Inverted sugar syrup

Inverted sugar syrup is a syrupmixture of the monosaccharidesglucose and fructose, made by splitting the disaccharidesucrose. This mixture's optical rotation is opposite to that of the original sugar, which is why it is called an invert sugar. Splitting is completed through hydrolyticsaccharification.

It is 30% sweeter than table sugar,^[1] and foods that contain invert sugar retain moisture better and crystallize less easily than those that use table sugar instead. Bakers, who call it invert syrup, may use it more than other sweeteners.^[2]

Other names include invert sugar,^[3]simple syrup, sugar syrup, sugar water, bar syrup, and sucrose inversion.

Commercially prepared enzyme-catalyzed solutions are inverted at 60 °C (140 °F). The optimum pH for inversion is 5.0. Invertase is added at a rate of about 0.15% of the syrup's weight, and inversion time will be about 8 hours. When completed the syrup temperature is raised to inactivate the invertase, but the syrup is concentrated in a vacuum evaporator to preserve color.^[4]

Obwohl Invertzuckersirup durch Erhitzen von Haushaltszucker in Wasser hergestellt werden kann, lässt sich die Reaktion durch Zugabe von Zitronensaft , Weinstein oder anderen Katalysatoren beschleunigen , oft ohne den Geschmack merklich zu verändern. Gewöhnlicher Zucker kann schnell invertiert werden, indem man Zucker und Zitronensäure oder Weinstein im Gewichtsverhältnis von etwa 1000:1 mischt und Wasser hinzufügt. Verwendet man stattdessen Zitronensaft , der etwa fünf Gewichtsprozent Zitronensäure enthält, beträgt das Verhältnis 50:1. Eine solche Mischung, auf 114 °C erhitzt ^{[ 5 ]} und einem anderen Lebensmittel beigemischt, verhindert die Kristallisation, ohne einen sauren Geschmack zu verursachen.

Kommerziell hergestellte, mit Salzsäure katalysierte Lösungen können bei der relativ niedrigen Temperatur von 50 °C (122 °F) invertiert werden. Der optimale pH-Wert für die säurekatalysierte Inversion liegt bei 2,15. Mit steigender Inversionstemperatur verkürzt sich die Inversionszeit. ^{[ 4 ]} Anschließend wird eine pH-Neutralisation durchgeführt, sobald der gewünschte Inversionsgrad erreicht ist. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

In der Süßwarenherstellung wird Weinstein häufig als Säuerungsmittel verwendet, typischerweise in Mengen von 0,15–0,25 % des Zuckergewichts. ^{[ 8 ]} Durch die Verwendung von Weinstein erhält der Sirup einen honigartigen Geschmack. ^{[ 7 ]} Nach Abschluss der Inversion kann er mit Natron (45 % des Weinsteingewichts) neutralisiert werden. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

Alle Bestandteile (Saccharose, Glucose und Fructose) unterstützen die Gärung , daher können Invertzuckerlösungen beliebiger Zusammensetzung fermentiert werden.

Sirup dient als Nährboden für Mikroorganismen, die den im Wasser enthaltenen Sauerstoff benötigen. Kombucha beispielsweise wird durch die Fermentation von Invertzuckersirup mit Tee mithilfe einer symbiotischen Kultur aus Bakterien und Hefen ( SCOBY ) hergestellt. Hefe wird bei der Weinherstellung für die Ethanolfermentation verwendet . Kaltes Wasser kann mehr gelösten Sauerstoff aufnehmen als warmes Wasser, jedoch löst sich Kristallzucker in kaltem Wasser nicht so leicht.

Wasser in einem Behälter mit großem Boden ermöglicht ein schnelleres Auflösen der Saccharose. Um eine homogene Lösung zu erhalten, muss diese nur wenige Male regelmäßig umgerührt werden. Bei Bedarf kann auch ein Mixer oder Pürierstab verwendet werden, um den Zucker abwechselnd zu verrühren.

