Сокращение сахара
Восстанавливающий сахар – это любой сахар , способный действовать как восстановитель . [1] В щелочном растворе восстанавливающий сахар образует некоторое количество альдегида или кетона , что позволяет ему действовать как восстановитель, например, в реактиве Бенедикта . В такой реакции сахар превращается в карбоновую кислоту .
Все моносахариды являются редуцирующими сахарами, а также некоторые дисахариды , некоторые олигосахариды и некоторые полисахариды . Моносахариды можно разделить на две группы: альдозы , содержащие альдегидную группу, и кетозы , имеющие кетоновую группу. Кетозы должны сначала таутомеризоваться в альдозы, прежде чем они смогут действовать как редуцирующие сахара. Распространенные диетические моносахариды галактоза , глюкоза и фруктоза являются редуцирующими сахарами.
Дисахариды образуются из двух моносахаридов и могут быть классифицированы как восстанавливающие и невосстанавливающие. Невосстанавливающие дисахариды, такие как сахароза и трегалоза, имеют гликозидные связи между аномерными атомами углерода и, таким образом, не могут перейти в форму с открытой цепью с альдегидной группой; они застряли в циклической форме. Восстанавливающие дисахариды, такие как лактоза и мальтоза, имеют только один из двух аномерных атомов углерода, участвующих в гликозидной связи, тогда как другой свободен и может превращаться в форму с открытой цепью с альдегидной группой.
Функциональная группа альдегида позволяет сахару действовать как восстановитель, например, в тесте Толленса или тесте Бенедикта . Циклические полуацетальные формы альдоз могут открываться с образованием альдегида, а некоторые кетозы могут подвергаться таутомеризации с образованием альдоз. Однако ацетали , в том числе обнаруженные в полисахаридных связях, не могут легко стать свободными альдегидами.
Восстанавливающие сахара реагируют с аминокислотами в реакции Майяра — серии реакций, которые происходят при приготовлении пищи при высоких температурах и играют важную роль в определении вкуса пищи. Кроме того, уровень редуцирующих сахаров в вине, соках и сахарном тростнике свидетельствует о качестве этих пищевых продуктов.
Терминология
[ редактировать ]Окисление-восстановление
[ редактировать ]Восстанавливающий сахар — это сахар, который восстанавливает другое соединение и сам окисляется ; то есть карбонильный углерод сахара окисляется до карбоксильной группы. [2]
Сахар классифицируется как редуцирующий сахар только в том случае, если он имеет форму с открытой цепью с альдегидной группой или свободной полуацетальной группой. [3]
Альдозы и кетозы
[ редактировать ]Моносахариды , содержащие альдегидную группу, называются альдозами , а моносахариды, содержащие кетоновую группу, — кетозами . Альдегид можно окислить посредством окислительно-восстановительной реакции , в ходе которой восстанавливается другое соединение. Таким образом, альдозы восстанавливают сахара. Сахара с кетоновыми группами в форме открытой цепи способны изомеризоваться посредством серии таутомерных сдвигов с образованием альдегидной группы в растворе. Следовательно, кетоны, такие как фруктоза, считаются восстанавливающими сахарами, но восстанавливающими являются изомеры, содержащие альдегидную группу, поскольку кетоны не могут быть окислены без разложения сахара. Этот тип изомеризации катализируется основанием, присутствующим в растворах, которые проверяют на наличие редуцирующих сахаров. [3]
Сокращение конца
[ редактировать ]Дисахариды состоят из двух моносахаридов и могут быть как восстанавливающими, так и невосстанавливающими. Даже восстанавливающий дисахарид будет иметь только один восстанавливающий конец, поскольку дисахариды удерживаются вместе гликозидными связями , которые состоят по крайней мере из одного аномерного углерода . Поскольку один аномерный углерод не может перейти в форму с открытой цепью, для восстановления другого соединения доступен только свободный аномерный углерод, и его называют восстанавливающим концом дисахарида. Невосстанавливающий дисахарид – это тот, у которого оба аномерных атома углерода связаны гликозидной связью. [4]
Точно так же большинство полисахаридов имеют только один восстанавливающий конец.
Примеры
[ редактировать ]Все моносахариды являются редуцирующими сахарами, поскольку они либо имеют альдегидную группу (если они являются альдозами), либо могут таутомеризоваться в растворе с образованием альдегидной группы (если они являются кетозами). [5] Сюда входят распространенные моносахариды, такие как галактоза , глюкоза , глицеральдегид , фруктоза , рибоза и ксилоза .
