Снижения сахара - Reducing sugar

Редукционная форма глюкоза (в альдегидная группа находится справа)

А снижения сахара есть ли сахар который способен действовать как Восстановитель потому что в нем есть бесплатный альдегид группа или бесплатно кетон группа.[1] Все моносахариды восстанавливают сахар, а также некоторые дисахариды, немного олигосахариды, и немного полисахариды. Моносахариды можно разделить на две группы: альдозы, которые имеют альдегидную группу, и кетоз, которые имеют кетоновую группу. Кетоз должен сначала таутомеризовать в альдозы, прежде чем они смогут действовать как восстанавливающие сахара. Общие диетические моносахариды галактоза, глюкоза и фруктоза все редуцирующие сахара.

Дисахариды образуются из двух моносахаридов и могут быть классифицированы как восстанавливающие или невосстанавливающие. Невосстанавливающие дисахариды, такие как сахароза и трегалоза имеют гликозидные связи между их аномерные атомы углерода и, таким образом, не может преобразоваться в форму с открытой цепью с альдегидной группой; они застряли в циклической форме. Уменьшение дисахаридов, таких как лактоза и мальтоза имеют только один из двух аномерных атомов углерода, участвующих в гликозидной связи, в то время как другой является свободным и может превращаться в форму с открытой цепью с альдегидной группой.

Функциональная альдегидная группа позволяет сахару действовать как восстанавливающий агент, например, в Тест Толленса или же Тест Бенедикта. Циклический полуацеталь формы альдозы может открыться, чтобы выявить альдегид, а некоторые кетозы могут подвергнуться таутомеризации с образованием альдоз. Тем не мение, ацетали, включая те, которые содержатся в полисахаридных связях, не могут легко превратиться в свободные альдегиды.

Восстанавливающие сахара реагируют с аминокислотами в Реакция Майяра, серия реакций, которые происходят во время приготовления пищи при высоких температурах и которые важны для определения вкуса пищи. Кроме того, уровни редуцирующих сахаров в вине, соке и сахарном тростнике указывают на качество этих пищевых продуктов.

Терминология

Снижение окисления

А снижения сахара тот, который уменьшает еще один сложный и сам окисленный; то есть карбонильный углерод сахар окисляется до карбоксил группа.[2]

Сахар классифицируется как редуцирующий сахар только в том случае, если он имеет открытая цепь форма с альдегидной группой или свободная полуацеталь группа.[3]

Альдозы и кетозы

Моносахариды которые содержат альдегидную группу, известны как альдозы, а те, у кого есть кетонная группа, известны как кетоз. Альдегид может быть окислен через окислительно-восстановительная реакция в котором восстанавливается другое соединение. Таким образом, альдозы восстанавливают сахар. Сахара с кетон группы в их открытой цепной форме способны изомеризоваться через ряд таутомерный сдвигается с образованием альдегидной группы в растворе. Следовательно, кетоны, как фруктоза считаются восстанавливающими сахарами, но восстанавливающим является изомер, содержащий альдегидную группу, поскольку кетоны не могут быть окислены без разложения сахара. Этот тип изомеризации катализируется основанием, присутствующим в растворах, которые проверяют наличие восстанавливающих сахаров.[3]

Снижение конца

Дисахариды состоят из двух моносахаридов и могут быть восстанавливающими или невосстанавливающими. Даже у восстанавливающего дисахарида будет только один восстанавливающий конец, поскольку дисахариды удерживаются вместе гликозидными связями, которые состоят по крайней мере из одной аномерный углерод. Поскольку один аномерный углерод не может преобразоваться в форму с открытой цепью, только свободный аномерный углерод доступен для восстановления другого соединения, и это называется уменьшающий конец дисахарида. Невосстанавливающийся дисахарид - это дисахарид, в котором оба аномерных атома углерода связаны гликозидной связью.[4]

Точно так же у большинства полисахаридов есть только один восстанавливающий конец.

