Réduire le sucre - Reducing sugar
Un sucre réducteur est tout sucre capable d'agir comme agent réducteur . Dans une solution alcaline , un sucre réducteur forme de l' aldéhyde ou de la cétone , ce qui lui permet d'agir comme agent réducteur, par exemple dans le réactif de Benedict . Dans une telle réaction, le sucre devient un acide carboxylique .
Tous les monosaccharides sont des sucres réducteurs, ainsi que certains disaccharides , certains oligosaccharides et certains polysaccharides . Les monosaccharides peuvent être divisés en deux groupes : les aldoses , qui ont un groupe aldéhyde, et les cétoses , qui ont un groupe cétone. Les cétoses doivent d'abord se tautomériser en aldoses avant de pouvoir agir comme des sucres réducteurs. Les monosaccharides alimentaires courants galactose , glucose et fructose sont tous des sucres réducteurs.
Les disaccharides sont formés de deux monosaccharides et peuvent être classés comme réducteurs ou non réducteurs. Les disaccharides non réducteurs comme le saccharose et le tréhalose ont des liaisons glycosidiques entre leurs carbones anomériques et ne peuvent donc pas se convertir en une forme à chaîne ouverte avec un groupe aldéhyde; ils sont collés sous la forme cyclique. Les disaccharides réducteurs comme le lactose et le maltose n'ont qu'un de leurs deux carbones anomériques impliqué dans la liaison glycosidique, tandis que l'autre est libre et peut se convertir en une forme à chaîne ouverte avec un groupe aldéhyde.
La fonction aldéhyde permet au sucre d'agir comme réducteur, par exemple dans le test de Tollens ou le test de Benedict . Les formes hémiacétal cycliques des aldoses peuvent s'ouvrir pour révéler un aldéhyde, et certains cétoses peuvent subir une tautomérisation pour devenir des aldoses. Cependant, les acétals , y compris ceux trouvés dans les liaisons polysaccharidiques, ne peuvent pas facilement devenir des aldéhydes libres.
Les sucres réducteurs réagissent avec les acides aminés dans la réaction de Maillard , une série de réactions qui se produisent lors de la cuisson des aliments à haute température et qui est importante pour déterminer la saveur des aliments. De plus, les niveaux de sucres réducteurs dans le vin, les jus et la canne à sucre sont révélateurs de la qualité de ces produits alimentaires.
Terminologie
Oxydation-réduction
Un sucre réducteur est un sucre qui réduit un autre composé et est lui-même oxydé ; c'est-à-dire que le carbone carbonyle du sucre est oxydé en un groupe carboxyle .
Un sucre n'est classé comme sucre réducteur que s'il a une forme à chaîne ouverte avec un groupe aldéhyde ou un groupe hémiacétal libre .
Aldoses et cétoses
Les monosaccharides qui contiennent un groupe aldéhyde sont appelés aldoses et ceux avec un groupe cétone sont appelés cétoses . L'aldéhyde peut être oxydé via une réaction redox dans laquelle un autre composé est réduit. Ainsi, les aldoses sont des sucres réducteurs. Les sucres avec des groupes cétones sous leur forme à chaîne ouverte sont capables de s'isomériser via une série de déplacements tautomères pour produire un groupe aldéhyde en solution. Par conséquent, les cétones comme le fructose sont considérées comme des sucres réducteurs, mais c'est l'isomère contenant un groupe aldéhyde qui est réducteur car les cétones ne peuvent pas être oxydées sans décomposition du sucre. Ce type d'isomérisation est catalysé par la base présente dans les solutions qui testent la présence de sucres réducteurs.
Fin de réduction
Les disaccharides se composent de deux monosaccharides et peuvent être réducteurs ou non réducteurs. Même un disaccharide réducteur n'aura qu'une extrémité réductrice, car les disaccharides sont maintenus ensemble par des liaisons glycosidiques, constituées d'au moins un carbone anomérique . Avec un carbone anomérique incapable de se convertir en forme à chaîne ouverte, seul le carbone anomérique libre est disponible pour réduire un autre composé, et il est appelé l' extrémité réductrice du disaccharide. Un disaccharide non réducteur est celui qui a les deux carbones anomériques liés dans la liaison glycosidique.