Многие дисахариды , такие как целлобиоза , лактоза и мальтоза , также имеют восстанавливающую форму, поскольку одна из двух единиц может иметь форму с открытой цепью с альдегидной группой. [6] Однако сахароза и трегалоза , в которых аномерные атомы углерода двух единиц связаны друг с другом, являются невосстанавливающими дисахаридами, поскольку ни одно из колец не способно раскрываться. [5]
В полимерах глюкозы, таких как крахмал и производные крахмала, такие как сироп глюкозы , мальтодекстрин и декстрин, начинается макромолекула с редуцирующего сахара, свободного альдегида. Когда крахмал частично гидролизуется , цепи расщепляются, и, следовательно, он содержит больше редуцирующих сахаров на грамм. Процент редуцирующих сахаров, присутствующих в этих производных крахмала, называется эквивалентом декстрозы (DE).
Гликоген — это сильно разветвленный полимер глюкозы, который служит основной формой хранения углеводов у животных. Это восстанавливающий сахар только с одним восстанавливающим концом, независимо от того, насколько велика молекула гликогена или сколько у нее разветвлений (однако обратите внимание, что уникальный восстанавливающий конец обычно ковалентно связан с гликогенином и, следовательно, не является восстанавливающим). Каждая ветвь заканчивается остатком невосстанавливающего сахара. Когда гликоген расщепляется для использования в качестве источника энергии, единицы глюкозы удаляются по одной с невосстанавливающих концов ферментами. [2]
Характеристика
[ редактировать ]несколько качественных тестов Для обнаружения присутствия редуцирующих сахаров используется . В двух из них используются растворы ионов меди(II) : реактив Бенедикта (Cu 2+ в водном цитрате натрия) и раствор Фелинга (Cu 2+ в водном тартрате натрия). [7] Восстанавливающий сахар восстанавливает ионы меди(II) в этих тестовых растворах до меди(I), которая затем образует осадок оксида меди(I) кирпично-красного цвета . Восстанавливающие сахара можно обнаружить также с добавлением реактива Толлена , состоящего из ионов серебра (Ag + ) в водном растворе аммиака. [7] Когда реактив Толлена добавляется к альдегиду, он осаждает металлическое серебро, часто образуя серебряное зеркало на чистой стеклянной посуде. [3]
3,5-динитросалициловая кислота — еще один тестовый реагент, позволяющий проводить количественное определение. Он реагирует с редуцирующим сахаром с образованием 3-амино-5-нитросалициловой кислоты , которую можно измерить спектрофотометрически, чтобы определить количество присутствующего редуцирующего сахара. [8]
Некоторые сахара, такие как сахароза, не реагируют ни с одним из тестовых растворов редуцирующих сахаров. Однако невосстанавливающий сахар можно гидролизовать разбавленной соляной кислотой . После гидролиза и нейтрализации кислоты продукт может представлять собой редуцирующий сахар, который дает нормальные реакции с тестируемыми растворами.
Все углеводы превращаются в альдегиды и дают положительный результат в пробе Молиша . Но тест имеет более высокую скорость, когда дело касается моносахаридов.
Значение в медицине
[ редактировать ]Раствор Фелинга в течение многих лет использовался в качестве диагностического теста на диабет — заболевание, при котором уровень глюкозы в крови опасно повышается из-за неспособности вырабатывать достаточное количество инсулина ( диабет 1 типа ) или из-за неспособности реагировать на инсулин ( диабет 2 типа ). Измерение количества окислителя (в данном случае раствора Фелинга), восстановленного глюкозой, позволяет определить концентрацию глюкозы в крови или моче. Это позволяет ввести необходимое количество инсулина, чтобы вернуть уровень глюкозы в крови в нормальный диапазон. [2]
Значение в пищевой химии
[ редактировать ]Реакция Майяра
[ редактировать ]Карбонильные группы редуцирующих сахаров реагируют с аминогруппами аминокислот в реакции Майяра — сложной серии реакций, происходящих при приготовлении пищи. [9] Продукты реакции Майяра (MRP) разнообразны; некоторые из них полезны для здоровья человека, а другие токсичны. Однако общий эффект реакции Майяра заключается в снижении пищевой ценности пищи. [10] Одним из примеров токсичного продукта реакции Майяра является акриламид , нейротоксин и возможный канцероген , образующийся из свободного аспарагина и редуцирующих сахаров при приготовлении крахмалистых продуктов при высоких температурах (выше 120 °C). [11] Однако данные эпидемиологических исследований показывают, что диетический акриламид вряд ли повысит риск развития рака у людей. [12]
Качество еды
[ редактировать ]Уровень редуцирующего сахара в вине, соке и сахарном тростнике свидетельствует о качестве этих продуктов питания, а мониторинг уровня редуцирующего сахара в процессе производства продуктов питания улучшил качество рынка. Обычным методом для этого является метод Лейна-Эйнона, который включает титрование восстанавливающего сахара медью (II) в растворе Фелинга в присутствии метиленового синего , обычного окислительно-восстановительного индикатора . Однако он неточный, дорогой и чувствителен к примесям. [13]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Пратт, Шарлотта В.; Корнели, Кэтлин (2013). Основная биохимия (Третье изд.). Уайли. п. 626. ИСБН 978-1118083505 .
