Mendelova univerzita v Brně SLEDOVÁNÍ ZMĚN SACHAROSY V NÁPOJÍCH

Mendelova univerzita v Brně Zahradnická fakulta v Lednici SLEDOVÁNÍ ZMĚN SACHAROSY V NÁPOJÍCH Diplomová práce Vedoucí bakalářské práce Ing. Miroslav Horák Vypracovala Bc. Denisa Polesová Lednice 2014

V tištěné podobě se na této straně nachází zadání diplomové práce.

Čestné prohlášení Prohlašuji, že jsem práci na téma SLEDOVÁNÍ ZMĚN SACHAROSY V NÁPOJÍCH vypracovala samostatně a veškeré použité prameny a informace uvádím v seznamu použité literatury. Souhlasím, aby moje práce byla zveřejněna v souladu s 47b zákona 111/1998 Sb., o vysokých školách ve znění pozdějších předpisů a v souladu s platnou Směrnicí o zveřejňování vysokoškolských závěrečných prací. Jsem si v doma, že se na moji práci vztahuje zákon 121/2 Sb., autorský zákon, a že Mendelova univerzita v Brně má právo na uzavření licenční smlouvy a užití této práce jako školního díla podle 60 odst. 1 autorského zákona. Dále se zavazuji, že před sepsáním licenční smlouvy o využití díla jinou osobou (subjektem) si vyžádám písemné stanovisko univerzity, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity, a zavazuji se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla, a to až do jejich skutečné výše. V Lednici, dne...... Bc. Polesová Denisa

Poděkování Ráda bych poděkovala všem, kteří přispěli k úspěšnému dokončení této diplomové práce, zejména pak svému vedoucímu Ing. Miroslavu Horákovi za věnovaný čas, ochotu, cenné rady a připomínky poskytované v průběhu zpracování této práce. Za velkou podporu během celého studia jsem vděčná své rodině a všem svým blízkým.

OBSAH 1 ÚVOD... 9 2 CÍL PRÁCE... 10 3 SOUČASNÝ STAV ŘEŠENÉ PROBLEMATIKY... 11 3.1 Nápoje... 11 3.1.1 Rozdělení nápojů... 11 3.1.1.1 Nealkoholické nápoje... 11 3.1.1.2 Alkoholické nápoje... 16 3.2 Sacharidy... 17 3.2.1 Rozdělení sacharidů... 18 3.2.2 Cukry... 20 3.2.2.1 Monosacharidy... 20 3.2.2.2 Oligosacharidy... 21 3.2.3 Obsah cukrů v přírodních základech nápojů... 22 3.2.3.1 Ovoce... 22 3.2.3.2 Zelenina... 23 3.2.4 Cukry v nápojích... 24 3.2.4.1 Glukosa... 25 3.2.4.2 Fruktosa... 27 3.2.4.3 Sacharosa... 28 3.2.4.4 Další cukry a sladidla... 32 3.3 Důkazy a stanovení cukrů... 36 3.3.1 Důkazy cukrů... 36 3.3.1.1 Důkazy redukujících cukrů... 36 3.3.2 Fyzikální metody stanovení cukrů... 37 3.3.2.1 Polarimetrické stanovení... 37

3.3.2.2 Refraktometrické metody... 38 3.3.2.3 Denzimetrické metody... 38 3.3.2.4 Chromatografické metody... 39 3.3.3 Chemické metody stanovení cukrů... 40 3.3.4 Biochemické metody stanovení cukrů... 42 4 MATERIÁL A METODY... 43 4.1 Materiál... 43 4.1.1 Vzorky pufrů, kyselin a šťáv... 43 4.2 Metody... 43 4.2.1 Příprava roztoků s různou hodnotou ph... 43 4.2.1.1 Příprava borátového, fosfátového a ftalátového pufru... 44 4.2.2 Příprava vzorků kyselin s přídavkem cukru... 44 4.2.2.1 Příprava 1% roztoků kyseliny citronové a šťavelové... 44 4.2.2.2 Příprava 5% roztoků kyseliny citronové a šťavelové... 44 4.2.3 Příprava vzorků jablečné a pomerančové šťávy s přídavkem cukru... 44 4.2.3.1 Příprava ovocných šťáv... 45 4.2.4 Stanovení cukrů v nealkoholickém nápoji podle Luffa Schoorla... 45 4.2.4.1 Chemická činidla, pomůcky, vzorky... 45 4.2.4.2 Postup stanovení redukujících a veškerých cukrů... 45 4.2.4.3 Výpočet redukujících cukrů, veškerých cukrů a sacharosy... 46 4.2.5 Enzymatické stanovení cukrů... 48 4.2.5.1 Chemická činidla, pomůcky, vzorky... 50 4.2.5.2 Postup stanovení sacharosy, glukosy a fruktosy... 50 4.2.5.3 Výpočet volné D-glukosy, D-fruktosy a sacharosy... 52 5 VÝSLEDKY... 53 5.1 Stanovení cukrů metodou Luffa-Schoorla... 53 5.2 Enzymatické stanovení cukrů... 57

6 DISKUZE... 64 7 ZÁVĚR... 66 8 SOUHRN A RESUMÉ... 68 9 POUŽITÁ LITERATURA... 70 10 PŘÍLOHY... 81

Seznam tabulek Tabulka 1 - Hodnoty refraktometrické sušiny a cukrů v ovocné šťávě... 15 Tabulka 2 - Rozdělení sacharidů... 19 Tabulka 3 - Obsah monosacharidů a oligosacharidů ve víně... 22 Tabulka 4 - Obsah jednotlivých cukrů ve vybraném čerstvém ovoci... 23 Tabulka 5 - Obsah jednotlivých cukrů ve vybrané čerstvé zelenině... 24 Tabulka 6 - Sladivost sacharosy, glukosy, fruktosy a invertního cukru... 25 Tabulka 7 - Sladivost alkoholických cukrů... 34 Tabulka 8 - Sladivost syntetických sladidel... 35 Seznam obrázků Obrázek 1 Konfigurační vzorec L-glukosy a D-glukosy... 25 Obrázek 2 - Konfigurační vzorec D-fruktosy a L-fruktosy... 27 Obrázek 3 - Konfigurační vzorec sacharosy... 29 Obrázek 4 - Hydrolýza sacharosy vlivem kyseliny... 30 Seznam grafů Graf 1 - Obsah cukrů v 1% kyselině citronové dle Luffa-Schoorla... 53 Graf 2 - Obsah cukrů v 5% kyselině citronové dle Luffa-Schoorla... 54 Graf 3 - Obsah cukrů v 1% kyselině šťavelové dle Luffa-Schoorla... 55 Graf 4 - Obsah cukrů v 5% kyselině šťavelové dle Luffa-Schoorla... 56 Graf 5 - Obsah cukrů v 1% kyselině citronové dle enzymatického měření... 57 Graf 6 - Obsah cukrů v 5% kyselině citronové dle enzymatického měření... 58 Graf 7 - Obsah cukrů v 1% kyselině šťavelové dle enzymatického stanovení... 59 Graf 8 - Obsah cukrů v 5% kyselině šťavelové dle enzymatického stanovení... 60 Graf 9 - Obsah cukrů v jablečné šťávě dle enzymatického stanovení... 61 Graf 10 - Obsah cukrů v pomerančové šťávě dle enzymatického stanovení... 62

