Reducir el azúcar

Un azúcar reductor es cualquier azúcar que es capaz de actuar como agente reductor . ^[1] En una solución alcalina , un azúcar reductor forma algún aldehído o cetona , lo que le permite actuar como agente reductor, por ejemplo en el reactivo de Benedict . En tal reacción, el azúcar se convierte en un ácido carboxílico .

Todos los monosacáridos son azúcares reductores, junto con algunos disacáridos , algunos oligosacáridos y algunos polisacáridos . Los monosacáridos se pueden dividir en dos grupos: las aldosas , que tienen un grupo aldehído, y las cetosas , que tienen un grupo cetona. Las cetosas primero deben tautomerizarse a aldosas antes de que puedan actuar como azúcares reductores. Los monosacáridos dietéticos comunes galactosa , glucosa y fructosa son todos azúcares reductores.

Los disacáridos se forman a partir de dos monosacáridos y pueden clasificarse como reductores o no reductores. Los disacáridos no reductores, como la sacarosa y la trehalosa, tienen enlaces glucosídicos entre sus carbonos anoméricos y, por lo tanto, no pueden convertirse en una forma de cadena abierta con un grupo aldehído; están atrapados en la forma cíclica. Los disacáridos reductores, como la lactosa y la maltosa, tienen solo uno de sus dos carbonos anoméricos involucrado en el enlace glucosídico, mientras que el otro está libre y puede convertirse en una forma de cadena abierta con un grupo aldehído.

El grupo funcional aldehído permite que el azúcar actúe como agente reductor, por ejemplo, en la prueba de Tollens o la prueba de Benedict . Las formas hemiacetales cíclicas de las aldosas pueden abrirse para revelar un aldehído, y ciertas cetosas pueden sufrir tautomerización para convertirse en aldosas. Sin embargo, los acetales , incluidos los que se encuentran en enlaces de polisacáridos, no pueden convertirse fácilmente en aldehídos libres.

Los azúcares reductores reaccionan con los aminoácidos en la reacción de Maillard , una serie de reacciones que se producen al cocinar alimentos a altas temperaturas y que es importante para determinar el sabor de los alimentos. Además, los niveles de azúcares reductores en el vino, el jugo y la caña de azúcar son indicativos de la calidad de estos productos alimenticios.

Un azúcar reductor es aquel que reduce otro compuesto y se oxida a su vez ; es decir, el carbono carbonílico del azúcar se oxida a un grupo carboxilo . ^[2]

Un azúcar se clasifica como azúcar reductor solo si tiene una forma de cadena abierta con un grupo aldehído o un grupo hemiacetal libre . ^[3]

Los monosacáridos que contienen un grupo aldehído se conocen como aldosas , y aquellos con un grupo cetona se conocen como cetosas . El aldehído se puede oxidar a través de una reacción redox en la que se reduce otro compuesto. Por lo tanto, las aldosas son azúcares reductores. Los azúcares con grupos cetona en su forma de cadena abierta son capaces de isomerizarse a través de una serie de cambios tautoméricos para producir un grupo aldehído en solución. Por lo tanto, las cetonas como la fructosa se consideran azúcares reductores, pero es el isómero que contiene un grupo aldehído el que es reductor, ya que las cetonas no se pueden oxidar sin la descomposición del azúcar. Este tipo de isomerización es catalizada por la base presente en soluciones que prueban la presencia de azúcares reductores. ^[3]

Los disacáridos constan de dos monosacáridos y pueden ser reductores o no reductores. Incluso un disacárido reductor solo tendrá un extremo reductor, ya que los disacáridos se mantienen unidos por enlaces glucosídicos , que constan de al menos un carbono anomérico . Como un carbono anomérico no puede convertirse en la forma de cadena abierta, solo el carbono anomérico libre está disponible para reducir otro compuesto, y se denomina extremo reductor del disacárido. Un disacárido no reductor es aquel que tiene ambos carbonos anoméricos unidos en el enlace glucosídico. ^[4]

De manera similar, la mayoría de los polisacáridos tienen solo un extremo reductor.

Todos los monosacáridos son azúcares reductores porque tienen un grupo aldehído (si son aldosas) o pueden tautomerizarse en solución para formar un grupo aldehído (si son cetosas). ^[5] Esto incluye monosacáridos comunes como galactosa , glucosa , gliceraldehído , fructosa , ribosa y xilosa .

Muchos disacáridos , como la celobiosa , la lactosa y la maltosa , también tienen una forma reductora, ya que una de las dos unidades puede tener una forma de cadena abierta con un grupo aldehído. ^[6] Sin embargo, la sacarosa y la trehalosa , en las que los átomos de carbono anoméricos de las dos unidades están unidos entre sí, son disacáridos no reductores ya que ninguno de los anillos es capaz de abrirse. ^[5]

En los polímeros de glucosa, como el almidón y los derivados del almidón, como el jarabe de glucosa , la maltodextrina y la dextrina, la macromolécula comienza con un azúcar reductor, un aldehído libre. Cuando el almidón se ha hidrolizado parcialmente , las cadenas se han dividido y, por lo tanto, contiene más azúcares reductores por gramo. El porcentaje de azúcares reductores presentes en estos derivados del almidón se denomina equivalente de dextrosa (ED).

