Un azúcar reductor es cualquier azúcar que sea capaz de actuar como agente reductor porque tiene un grupo aldehído libre o un grupo cetona libre. 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 cetosis, que tienen un grupo cetona. Las cetosas primero deben tautomerizara las aldosas antes de que puedan actuar como azúcares reductores. Los monosacáridos dietéticos comunes galactosa, glucosa y Fructosa son azúcares reductores.
Los disacáridos se forman a partir de dos monosacáridos y se pueden clasificar 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 involucrados en el enlace glucosídico, mientras que el otro es 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 cíclicas hemiacetales de las aldosas pueden abrirse para revelar un aldehído, y ciertas cetosis pueden sufrir tautomerización para convertirse en aldosas.
Sin embargo, los acetales, incluidos los que se encuentran en los 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 reducción de Azúcares en el vino, el Jugo y la caña de azúcar son indicativos de la calidad de estos productos alimenticios.
Terminología
Oxidación-reducción
Un azúcar reductor es aquel que reduce otro compuesto y se oxida a sí mismo; es decir, el carbono carbonílico del azúcar se oxida a un grupo carboxilo.
Un azúcar se clasifica como azúcar reductor solo si tiene una forma de cadena abierta con un grupo aldehído o un grupo hemiacetal libre.
Aldosas y cetosis
Los monosacáridos que contienen un grupo aldehído se conocen como aldosas, y los que tienen un grupo cetona se conocen como cetosas. El aldehído puede oxidarse mediante 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, a las cetonas les gusta la fructosase consideran azúcares reductores, pero es el isómero que contiene un grupo aldehído el que se reduce, ya que las cetonas no pueden oxidarse sin la descomposición del azúcar. Este tipo de isomerización es catalizada por la base presente en soluciones que prueban la presencia de azúcares reductores.
Reducción final
Los disacáridos consisten en 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 mediante enlaces glucosídicos, que consisten en al menos un carbono anomérico. Con un carbono anomérico incapaz de convertirse en la forma de cadena abierta, solo el carbono anomérico libre está disponible para reducir otro compuesto, y se llama el extremo reductor del disacárido.
Un disacárido no reductor es aquel que tiene ambos carbonos anoméricos unidos en el enlace glucosídico.
Del mismo modo, la mayoría de los polisacáridos tienen solo un extremo reductor.
Ejemplos
Todos los monosacáridos son azúcares reductores porque todos los monosacáridos tienen un grupo aldehído (si son aldosas) o pueden tautomerizarse en solución para formar un grupo aldehído (si son cetosis). Esto incluye monosacáridos comunes como galactosa, glucosa, gluceraldehído, 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. Sin embargo, la sacarosa y la trehalosa, en las cuales los carbonos anoméricos de las dos unidades están unidos, son disacáridos no reductores ya que ninguno de los anillos es capaz de abrirse.
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 de almidón se llama equivalente de dextrosa (DE).
El glucógeno es un polímero de glucosa altamente ramificado que sirve como la forma principal de almacenamiento de Carbohidratos en los animales. Es un azúcar reductor con solo un extremo reductor, no importa cuán grande sea la molécula de glucógeno o cuántas ramas tenga (tenga en cuenta, sin embargo, que el extremo reductor único generalmente está vinculado covalentemente a la glucogenina y, por lo tanto, no se reducirá).
Cada rama termina en un residuo de azúcar no reductor. Cuando el glucógeno se descompone para ser utilizado como fuente de Energía, las unidades de glucosa se eliminan de una en una desde los extremos no reductores mediante enzimas.
Caracterización
Se utilizan varias pruebas cualitativas para detectar la presencia de azúcares reductores. Dos de ellos usan soluciones de iones de Cobre (II) : reactivo de Benedict (Cu 2 en citrato de sodio acuoso) y solución de Fehling (Cu 2 en tartrato de sodio acuoso). 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) 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.Cuando el reactivo de Tollen se agrega a un aldehído, precipita el metal plateado, a menudo formando un espejo plateado sobre cristalería limpia.
El ácido 3,5-dinitrosalicílico es otro reactivo de prueba, uno que permite la detección cuantitativa. Reacciona con un azúcar reductor para formar ácido 3-amino–nitrosalicílico, que se puede medir por espectrofotometría para determinar la cantidad de azúcar reductor que estaba presente.
Los azúcares que tienen enlaces acetal o cetal no son azúcares reductores, ya que no tienen cadenas de aldehído libres. Por lo tanto, no reaccionan con ninguna de las soluciones de prueba de reducción de azúcar. Sin embargo, un azúcar no reductor puede hidrolizarse usando ácido clorhídrico diluido. Después de la hidrólisis y la neutralización del ácido, el producto puede ser un azúcar reductor que produce reacciones normales con las soluciones de prueba.
Todos los carbohidratos responden positivamente al reactivo de Molisch, pero la prueba tiene una tasa más rápida cuando se trata de monosacáridos.
Importancia en medicina
La solución de Fehling se usó durante muchos años como prueba de diagnóstico para la diabetes, una enfermedad en la cual los niveles de glucosa en la sangre están peligrosamente elevados por la falta de producción de suficiente insulina (diabetes tipo 1) o por la incapacidad de responder a la insulina (diabetes tipo 2).
Al medir la cantidad de agente oxidante (en este caso, la solución de Fehling) reducida por glucosa, es posible determinar la concentración de glucosa en la sangre o en la orina. Esto permite que se inyecte la cantidad correcta de insulina para que los niveles de glucosa en sangre vuelvan al rango normal.
Importancia en la química de los alimentos
Reacción de Maillard
Los grupos carbonilo de azúcares reductores reaccionan con los grupos amino de aminoácidos en la reacción de Maillard, una serie compleja de reacciones que se produce al cocinar alimentos. Los productos de reacción de Maillard (MRP) 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. Un ejemplo de un producto tóxico de la reacción de Mailard es la acrilamida, una neurotoxina y un posible carcinógeno que se forma a partir de asparagina libre y azúcares reductores al cocinar alimentos con almidón a altas temperaturas (por encima de 120 º C).
Calidad de la comida
El nivel de reducción de azúcares en el vino, el jugo y la caña de azúcar son indicativos de la calidad de estos productos alimenticios, y el monitoreo de los niveles de reducción de azúcares durante la producción de alimentos ha mejorado la calidad del mercado. El método convencional para hacerlo es el método Lane-Eynon, que consiste en valorar el azúcar reductor con cobre (II) en la solución de Fehling en presencia de azul de metileno, un indicador redox común.
Sin embargo, es inexacto, costoso y sensible a las impurezas.