• Honig besteht hauptsächlich aus einer Mischung aus Glukose und Fruktose, ähnlich wie Invertzuckersirup, und kann daher länger flüssig bleiben.
• Marmelade enthält Invertzucker, der durch Erhitzen entsteht, sowie den Säuregehalt der Früchte. Dieser Zucker sorgt für die lange Haltbarkeit der Marmelade.
• Goldener Sirup ist ein Sirup, der zu etwa 55 % aus Invertzucker und zu 45 % aus Haushaltszucker (Saccharose) besteht.
• Die Besonderheit von Fondantfüllungen für Pralinen liegt darin, dass das Umwandlungsenzym zwar hinzugefügt, aber – je nach Enzym – weder durch Ansäuerung (pH-Wert-Anpassung im Mikromilieu) noch durch Zugabe von Cofaktoren aktiviert wird, bevor die Füllung mit Schokolade überzogen wird . Die sehr zähflüssige (und somit formbare) Füllung wird dann mit der Zeit dünnflüssiger und erhält die gewünschte cremige Konsistenz. Dies resultiert aus den bewusst suboptimalen Enzymbedingungen, die durch das Vorenthalten von Aktivierungsfaktoren geschaffen werden. Dadurch ist entweder nur ein Teil der Enzyme aktiv oder alle Enzyme arbeiten nur mit einem Bruchteil ihrer biologischen Geschwindigkeit [biologisch gesehen ist es realistischerweise eine Kombination aus beidem: eine reduzierte Anzahl funktionsfähiger Enzyme, wobei die funktionsfähigen Enzyme eine reduzierte katalytische Kinetik/Aktivität aufweisen].
• Cadbury Creme Eggs sind mit Invertzuckersirup gefüllt, der durch die Verarbeitung von Fondant mit Invertase hergestellt wird. ^{[ 11 ] [ 12 ]}
• Sour Patch Kids enthalten außerdem Invertzucker, um einen süßen Geschmack zu erzielen.

Invertzuckersirup ist die Basis für gesüßte Getränke .

• Süßreserve ist ein Begriff aus der Weinherstellung und bezeichnet eine ausgewählte , unvergorene und mikroorganismenfreie Traubenmostportion , die dem Wein als Süßungsmittel zugesetzt wird. Bei der Weingärung wird Glukose schneller vergoren als Fruktose. Wird die Gärung gestoppt, nachdem ein Großteil des Zuckers vergoren ist, besteht der Restzucker im Wein hauptsächlich aus Fruktose. Die Verwendung von Süßreserve hingegen führt zu einem Wein, dessen Süße aus einem Gemisch von Glukose und Fruktose stammt.
• Hersteller alkoholischer Getränke setzen häufig Invertzucker bei der Herstellung von Getränken wie Gin, Bier und Schaumweinen zur Aromatisierung ein. Kandiszucker , der dem Invertzucker ähnelt, wird beim Brauen von Bieren nach belgischer Art verwendet, um den Alkoholgehalt zu erhöhen, ohne den Körper des Bieres wesentlich zu verändern; er findet sich häufig in den Biersorten Dubbel und Tripel . ^{[ 7 ]}

Haushaltszucker (Saccharose) wird durch Hydrolyse in Invertzucker umgewandelt . Durch Erhitzen einer Mischung oder Lösung aus Haushaltszucker und Wasser wird die chemische Bindung zwischen den beiden Einfachzuckerkomponenten gespalten.

Die ausgeglichene chemische Gleichung für die Hydrolyse von Saccharose in Glucose und Fructose lautet:

C ₁₂ H ₂₂ O ₁₁ (Saccharose) + H ₂ O (Wasser) → C ₆ H ₁₂ O ₆ (Glucose) + C ₆ H ₁₂ O ₆ (Fructose)

Sobald ein Teil der Saccharose in Glucose und Fructose umgewandelt wurde, gilt die Lösung nicht mehr als rein. Die allmähliche Abnahme der Reinheit einer Saccharoselösung während der Hydrolyse beeinflusst eine chemische Eigenschaft der Lösung, die sogenannte optische Drehung. Mithilfe dieser Drehung lässt sich feststellen, wie viel Saccharose hydrolysiert wurde und ob die Lösung invertiert ist oder nicht.