Примеры

Все моносахариды являются восстанавливающими сахарами, потому что они либо имеют альдегидную группу (если они альдозы), либо могут таутомеризоваться в растворе с образованием альдегидной группы (если они кетозные).[5] Это включает обычные моносахариды, такие как галактоза, глюкоза, глицеральдегид, фруктоза, рибоза, и ксилоза.

Много дисахариды, подобно целлобиоза, лактоза, и мальтоза, также имеют восстанавливающую форму, так как одно из двух звеньев может иметь форму с открытой цепью с альдегидной группой.[6] Тем не мение, сахароза и трегалоза, в которой аномерные атомы углерода из двух звеньев, связанных вместе, являются невосстанавливающими дисахаридами, поскольку ни одно из колец не способно к раскрытию.[5]

Равновесие между циклической и открытой цепью формы в одном кольце мальтозы

В глюкозе полимеры Такие как крахмал и крахмал-производные подобно сироп глюкозы, мальтодекстрин и декстрин то макромолекула начинается с редуцирующего сахара, свободного альдегида. Когда крахмал был частично гидролизованный цепи были разделены, и, следовательно, он содержит больше восстанавливающих сахаров на грамм. Процент редуцирующих сахаров, присутствующих в этих производных крахмала, называется эквивалент декстрозы (DE).

Гликоген представляет собой сильно разветвленный полимер глюкозы, который служит основной формой хранения углеводов у животных. Это редуцирующий сахар только с одним восстанавливающим концом, независимо от того, насколько велика молекула гликогена или сколько у нее разветвлений (обратите внимание, однако, что уникальный восстанавливающий конец обычно ковалентно связан с гликогенин и поэтому не будет уменьшаться). Каждая ветвь заканчивается остатком невосстанавливающего сахара. Когда гликоген расщепляется для использования в качестве источника энергии, единицы глюкозы удаляются ферментами по одной с невосстанавливающих концов.[2]

Характеристика

Несколько качественные тесты используются для обнаружения редуцирующих сахаров. Двое из них используют растворы медь (II) ионы: Реагент Бенедикта (Cu2+ в водном цитрате натрия) и Решение Фелинга (Cu2+ в водном тартрате натрия).[7] Редуцирующий сахар снижает медь (II) ионов в этих испытательных растворах на медь (I), которая затем образует кирпично-красный цвет. оксид меди (I) осадок. Восстановление сахара также можно обнаружить при добавлении Реагент Толлена, состоящие из ионов серебра (Ag+) в водном аммиаке.[7] Когда реагент 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-нитросалициловая кислота, который можно измерить спектрофотометрия чтобы определить количество присутствующего редуцирующего сахара.[8]

Сахара с ацетальными или кетальными связями не являются восстанавливающими сахарами, так как у них нет свободных альдегидных цепей. Поэтому они не вступают в реакцию ни с одним из тестовых растворов восстанавливающего сахара. Однако невосстанавливающий сахар может быть гидролизованный используя разбавленный соляная кислота. После гидролиза и нейтрализации кислоты продукт может быть редуцирующим сахаром, который нормально реагирует с исследуемыми растворами.

Все углеводы положительно реагируют на Реагент Молиша но тест на моносахариды проходит быстрее.

Значение в медицине

Раствор Фелинга в течение многих лет использовался в качестве диагностического теста для сахарный диабет, заболевание, при котором уровень глюкозы в крови опасно повышен из-за неспособности производить 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. Затем это позволяет ввести нужное количество инсулина, чтобы вернуть уровень глюкозы в крови в нормальный диапазон.[2]

Важность пищевой химии

Реакция Майяра

Основная статья: Реакция Майяра

Карбонильные группы редуцирующих сахаров реагируют с аминогруппами аминокислот в Реакция Майяра, сложный ряд реакций, возникающих при приготовлении пищи.[9] Продукты реакции Майяра (MRP) разнообразны; некоторые полезны для здоровья человека, а другие токсичны. Однако общий эффект реакции Майяра заключается в снижении питательной ценности пищи.[10] Одним из примеров токсичного продукта реакции Майяра является акриламид, а нейротоксин и возможно канцероген который образован из бесплатных аспарагин и уменьшение сахара при приготовлении крахмалистых продуктов при высоких температурах (выше 120 ° C).[11]