1 ÚVOD Nápoje neodmyslitelně patří k našemu každodennímu životu. Za nejvhodnější k doplnění tekutin se považuje čistá voda. Žijeme ovšem v době, kdy se na trhu vyskytuje celá škála různých druhů nápojů, které se navzájem ve svých vlastnostech liší, a právě pomocí nich si můžeme zpestřit náš pitný režim. Výrobci nabízí nápoje různých chutí, barev a dalších vlastností a každý si tak může vybrat to, co mu chutná a vyhovuje. Nutno ovšem říct, že většina nápojů v sobě skrývá přidaný cukr, hlavně sacharosu nebo směs glukosy a fruktosy, případně i další sladidla. Vědecké studie dokazují, že vysoký příjem těchto nápojů je spojen s vysokým příjmem energie, zvýšením tělesné hmotnosti a následným výskytem metabolických a kardiovaskulárních onemocnění. Důvodem přidávání sladidel do nápojů není pouze jejich sladká chuť. Pomáhají navíc harmonizovat ostatní obsažené složky nápoje, dotváří dojem plnosti chuti a také mohou posloužit jako konzervační činidlo. Nejpoužívanějším druhem sacharidu při výrobě nápojů je sacharosa, i když v poslední době je stále více nahrazována použitím invertovaných cukrů a dalších sladidel. Invertní cukry jsou získávány pomocí hydrolýzy (inverze), která může probíhat chemicky v kyselém prostředí, nebo enzymaticky v neutrálním prostředí za přítomnosti enzymu invertasy (sacharasy). Invertní cukry jsou tvořeny směsí D-glukosy a D-fruktosy. Na samotný průběh a rychlost inverze má vliv celá řada faktorů jako například ph roztoku, obsah kyselin, teplota či přítomnost zmíněných enzymů. Díky těmto faktorům může být inverze částečná, nebo úplná. 9

2 CÍL PRÁCE Cílem diplomové práce je utřídit dosud známé poznatky týkající se sacharidů v nápojích, popsat v jakých formách se mohou cukry v nápojích vyskytovat, jaké vlastnosti mají a jakým způsobem se dají analyzovat. Cílem experimentální části je vyhodnotit pomocí metody Luffa-Schoorla a enzymatického stanovení cukrů u připravených variant nápojů (roztoků) vliv různých ph, kyselin a jejich koncentrací a ovocných šťáv na štěpení přítomné sacharosy. Získané výsledky budou následně statisticky zpracovány a vyhodnoceny. 10

3 SOUČASNÝ STAV ŘEŠENÉ PROBLEMATIKY 3.1 Nápoje Nápoje jsou důležitou složkou stravy, protože dodávají do organismu tolik potřebnou vodu, která v lidském těle vytváří nezbytné prostředí pro biochemické reakce. Organismus dospělého člověka obsahuje 45 až 70 hmotnostních procent vody, u dětí je pak tato hodnota ještě vyšší. Denní ztráta vody z organismu je zhruba 2 800 ml. Z tohoto množství se přibližně 1 500 ml vyloučí močí, 550 ml potem, zbytek dýcháním a stolicí (FOŘT, 2003). Tento přirozený úbytek by měl být nahrazen příjmem pitné vody a vhodnými nápoji. Pomocí pevné stravy lze do organismu dodat asi 1 ml vody, tato hodnota se odvíjí od konzistence přijímané stravy, dalších 300 ml vody je organismus schopen vytvořit při oxidačních reakcích živin a zbytek vody, tedy minimálně 1 500 ml, se musí do těla přijmout pomocí vhodného pitného režimu (KOVAČ, 2012). Nejvhodnějším a nejzdravějším nápojem pro doplnění tekutin je čistá voda. Člověk si však svůj pitný režim může zpestřit pomocí vhodných nápojů, například ovocnými a zeleninovými šťávami, které se navíc doporučují ředit vodou, dále neslazenými čaji apod. Naopak by se v pitném režimu neměly pravidelně objevovat sladké limonády, kolové nápoje, ochucené a slazené minerální vody, energetické nápoje, nektary atd. (ČPZP, 2009). Hlavním důvodem nevhodnosti těchto zmíněných nápojů je přidaný cukr, který nehasí žízeň, je zdrojem prázdných kalorií a při zvýšené konzumaci může způsobovat řadu zdravotních problémů. Těmi může být narušena zubní sklovina z oxidu uhličitého, způsobena obezita z nadbytečných kalorií, hyperaktivita u dětí zaviněná kofeinem, osteoporóza z kyseliny fosforečné a další. Do pitného režimu se nezapočítává konzumace kávy a alkoholických nápojů (KOŽÍŠEK, 2008). 3.1.1 Rozdělení nápojů 3.1.1.1 Nealkoholické nápoje Za nealkoholický nápoj se dle vyhlášky 335/1997 Sb. zákona č. 110/1997 Sb., o potravinách a tabákových výrobcích a o změně a doplnění některých souvisejících zákonů pro nealkoholické nápoje a koncentráty k přípravě nealkoholických nápojů, 11

ovocná vína, ostatní vína a medovinu, pivo, konzumní líh, lihoviny a ostatní alkoholické nápoje, kvasný ocet a droždí, ve znění pozdějších předpisů, považuje nápoj obsahující nejvýše 0,5 % objemových etanolu (měřeno při teplotě 20 ºC), vyrobený zejména z pitné vody, pramenité vody, přírodní minerální vody nebo kojenecké vody z ovocné, zeleninové, rostlinné nebo živočišné suroviny, přírodních sladidel, sladidel, medu a dalších látek a popřípadě sycený oxidem uhličitým. Přípustné množství alkoholu v nealkoholických nápojích je povoleno z důvodu toho, že při výrobě hlavně ovocných nápojů není možné úplně zabránit tvorbě alkoholu (POLÁČEK, 2010). Skupiny nealkoholických nápojů: Ovocné nebo zeleninové šťávy Nektary Nealkoholické nápoje ochucené o Ovocné nebo zeleninové nápoje o Limonády o Minerální voda ochucená o Stolní voda ochucená Nealkoholické nápoje neochucené o Sodová voda o Minerální voda o Stolní voda (KADLEC, 2002). Definice vybraných nealkoholických nápojů dle vyhlášky 335/1997 Sb. Ovocná nebo zeleninová šťáva - zkvasitelný, ale nezkvašený výrobek získaný z jedlých částí zralého a zdravého, čerstvého, chlazeného nebo zmraženého ovoce nebo zeleniny, a to jednoho nebo více druhů, s charakteristickou barvou, vůní a chutí, které jsou typické pro šťávu pocházející z příslušného ovoce nebo zeleniny; aroma, dužnina a buňky získané vhodnými fyzikálními způsoby ze stejného druhu ovoce nebo zeleniny mohou být do šťávy vráceny. Ovocná nebo zeleninová šťáva z koncentrované ovocné nebo zeleninové šťávy (ovocná nebo zeleninová šťáva z koncentrátu) - výrobek získaný z koncentrované ovocné nebo zeleninové šťávy opětovným doplněním takového podílu pitné vody, 12

jaký byl odstraněn při koncentraci šťávy; aroma, dužnina a buňky získané vhodnými fyzikálními prostředky ze stejného druhu ovoce nebo zeleniny mohou být do šťávy vráceny. Koncentrovaná ovocná nebo zeleninová šťáva výrobek získaný z ovocné nebo zeleninové šťávy jednoho nebo více druhů ovoce nebo zeleniny fyzikálním odstraněním specifického podílu obsahu vody; je-li výrobek určen ke konečné spotřebě, nesmí být snížení objemu menší než 50 %. Aroma, dužnina a buňky získané vhodnými fyzikálními prostředky ze stejného druhu ovoce nebo zeleniny mohou být do koncentrované ovocné nebo zeleninové šťávy vráceny. Nektar - nezkvašený, ale zkvasitelný výrobek získaný v souladu s přílohou č. 1 tabulkou 1 této vyhlášky, s přídavkem pitné vody a popřípadě též cukrů nebo medu k ovocné nebo zeleninové šťávě, ovocné nebo zeleninové šťávě z koncentrátu, koncentrované ovocné nebo zeleninové šťávě, sušené ovocné nebo zeleninové šťávě, k ovocné dřeni nebo zeleninové dřeni, ke koncentrované ovocné nebo zeleninové dřeni, k ovocné šťávě extrahované vodou nebo ke směsi těchto výrobků. Aroma, dužnina a buňky získané vhodnými fyzikálními prostředky ze stejného druhu ovoce nebo zeleniny mohou být do šťávy vráceny; aniž je dotčeno nařízení o výživových a zdravotních tvrzeních při označování potravin, při výrobě ovocných nektarů bez přídavku cukrů nebo se sníženou energetickou hodnotou, mohou být cukry zcela nebo zčásti nahrazeny náhradními sladidly podle nařízení o potravinářských přídatných látkách. Ovocný nebo zeleninový nápoj ochucený nealkoholický nápoj, vyrobený z ovocných nebo zeleninových šťáv nebo jejich koncentrátů a surovin uvedených pod písmenem a) 1 této vyhlášky. Limonáda ochucený nealkoholický nápoj vyrobený z pitné vody, nápojových koncentrátů nebo surovin k jejich přípravě, zpravidla sycený oxidem uhličitým. Minerální voda ochucená ochucený nealkoholický nápoj vyrobený z přírodní minerální vody, nápojových koncentrátů nebo surovin k jejich přípravě, zpravidla s původním obsahem oxidu uhličitého. 13

