3.10.2: Élelmiszerek - energia egy mályvacukorban
- Közreműködött: Ed Vitz, John W. Moore, Justin Shorb, Xavier Prat-Resina, Tim Wendorff és Adam Hahn
- ChemPRIME a Chemical Education digitális könyvtárában (ChemEd DL)
A mályvacukrot eredetileg gyógyszeresen használták a torokfájás megnyugtatására. A mocsári mályva növény gyökeréből készült, Althaea officinalis, néha cukrokkal vagy más összetevőkkel keverve és felkorbácsolva olyasmit készítenek, mint a modern pillecukor. [1] A Modern Campfire® pillecukor kukoricaszirupot, cukrot, módosított étkezési keményítőt (kukoricát), dextrózt, vizet, zselatint, természetes és mesterséges aromát, tetra-nátrium-pirofoszfátot és kék 1-et tartalmaz [2], a csontokból és bőrökből készült zselatinfehérje pedig szigorú vegetáriánusok számára. Az alábbi számítások szerint a pillecukrot 7,5 g tiszta cukornak (szacharóznak) tekintjük.
Vizsgáljuk meg a pillecukor sorsát, amikor megeszed, és magyarázzuk el részben, hogy honnan származik az ételenergia.
Aerob anyagcsere
Szükségünk lesz a teljes reakció által szolgáltatott energiára a aerobic a szacharóz metabolizmusa, amely akkor fordul elő, ha rengeteg oxigén áll rendelkezésre:
\ [C_H_O_ (s) + 12 O_2 (g) → 12 CO_2 (g) + 11 H_2O (l) \, \, \, \, ΔH_ \ label \]
De ez a reakció rengeteg érdekes folyamatot sodor össze. A hidrolízis (vízzel hasítva) a szacharóz az egyszerű cukrokba a glükóz és a fruktóz a nyálban fordul elő, de nem a reakciót katalizáló szacharáz enzim nélkül:
Anaerob anyagcsere
Lactobaccili a szánkban az egyszerű cukrokat részben átalakítja tejsavvá (ami fogszuvasodást okoz), a glikolízis és az erjedés általános reakciójában:
Ez a reakció energiát biztosít a baktériumok fenntartásához, de testünkben is előfordul, ha a cukor metabolizálódik anaerob módon (korlátozott oxigénnel), és a tejsav felelős az izomfájdalmakért az izmaink megterhelését követő napon. A lactobaccillit ellenőrzött receptekben használják olyan tejsav létrehozására, amely joghurt és savanyú káposzta savanykás vagy savanyú ízét teremti meg.
Ha a baktériumok nem metabolizálják a glükózt, akkor mi ezt használjuk ATP előállítására az úgynevezett folyamatban glikolízis amely körülbelül tíz különböző reakciót foglal magában, amelyek a pironsav (C3H4O3) termelésével végződnek. Ha izmaink jól oxigénnel vannak ellátva, a pironsav átalakul CO2-vá és H2O -vá, és teljes reakciónk van (1), amely energiát ad, amelyet az alábbiakban kiszámolunk. Hosszabb edzés közben, glikolízis akkor áll le, amikor elfogy az oxigén, hogy esszenciális reagenst, NAD + -ot állítson elő. Akkor anaerob fermentáció átveszi, előállítja a NAD + -ot, és a pironsavat tejsavvá (C3H6O3) alakítja, amely az izmokban a reakció eredményeként felhalmozódik (3). Ez sokkal kevesebb energiát termel, mint az aerob anyagcsere, amint alább láthatjuk.
A folyamat csak 2 ATP-t eredményez sok más helyett, amely akkor keletkezne, ha a pirosav savat aerob módon metabolizálnák a teljes reakció révén (1).
Hogyan számolják az élelmiszerkémikusok az összes ilyen reakcióban keletkező energiát?
Mostanra már elképzelhető, hogy számtalan reakció vesz részt az élelmiszer-anyagcserében, és gyakorlatilag lehetetlen lenne felsorolni az összes termokémiai egyenletet, a megfelelő entalpia-változásokkal együtt.
Szerencsére Hess törvénye lehetővé teszi az igazságos felsorolást a kialakulás szokásos entalpiája ΔHF, mindegyik vegyületre, és használja ezeket a Δ-tHF értékek a Δ kiszámításáhozHm bármilyen érdekes reakcióra.
