Frutose - Fructose

d- Frutose

d- Frutofuranose d- Frutose (forma de cadeia aberta)
Projeção de Haworth de β- d -frutofuranose
Modelo ball-and-stick de β- d- fruto furanose Modelo ball-and-stick de β- d- fruto piranose
Nomes
Nome IUPAC (3 S , 4 R , 5 R ) -1,3,4,5,6-Pentahidroxihexan-2-ona
Outros nomes Açúcar de fruta, levulose, d- frutofuranose, d- frutose, d -arabino-hexulose
Identificadores
Número CAS
Modelo 3D ( JSmol )
ChEBI
ChEMBL
ChemSpider
ECHA InfoCard	100.000.303
Número EC
KEGG
PubChem CID
UNII
Painel CompTox ( EPA )
InChI InChI = 1S / C6H12O6 / c7-1-3-4 (9) 5 (10) 6 (11,2-8) 12-3 / h3-5,7-11H, 1-2H2 / t3-, 4-, 5 +, 6- / m1 / s1 Y Chave: RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N Y
SORRISOS O [C @ H] 1 [C @ H] (O) [C @ H] (O [C @] 1 (O) CO) CO
Propriedades
Fórmula química	C 6 H 12 O 6
Massa molar	180,156  g · mol −1
Densidade	1,694 g / cm 3
Ponto de fusão	103 ° C (217 ° F; 376 K)
Solubilidade em Água	~ 4000 g / L (25 ° C)
Suscetibilidade magnética (χ)	−102,60 × 10 −6 cm 3 / mol
Termoquímica
Entalpia padrão de combustão (Δ c H ⦵ 298 )	675,6 kcal / mol (2.827 kJ / mol) ( maior valor de aquecimento )
Farmacologia
Código ATC	V06DC02 ( OMS )
Perigos
Dose ou concentração letal (LD, LC):
LD 50 ( dose mediana )	15000 mg / kg (intravenoso, coelho)
Exceto onde indicado de outra forma, os dados são fornecidos para materiais em seu estado padrão (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
N verificar  (o que é   ?) YN
Referências da Infobox

A frutose , ou açúcar da fruta , é um açúcar simples cetônico encontrado em muitas plantas, onde geralmente é ligado à glicose para formar o dissacarídeo sacarose . É um dos três monossacarídeos da dieta, junto com a glicose e a galactose , que são absorvidos diretamente no sangue durante a digestão . A frutose foi descoberta pelo químico francês Augustin-Pierre Dubrunfaut em 1847. O nome "frutose" foi cunhado em 1857 pelo químico inglês William Allen Miller . A frutose pura e seca é um sólido cristalino doce, branco, inodoro e o mais solúvel em água de todos os açúcares. A frutose é encontrada no mel , frutas de árvores e videiras, flores, bagas e na maioria dos vegetais de raiz .

Comercialmente, a frutose é derivada a partir de cana de açúcar , beterraba de açúcar , e milho . O xarope de milho rico em frutose é uma mistura de glicose e frutose como monossacarídeos. A sacarose é um composto com uma molécula de glicose covalentemente ligada a uma molécula de frutose. Todas as formas de frutose, incluindo frutas e sucos, são comumente adicionadas a alimentos e bebidas para melhorar o palatabilidade e o sabor , e para dourar alguns alimentos, como assados. Cerca de 240.000 toneladas de frutose cristalina são produzidas anualmente.

O consumo excessivo de frutose (especialmente de bebidas adoçadas com açúcar) pode contribuir para a resistência à insulina , obesidade , colesterol LDL e triglicerídeos elevados , levando à síndrome metabólica . A Autoridade Europeia para a Segurança dos Alimentos declarou que a frutose pode ser preferível à sacarose e à glicose em alimentos e bebidas adoçados com açúcar devido ao seu menor efeito nos níveis de açúcar no sangue pós - prandial , ao mesmo tempo em que observou a desvantagem potencial de que "a ingestão elevada de frutose pode levar a complicações metabólicas como dislipidemia , resistência à insulina e aumento da adiposidade visceral ”. O Comitê Consultivo Científico de Nutrição do Reino Unido em 2015 contestou as alegações de frutose causando distúrbios metabólicos, afirmando que "não há evidências suficientes para demonstrar que a ingestão de frutose, em níveis consumidos na dieta normal do Reino Unido, leva a resultados adversos à saúde, independentemente de quaisquer efeitos relacionados à sua presença como componente dos açúcares totais e livres. "

Etimologia

A palavra "frutose" foi cunhada em 1857 do latim para fructus (fruta) e do sufixo químico genérico para açúcares, -ose . Também é chamado de açúcar de frutas e levulose.