Качества продуктов питания

Уровень редуцирующих сахаров в вине, соке и сахарном тростнике указывает на качество этих пищевых продуктов, а мониторинг уровней редуцирующих сахаров во время производства продуктов питания улучшил рыночное качество. Традиционным методом для этого является метод Лейна-Эйнона, который включает титрование редуцирующего сахара медью (II) в растворе Фелинга в присутствии метиленовый синий, обычный индикатор окислительно-восстановительного потенциала. Однако это неточно, дорого и чувствительно к примесям.[12]

Рекомендации

  1. ^ Пратт, Шарлотта В .; Корнели, Кэтлин (2013). Основная биохимия (Третье изд.). Вайли. п. 626. ISBN  978-1118083505.
  2. ^ а б c Нельсон, Дэвид Л .; Кокс, Майкл М. (2008). Леннигер: принципы биохимии (Пятое изд.). W.H. Фримен и компания. п.241. ISBN  978-0716771081.
  3. ^ а б c Кэмпбелл, Мэри К .; Фаррелл, Шон О. (2012). Биохимия. Cengage Learning. п. 459. ISBN  978-0840068583.
  4. ^ Нельсон, Дэвид Л .; Кокс, Майкл М. (2008). Леннигер: принципы биохимии (Пятое изд.). W.H. Фримен и компания. п.243. ISBN  978-0716771081.
  5. ^ а б Дэвидсон, Юджин А. (2015). «Углеводы». Британская энциклопедия.
  6. ^ Кляйн, Дэвид. (2012). Органическая химия (Первое изд.). Джон Вили и сыновья. п. 1162-1165. ISBN  978-0471756149.
  7. ^ а б Кляйн, Дэвид. (2012). Органическая химия (Первое изд.). Джон Вили и сыновья. п. 1159. ISBN  978-0471756149.
  8. ^ Leung, David W. M .; Торп, Тревор А. (апрель 1984 г.). «Вмешательство edta и ионов кальция в тесте на восстанавливающий сахар 3,5-динитросалицилат». Фитохимия. Pergamon Press. 23 (12): 2949–2950. Дои:10.1016/0031-9422(84)83048-4. ISSN  0031-9422.
  9. ^ Диллс, Уильям Л. мл. (Ноябрь 1993 г.). «Фруктозилирование белков: фруктоза и реакция Майяра». Американский журнал клинического питания. Американское общество питания. 58 (5): 779С-87. Дои:10.1093 / ajcn / 58.5.779s. ISSN  0002-9165.
  10. ^ Цзян, Чжаньмэй; Ван, Личжи; Ву, Вэй; Ван Ю (июнь 2013 г.). «Биологическая активность и физико-химические свойства продуктов реакции Майяра в модельных системах сахар-казеиновый пептид крупного рогатого скота». Пищевая химия. Эльзевир. 141 (4): 3837–3845. Дои:10.1016 / j.foodchem.2013.06.041. ISSN  0308-8146.
  11. ^ Педрески, Франко; Мариотти, Мария Саломе; Грэнби, Кит (август 2013). «Актуальные проблемы диетического акриламида: образование, уменьшение и оценка риска». Журнал продовольственной науки и сельского хозяйства. Общество химической промышленности. 94 (1): 9–20. Дои:10.1002 / jsfa.6349. ISSN  0022-5142.
  12. ^ Леотерио, Дилмо М.С.; Сильва, Пауло; Соуза, Густаво; Alves, Aline de A .; Белиан, Моника; Галембек, Андре; Лаворант, Андре Ф. (ноябрь 2015 г.). «Медь-4,4'-дипиридил координационное соединение в качестве твердого реагента для спектрофотометрического определения редуцирующего сахара с использованием мультикоммутационного подхода». Контроль пищевых продуктов. Европейская федерация пищевых наук и технологий; Международный союз пищевой науки и технологий. 57: 225–231. Дои:10.1016 / j.foodcont.2015.04.017. ISSN  0956-7135.