Reduzindo o açúcar - Reducing sugar
Um açúcar redutor é qualquer açúcar capaz de atuar como agente redutor . Em uma solução alcalina , um açúcar redutor forma algum aldeído ou cetona , o que permite que ele atue como um agente redutor, por exemplo, no reagente de Benedict . Em tal reação, o açúcar se torna um ácido carboxílico .
Todos os monossacarídeos são açúcares redutores, junto com alguns dissacarídeos , alguns oligossacarídeos e alguns polissacarídeos . Os monossacarídeos podem ser divididos em dois grupos: as aldoses , que possuem um grupo aldeído, e as cetoses , que possuem um grupo cetona. As cetoses devem primeiro tautomerizar em aldoses antes de agirem como açúcares redutores. Os monossacarídeos comuns na dieta , galactose , glicose e frutose, são todos açúcares redutores.
Os dissacarídeos são formados a partir de dois monossacarídeos e podem ser classificados como redutores ou não redutores. Dissacarídeos não redutores como sacarose e trealose têm ligações glicosídicas entre seus carbonos anoméricos e, portanto, não podem se converter em uma forma de cadeia aberta com um grupo aldeído; eles estão presos na forma cíclica. Dissacarídeos redutores como lactose e maltose têm apenas um de seus dois carbonos anoméricos envolvidos na ligação glicosídica, enquanto o outro é livre e pode se converter em uma forma de cadeia aberta com um grupo aldeído.
O grupo funcional aldeído permite que o açúcar atue como agente redutor, por exemplo, no teste de Tollens ou no teste de Benedict . As formas hemiacetais cíclicas de aldoses podem se abrir para revelar um aldeído, e certas cetoses podem sofrer tautomerização para se tornarem aldoses. No entanto, os acetais , incluindo aqueles encontrados em ligações polissacarídicas, não podem se tornar facilmente aldeídos livres.
Os açúcares redutores reagem com os aminoácidos na reação de Maillard , uma série de reações que ocorrem durante o cozimento dos alimentos em altas temperaturas e que são importantes para determinar o sabor dos alimentos. Além disso, os níveis de açúcares redutores no vinho, no suco e na cana-de-açúcar são indicativos da qualidade desses produtos alimentícios.
Terminologia
Redução de oxidação
Um açúcar redutor é aquele que reduz outro composto e é ele próprio oxidado ; isto é, o carbono carbonílico do açúcar é oxidado a um grupo carboxila .
Um açúcar é classificado como um açúcar redutor apenas se tiver uma forma de cadeia aberta com um grupo aldeído ou um grupo hemiacetal livre .
Aldoses e cetoses
Monossacarídeos que contêm um grupo aldeído são conhecidos como aldoses , e aqueles com um grupo cetona são conhecidos como cetoses . O aldeído pode ser oxidado por meio de uma reação redox na qual outro composto é reduzido. Assim, as aldoses são redutoras de açúcares. Açúcares com grupos cetona em sua forma de cadeia aberta são capazes de isomerizar por meio de uma série de mudanças tautoméricas para produzir um grupo aldeído em solução. Portanto, cetonas como a frutose são consideradas açúcares redutores, mas é o isômero que contém um grupo aldeído que é redutor, pois as cetonas não podem ser oxidadas sem a decomposição do açúcar. Este tipo de isomerização é catalisada pela base presente em soluções que testam a presença de açúcares redutores.
Reduzindo o fim
Os dissacarídeos consistem em dois monossacarídeos e podem ser redutores ou não redutores. Mesmo um dissacarídeo redutor terá apenas uma extremidade redutora, pois os dissacarídeos são mantidos juntos por ligações glicosídicas, que consistem em pelo menos um carbono anomérico . Com um carbono anomérico incapaz de se converter para a forma de cadeia aberta, apenas o carbono anomérico livre está disponível para reduzir outro composto, e é chamado de extremidade redutora do dissacarídeo. Um dissacarídeo não redutor é aquele que possui ambos os carbonos anoméricos ligados à ligação glicosídica.
Da mesma forma, a maioria dos polissacarídeos tem apenas uma extremidade redutora.
Exemplos
Todos os monossacarídeos são açúcares redutores porque têm um grupo aldeído (se forem aldoses) ou podem tautomerizar em solução para formar um grupo aldeído (se forem cetoses). Isso inclui monossacarídeos comuns como galactose , glicose , gliceraldeído , frutose , ribose e xilose .
Muitos dissacarídeos , como celobiose , lactose e maltose , também têm uma forma redutora, pois uma das duas unidades pode ter uma forma de cadeia aberta com um grupo aldeído. No entanto, a sacarose e a trealose , nas quais os carbonos anoméricos das duas unidades estão ligados entre si, são dissacarídeos não redutores, uma vez que nenhum dos anéis é capaz de se abrir.