Pramenitá voda ochucená ochucený nealkoholický nápoj vyrobený z pramenité vody, nápojových koncentrátů nebo surovin k jejich přípravě, zpravidla sycený oxidem uhličitým. Sodová voda nápoj vyrobený z pitné vody a oxidu uhličitého, u kterého obsah oxidu uhličitého činí nejméně 4 g/l. Pitná voda ochucená ochucený nealkoholický nápoj vyrobený z pitné vody, obsahující pouze přídavek látek určených k aromatizaci, popřípadě též obohacený potravním doplňkem, zpravidla sycený oxidem uhličitým (VYHLÁŠKA 335/1997 Sb.). Složky nealkoholických nápojů Voda Hlavní surovinou při výrobě nealkoholických nápojů je voda (KOŽÍŠEK, 2008). Kvůli nedostatečným zásobám studniční a pramenité vody se pro výrobu nealkoholických nápojů používá povrchová voda, která se ale musí před použitím řádně upravit (HORČIN, VIETORIS, 2007). Úprava vody na vodu pitnou je závislá na druhu jejího znečištění. Mezi nejčastěji používané technologie úpravy vody se řadí odkyselení, odželezování a odmanganování, odstraňovaní dusíkatých látek a dezinfekce (MALÝ, MALÁ, 1996). Přírodní základy Šťávy z ovoce a zeleniny mohou být již bez další úpravy samotnými nápoji, případně mohou projít další úpravou a následně slouží pro výrobu konzumních a limonádových sirupů, koncentrátů sloužících jako polotovary pro další výrobu, přírodních aromatických látek apod. Obecně jsou ovocné a zeleninové šťávy v populaci velice oblíbené a jsou na předních místech jak ve výrobě, tak i ve spotřebě (HORČIN, VIETORIS, 2007). Nejvýznamnější pro zisk šťáv je citrusové ovoce s vysokým obsahem kyseliny citronové. Ke zpracování čerstvých citrusových plodů u nás dochází zřídka. Pro průmyslovou potřebu se k nám dovážejí polotovary v podobě koncentrátů (CEPAC MORAVA, 2007). V České republice se k výrobě nápojů používají především druhy jádrového a bobulového ovoce s výlisností 60 až 74 % (ROP, HRABĚ, 2009). 14

Ze sortimentu zeleniny se k výrobě nápojů používají především rajčata a mrkev, méně potom celer, petržel a červená řepa (CEPAC MORAVA, 2007). Šťávy z plodů ovoce a zeleniny jsou z až 93 % složené z vody, 7 až 18 % sušiny a obsahují také plyny. V sušině šťáv se nachází řada jednoduchých i složitých sloučenin, ze kterých největší část, až 85 %, tvoří cukry. Následující tabulka udává procentuální hodnoty refraktometrické sušiny a cukru v čerstvé šťávě z vybraných druhů ovoce a zeleniny (HORČIN, VIETORIS, 2007). Tabulka 1 - Hodnoty refraktometrické sušiny a cukrů v ovocné šťávě (HORČIN, VIETORI, 2007) Druh šťávy Refraktometrická Cukry sušina (%) (%) Pomerančová 13 10,2 Citrónová 8,7 1,7 Grepová 10,2 6,8 Hroznová 19,7 17,8 Jablečná 12,5 11,2 Višňová 14,3 12,9 Rajčatová 6,3 3,9 Z řepy červené 11,6 9,5 Cukry a ostatní sladidla Obecně jsou sacharidy nejrozšířenější složkou v potravě. Vyskytují se také v nápojích a to jako sladidla nebo hydrokoloidy s emulgačními účinky. Některé cukry se do nápojů úmyslně přidávají, jiné se v nich přirozeně vyskytují. V konečném nápoji se tedy můžou nacházet téměř všechny skupiny cukrů, ale jejich množství se bude značně lišit a kolísat podle druhu jednotlivých nápojů (VORAGEN, 1998). Důvodem používání cukrů není pouze jejich funkce sladidla, ale pomáhají také harmonizovat ostatní obsažené složky chuti, dotváří dojem plnosti chuti a zároveň mohou sloužit jako konzervační činidlo (BELITZ et al., 2004). Při výrobě ovocných nápojů se v technologických procesech nejčastěji používá sacharosa, která se však v současnosti stále častěji nahrazuje použitím invertovaných cukrů, jako jsou invertovaná sacharosa, směs roztoků sacharosy s glukosou, 15

fruktoso-glukosové sirupy, maltosové nebo fruktosové sirupy s obsahem fruktosy 55 až 95 % (KADLEC, 2002). Zmíněné fruktosové sirupy se velice často přidávají do tzv. light nápojů, tj. dietních nápojů se sníženým množstvím energie (OŠŤÁDALOVÁ et al., 2012). Alternativními sladidly, která se při výrobě nápojů mohou používat, jsou alkoholické cukry, například sorbitol, manitol a xylitol. V dnešní době se také setkáváme s využíváním syntetických sladidel, tzn. uměle vyrobených, jež mají vyšší sladivost a zároveň i nižší nutriční hodnotou než sacharosa (HÍC, 2012). Další složky nealkoholických nápojů Možnými látkami přidávajícími se do vybraných nápojů a ovlivňujícími jejich konečné vlastnosti jsou oxid uhličitý, kyselé a hořké látky, aromatické látky, vitamíny, antioxidanty, barviva a hydrokoloidy (HORČIN, VIETORIS, 2007). 3.1.1.2 Alkoholické nápoje Nápoj, který obsahuje více než 0,5 % objemových etanolu, se řadí mezi alkoholické nápoje. Spadá sem pivo, vína (révová, ovocná, sladová, medovina), lihoviny a míšené alkoholické nápoje. Základem výroby zmíněných nápojů je etanolové kvašení, kdy enzymy kvasinek přeměňují cukry na etanol a oxid uhličitý (ŠLAISOVÁ, 2014a). Vyhláška 335/1997 Sb. zákona č. 110/1997 Sb., rozlišuje alkoholické nápoje se sníženým obsahem alkoholu, ty obsahují 0,5 % objemových etanolu až maximálně 1,2 % objemových etanolu. Ostatní alkoholické nápoje obsahují více než 1,2 % objemových etanolu do maximální hodnoty 15 % objemových etanolu. Definice vybraných alkoholických nápojů Pivo je pěnivý nápoj, vyrobený zkvašením mladiny připravené ze sladu, vody, neupraveného chmele, upraveného chmele nebo chmelových produktů, který vedle kvasným procesem vzniklého alkoholu (ethylalkoholu) a oxidu uhličitého obsahuje i určité množství neprokvašeného extraktu. Slad lze do výše jedné třetiny hmotnosti celkového extraktu původní mladiny nahradit extraktem, zejména cukru, obilného škrobu, ječmene, pšenice nebo rýže. U piv ochucených může být obsah alkoholu zvýšen přídavkem lihovin nebo ostatních alkoholických nápojů. 16