Propriedades quimicas

Figura 1: Relação entre os isômeros acíclicos e cíclicos ( hemicetais ) da frutose

isômeros d - e l da frutose (forma de cadeia aberta)

A frutose é uma poli-hidroxicetona de 6 carbonos. A frutose cristalina adota uma estrutura cíclica de seis membros, denominada β- d- frutopiranose, devido à estabilidade de seu hemicetal e ligações de hidrogênio internas. Em solução, frutose existe como um equilíbrio mistura do tautómeros β- d -fructo piranose , β- d -fructo furanose , α- d -fructofuranose, α- d -fructopyranose e ceto - d -fructose (a forma não-cíclico) .

A distribuição dos tautômeros de d- frutose em solução está relacionada a várias variáveis, como solvente e temperatura. As distribuições de d- frutopiranose e d- frutofuranose na água foram identificadas várias vezes como aproximadamente 70% de frutopiranose e 22% de frutofuranose.

Reações

Frutose e fermentação

A frutose pode ser fermentada anaerobicamente por leveduras ou bactérias . As enzimas do fermento convertem o açúcar (sacarose, glicose ou frutose, mas não a lactose ) em etanol e dióxido de carbono . Parte do dióxido de carbono produzido durante a fermentação permanecerá dissolvido na água, onde alcançará o equilíbrio com o ácido carbônico . O dióxido de carbono dissolvido e o ácido carbônico produzem a carbonatação em algumas bebidas fermentadas, como o champanhe .

Reação de Frutose e Maillard

A frutose sofre a reação de Maillard , escurecimento não enzimático, com aminoácidos . Como a frutose existe em maior extensão na forma de cadeia aberta do que a glicose, os estágios iniciais da reação de Maillard ocorrem mais rapidamente do que com a glicose. Portanto, a frutose tem potencial para contribuir para alterações na palatabilidade dos alimentos , bem como outros efeitos nutricionais, como escurecimento excessivo, redução do volume e da maciez durante o preparo do bolo e formação de compostos mutagênicos .

Desidratação

A frutose desidrata prontamente para dar hidroximetilfurfural ("HMF", C
₆H
₆O
₃), que pode ser processado em dimetilfurano líquido ( C
₆H
₈O ). Esse processo, no futuro, pode se tornar parte de um sistema de baixo custo e neutro em carbono para produzir substitutos para gasolina e diesel nas usinas.

Propriedades físicas e funcionais

Doçura da frutose

A principal razão pela qual a frutose é usada comercialmente em alimentos e bebidas, além de seu baixo custo, é sua alta doçura relativa. É o mais doce de todos os carboidratos que ocorrem naturalmente. A doçura relativa da frutose foi relatada na faixa de 1,2-1,8 vezes a da sacarose. No entanto, é a forma de anel de 6 membros da frutose que é mais doce; a forma de anel de 5 membros tem o mesmo gosto do açúcar de mesa normal. O aquecimento da frutose leva à formação da forma de anel de 5 membros. Portanto, a doçura relativa diminui com o aumento da temperatura. No entanto, foi observado que a doçura absoluta da frutose é idêntica a 5 ° C como 50 ° C e, portanto, a doçura relativa da sacarose não é devida à distribuição anomérica, mas uma diminuição na doçura absoluta da sacarose em temperaturas mais baixas.

Figura 2: Doçura relativa de açúcares e adoçantes

A doçura da frutose é percebida mais cedo do que a da sacarose ou da glicose, e a sensação gustativa atinge um pico (maior que a da sacarose) e diminui mais rapidamente do que a da sacarose. A frutose também pode melhorar outros sabores no sistema.

A frutose exibe um efeito de sinergia de doçura quando usada em combinação com outros adoçantes. A doçura relativa da frutose misturada com sacarose, aspartame ou sacarina é percebida como sendo maior do que a doçura calculada a partir dos componentes individuais.