El glucógeno es un polímero de glucosa altamente ramificado que sirve como la principal forma de almacenamiento de carbohidratos en los animales. Es un azúcar reductor con un solo extremo reductor, sin importar cuán grande sea la molécula de glucógeno o cuántas ramificaciones tenga (tenga en cuenta, sin embargo, que el único extremo reductor generalmente está unido covalentemente a la glucogenina y, por lo tanto, no será reductor). Cada ramificación termina en un residuo de azúcar no reductor. Cuando el glucógeno se descompone para usarse como fuente de energía, las enzimas eliminan las unidades de glucosa una a la vez de los extremos no reductores. ^[2]

Se utilizan varias pruebas cualitativas para detectar la presencia de azúcares reductores. Dos de ellas utilizan soluciones de iones de cobre (II) : el reactivo de Benedict (Cu ²⁺ en citrato de sodio acuoso) y la solución de Fehling (Cu ²⁺ en tartrato de sodio acuoso). ^[7] El azúcar reductor reduce los iones de cobre (II) en estas soluciones de prueba a cobre (I), que luego forma un precipitado de óxido de cobre (I) de color rojo ladrillo . Los azúcares reductores también se pueden detectar con la adición del reactivo de Tollen , que consiste en iones de plata (Ag ⁺ ) en amoníaco acuoso. ^[7] Cuando el reactivo de Tollen se agrega a un aldehído, precipita el metal plata, a menudo formando un espejo de plata en el material de vidrio limpio. ^[3]

El ácido 3,5-dinitrosalicílico es otro reactivo de prueba que permite la detección cuantitativa. Reacciona con un azúcar reductor para formar ácido 3-amino-5-nitrosalicílico , que se puede medir mediante espectrofotometría para determinar la cantidad de azúcar reductor presente. ^[8]

Algunos azúcares, como la sacarosa, no reaccionan con ninguna de las soluciones de prueba de azúcar reductor. Sin embargo, un azúcar no reductor se puede hidrolizar utilizando ácido clorhídrico diluido . Después de la hidrólisis y la neutralización del ácido, el producto puede ser un azúcar reductor que da reacciones normales con las soluciones de prueba.

Todos los carbohidratos se convierten en aldehídos y responden positivamente en la prueba de Molisch . Pero la prueba tiene un ritmo más rápido cuando se trata de monosacáridos.

La solución de Fehling se utilizó durante muchos años como prueba diagnóstica para la diabetes , una enfermedad en la que los niveles de glucosa en sangre aumentan peligrosamente por la falta de producción de suficiente insulina ( diabetes tipo 1 ) o por la incapacidad de responder a la insulina ( diabetes tipo 2 ). La medición de la cantidad de agente oxidante (en este caso, la solución de Fehling) reducida por la glucosa permite determinar la concentración de glucosa en la sangre o en la orina. Esto permite entonces inyectar la cantidad correcta de insulina para que los niveles de glucosa en sangre vuelvan a los valores normales. ^[2]

Los grupos carbonilo de los azúcares reductores reaccionan con los grupos amino de los aminoácidos en la reacción de Maillard , una serie compleja de reacciones que se produce al cocinar los alimentos. ^[9] Los productos de la reacción de Maillard (PRM) son diversos; algunos son beneficiosos para la salud humana, mientras que otros son tóxicos. Sin embargo, el efecto general de la reacción de Maillard es disminuir el valor nutricional de los alimentos. ^[10] Un ejemplo de un producto tóxico de la reacción de Maillard es la acrilamida , una neurotoxina y posible carcinógeno que se forma a partir de asparagina libre y azúcares reductores al cocinar alimentos ricos en almidón a altas temperaturas (por encima de 120 °C). ^[11] Sin embargo, la evidencia de los estudios epidemiológicos sugiere que es poco probable que la acrilamida dietética aumente el riesgo de que las personas desarrollen cáncer. ^[12]

El nivel de azúcares reductores en el vino, el jugo y la caña de azúcar es indicativo de la calidad de estos productos alimenticios, y el monitoreo de los niveles de azúcares reductores durante la producción de alimentos ha mejorado la calidad del mercado. El método convencional para hacerlo es el método de Lane-Eynon, que implica titular el azúcar reductor con cobre (II) en solución de Fehling en presencia de azul de metileno , un indicador redox común . Sin embargo, es inexacto, costoso y sensible a las impurezas. ^[13]