Medovina je nápoj vyrobený alkoholovým kvašením včelího medu rozředěného ve vodě. Ovocné víno je nápoj vyrobený alkoholovým kvašením šťávy z ovoce, s výjimkou hroznů révy vinné, kterou je možno před kvašením upravit přídavkem vody a cukru (VYHLÁŠKA 335/1997 Sb.). Víno je alkoholický nápoj vznikající kvašením moštu z plodů révy vinné pomocí vinařských kvasinek Saccharomyces cerevisiae. Tradičně se dělí dle barvy na bílé (bílé odrůdy), červené (červené a modré odrůdy) a růžové víno (červené a modré odrůdy). Lihoviny jsou alkoholické nápoje, které obsahují nejméně 15 % obj. etanolu, mimo piva a vína. Pro výrobu lihovin se smí používat výhradně kvasný etanol, který je tvořen během fermentace ze zkvasitelných surovin činností vhodných mikroorganismů (kvasinek) a izolován následnou destilací. Lihoviny lze rozdělit na destiláty (vodka, slivovice, rum atd.) a likéry (Metaxa, Magistr atd.) (MELZOCH, 2014). 3.2 Sacharidy Sacharidy (z lat. Sacchraum), též nazývané glycidy, jsou nejčetnější přírodní látky na Zemi. V některé literatuře se stále setkáváme se zastaralým a špatným označením sacharidů pod názvy uhlovodany, uhlohydráty a karbohydráty (FELLNEROVÁ, 2010). Společně s bílkovinami a tuky se sacharidy řadí k hlavním výživovým složkám člověka (VELÍŠEK, HAJŠLOVÁ, 2009). Z chemického hlediska jsou sacharidy organické sloučeniny patřící do skupiny polyhydroxyderivátů karbonylových sloučenin, aldehydů a ketonů (CUI, 2005). Znamená to, že vždy obsahují skupinu hydroxylovou -OH a karbonylovou >C=O, která může mít k sobě navázány dva různé řetězce (ketosy) nebo jeden řetězec a jeden atom vodíku (aldosy) (ENCYCLOPAEDIA BRITANNICA, 2014b). Molekuly všech sacharidů jsou tvořeny uhlíkem, vodíkem a kyslíkem v poměru zhruba 1:2:1 (KOVÁČIKOVÁ et al., 2010). K sacharidům se též zařazují sloučeniny vzniklé ze sacharidů oxidačními, redukčními, substitučními a dalšími reakcemi (HÁLKOVÁ et al., 2). 17

Výskyt a funkce sacharidů Sacharidy jsou obsažené ve všech rostlinných i živočišných buňkách. V zelených rostlinách vznikají sacharidy fotosyntetickou asimilací ze vzdušného oxidu uhličitého a vody účinkem slunečního záření (BELITZ et al., 2004). Celkově tvoří sacharidy 85 až 90 % sušiny v rostlinných pletivech, naopak v živočišných tkáních jsou obsaženy jen v několika málo procentech (HÁLKOVÁ et al., 2). Živočišný organismus je přijímá převážně z potravy. Není-li potrava na sacharidy dostatečně bohatá, získává je tělo přeměnou aminokyselin nebo glycerolu z lipidů (HOZA, KRAMÁŘOVÁ, 2008). Funkce sacharidů v buňkách je různá. V první řadě jsou zdrojem energie, dále jsou základními stavebními jednotkami mnoha buněk, které zároveň chrání proti nepříznivým vnějším vlivům, navíc jsou biologicky aktivními látkami anebo tvoří složky mnoha biologicky aktivních látek jako například glykoproteinů, některých koenzymů, hormonů a vitamínů (MATARESE, GOTTSCHLICH, 2003). Studie také ukazují, že sacharidy hrají důležitou roli v procesech buněčného rozpoznávání (ŽÍDKOVÁ, CHMELÍK, 2). 3.2.1 Rozdělení sacharidů Sacharidy lze rozdělit dle velikosti molekuly do několika skupin a to na jednoduché - monosacharidy a složité - oligosacharidy nebo polysacharidy (BELITZ et al., 2004). Monosacharidy jsou nejjednodušší sacharidy, které již nelze hydrolyzovat na jednodušší cukry. Stávají se stavebními jednotkami všech vyšších sacharidů (HELMENSTINE, 2014). Jako glukoneogeneze se označuje proces, při kterém jsou monosacharidy syntetizovány z jednodušších látek. Větší část monosacharidů je však produktem fotosyntézy v zelených rostlinách. Volně se v přírodě vyskytuje pouze D-glukosa a z ketos například D-fruktosa (HOZA, KRAMÁŘOVÁ, 2008). Nejvýznamnějšími monosacharidy jsou glukosa, fruktosa a galaktosa (BELITZ et al., 2004). Oligosacharidy jsou sacharidy složené ze dvou až deseti stejných nebo různých monosacharidových jednotek, lineárně vázaných glykosidickými vazbami (ELIASSON, 2006). Dle počtu monosacharidových jednotek se oligosacharidy dělí na disacharidy 18

obsahující dvě jednotky až dekasacharidy s deseti jednotkami (FELLNEROVÁ, 2010). Zmíněné disacharidy jsou nejvýznamnějšími oligosacharidy, zahrnují například sacharosu, laktosu a maltosu (BELITZ et al., 2004). Polysacharidy, známé také pod názvem glykany, jsou složeny z více než deseti monosacharidových jednotek, obsahujících navíc strukturní (stavební) jednotky v počtu od tisíce až po milion. Tyto jednotky jsou navzájem propojeny glykosidovými vazbami (VELÍŠEK, HAJŠLOVÁ, 2009). Polysacharidy jsou nejrozšířenějším typem sacharidů. Mezi nejvýznamnější zástupce patří škrob, celulosa, glykogen a inulin (BELITZ et al., 2004). Tabulka č. 2 přehledně popisuje rozdělení sacharidů na hlavní skupiny a jednotlivé podskupiny. Tabulka 2 - Rozdělení sacharidů (KVASNIČKOVÁ, 2) Hlavní skupina Počet jednotek Cukry 1 2 Oligosacharidy 3-10 Polysacharidy nad 10 Podskupina Monosacharidy Disacharidy sacharosa laktosa Alkoholické cukry sorbitol manitol xylitol laktitol maltitol Maltooligosacharidy fruktooligosacharidy galaktooligosacharidy Škrob Neškrobové polysacharidy celulóza necelulózové (hemicelulóza, pektin, gumy, slizy aj.) Monomery glukosa fruktosa galaktosa gluktosa, fruktosa glukosa, galaktosa glukosa fruktosa xylosa glukosa,fruktosa glukosa,glukosa glukosa fruktosa, glukosa galaktosa, glukosa glukosa gluktosa galaktosa, glukosa, mannosa, rhamnosa, uronové kyseliny 19

Pro monosacharidy a oligosacharidy se v praxi často používá název cukry (BELITZ et al., 2004). Zástupci těchto dvou skupin se z velké části označují triviálními názvy, které mají koncovku -osa, jako například glukosa, fruktosa, sacharosa apod. (PELIKÁN et al., 1999). V přírodě se velmi rozsáhlá skupina polysacharidů od monosacharidů a oligosacharidů znatelně liší a to je důvodem, proč se podle moderních hledisek mezi cukry nezařazuje (PELIKÁN et al., 1999). 3.2.2 Cukry Již z předchozí kapitoly vyplývá, že pod pojmem cukry se skrývají jednoduché sacharidy, tedy monosacharidy, disacharidy a alkoholické cukry. Tyto cukry jsou tvořeny jednou nebo dvěma cukernými jednotkami (HAVEL, 2012). Spojuje je řada společných vlastností, například sladká chuť a dobrá rozpustnost ve vodě (HÁLKOVÁ et al., 2). Tyto cukry poskytují organismu rychlou energii. Jsou tedy vhodné při zvýšené fyzické námaze pro okamžité zvýšení hladiny cukru v krvi, kdy je podpořena nejen svalová, ale i mozková činnost. Mezi jednoduché cukry spadají hlavně glukosa, fruktosa a sacharosa (HAVEL, 2012). Vyskytují se přímo v potravinách, anebo jsou do nich úmyslně přidávány za účelem vylepšení chuti a vlastností výrobků (ANCIRA, 2014). 3.2.2.1 Monosacharidy Vlastnosti Monosacharidy jsou z větší části bezbarvé krystalické látky sladké chuti, dobře rozpustné ve vodě. Téměř nerozpustnými se stávají v organických rozpouštědlech a tucích (HOZA, KRAMÁŘOVÁ, 2008). Vlivem vyšších teplot dochází k jejich rozkladu (karamelizaci) a ve směsích s koncentrovanými alkáliemi dochází při vyšších teplotách k výrazným destrukčním změnám. Při pokojové teplotě účinkem zředěných alkálií nastává isomerie, kdy například D-glukosa isomeruje na D-mannosu a D-fruktosu. Opticky aktivními se monosacharidy stávají díky chirálnímu uhlíku (RŮŽIČKOVÁ, KOTLÍK, 2004). U čerstvě připravených roztoků monosacharidů probíhá mutarotace, což je ustavování rovnováhy mezi odlišnými strukturami. Tento proces může trvat i několik hodin a je nutné ho brát v úvahu při analytickém stanovování cukru, jelikož může ovlivňovat naměřené hodnoty. Na mutarotaci má vliv teplota a kyseliny (PELIKÁN et al., 1999). 20