- ^ Jump up to: а б с Нельсон, Дэвид Л.; Кокс, Майкл М. (2008). Леннигер: Принципы биохимии (Пятое изд.). WH Фриман и компания. п. 241 . ISBN 978-0716771081 .
- ^ Jump up to: а б с Кэмпбелл, Мэри К.; Фаррелл, Шон О. (2012). Биохимия . Cengage Обучение. п. 459. ИСБН 978-0840068583 .
- ^ Нельсон, Дэвид Л.; Кокс, Майкл М. (2008). Леннигер: Принципы биохимии (Пятое изд.). WH Фриман и компания. п. 243 . ISBN 978-0716771081 .
- ^ Jump up to: а б Дэвидсон, Юджин А. (2015). «Углеводы». Британская энциклопедия .
- ^ Кляйн, Дэвид. (2012). Органическая химия (Первое изд.). Джон Уайли и сыновья. стр. 1162–1165. ISBN 978-0471756149 .
- ^ Jump up to: а б Кляйн, Дэвид. (2012). Органическая химия (Первое изд.). Джон Уайли и сыновья. п. 1159. ИСБН 978-0471756149 .
- ^ Люнг, Дэвид ВМ; Торп, Тревор А. (апрель 1984 г.). «Вмешательство ионов ЭДТА и кальция в анализ 3,5-динитросалицилат-восстанавливающего сахара». Фитохимия . 23 (12). Пергамон Пресс: 2949–2950. дои : 10.1016/0031-9422(84)83048-4 . ISSN 0031-9422 .
- ^ Диллс, Уильям Л. младший (ноябрь 1993 г.). «Фруктозилирование белков: фруктоза и реакция Майяра» . Американский журнал клинического питания . 58 (5). Американское общество питания: 779S–87. дои : 10.1093/ajcn/58.5.779s . ISSN 0002-9165 . ПМИД 8213610 .
- ^ Цзян, Чжанмей; Ван, Лижэ; Ву, Вэй; Ван, Ю (июнь 2013 г.). «Биологическая активность и физико-химические свойства продуктов реакции Майяра в модельных системах сахар – бычий казеиновый пептид». Пищевая химия . 141 (4). Эльзевир: 3837–3845. doi : 10.1016/j.foodchem.2013.06.041 . ISSN 0308-8146 . ПМИД 23993556 .
- ^ Педрески, Франко; Мариотти, Мария Саломе; Грэнби, Кит (август 2013 г.). «Актуальные проблемы пищевого акриламида: образование, смягчение последствий и оценка риска». Журнал науки о продовольствии и сельском хозяйстве . 94 (1). Общество химической промышленности: 9–20. дои : 10.1002/jsfa.6349 . hdl : 10533/127076 . ISSN 0022-5142 . ПМИД 23939985 .
- ^ «Акриламид и риск рака» . Американское онкологическое общество . 11 февраля 2019 г.
- ^ Леотерио, Дилмо М.С.; Сильва, Пауло; Соуза, Густаво; Алвес, Алин де А.; Белиан, Моника; Галембек, Андре; Лаворанте, Андре Ф. (ноябрь 2015 г.). «Координационное соединение медь-4,4'-дипиридил в качестве твердого реагента для спектрофотометрического определения редуцирующего сахара с использованием многокоммутационного подхода». Пищевой контроль . 57 . Европейская федерация пищевых наук и технологий; Международный союз пищевой науки и технологий: 225–231. doi : 10.1016/j.foodcont.2015.04.017 . ISSN 0956-7135 .
Сахар как пищевой продукт |
|---|
Виды углеводов |
|---|