Solubilidade de frutose e cristalização

A frutose tem maior solubilidade em água do que outros açúcares, assim como outros álcoois de açúcar. A frutose é, portanto, difícil de cristalizar a partir de uma solução aquosa. As misturas de açúcar contendo frutose, como balas, são mais macias do que aquelas contendo outros açúcares por causa da maior solubilidade da frutose.

Higroscopicidade e umectância de frutose

A frutose é mais rápida para absorver a umidade e mais lenta para liberá-la para o meio ambiente do que a sacarose, glicose ou outros adoçantes nutritivos. A frutose é um excelente umectante e retém a umidade por um longo período de tempo, mesmo em baixa umidade relativa (UR). Portanto, a frutose pode contribuir com uma textura mais palatável e maior vida útil para os produtos alimentícios nos quais é utilizada.

Ponto de congelamento

A frutose tem um efeito maior na depressão do ponto de congelamento do que os dissacarídeos ou oligossacarídeos, que podem proteger a integridade das paredes celulares das frutas, reduzindo a formação de cristais de gelo. No entanto, esta característica pode ser indesejável em sobremesas lácteas cremosas ou congeladas.

Funcionalidade de frutose e amido em sistemas alimentares

A frutose aumenta a viscosidade do amido mais rapidamente e atinge uma viscosidade final mais alta do que a sacarose porque a frutose reduz a temperatura necessária durante a gelatinização do amido , causando uma maior viscosidade final.

Embora alguns adoçantes artificiais não sejam adequados para cozinhar em casa, muitas receitas tradicionais usam frutose.

Fontes de alimentos

Frutose cristalina

As fontes naturais de frutose incluem frutas, vegetais (incluindo cana-de-açúcar) e mel. A frutose é frequentemente mais concentrada nessas fontes. As maiores fontes dietéticas de frutose, além da frutose cristalina pura, são alimentos que contêm açúcar de mesa (sacarose), xarope de milho com alto teor de frutose , néctar de agave , mel , melaço , xarope de bordo , frutas e sucos de frutas , pois estes têm os maiores percentuais de frutose (incluindo a frutose na sacarose) por porção em comparação com outros alimentos e ingredientes comuns. A frutose existe nos alimentos como um monossacarídeo livre ou ligada à glicose como sacarose , um dissacarídeo . Frutose, glicose e sacarose podem estar presentes em um alimento; no entanto, alimentos diferentes terão níveis variáveis ​​de cada um desses três açúcares.

Os teores de açúcar de frutas e vegetais comuns são apresentados na Tabela 1. Em geral, em alimentos que contêm frutose livre, a proporção de frutose para glicose é de aproximadamente 1: 1; isto é, os alimentos com frutose geralmente contêm aproximadamente a mesma quantidade de glicose livre. Um valor acima de 1 indica uma proporção maior de frutose para glicose e abaixo de 1 uma proporção menor. Algumas frutas têm proporções maiores de frutose em relação à glicose em comparação com outras. Por exemplo, maçãs e peras contêm mais do que o dobro de frutose livre do que glicose, enquanto para damascos a proporção é menos da metade da frutose da glicose.

Os sucos de maçã e pêra são de particular interesse para os pediatras porque as altas concentrações de frutose livre nesses sucos podem causar diarreia em crianças. As células ( enterócitos ) que revestem o intestino delgado das crianças têm menos afinidade pela absorção de frutose do que pela glicose e sacarose. A frutose não absorvida cria maior osmolaridade no intestino delgado, que puxa água para o trato gastrointestinal, resultando em diarreia osmótica. Esse fenômeno é discutido em mais detalhes na seção Efeitos para a saúde .

A Tabela 1 também mostra a quantidade de sacarose encontrada em frutas e vegetais comuns. A cana-de - açúcar e a beterraba sacarose possuem alta concentração de sacarose e são utilizadas para a preparação comercial da sacarose pura. O suco extraído da cana ou da beterraba é clarificado, removendo as impurezas; e concentrado removendo o excesso de água. O produto final é 99,9% de sacarose pura. Os açúcares que contêm sacarose incluem o açúcar granulado branco comum e o açúcar em pó , bem como o açúcar mascavo .

^ A O valor dos carboidratos é calculado no banco de dados do USDA e nem sempre corresponde à soma dos açúcares, do amido e da "fibra alimentar".