Reakce Reakce se u monosacharidů dějí na karbonylových nebo karboxylových skupinách, případně současně na obou jmenovaných funkčních skupinách (CUI, 2005). Redukční účinky aldosy a ketosy jsou důležité pro analytické důkazy sacharidů. V mnoha případech se používají důkazy, založené na redukci hydroxidů kovů, spojené s oxidací monosacharidů například redukce Fehlingova činidla (PELIKÁN et al., 1999). 3.2.2.2 Oligosacharidy Vlastnosti Fyzické a chemické vlastnosti oligosacharidů se odvíjejí od jejich chemického složení. Mnoho z nich však je rozpustných ve vodě nebo fyziologickém roztoku, snášejí fyziologické podmínky ph a jsou dostatečně termostabilní pro přežití v obvyklých podmínkách potravinářské výroby a jejích procesech (BELITZ et al., 2004). Díky sladké chuti nalézají uplatnění v potravinářském průmyslu. Z některých disacharidů lze vyrábět aditiva. Například ze sacharosy se mohou vyrobit palatinosa a laktosacharosa, a z laktosy pak laktulosa nebo laktosacharosa. (VELÍŠEK, HAJŠLOVÁ, 2009). Reakce Dle typu glykosidické vazby se oligosacharidy dělí na redukující, mající minimálně jednu volnou poloacetalovou OH-skupinu a neredukující, které nemají žádnou volnou poloacetalovou OH-skupinu. Pojem redukující a neredukující cukr se váže se schopností aldos podléhat oxidacím pomocí působení vhodného oxidačního činidla. Vhodnými činidly mohou být třeba Fehlingovo činidlo nebo Tollensovo činidlo. Přítomnost redukujících cukrů se projeví v případě použití Fehlingova činidla vyloučením červenohnědé sraženiny oxidu měďného, anebo kovového stříbra v případě použití Tollensova činidla (ZAJONCOVÁ, 2012). Chemicky je glykosidová vazba v neutrálním až mírně alkalickém prostředí stálá, v kyselém prostředí se štěpí účinkem vody na původní složky, obecně cukr a aglykon. V případě hydrolýzy sacharosy dochází ke vzniku monosacharidů D-glukosy a D-fruktosy (KEFURT et al., 2007). Směs těchto dvou monosacharidů, obvykle 21

nazývaná invertní cukr, je významnou komoditou v cukrovarnictví. Hydrolýza může být také katalyzována pomocí enzymů (SCHEIBEROVÁ, JAHODA, 2014). 3.2.3 Obsah cukrů v přírodních základech nápojů Jelikož obsah látkových složek ovoce a zeleniny značně kolísá v rámci jednoho druhu, odrůdy a odvíjí se i od půdních a klimatických podmínek, je nutné brát uvedená čísla obsahu cukrů pouze jako orientační hodnoty (BLAŽEK, 1998). 3.2.3.1 Ovoce KOPEC a BALÍK (2008) udávají, že v ovoci se průměrně vyskytuje 11,8 % sacharidů. Převážně se jedná o glukosu, a to v množství od 0,5 do 32 %, a v rozmezí 0,4 až 24 % také o fruktosu (VELÍŠEK, 1999). Ostatní monosacharidy jsou zastoupeny v nepatrném množství. Sacharosa se vyskytuje pouze v některých ovocných druzích (KOPEC, 1977). Například zralé hrozny obsahují glukosu a fruktosu zhruba ve stejném poměru, a to v 8 %. V přezrálých hroznech pak převládá fruktosa. Vinné mošty obsahují 120 až 250 g.dm -3 zbytkového cukru (vyjádřeno jako glukosa) a suchá vína pouze 4 g.dm -3 zbytkového cukru. Následující tabulka udává obsažené monosacharidy a oligosacharidy a jejich přibližné množství ve víně (VELÍŠEK, 1999). Tabulka 3 - Obsah monosacharidů a oligosacharidů ve víně (VELÍŠEK, 1999) Monosacharidy ve víně Oligosacharidy ve víně Sacharid Obsah v mg.d -3 Sacharid Obsah v mg.d -3 Ribosa 6,3 62 Trehalosa 0 61 Arabinosa 1,0 242 Cellobiosa 2 7 Xylosa 0,6 146 Maltosa 1 5 Glukosa 56 25 Sacharosa 0 Mannosa 2 37 Laktosa 1 5 Galaktosa 6,3 249 Rafinosa 0 1 Fruktosa 93 26 500 Rhamnosa 2,2 121 Fukosa 2 9 V některých druzích ovoce se lze setkat i s méně obvyklými cukry jako například s D-sorbosou obsaženou v jeřabinách a vyššími ketosami, které se v menší 22

míře vyskytují v jahodách a hroznech (VELÍŠEK, 1999). Tabulka č. 4 obsahuje hodnoty obsahu glukosy, fruktosy, sacharosy a celkový obsah cukrů ve vybraném čerstvém ovoci. Hodnota celkových cukrů je navýšena díky přítomnosti i jiných cukrů než těch, které jsou uvedeny v tabulce. Tabulka 4 - Obsah jednotlivých cukrů ve vybraném čerstvém ovoci (VELÍŠEK, HAJŠLOVÁ, 2009) Druh ovoce Glukosa (%) Fruktosa (%) Sacharosa (%) Cukry celkem (%) Jablka 1,8 5,0 2,4 11,1 Hrušky 2,2 6,0 1,1 9,8 Třešně 5,5 6,1 0,0 12,4 Švestky 3,5 1,3 1,5 7,8 Meruňky 1,9 0,4 4,4 6,1 Broskve 1,5 0,9 6,7 8,5 Jahody 2,6 2,3 1,3 5,7 Maliny 2,3 2,4 1,0 4,5 Červený rybíz 2,3 1,0 0,2 5,1 Černý rybíz 2,4 3,7 0,6 6,3 Hrozny 8,2 8,0 0,0 14,8 Pomeranče 2,4 2,4 4,7 7,0 Grapefruity 2,0 1,2 2,1 6,7 Citrony 0,5 0,9 0,2 2,2 Ananas 2,3 1,4 7,9 12,3 Banán 5,8 3,8 6,6 18,0 3.2.3.2 Zelenina Obsahuje stejně jako ovoce hlavně monosacharidy glukosu a fruktosu. V množství podstatně menším můžeme nalézt též monosacharidy arabinosu, xylosu atd. (VELÍŠEK, 1999). Na další straně jsou v tabulce č. 5 uvedeny hodnoty vybraných sacharidů v čerstvé zelenině. 23

Tabulka 5 - Obsah jednotlivých cukrů ve vybrané čerstvé zelenině (VELÍŠEK, HAJŠLOVÁ, 2009) Druh zeleniny Glukosa Fruktosa Sacharosa Brokolice 0,73 0,67 0,42 Špenát 0,09 0,04 0,06 Endivie 0,07 0,16 0,07 Mrkev 0,85 0,85 4,24 Řepa salátová 0,18 0,16 6,11 Okurka 0,86 0,86 0,06 Rajčata 1,12 1,34 0,01 Jelikož vyrobené ovocné a zeleninové šťávy na rozdíl od čerstvých plodů postrádají vlákninu, která zpomaluje vstřebávání fruktosy v těle, je potřeba opatrnosti při konzumaci těchto šťáv osobami trpícími cukrovkou (SCHNEIDER, 2013). 3.2.4 Cukry v nápojích V surovinách rostlinného původu se přirozeně v největší koncentraci nachází glukosa a fruktosa, jak je zřejmé z předchozí kapitoly (TAPPY, LE, 2010). Tyto cukry se pak z plodů dostávají i do samotných nápojů. Kromě již zmíněné glukosy a fruktosy obsahuje ovoce a zelenina i další sacharidy, které lze v nápojích také nalézt (OŠŤÁDALOVÁ et al., 2012). Z přírodních cukrů se nápoje nejčastěji navíc obohacují sacharosou, glukosou, fruktosou, fruktosovými sirupy a invertním a škrobovým cukrem. Ostatní cukry se využívají zřídka a to většinou do speciálních nápojů (HORČIN, VIETORIS, 2007). Jednotlivé typy cukrů mají odlišný stupeň sladivosti. Relativní sladivost je míra, která se používá právě při porovnání sladivosti jednotlivých cukrů a sladidel. Vyjadřuje poměr hmotnostní koncentrace vodního roztoku sacharosy jako standardu s koncentrací roztoku určitého cukru či sladidla stejně sladké chuti. Relativní sladivost se odvíjí od koncentrace sacharosy a zároveň klesá s její narůstající koncentrací. Sladivost jednotlivých sladidel se odvíjí ale i od ph, teploty, přítomnosti jiných sladidel a dalších faktorů (SPILLANE et al., 2006). Stupeň sladivosti pro sacharosu se rovná 100 % (BELITZ et al., 2004). 24