Em polímeros de glicose , como amido e derivados de amido , como xarope de glicose , maltodextrina e dextrina, a macromolécula começa com um açúcar redutor, um aldeído livre. Quando o amido foi parcialmente hidrolisado, as cadeias foram divididas e, portanto, ele contém mais açúcares redutores por grama. A porcentagem de açúcares redutores presentes nesses derivados de amido é chamada de dextrose equivalente (DE).
O glicogênio é um polímero de glicose altamente ramificado que atua como a principal forma de armazenamento de carboidratos em animais. É um açúcar redutor com apenas uma extremidade redutora, independentemente do tamanho da molécula de glicogênio ou de quantas ramificações ela tenha (observe, no entanto, que a extremidade redutora exclusiva geralmente está ligada covalentemente à glicogenina e, portanto, não será redutora). Cada ramo termina em um resíduo de açúcar não redutor. Quando o glicogênio é decomposto para ser usado como fonte de energia, as unidades de glicose são removidas uma de cada vez das extremidades não redutoras pelas enzimas.
Caracterização
Vários testes qualitativos são usados para detectar a presença de açúcares redutores. Dois deles usam soluções de íons cobre (II) : o reagente de Benedict (Cu 2+ em citrato de sódio aquoso) e a solução de Fehling (Cu 2+ em tartarato de sódio aquoso). O açúcar redutor reduz os íons de cobre (II) nessas soluções de teste a cobre (I), que então forma um precipitado de óxido de cobre (I) vermelho tijolo . Açúcares redutores também podem ser detectados com a adição do reagente de Tollen , que consiste em íons de prata (Ag + ) em amônia aquosa. Quando o reagente de Tollen é adicionado a um aldeído, ele precipita o metal prateado, geralmente formando um espelho de prata em vidraria limpa.
O ácido 3,5-dinitrosalicílico é outro reagente de teste, que permite a detecção quantitativa. Ele reage com um açúcar redutor para formar ácido 3-amino-5-nitrosalicílico , que pode ser medido por espectrofotometria para determinar a quantidade de açúcar redutor que estava presente.
Alguns açúcares, como a sacarose, não reagem com nenhuma das soluções de teste de açúcar redutor. No entanto, um açúcar não redutor pode ser hidrolisado com ácido clorídrico diluído . Após a hidrólise e neutralização do ácido, o produto pode ser um açúcar redutor que apresenta reações normais com as soluções de teste.
Todos os carboidratos são convertidos em aldeídos e respondem positivamente no teste de Molisch . Mas o teste tem uma taxa mais rápida quando se trata de monossacarídeos.
Importância na medicina
A solução de Fehling foi usada por muitos anos como um teste diagnóstico para diabetes , uma doença em que os níveis de glicose no sangue são perigosamente elevados por uma falha em produzir insulina suficiente (diabetes tipo 1) ou por uma incapacidade de responder à insulina (diabetes tipo 2). Medir a quantidade de agente oxidante (neste caso, solução de Fehling) reduzido pela glicose permite determinar a concentração de glicose no sangue ou na urina. Isso permite que a quantidade certa de insulina seja injetada para trazer os níveis de glicose no sangue de volta à faixa normal.
Importância na química alimentar
Reação de Maillard
Os grupos carbonil dos açúcares redutores reagem com os grupos amino dos aminoácidos na reação de Maillard , uma série complexa de reações que ocorre durante o cozimento dos alimentos. Os produtos da reação de Maillard (MRPs) são diversos; alguns são benéficos para a saúde humana, enquanto outros são tóxicos. No entanto, o efeito geral da reação de Maillard é diminuir o valor nutricional dos alimentos. Um exemplo de produto tóxico da reação de Mailard é a acrilamida , uma neurotoxina e possível carcinógeno que é formada a partir da asparagina livre e açúcares redutores ao cozinhar alimentos ricos em amido em altas temperaturas (acima de 120 ° C). Mas as evidências de estudos epidemiológicos sugerem que a acrilamida dietética não deve aumentar o risco de pessoas desenvolverem câncer.
Qualidade alimentar
O nível de açúcares redutores no vinho, suco e cana-de-açúcar são indicativos da qualidade desses produtos alimentícios, e o monitoramento dos níveis de açúcares redutores durante a produção de alimentos melhorou a qualidade do mercado. O método convencional para fazer isso é o método Lane-Eynon, que envolve a titulação do açúcar redutor com cobre (II) em solução de Fehling na presença de azul de metileno , um indicador redox comum . No entanto, é impreciso, caro e sensível a impurezas.