Todos os dados com uma unidade de g (grama) são baseados em 100 g de um item alimentar. A razão frutose / glicose é calculada dividindo a soma da frutose livre mais metade da sacarose pela soma da glicose livre mais metade da sacarose.

A frutose também é encontrada no adoçante manufaturado , xarope de milho rico em frutose (HFCS), que é produzido tratando o xarope de milho com enzimas , convertendo glicose em frutose. As designações comuns para o conteúdo de frutose, HFCS-42 e HFCS-55, indicam a porcentagem de frutose presente no HFCS. O HFCS-55 é comumente usado como adoçante para refrigerantes , enquanto o HFCS-42 é usado para adoçar alimentos processados, cereais matinais , alimentos de panificação e alguns refrigerantes.

Conteúdo de carboidratos de adoçantes comerciais (porcentagem em base seca)

Dados obtidos de Kretchmer, N. & Hollenbeck, CB (1991). Açúcares e adoçantes, Boca Raton, FL: CRC Press, Inc. para HFCS e USDA para frutas e vegetais e outros açúcares refinados.

Os açúcares de cana e de beterraba têm sido usados ​​como o principal adoçante na fabricação de alimentos por séculos. No entanto, com o desenvolvimento de HFCS, ocorreu uma mudança significativa no tipo de consumo de adoçante em alguns países, principalmente nos Estados Unidos. Ao contrário da crença popular, no entanto, com o aumento do consumo de HFCS, a ingestão total de frutose em relação à ingestão total de glicose não mudou drasticamente. O açúcar granulado é 99,9% de sacarose pura, o que significa que tem uma proporção igual de frutose para glicose. As formas mais comumente usadas de HFCS, HFCS-42 e HFCS-55, têm uma proporção aproximadamente igual de frutose para glicose, com pequenas diferenças. O HFCS simplesmente substituiu a sacarose como adoçante. Portanto, apesar das mudanças no consumo de adoçante, a proporção entre a ingestão de glicose e frutose permaneceu relativamente constante.

Figura 3: Consumo ajustado de açúcar refinado per capita nos EUA

Informação nutricional

Fornecendo 368 kcal por 100 gramas de pó seco (tabela), a frutose tem 95% do valor calórico da sacarose por peso. A frutose em pó contém 100% de carboidratos e não fornece nenhum outro nutriente em quantidade significativa (tabela).

Digestão e absorção de frutose em humanos

Figura 4: Hidrólise de sacarose em glicose e frutose por sacarase

Figura 5: Proteínas de transporte de açúcar intestinal

A frutose existe nos alimentos como um monossacarídeo (frutose livre) ou como uma unidade de um dissacarídeo (sacarose). A frutose livre é absorvida diretamente pelo intestino. Quando a frutose é consumida na forma de sacarose, ela é digerida (quebrada) e então absorvida como frutose livre. Conforme a sacarose entra em contato com a membrana do intestino delgado, a enzima sacarase catalisa a clivagem da sacarose para produzir uma unidade de glicose e uma unidade de frutose, que são então cada uma absorvida. Após a absorção, ele entra na veia porta hepática e é direcionado para o fígado.

O mecanismo de absorção da frutose no intestino delgado não é totalmente compreendido. Algumas evidências sugerem transporte ativo , porque foi demonstrado que a captação de frutose ocorre contra um gradiente de concentração. No entanto, a maioria das pesquisas apóia a afirmação de que a absorção de frutose ocorre na membrana mucosa por meio de transporte facilitado envolvendo proteínas de transporte GLUT5 . Uma vez que a concentração de frutose é maior no lúmen, a frutose é capaz de fluir para baixo em um gradiente de concentração nos enterócitos , auxiliada por proteínas de transporte. A frutose pode ser transportada para fora do enterócito através da membrana basolateral por GLUT2 ou GLUT5, embora o transportador GLUT2 tenha uma maior capacidade para transportar frutose e, portanto, a maior parte da frutose é transportada para fora do enterócito através de GLUT2.