A kialakulás standard entalpiája
A kialakulás szokásos entalpiája az entalpia változása, amikor 1 mol tiszta anyag képződik elemeiből. Minden elemnek fizikai és kémiai formában kell lennie, amely a legstabilabb normál légköri nyomáson és meghatározott hőmérsékleten (általában 25 ° C).
Például, mivel a H2O (l) megjelenik az (1) egyenletben, szükségünk lesz rá ΔHf a mályvacukrotól rendelkezésre álló energia kiszámításához. Ha tudjuk, hogy ΔHf [H2O (l)] = –285,8 kJ mol –1, azonnal megírhatjuk a termokémiai egyenletet
H2 (g) + ½O2 (g) → H2O (l) ΔHfm = –285,8 kJ mol –1 (4)
A H és O elemek diatomiás molekulákként és gázalakban jelennek meg, mivel ezek a legstabilabb kémiai és fizikai állapotok. Vegye figyelembe azt is, hogy 285,8 kJ adódik molonként H2O (l) alakított. Az (1) egyenletnek meg kell határoznia a 1 mol H2O (l), ezért az O2 együtthatójának ½-nek kell lennie.
A kialakulási entalpiák használata a szacharóz aerob metabolizmusából származó energia kiszámításához
A (4) mellett két másik Δ-ra is szükségünk leszHF, értékek a marshmallow energia kiszámításához. Ők a ΔHF az (1) egyenlet többi vegyületének értékei, a CO2 és a C12H22O11. Az összes ΔHfmaz értékek megtalálhatók a standard táblázatokban, mint például a szakasz végén, és az (5) és (6) egyenleteket megírhatjuk Δ definíciójának ismeretébenHF:
H2 (g) + ½O2 (g) → H2O (l) ΔHfm = –285,8 kJ mol –1 (4)
C (s) + O2 (g) → CO2 (g) ΔHfm = –393,509 kJ mol –1 (5)
12 C (s+ 11 H2 (g+ 11/2 O2 (g) → C12H22O11 ΔHfm = -2222,1 kJ mol –1 (6)
Hess-törvény szerint képesek lehetünk egyesíteni a 4., 5. és 6. egyenletet az (1) egyenlet megszerzéséhez. Először azt vesszük észre, hogy az (1) bal oldalon szacharóz van, a (6) -ben viszont jobb; így hátra (6) kapunk
C12H22O11 (s) → 12C (s+ 11 H2 (g+ 11/2 O2 (g) -ΔHm = +2222,1 kJ mol –1 (6a)
Az (1) -ban nem megjelenő 12 C törléséhez hozzáadunk 12 x (5) egyenletet (az entalpia változásának hatszorosával együtt):
12 C (s+ 12 O2 (g) → 12 CO2 (g) 6 x ΔHm = 12 x (-393,509) kJ mol –1 (5a)
És hozzáadva a 11 H2O-t (l), amely megjelenik az (1) -ban, hozzáadunk 11 x (4) egyenletet:
11 H2 (g+ 11/2 O2 (g) → 11 H2O (l) ΔHm4 = 11 x (–285,8) kJ mol –1 (4a)
Ha Hess törvényének megfelelően egyesítjük a 6a, 5a és 4a egyenleteket, akkor észrevesszük, hogy 12 H2, 12 C és 11/2 O2 (g) balra és jobbra egyaránt megjelennek, és törölve adják meg az (1) egyenletet!
Ezután kombinálhatjuk az entalpiákat, hogy megkapjuk a szükséges Δ-tHm:
ΔHm = 12 ΔHm5 + 12 ΔHm4 - ΔHm6 = 12 x (-393,509) + 11 x (–285,8) - (-2222,1) kJ mol –1 = -5643,8 kJ mol –1
Vegye figyelembe, hogy ez az érték a szakasz végén található táblázatban jelenik meg. Hess-törvény segítségével mindig kiszámíthatjuk az égési entalpiát a képződési entalpiákból, vagy fordítva! A (6) reakció megfelel a Δ-nakHfm A szacharóz mennyisége nem fordul elő, de az entalpiája kiszámítható a bekövetkező reakciók entalpiaiból.
Vegye figyelembe, hogy számításunk a következőkre egyszerűsödik:
ΔHm = ∑ ΔHF (termékek) - ∑ ΔHf (reagensek)
A symbol szimbólum jelentése „összege”. Tehát csak hozzá kell adnunk a Δ-tHF a termékek értékeit, és vonja le a Δ összegétHF a reagensek értékei az (1) egyenletben. Mivel ΔHF értékek vannak megadva molonként vegyületet meg kell győződnie arról, hogy minden Δ-t megsokszorozHF megfelelő együtthatóval az (1) egyenletből (amelyre ΔHm kiszámításra kerül).