Tabulka 6 - Sladivost sacharosy, glukosy, fruktosy a invertního cukru (HORČIN, VIETORI, 2007) Sacharid Sladivost Sacharosa 100 % D-Glukosa 63 % Fruktosa 114 % 100 % invertní cukr 95 105 % 3.2.4.1 Glukosa Glukosa, známá též jako dextrosa či hroznový cukr, se považuje za nejvýznamnější monosacharid a je na Zemi jednou z nejrozšířenějších látek. Název je odvozený z řeckého slova glykys, v českém překladu sladký (RŮŽIČKOVÁ, KOTLÍK, 2004). Vzniká při fotosyntéze a je výchozí látkou pro biosyntézu ostatních sacharidů. Znamená to, že je součástí oligosacharidů a polysacharidů (ENCYCLOPAEDIA BRITANNICA, 2014a). Systematický název má 6-(hydroxymethyl)oxan-2,3,4,5-tetraol a sumární vzorec C 6 H 12 O 6 (SZÜČOVÁ, 2012). Tento monosacharid je nejvýznamnější aldosou (RŮŽIČKOVÁ, KOTLÍK, 2004). Glukosa existuje ve dvou enantiomerech jako D-glukosa, která se vyskytuje běžně v přírodě a L-glukosa, která je stavební jednotkou složených cukrů například maltosy, sacharosy, galaktosy z oligosacharidů a škrobu a glykogenu ze skupiny polysacharidů (SZÜČOVÁ, 2012). Obrázek 1 Konfigurační vzorec L-glukosy a D-glukosy (ILLUMILOLIST, 2013) Výskyt glukosy Primárně se nachází jako volná v rostlinných šťávách, v ovoci je pak vázaná v polysacharidech (škrob, celulóza, chitin) a různých derivátech sacharidů. Z trávicího 25

traktu se do krve vstřebává vždy jen volná glukosa (FONTANA, LAVRÍKOVÁ, 2013). Hodnoty obsahu glukosy v ovoci a zelenině jsou uvedeny v tabulkách č. 4 a 5. Glukosa je obsažena také v medu. U člověka a živočichů se nachází glukosa volná v tělních tekutinách (FELLNEROVÁ, 2010), kdy se například v krvi vyskytuje v koncentraci zhruba 1 g.kg -1 a v moči se v koncentraci až 10 % může objevovat u osob trpících cukrovkou (VELÍŠEK, HAJŠLOVÁ, 2009). Vlastnosti glukosy Glukosa je za normálních podmínek pevná látka, která je bílá, krystalická, sladké chuti, bez zápachu a dobře rozpustná ve vodě. Sladkost D-glukosy je asi 40 70 % sladkosti sacharosy (VELÍŠEK, HAJŠLOVÁ, 2009). Její molekulová hmotnost se rovná 180,2 g.mol -1, hustota 1,5620 g.cm -3, teplota tání 146 ºC a rozpustnost ve vodě 1 200 g.l -1 (MUCHA, 2007a). Glukosa je snadno stravitelná, rychle přechází do krve a také je osmoticky aktivní (FELLNEROVÁ, 2010). Všechny přijaté sacharidy jsou na glukosu v těle postupně přeměněny a každý sacharid je možné z ní syntetizovat (FONTANA, LAVRÍKOVÁ, 2013). Konečnými produkty procesu oxidace samotné glukosy jsou oxid uhličitý a voda (VELÍŠEK, HAJŠLOVÁ, 2009). Význam glukosy Glukosa je nepostradatelnou sloučeninou metabolismu a zdrojem energie jak pro živočichy, tak i pro rostliny. Energii z ní lze získat i za nepřítomnosti kyslíku, což ji odlišuje od ostatních živin. Z jednoho gramu glukosy vlivem oxidace získá tělo energii v množství asi 17 kj, tj. 4 kcal (FONTANA, LAVRÍKOVÁ, 2013). Množství glukosy v krvi a s tím spojenou intenzitu metabolismu a vstup glukosy do svalových buněk řídí hormony slinivky břišní, insulin a glukagon (ANCIRA, 2014). Příjmem glukosy se výrazně zvyšuje její obsah v krvi. Z tohoto důvodu je právě glukosa nevhodná pro osoby trpící cukrovkou (JANOVSKÁ, 2014). Nadbytek glukosy se ukládá do jater a svalů v podobě glykogenu (VELÍŠEK, HAJŠLOVÁ, 2009). Výroba glukosy Glukosa se převážně vyrábí z rostlinného škrobu, který je tvořen glukosovými jednotkami (MUCHA, 2007a). Technologie výroby je dvojí, kdy lze glukosu získat buď 26

hydrolýzou škrobu v kyselém prostředí, anebo enzymovou hydrolýzou škrobu. Případně lze tento monosacharid získat také krystalizací rostlinných šťáv (SZÜČOVÁ, 2012). Použití glukosa nachází hlavně v chemických technologiích nebo v lékařství za účelem umělé výživy (RŮŽIČKOVÁ, KOTLÍK, 2004). 3.2.4.2 Fruktosa Je velice často označována jako ovocný cukr. Tento monosacharid spadá mezi ketohexosy. Sumární vzorec má C 6 H 12 O 6, je tedy shodný se vzorcem glukosy, ale jejich struktury se liší (MUCHA, 2007b). D-fruktosa je levotočivá, kdy polohu polarizovaného světla otáčí tímto směrem. Z této skutečnosti se odvodil její starší název levulosa (DUDEKOVÁ, 2010). Společně s glukosou a galaktosou patří mezi tři nejdůležitější cukry v krvi (WYLIE-ROSETT et al., 2004). S glukosou v poměru 1:1 tvoří disacharid sacharosu (PAPEŽOVÁ, 2012). Obrázek 2 - Konfigurační vzorec D-fruktosy a L-fruktosy (ILLUMILOLIST, 2013) Výskyt fruktosy Volná fruktosa je obsažena stejně jako glukosa v hojném množství v ovoci a včelím medu. Nalézt ji můžeme také v některých druzích zeleniny (PAPEŽOVÁ, 2012). Obsažené hodnoty ve vybraných komoditách jsou uvedeny v tabulkách č. 4 a 5. Vlastnosti fruktosy Čistá fruktosa je bílá krystalická látka bez vůně, která je dobře rozpustná ve vodě a v polárních rozpouštědlech, také snižuje bod mrazu (DUDEKOVÁ, 2010). Fruktosa je nejsladším přirozeně se vyskytujícím sacharidem (WYLIE-ROSETT et al., 2004). Její sladivost je asi jeden a půl krát vyšší než u sacharosy (DUDEKOVÁ, 2010). Krystalizace fruktosy je poměrně těžká, ovšem 27