Capacidade e taxa de absorção

A capacidade de absorção da frutose na forma de monossacarídeo varia de menos de 5 ga 50 g (por porção individual) e se adapta às mudanças na ingestão de frutose na dieta. Estudos mostram que a maior taxa de absorção ocorre quando a glicose e a frutose são administradas em quantidades iguais. Quando a frutose é ingerida como parte do dissacarídeo sacarose , a capacidade de absorção é muito maior porque a frutose existe em uma proporção de 1: 1 com a glicose. Parece que a taxa de transferência de GLUT5 pode estar saturada em níveis baixos e a absorção é aumentada por meio da absorção conjunta com glicose. Um mecanismo proposto para este fenômeno é um co-transporte de frutose dependente de glicose . Além disso, a atividade de transferência de frutose aumenta com a ingestão de frutose na dieta. A presença de frutose no lúmen causa aumento da transcrição do mRNA de GLUT5, levando ao aumento das proteínas de transporte. As dietas ricas em frutose (> 2,4 g / kg de peso corporal) aumentam as proteínas de transporte três dias após a ingestão.

Má absorção

Vários estudos mediram a absorção intestinal de frutose usando o teste do hidrogênio no ar expirado . Esses estudos indicam que a frutose não é completamente absorvida no intestino delgado. Quando a frutose não é absorvida no intestino delgado, é transportada para o intestino grosso, onde é fermentada pela flora colônica. O hidrogênio é produzido durante o processo de fermentação e se dissolve no sangue da veia porta . Esse hidrogênio é transportado para os pulmões, onde é trocado entre os pulmões e pode ser medido pelo teste do hidrogênio expirado. A flora colônica também produz dióxido de carbono, ácidos graxos de cadeia curta , ácidos orgânicos e gases residuais na presença de frutose não absorvida. A presença de gases e ácidos orgânicos no intestino grosso causa sintomas gastrointestinais, como inchaço, diarreia, flatulência e dor gastrointestinal. O exercício imediatamente após o consumo pode exacerbar esses sintomas, diminuindo o tempo de trânsito no intestino delgado, resultando em uma maior quantidade de frutose esvaziada no intestino grosso.

Metabolismo da frutose

Todos os três monossacarídeos dietéticos são transportados para o fígado pelo transportador GLUT2. A frutose e a galactose são fosforiladas no fígado pela frutocinase ( _Km = 0,5 mM) e galactoquinase ( _Km = 0,8 mM), respectivamente. Em contraste, a glicose tende a passar pelo fígado ( _Km de glucoquinase hepática = 10 mM) e pode ser metabolizada em qualquer parte do corpo. A captação de frutose pelo fígado não é regulada pela insulina. No entanto, a insulina é capaz de aumentar a abundância e a atividade funcional do GLUT5 nas células do músculo esquelético.

Frutólise

O catabolismo inicial da frutose é algumas vezes referido como frutólise , em analogia com a glicólise , o catabolismo da glicose . Na frutólise, a enzima frutocinase produz inicialmente frutose 1-fosfato , que é dividida pela aldolase B para produzir as trioses fosfato de diidroxiacetona (DHAP) e gliceraldeído . Ao contrário da glicólise , na frutólise o triose gliceraldeído carece de um grupo fosfato . Uma terceira enzima, a trioquinase , é portanto necessária para fosforilar o gliceraldeído, produzindo gliceraldeído 3-fosfato . As trioses resultantes são idênticas às obtidas na glicólise e podem entrar na via gluconeogênica para a síntese de glicose ou glicogênio, ou ser posteriormente catabolizadas através da via glicolítica inferior para o piruvato .

Metabolismo da frutose para DHAP e gliceraldeído

O primeiro passo no metabolismo da frutose é a fosforilação da frutose em frutose 1-fosfato pela frutocinase, prendendo assim a frutose para o metabolismo no fígado. A frutose 1-fosfato sofre então hidrólise pela aldolase B para formar DHAP e gliceraldeídos; O DHAP pode ser isomerizado em gliceraldeído 3-fosfato pela triosefosfato isomerase ou sofrer redução em glicerol 3-fosfato pela glicerol 3-fosfato desidrogenase. O gliceraldeído produzido também pode ser convertido em gliceraldeído 3-fosfato por gliceraldeído quinase ou ainda convertido em glicerol 3-fosfato por glicerol 3-fosfato desidrogenase. O metabolismo da frutose neste ponto produz intermediários na via gliconeogênica levando à síntese de glicogênio, bem como à síntese de ácidos graxos e triglicerídeos.