Kalória egy mályvacukorban
Most kiszámíthatjuk a fehérmályva élelmiszer-energiáját: A szacharóz moláris tömege 342,3 g/mol, tehát az egy grammra eső energia -5643,8 kJ/mol/342,3 g/mol = 16,49 kJ/g. A 7,5 g-os mályvacukorban, emlékezve arra, hogy 1 étkezési kalória 4,184 kJ, 7,5 g x 16,49 kJ/g x (1 Cal/4,184 kJ) = 29,6 Cal. (De ki állhat meg csak egy sült pillecukornál?)
A reakció-entalpia számításának összefoglalása
Gondosan jegyezze meg, hogyan oldódott meg a fenti probléma. A 6a lépésben a reagens C12H22O11 vegyület (s) hipotetikusan elemeire bomlott. Ez az egyenlet fordítottja volt a vegyület képződésének, tehát ΔH1 az Δ-vel szemben ellentétes voltHF. Az 5a lépésben megalkotottuk a termék CO2 (g) elemeiből. Mivel 12 mol-ot kaptak, az entalpia változása megduplázódott, de a jele ugyanaz maradt. A 4a. Lépésben megalkotottuk a termék H2O (l) elemeiből. Mivel 11 mol-ot kaptak, az entalpia változását megszorozták 11-vel, de a jele ugyanaz maradt.
Bármilyen kémiai reakció hasonló módon megközelíthető. A Δ kiszámításáhozHm mi hozzá az összes ΔHF a termékek értéke, szorozva mindegyiket a megfelelő együtthatóval, a fenti 2. lépésben leírtak szerint. Mivel a Δ jeleiHF mert a reagenseket meg kellett fordítani az 1. lépésben, mi kivonni megint szorozva a megfelelő együtthatókkal.
Ezt megint összefoglalhatja a fontos egyenlettel
ΔHm = ∑ ΔHF (termékek) - ∑ ΔHf (reagensek)
Egy további pont a Δ meghatározásából adódikHF. A legstabilabb állapotú elem kialakulásának szokásos entalpiájának nullának kell lennie. Ezért ΔHF mert az O2 nem jelenik meg a fenti számításban; értéke nulla, megfelel az O2 elemeiből történő képződésének. Az alábbi reakcióban nincs változás, tehát ΔHF = 0:
Néhány általános vegyület kialakulásának standard entalpiája az alábbi táblázatban található, további részletek pedig néhány standard kialakulási entalpia táblázatában 25 ° C-on. Ezek az értékek felhasználhatók a Δ kiszámításáhozHm bármilyen kémiai reakcióhoz, mindaddig, amíg az összes vegyület szerepel a táblázatokban. Tekintse meg a következő példát, hogy hogyan és miért lehet ezt megtenni.
A szacharóz hidrolízisének energiája a nyálban
Példa \ (\ PageIndex \): A formáció standard entalpiái
A Δ kiszámításához használjon standard képződési entalpiákatHm a reakcióhoz
ΔHm = ∑ ΔHF (termékek) - ∑ ΔHf (reagensek)
Az alábbi táblázatból ΔHF a glükóz, a fruktóz, a szacharóz és a víz értéke -1271, -1266,6 (lehet, hogy ugyanazok, de különböző módszerekkel mérve), -2222,1, illetve -285,8 kJ mol –1. Vegye figyelembe, hogy vigyáztunk a Δ használatáraHF [H2O (l)] nem ΔHF [H2O (g)] vagy (l). Ezeknek az értékeknek a fenti egyenletben való helyettesítése megadja
ΔHm = [1 mol glükóz x (-1271 kJ mol –1) + 1 mol fruktóz x (-1266,6 kJ mol –1] - [1 mol szacharóz x (-2222,1 kJ mol –1 + 1 mol víz x -285,8 kJ mol - 1] = -29,7 kJ mol –1 .
A folyamat valójában exoterm, kis mennyiségű hőenergiát szabadít fel. A maltóz 2 glükóz egységgé történő hidrolíziséhez mért energia csak -4,02 kJ [3] .