za to je silně hygroskopická (KOVÁČIKOVÁ et al., 2010). Molekulová hmotnost fruktosy odpovídá hodnotě 148,1 g.mol -1, hustota 1,52 g.cm -3, teplota tání 131 ºC, teplota varu 295 C a rozpustnost ve vodě při 20 C 790 g.l -1 (MUCHA, 2007b). Výroba fruktosy D-fruktosa se získává hydrolýzou fruktanů, izolací z invertního cukru nebo enzymovou izomerií z D-glukosy (PELIKÁN et al., 1999). Z rostlinných zdrojů pro její výrobu slouží topinambury nebo čekanka, což jsou rostliny obsahující velké množství polysacharidu inulinu, který je složen právě z jednotek fruktosy (DRDÁK, 1996). Význam fruktosy Metabolismus fruktosy se uskutečňuje v játrech, ledvinách a tenkém střevě (TAPPY, LE, 2010). Tento proces je výrazně pomalejší v porovnání s glukosou z důvodu složitějších mechanizmů umožňujících vstup fruktosy do organismu (VISCOJIS, 2014). Fruktosa dodává do těla energii pomaleji než jiné sacharidy a navíc má nízký glykemický index (TAPPY, LE, 2010). Díky tomu eliminuje výkyvy krevního cukru a zamezuje pocitům únavy (VISCOJIS, 2014). Má vyšší sladivost, proto se používá při výrobě potravin a nápojů v menším množství. Celkově se tak sníží veškerý obsah energie výrobku. Fruktosa je vhodná v omezeném množství také pro diabetiky (DUDEKOVÁ, 2010). Některé současné studie však přichází s informacemi, že zvýšený příjem fruktosy má vliv na vznik poruch metabolizmu tuků (dyslipidemie), sacharidů (inzulinová rezistence), metabolického syndromu, onemocnění jater (nealkoholická steatóza jater), vznik hypertenze atd. V potravinářském průmyslu je fruktosa využívána jako náhražka sacharosy, alternativa k náhradním sladidlům a ve velké míře jako sladidlo ve formě vysoko-fruktosového kukuřičného sirupu (HFCS), z důvodu nižších výrobních nákladů (VISCOJIS, 2014). 3.2.4.3 Sacharosa Tento sacharid je známý také pod názvem řepný cukr, třtinový cukr či stolní cukr (ANCIRA, 2014). Sacharosa, jejíž systematický název je α-d-glukopyranosyl-β-dfruktofuranosid patří mezi neredukující disacharidy, protože molekula glukosy a molekula fruktosy, ze kterých je sacharosa složená, jsou spojeny glykosidickou vazbou mezi hydroxylovými skupinami na 1. uhlíku α-d-glukosy a 2. uhlíku 28

β-d-fruktosy (SZÜČOVÁ, 2012). Sacharosa obsahuje osm hydroxylových skupin, kdy tři primární hydroxylové skupiny jsou reaktivnější při alkylacích a acylacích než zbývajících pět skupin (MORAVCOVÁ, 2001). Její sumární vzorec je C 12 H 22 O 11 (SZÜČOVÁ, 2012). Obrázek 3 - Konfigurační vzorec sacharosy (ČÁPKOVÁ, 2013) Výskyt sacharosy Sacharosa se nachází v mnoha rostlinách a to v jejich vegetativních částech. Například listy a stonky cukrové třtiny obsahují 12 26 % sacharosy, kukuřice cukrová 12 17 % a cukrové proso 7 15 % sacharosy. V jablkách, pomerančích, meruňkách, broskvích, ananasech a dalších plodech bývá až 8 % sacharosy. Přesnější hodnoty jsou uvedeny v tabulce č. 4. Existují však i druhy ovoce, ve kterých se sacharosa nevyskytuje vůbec, jako například v třešních nebo hroznech. Obsah sacharosy v zelenině je oproti ovoci podstatně nižší. Obecně se v ní vyskytuje pouze v rozmezí od 0,1 do 12 %. Přesné hodnoty některých zeleninových druhů jsou uvedeny v tabulce č. 5. Hlavním zdrojem, ze kterého se cukr průmyslově vyrábí, je cukrová třtina, v podmínkách České republiky pak řepa cukrová, kdy speciálně vyšlechtěné odrůdy obsahují až 20 % sacharosy (VELÍŠEK, 1999). Díky roční produkci více než 172 milionů tun se sacharosa řadí mezi nejdostupnější organické sloučeniny na planetě (REINBERGR, 2012). Z celkové produkce sacharosy najde zhruba 95 % uplatnění v potravinářství a zbývajících 5 % se uplatňuje v ostatních sektorech (MORAVCOVÁ, 2001). 29

Vlastnosti sacharosy Sacharosa je bílá krystalická látka bez zápachu, snadno se rozpouští, snižuje bod tuhnutí, zvyšuje bod varu roztoků a jejich osmotický tlak. Její molekulová hmotnost je 342,29g.mol -1, hustota 1,587g.cm -3, teplota tání 186 ºC a rozpustnost ve vodě 2 g.l -1 při teplotě 25 C. Zahříváním samotné sacharosy anebo roztoků s vysokou koncentrací sacharosy a zároveň bez přítomnosti látek obsahující aminoskupinu dochází ke karamelizaci (ČOPÍKOVÁ, 1999). Sacharosa podléhá hydrolýze a Maillardově reakci. Produkty vzniklé při těchto reakcích přispívají k vůni, barvě a chuti potravinářských výrobků (ČOPÍKOVÁ, et al., 2006). Například nealkoholické nápoje, ve kterých je sacharosa obsažena, vykazují chuťovou zralost teprve po určité době skladovaní (HÍC, 2012). Na zmíněnou hydrolýzu, při které se sacharosa rozkládá na D-glukosu a D-fruktosu (tzv. invertní cukr, viz kapitola 3.2.4.4), má vliv přítomnost kyselin nebo specifických enzymů (HOZA, KRAMÁŘOVÁ, 2008). Dalšími faktory ovlivňujícími její průběh jsou například hodnota ph, teplota roztoku a další faktory (HÍC, 2012). Tento děj je navíc doprovázen změnou optické otáčivosti sacharosy z pravotočivé na levotočivou (HOZA, KRAMÁŘOVÁ, 2008). Obrázek 4 - Hydrolýza sacharosy působením kyseliny (ASKIITIANS, 2014) Výroba sacharosy Jak již bylo zmíněno, hlavními surovinami pro výrobu sacharosy jsou cukrová třtina a řepa (TAPPY, LE, 2010). Existují však i další rostlinné druhy, ze kterých lze sacharosu získat, jako například z datlí, různých druhů palem, čiroku nebo javoru (VELÍŠEK, 1999). Samotná výroba sacharosy (cukru) z cukrové řepy nastává v cukrovarech. Řepu je na začátku procesu nutné vyprat ve speciálních pračkách, kde se uvolňují nečistoty, 30

stonky, listy a kořínky. Očištěné bulvy se pak v řezačkách řežou na drobné proužky, tzv. řízky. Poté nastává proces extrakce a difuze vodou při zvýšené teplotě, kdy se řízky vylouhují ve vodě, do které se rozpouští sacharosa a získává se cukerný roztok. Takto se získá surová šťáva, která kromě sacharózy obsahuje také řadu rozpuštěných látek, které se nazývají necukry. Ty je důležité před krystalizací šťávy odstranit. Čištění, neboli epurace šťávy probíhá tak, že se do surové šťávy přidá vápenné mléko, tj. vodná suspenze hydroxidu vápenatého. Díky tomuto přídavku dochází k vysrážení některých makromolekulárních látek (bílkovin) a dále se neutralizují organické kyseliny, které se sráží v podobě nerozpustných vápenatých solí. Zvýšením hodnoty ph se zamezuje i rozkladu sacharosy na glukosu a fruktosu (KLEMENTOVÁ, 2014). Přebytečné množství hydroxidu vápenatého se odstraní tzv. saturací oxidem uhličitým. Následnou filtrací produktu se získává lehká šťáva s obsahem sacharosy 15-20 %. Z této lehké šťávy se po zahuštění stává těžká šťáva obsahující 60 65 % sacharosy. Následnou opakovanou krystalizací dochází k získání 90 93 % sacharosy. Zbývající procenta zůstávají v tekutém podílu melasy (KADLEC, 2). Podle VELÍŠKA (1999) obsahuje krystalizací získaný surový cukr až 96 % sacharosy, 1 1,2 % organických a 0,8 1 % anorganických látek neboli necukrů a 1 2 % vody. Jeho barva je nažloutlá až tmavě hnědá, jelikož obsahuje určitý podíl melasy. Používat lze již surový cukr, můžeme jej ale také čistit dalšími procesy. Rafinace je proces, pomocí kterého se vyrábí bílý cukr žádaného druhu a složení, nazývaný též rafinovaný cukr. Klíčovou operací, která ovlivňuje kvalitu a výkonnost rafinace, je afinace surového cukru, jejíž podstatou je odstranění nadbytku matečného sirobu a odstranění jeho zbytků ulpělých na krystalech (PELIKÁN et al., 1999). Afinací získaný cukr se nazývá afináda. Jeho čistota bývá 99,5 %. Rozpuštěním afinády ve vodě, lehké šťávě nebo v sirobu dochází k zisku kléru, který se následně alkalizuje vápenným mlékem, filtruje na naplavovacích filtrech a popřípadě se odbarvuje pomocí aktivního uhlí nebo odbarvovacích ionexů (KADLEC, 2). Význam sacharosy Sacharosa je důležitá pro přísun energie do lidského těla. V průběhu trávení je rozkládána na glukosu a fruktosu, ze kterých je následně využitelná jako zdroj energie pro buňky. Tato energie nám následně umožňuje provádět fyzickou i duševní aktivitu (JOSEPH, 2014). Doporučená denní dávka sacharosy je podle American Heart 31

