hidrolizar una molécula de sacarosa produce una molécula de glucosa y una molécula de fructosa) muestra que cuando una solución comienza con moles de sacarosa y no se hidrolizan ni glucosa ni fructosa y 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 a . Se puede demostrar que el ángulo de rotación óptica de la solución es una función de (depende explícitamente de) este porcentaje de progreso de la reacción. Cuando la cantidad se escribe como y la reacción está hecha, 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, es igual a cero grados en el 'punto de inversión'; por lo tanto, para encontrar el punto de inversión, se establece que alfa es igual a cero y se manipula la ecuación para encontrar . Esto da Por lo tanto, se encuentra que una solución de sacarosa se invierte una vez que al menos la sacarosa se ha hidrolizado en glucosa y fructosa. ${\displaystyle \alpha }$ ${\displaystyle r}$ $${\displaystyle \displaystyle r_{\text{inversion}}={\frac {[\alpha ]_{s}}{[\alpha ]_{s}-[\alpha ]_{g}-[\alpha ]_{f}}}=0.629}$$ ${\displaystyle 62.9\%}$

Seguimiento del progreso de la reacción

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

Véase también

• Jarabe de maíz con alto contenido de fructosa
• Lista de jarabes

Referencias

1. "¿Cuáles son los tipos de azúcar?". The Sugar Association. Archivado desde el original el 1 de marzo de 2009.
2. "Hacer jarabe simple es un ejercicio de reacciones químicas". Una palabra 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 dulzura y mejor solubilidad. En una escala de dulzura donde la sacarosa se establece en 100, el jarabe invertido ocupa aproximadamente el puesto 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 (3.ª ed.). Aspen Publishers, Inc., pág. 246. ISBN 083421301X. Recuperado el 3 de julio de 2014 – vía Google Books .
5. Van Damme, Eddy. «Receta de azúcar invertido» . Consultado el 27 de septiembre de 2012 .
6. Ranken, Michael D.; Kill, RC; Baker, C., eds. (1997). Manual de industrias alimentarias (24.ª ed.). Londres: Blackie Academic & Professional. págs. 407–408. ISBN 0751404047. Recuperado 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 alrededor del 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. Lean, Michael EJ (2006). Ciencia de los alimentos, nutrición y salud de Fox y Cameron (7.ª ed.). Boca Raton, FL: CRC Press. pág. 110. ISBN 9780340809488. Recuperado el 1 de julio de 2014 – vía Google Books.
9. Morrison, Abraham Cressy (1904). The Baking Powder Controversy. Vol. 1. Nueva York: The American Baking Powder Association. p. 154. Recuperado el 2 de julio de 2014 – vía Google Books. El mejor polvo para hornear cremor tártaro del mercado contiene aproximadamente un 28 por ciento de bicarbonato de sodio. Para neutralizar esta cantidad... se requiere un 62,6 por ciento de cremor tártaro. Esta cantidad dejará en el alimento un 70 por ciento de sales de Rochelle anhidras.
10. Maga, Joseph A.; Tu, Anthony T., eds. (1995). Toxicología de aditivos alimentarios. Nueva York: Marcel Dekker. pág. 71, tabla 24. ISBN 0824792459. Recuperado el 3 de julio de 2014 – vía Google Books.
11. "Creme Egg". 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?". About.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.; Song, C.; Lin, Q. (2021). "Un sensor quiral óptico basado en medición débil para el monitoreo en tiempo real de la hidrólisis de sacarosa". Sensors (Basilea, Suiza) . 21 (3): 1003. Bibcode :2021Senso..21.1003L. doi : 10.3390/s21031003 . PMC 7867249 . PMID  33540721. 

Enlaces externos

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