Síntese de glicogênio a partir de DHAP e gliceraldeído 3-fosfato

O gliceraldeído resultante formado pela aldolase B então sofre fosforilação em gliceraldeído 3-fosfato. Concentrações aumentadas de DHAP e gliceraldeído 3-fosfato no fígado conduzem a via gliconeogênica em direção à glicose e subsequente síntese de glicogênio. Parece que a frutose é um substrato melhor para a síntese de glicogênio do que a glicose e que a reposição de glicogênio tem precedência sobre a formação de triglicerídeos. Uma vez que o glicogênio do fígado é reposto, os intermediários do metabolismo da frutose são direcionados principalmente para a síntese de triglicerídeos.

Figura 6: Conversão metabólica de frutose em glicogênio no fígado

Síntese de triglicerídeo a partir de DHAP e gliceraldeído 3-fosfato

Carbonos de frutose dietético são encontrados tanto o ácido gordo livre e glicerol porções de triglicéridos no plasma. O alto consumo de frutose pode levar ao excesso de produção de piruvato, causando um acúmulo de intermediários do ciclo de Krebs. O citrato acumulado pode ser transportado da mitocôndria para o citosol dos hepatócitos , convertido em acetil CoA pela citrato liase e direcionado para a síntese de ácidos graxos. Além disso, o DHAP pode ser convertido em glicerol 3-fosfato, fornecendo a estrutura de glicerol para a molécula de triglicerídeo. Os triglicerídeos são incorporados às lipoproteínas de densidade muito baixa (VLDL), que são liberadas do fígado com destino aos tecidos periféricos para armazenamento nas células adiposas e musculares.

Figura 7: Conversão metabólica de frutose em triglicerídeos no fígado

Efeitos potenciais para a saúde

Ganho de peso

Em uma meta-análise de ensaios clínicos com alimentação controlada - em que os sujeitos do teste foram alimentados com uma quantidade fixa de energia ao invés de serem autorizados a escolher a quantidade que comeram - a frutose não foi um fator independente para ganho de peso; no entanto, o consumo de frutose foi associado ao ganho de peso quando a frutose forneceu calorias em excesso.

Doenças cardiometabólicas

Um painel de especialistas da Autoridade Europeia para a Segurança dos Alimentos concluiu que a frutose é preferida na fabricação de alimentos e bebidas para substituir a sacarose e a glicose devido ao menor efeito da frutose nos níveis de glicose no sangue após uma refeição. No entanto, quando consumida em excesso como adoçante em alimentos e bebidas, a frutose tem sido associada ao aumento do risco de obesidade, diabetes e distúrbios cardiovasculares que fazem parte da síndrome metabólica . A pesquisa clínica forneceu nenhuma ou apenas evidência direta limitada de que a própria frutose está associada ao colesterol LDL e triglicerídeos elevados que levam à síndrome metabólica, mas indica que o consumo excessivo de alimentos e bebidas adoçados com açúcar e o aumento concomitante na ingestão de calorias estão subjacentes ao metabolismo síndrome. Da mesma forma, o aumento do consumo de alimentos e bebidas adoçados aumenta o risco de doenças cardiovasculares, incluindo hipertensão , mas não há relação direta de causa e efeito em humanos, mostrando que a frutose é o fator causal.

Comparado com sacarose

O uso moderado de frutose pode ser recomendado como adoçante para diabéticos, possivelmente por não desencadear a produção de insulina pelas células β pancreáticas , provavelmente porque as células β apresentam baixos níveis de GLUT5 , uma proteína transportadora nas membranas celulares da frutose. Para uma quantidade de referência de 50 gramas, a frutose tem um índice glicêmico de 23, em comparação com 100 para a glicose e 60 para a sacarose. A frutose também é 73% mais doce do que a sacarose em temperatura ambiente, permitindo que os diabéticos usem menos por porção. A frutose consumida antes das refeições pode reduzir a resposta glicêmica da refeição. Alimentos e bebidas adoçados com frutose causam menos aumento nos níveis de glicose no sangue do que aqueles fabricados com sacarose ou glicose.

Veja também

• Intolerância hereditária à frutose
• Xarope de açúcar invertido

Referências

links externos

• Mídia relacionada à frutose no Wikimedia Commons