Association šest čajových lžiček sacharosy pro ženy a devět lžiček pro muže (AHA, 2014). Výhodné je přijímat sacharosu z plodů ovoce a zeleniny, protože ta navíc obsahuje i vlákninu, která reguluje vstřebávání sacharosy a pomáhá tak snižovat hladinu cukru v krvi. Jelikož vliv sacharosy na obsah glukosy v plazmě a sekreci inzulinu je veliký, je třeba si dávat pozor na její zvýšený příjem. Vysoké dávky sacharosy navíc mohou vyústit až v onemocnění diabetem. Dalším negativním projevem zvýšeného příjmu sacharosy může být její přeměna na tuk a s tím spojený výskyt obezity, vysokého krevního tlaku apod. (JOSEPH, 2014). 3.2.4.4 Další cukry a sladidla Alternativní náhrady cukru se stále více dostávají do popředí u mnoha výrobců potravin a nápojů. Nejčastěji se tradiční cukr nahrazuje invertním cukrem, glukosovými a fruktosovými sirupy, alkoholickými cukry (polyoly) či syntetickými sladidly. Důvody mohou být jak technologické tak i ekonomické. Navíc se alternativní sladidla využívají při výrobě potravin a nápojů se sníženým množstvím energie a také pro diabetiky (KOVÁČIKOVÁ et al., 2010). Invertní cukr Tento typ cukru je vyroben kyselou nebo enzymatickou hydrolýzou, tzv. inverzí, ze sacharosy za vzniku směsi D-glukosy a D-fruktosy, zvané též invertní cukr. Ten se používá jako aditivní látka, nejčastěji ve formě sirupu s relativní sladivostí 95 až 105 % sacharosy (OŠŤÁDALOVÁ et al., 2012). Invertní sirup je zlatožlutý hustý sirup, který se rozpouští rychleji než běžný cukr a má minimální sklony ke krystalizaci. Zahřátím jeho barva hnědne a zároveň se zvyšuje i jeho chuť. Běžně se používá v potravinářském a farmaceutickém průmyslu. Jelikož je podstatně sladší, stačí ho v technologiích výroby používat v menším množství pro docílení stejně intenzivní chuti jako při slazení sacharosou (INVERTSUGARSYRUP, 2014). Glukosový sirup Glukosový sirup se může označovat i jako glukoso-fruktosový sirup (GFS) (EUFIC, 2014). Jedná se o vyčištěný koncentrovaný vodný roztok cukrů vhodný 32

k výživě člověka, získaný ze škrobu nebo inulinu, nebo jejich kombinací (HÍC, 2012). Nejčastěji se skládá z jednoduchých cukrů glukosy a fruktosy v různých poměrech. Například sladivost sirupu s obsahem fruktosy 42 % je téměř totožná se sladivostí stolního cukru. Obsah fruktosy však může být pouze v rozmezí od 5 do 50 %, aby se stále jednalo o glukosový sirup. Nad tuto hranici by se jinak sirup musel označit za fruktoso-glukosový sirup (EUFIC, 2014). Vlastnostmi, kterými se odlišuje glukosový sirup od ostatních sladidel, jsou viskozita, konzistence, sladivost, menší schopnost krystalizace (GMO COMPASS, 2008) a také dobrá smísitelnost s ostatními složkami. Díky těmto faktorům nachází své uplatnění nejčastěji při výrobě potravin a nápojů (EUFIC, 2014). Fruktosový sirup Nazývaný též fruktoso-glukosový sirup, anglicky high fructose corn syrup (HFCS), je nejčastěji vyráběn pomocí enzymů z geneticky modifikované kukuřice. Dalšími možnými surovinami pro výrobu tohoto sirupu můžou být brambory, pšenice, rýže a další obiloviny. Významnou složkou fruktosového sirupu je fruktosa přeměněná z glukosy (BRAY et al., 2004). Jak již bylo zmíněno, fruktoso-glukosový sirup obsahuje více než 50 % fruktosy. Poměr se dá při výrobě sirupu ovlivnit, nejčastěji pak bývá v poměru 55 % fruktosy a 45 % glukosy (TAPPY, LE, 2010). Jeho vlastnostmi, které výrobci ve srovnání se sacharosou oceňují, jsou lepší chuť, stabilita, svěžest, textura, barva a výsledná konzistence výrobků (MOELLER et al., 2009). Tento sirup je tekuté sladidlo s relativně levnými výrobními náklady, je sladší než sacharosa a má široké uplatnění v potravinářství, především při výrobě nápojů (JANOVSKÁ, 2014). Alkoholické cukry Alkoholické cukry (polyoly) vznikají redukcí monosacharidů (RAČICKÁ, 2012). Jejich vlastnosti jsou slabě sladká chuť, sladivost 30 60 % sladivosti sacharosy, častá nestravitelnost, vytváření roztoků s viskozitou vyšší než je tomu u roztoků z monosacharidů a přirozených disacharidů. Nejsou kariogenní (VELÍŠEK, HAJŠLOVÁ, 2009). Zmíněné vlastnosti je předurčují k tomu, aby se staly nadějnou náhradou cukru. Alkoholické cukry navíc mají nižší obsah energie, nejsou příčinou zubního kazu a ani vzestupu hladiny glukózy v krvi (NABORS, HEDRICK, 2012). 33

Už dnes nalézají tyto oligosacharidy uplatnění při výrobě nízkoenergetických potravin a nápojů nebo též speciálních potravin pro diabetiky (VELÍŠEK, HAJŠLOVÁ, 2009). Mezi alkoholové cukry lze zařadit sorbitol, manitol a xylitol, které vznikají hydrogenací D-glukosy, invertního sirupu nebo xylosy. Jejich sladivost se odvíjí od koncentrace a ph roztoku. Sladká chuť je u nich vnímána po delší dobu a je doprovázena chladivým pocitem v ústech. Zpracování zmíněných cukrů má v organizmu minimální požadavky na inzulín, avšak nevýhodou jsou laxativní účinky, které mohou nastat už při denní dávce 50 g u sorbitolu a 20 g u manitolu (HÍC, 2012). Tabulka č. 7 udává sladivost vybraných alkoholických cukrů ve srovnání se sacharosou, kdy sladivost sacharosy se rovná jedné. Tabulka 7 - Sladivost alkoholických cukrů (NABORS, HEDRICK, 2012) Sladidlo Relativní sladivost k sacharose Sacharosa 1,0 Polyglycitoly 0,4 0,9 Sorbitol 0,6 Xylitol 1,0 Maltinol 0,9 (prášek), 0,4 0,9 (sirup) Isomalt 0,45 0,65 Lactitol 0,4 Mannitol 0,7 Erytrrinol 0,7 Syntetická sladidla Syntetická sladidla jsou chemickou cestou uměle vyrobená sladidla. Mají vyšší sladící schopnost než cukr, proto stačí jejich menší množství k vytvoření stejné úrovně sladkosti jako při slazení sacharosou. Zároveň nemají výživnou ani energetickou hodnotu (NCI, 2014). Na trhu je lze najít ve formě tablet, tekutých nebo sypkých sladidel (ŠLAISOVÁ, 2014b). 34