Polarisiertes Licht kann durch eine Saccharoselösung geleitet werden, während diese zur Hydrolyse erhitzt wird. Der dabei entstehende Winkel lässt sich mit einem Polarimeter messen . Beim Durchdringen einer reinen Saccharoselösung tritt das Licht unter einem anderen Winkel aus als beim Eintritt. Dieser Winkel ist proportional zur Zuckerkonzentration und zur Weglänge des Lichts in der Lösung. Man spricht daher von einer Winkeldrehung. Der Betrag dieser Winkeländerung (die optische Drehung) wird mit dem Buchstaben α bezeichnet. Erfolgt die Drehung im Uhrzeigersinn, spricht man von einer Rechtsdrehung mit einem positiven Wert wie z. B. 64°. Erfolgt die Drehung gegen den Uhrzeigersinn, spricht man von einer Linksdrehung mit einem negativen Wert wie z. B. −39°. ${\displaystyle \alpha }$${\displaystyle \alpha }$${\displaystyle \alpha }$

Wenn linear polarisiertes Licht eine reine Saccharoselösung durchdringt, wird sein Polarisationswinkel im Uhrzeigersinn gedreht. Beim Erhitzen und der damit einhergehenden Hydrolyse der Saccharose steigt der Anteil an Glucose und Fructose in der Mischung, wodurch die optische Drehung abnimmt. Sobald die optische Drehung den Wert Null überschreitet und negativ wird – das heißt, die Drehung zwischen Eintritts- und Austrittswinkel erfolgt entgegen dem Uhrzeigersinn –, hat sich die Richtung der optischen Drehung umgekehrt. Daraus ergibt sich die Definition des „Inversionspunktes“: Der Anteil an Saccharose, der hydrolysiert sein muss, bis die optische Drehung null erreicht, wird als „invertiert“ bezeichnet. Jede Lösung, die den Inversionspunkt überschritten hat (und somit einen negativen Wert für die optische Drehung aufweist ), wird als „invertiert“ bezeichnet. ${\displaystyle \alpha }$${\displaystyle \alpha }$${\displaystyle \alpha }$

Glucose und Fructose sind chirale Moleküle , d. h., sie lassen sich nicht so drehen, dass sie mit ihrem Spiegelbild deckungsgleich sind (ähnlich wie eine rechte Hand nicht zur linken wird). Aufgrund ihrer Chiralität wird die Ebene von linear polarisiertem Licht beim Durchgang durch Lösungen von Glucose und Fructose gedreht . Die cyclischen Formen von Glucose und Fructose existieren in zwei Hauptanomeren, die Licht unterschiedlich drehen: das α-Anomer und das β-Anomer (siehe Abbildung).

Die Anomere von Glucose und Fructose wandeln sich rasch ineinander um, bis ein Gleichgewichtsgemisch erreicht ist . Bei Raumtemperatur besteht das Gleichgewichtsgemisch für Glucose aus etwa einem Drittel α-Anomeren und zwei Dritteln β-Anomeren.

Da die Anomere Licht unterschiedlich drehen, entspricht die Gesamtdrehung des Lichts beim Durchgang durch eine Glucose- oder Fructoselösung dem Mittelwert der Drehungen aller Anomere. Dieser Mittelwert wird als spezifische Drehung des Zuckers bezeichnet und ist eine charakteristische physikalische Eigenschaft, die unter definierten Bedingungen gemessen wird. ${\displaystyle [\alpha ]}$

Bei 20 °C beträgt die spezifische optische Drehung von Saccharose 66,6°, von Glucose 52,2° und von Fructose −92,4°. ^{[ 13 ]}

Wassermoleküle sind nicht chiral und haben daher keinen Einfluss auf die Messung der optischen Drehung. Beim Eintritt von linear polarisiertem Licht in reines Wasser ändert sich der Winkel seiner Polarisation nicht vom Winkel beim Austritt. Für Wasser gilt daher: θ = 0°. Chemikalien mit einer spezifischen Drehung von null Grad werden wie Wasser als „optisch inaktiv“ bezeichnet und müssen – abgesehen von Konzentration und Weglänge – bei der Berechnung der optischen Drehung nicht berücksichtigt werden. ${\displaystyle [\alpha ]}$

Die optische Gesamtdrehung eines Gemisches von Chemikalien lässt sich berechnen, wenn der Mengenanteil jeder Chemikalie in der Lösung bekannt ist. Sind in einer Lösung mehrere optisch aktive, unterschiedliche Chemikalien („ chemische Spezies “) vorhanden und ist die molare Konzentration (die Stoffmenge jeder Chemikalie pro Liter Lösung) jeder Chemikalie bekannt (wobei eine Zahl zur Identifizierung der chemischen Spezies dient), und besitzt jede Spezies eine spezifische Drehung (die optische Drehung dieser Chemikalie in reiner Lösung), die als bezeichnet wird , so ergibt sich die optische Gesamtdrehung des Gemisches zu , wobei der Molenbruch der Spezies ist . ${\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}} }$