Energia a glükóz metabolizmusában és az ATP anaerob képződésében
Példa \ (\ PageIndex \): Anaerob anyagcsere
A Δ kiszámításához használja a standard kialakulási entalpiák táblázatát 25 ° C-onHm az alábbi reakcióhoz (glikolízis + fermentáció), amely 2 mól ATP (valamint NADH) termelésével jár együtt anaerob anyagcserében a szervezetben. A ΔHF a tejsav és a glükóz esetében -687, illetve -1271 kJ mol –1.
ΔHm = ∑ ΔHF (termékek) - ∑ ΔHF (reagensek)
= [2 mol tejsav x (–687) kJ mol –1] - [1 mol glükóz x (–1271 kJ mol –1)
= –1374 + 2222,1 kJ = -103 kJ.
Ezt az energiát részben 2ATP-molekulák előállítására használják fel, nem pedig teljes egészében hőként szabadulnak fel. Megjegyezzük, hogy -5643,8 kJ mol –1 a szacharóz aerob metabolizmusából származik (fent), de anaerob metabolizmusából csak 2 (-103) kJ = -206 kJ származik (mivel 1 mol szacharóz 2 mol glükózt eredményez).
| Összetett | ΔHF kJ mol –1 | ΔHF kcal mol –1 | ΔHc kJ mol –1 |
| H2O (g) | –241.818 | –57,79 | - |
| H2O (l) | –285,8 | –68,3 | - |
| H2O2 (l) | –187,78 | –44,86 | - |
| CO (g) | –110.525 | –26.41 | - |
| CO2 (g) | –393.509 | –94.05 | - |
| NH3 (g) | –46.11 | –11.02 | - |
| C2H2 (g) | +226,73 | +54.18 | - |
| C3H6O3 tejsav | -687 [4] | -164,08 [5] | - |
| C3H4O3 pironsav | –584,5 [6] | - | - |
| C6H12O6 szőlőcukor | -1271 [7] | + | –2803 [8] |
| C6H12O6 galaktóz | –1286 [9] -1286,3 [10] | - | –2803,7 [11] |
| C6H12O6 fruktóz | –1265,6 [12] | - | –2812 [13] |
| C12H22O11 szacharóz | -2375 1 [14] -2222,1 [15] [16] | - | –5645 [17] –5646 [18] -5644 [19] |
| C12H22O11 malátacukor | - | - | –5644 [20] |
| C6H12O6 laktóz | −2236,7 [21] | - | –5648 [22] -5629.5 [23] |
| C2H6O1 etanol | - | - | –1367 [24] |
| C6H14O6 szorbit | –5644 1 [25] | - | - |
| C18H34O2 olajsav | –772 1 [26] | - | - |
| C18H30O2 linolénsav | –665 1 [27] | - | - |
| C57H104O6 triolein | –2390 1 [28] -2193,7 [29] | - | -35224 [30] -35099,6 [31] |
1. Becsülje meg, elméleti számítás alapján
A legáltalánosabb hivatkozások a NIST, ez a kötésenergia-alapú számológép és a QSPR-re számított értékek esetében az Int. J. Mol. Sci. 2007, 8, 407-432.
From ChemPRIME: 3.9: A formáció standard entalpiái
Hivatkozások
- ↑ hu.Wikipedia.org/wiki/Marshmallow
- ↑ www.campfiremarshmallows.com/. rshmallows.asp
- ↑ http://www.jbc.org/content/264/7/3966.full.pdf
- ↑ www.lactic.com/index.php/lacticacid
- ↑ www.lactic.com/index.php/lacticacid
- ↑ www.brainmass.com/homework-he. hemisztika/11390
- ↑ hu.Wikipedia.org/wiki/Glükóz
- ↑ www.science.uwaterloo.ca/
cch. propertyc.html
cch. propertyc.html
cch. propertyc.html
cch. propertyc.html
cch. propertyc.html
Közreműködők és hozzárendelések
Ed Vitz (Kutztowni Egyetem), John W. Moore (UW-Madison), Justin Shorb (Hope College), Xavier Prat-Resina (University of Minnesota Rochester), Tim Wendorff és Adam Hahn.
- 10 energiatakarékos reggeli étel a nyári MyRecipes-ek feltöltésére
- A legjobb energiafogyasztásra alkalmas ételek a téli Foodtown élelmiszerboltokban
- 2020-06-20 Nyújtsa be a legújabb szexuális élelmiszer-tablettákat - SkyGate
- 7 étel természetesen növeli energiáját
- 7 legjobb étel, amely növeli energiáját - Mit kell enni a fáradtság elleni küzdelemhez