Unter der Annahme, dass keine zusätzlichen chemischen Produkte zufällig entstehen (d. h., es finden keine Nebenreaktionen statt), enthält eine vollständig hydrolysierte Saccharoselösung keine Saccharose mehr und besteht zu gleichen Teilen aus Glucose und Fructose. Diese Lösung besitzt die optische Drehung …$${\displaystyle \displaystyle \alpha ={\frac {1}{2}}[\alpha ]_{\text{Glucose}}+{\frac {1}{2}}[\alpha ]_{\text{Fructose}}={\frac {1}{2}}(52,7^{\circ }-92,0^{\circ })=-19,7^{\circ }}$$

Wenn eine Saccharoselösung teilweise hydrolysiert wurde, enthält sie Saccharose, Glucose und Fructose, und ihr optischer Drehwinkel hängt von den relativen Mengen der einzelnen Stoffe in der Lösung ab; wobei , , und für Saccharose, Glucose und Fructose stehen. $${\displaystyle \displaystyle \alpha =\chi _{s}[\alpha ]_{s}+\chi _{g}[\alpha ]_{g}+\chi _{f}[\alpha ]_{f}}$$${\displaystyle s}$${\displaystyle g}$${\displaystyle f}$

Die genauen Werte von müssen für die Anwendung dieser Gleichung nicht bekannt sein, da der Inversionspunkt (der prozentuale Anteil an Saccharose, der vor der Inversion der Lösung hydrolysiert werden muss) aus den spezifischen Drehwinkeln der reinen Zucker berechnet werden kann. Die Reaktionsstöchiometrie ( die Tatsache, dass die Hydrolyse eines Saccharosemoleküls ein Glucosemolekül und ein Fructosemolekül ergibt) zeigt, dass eine Lösung, die mit Mol Saccharose beginnt und weder Glucose noch Fructose enthält, nach der Hydrolyse von Mol Saccharose Mol Saccharose, Mol Glucose und Mol Fructose enthält. Die Gesamtmolzahl der Zucker in der Lösung beträgt somit und der Reaktionsfortschritt (der prozentuale Abschluss der Hydrolysereaktion) ist gleich . Es lässt sich zeigen, dass der optische Drehwinkel der Lösung eine Funktion dieses prozentualen Reaktionsfortschritts ist (explizit davon abhängt). Wenn die Größe als geschrieben wird und die Reaktion abgeschlossen ist, beträgt der optische Drehwinkel .${\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\%}$$${\displaystyle \displaystyle \alpha _{r}={\frac {(x_{0}-x)[\alpha ]_{s}+x[\alpha ]_{g}+x[\alpha ]_{f}}{x_{0}+x}}={\frac {1}{1+r}}\left([\alpha ]_{s}+([\alpha ]_{g}+[\alpha ]_{f}-[\alpha ]_{s})r\right)}$$

Per Definition beträgt der Winkel am Umkehrpunkt null Grad. Um den Umkehrpunkt zu finden, wird daher α gleich null gesetzt und die Gleichung umgeformt . Daraus ergibt sich, dass eine Saccharoselösung umgekehrt ist, sobald mindestens 10 % der Saccharose in Glucose und Fructose hydrolysiert wurden. ${\displaystyle \alpha }$${\displaystyle r}$$${\displaystyle \displaystyle r_{\text{inversion}}={\frac {[\alpha ]_{s}}{[\alpha ]_{s}-[\alpha ]_{g}-[\alpha ]_{f}}}=0.629}$$${\displaystyle 62.9\%}$

Wird eine Saccharoselösung bei Temperaturen von 50–60 °C gehalten, hydrolysiert sie maximal etwa 85 % der enthaltenen Saccharose. Der Wert r = 0,85 zeigt, dass die optische Drehung der Lösung nach Abschluss der Hydrolyse −12,7° beträgt. Diese Reaktion wird als Inversion des Zuckers bezeichnet, da die optische Drehung nach der Hydrolyse kleiner als null ist. Mithilfe eines Polarimeters lässt sich der Zeitpunkt der Inversion bestimmen, indem man prüft, ob die optische Drehung der Lösung zu einem früheren Zeitpunkt der Hydrolysereaktion −12,7° beträgt. ${\displaystyle \alpha }$

• Maissirup mit hohem Fruktosegehalt
• Liste der Sirupe

• „Invertase“ . Greenwood Health Systems . Archiviert vom Original am 29. Mai 2017. Abgerufen am 27. November 2012 .