De même, la plupart des polysaccharides n'ont qu'une seule extrémité réductrice.
Exemples
Tous les monosaccharides sont des sucres réducteurs car ils ont soit un groupe aldéhyde (s'ils sont des aldoses) soit peuvent tautomériser en solution pour former un groupe aldéhyde (s'ils sont des cétoses). Cela inclut les monosaccharides courants comme le galactose , le glucose , le glycéraldéhyde , le fructose , le ribose et le xylose .
De nombreux disaccharides , comme le cellobiose , le lactose et le maltose , ont également une forme réductrice, car l'une des deux unités peut avoir une forme à chaîne ouverte avec un groupe aldéhyde. Cependant, le saccharose et le tréhalose , dans lesquels les carbones anomériques des deux unités sont liés entre eux, sont des disaccharides non réducteurs car aucun des cycles n'est capable de s'ouvrir.
Dans les polymères de glucose tels que l' amidon et les dérivés d' amidon comme le sirop de glucose , la maltodextrine et la dextrine, la macromolécule commence par un sucre réducteur, un aldéhyde libre. Lorsque l'amidon a été partiellement hydrolysé, les chaînes ont été divisées et, par conséquent, il contient plus de sucres réducteurs par gramme. Le pourcentage de sucres réducteurs présents dans ces dérivés d'amidon est appelé équivalent dextrose (DE).
Le glycogène est un polymère de glucose hautement ramifié qui sert de principale forme de stockage des glucides chez les animaux. C'est un sucre réducteur avec une seule extrémité réductrice, quelle que soit la taille de la molécule de glycogène ou le nombre de branches qu'elle possède (notez cependant que l'extrémité réductrice unique est généralement liée de manière covalente à la glycogénine et ne sera donc pas réductrice). Chaque branche se termine par un résidu de sucre non réducteur. Lorsque le glycogène est décomposé pour être utilisé comme source d'énergie, les unités de glucose sont retirées une à la fois des extrémités non réductrices par des enzymes.
Caractérisation
Plusieurs tests qualitatifs sont utilisés pour détecter la présence de sucres réducteurs. Deux d'entre elles utilisent des solutions d' ions cuivre(II) : le réactif de Benedict (Cu 2+ dans du citrate de sodium aqueux) et la solution de Fehling (Cu 2+ dans du tartrate de sodium aqueux). Le sucre réducteur réduit les ions cuivre(II) dans ces solutions d'essai en cuivre(I), qui forme alors un précipité d' oxyde de cuivre(I) rouge brique . Les sucres réducteurs peuvent également être détectés avec l'ajout du réactif de Tollen , qui est constitué d'ions d'argent (Ag + ) dans l'ammoniaque. Lorsque le réactif de Tollen est ajouté à un aldéhyde, il précipite le métal argenté, formant souvent un miroir argenté sur la verrerie propre.
L'acide 3,5-dinitrosalicylique est un autre réactif de test, qui permet une détection quantitative. Il réagit avec un sucre réducteur pour former de l'acide 3-amino-5-nitrosalicylique , qui peut être mesuré par spectrophotométrie pour déterminer la quantité de sucre réducteur qui était présente.
Certains sucres, tels que le saccharose, ne réagissent avec aucune des solutions d'essai de sucre réducteur. Cependant, un sucre non réducteur peut être hydrolysé à l' aide d'acide chlorhydrique dilué . Après hydrolyse et neutralisation de l'acide, le produit peut être un sucre réducteur qui donne des réactions normales avec les solutions d'essai.
Tous les glucides sont convertis en aldéhydes et répondent positivement au test de Molisch . Mais le test a un taux plus rapide en ce qui concerne les monosaccharides.
Importance en médecine
La solution de Fehling a été utilisée pendant de nombreuses années comme test de diagnostic du diabète , une maladie dans laquelle la glycémie est dangereusement élevée par une incapacité à produire suffisamment d'insuline (diabète de type 1) ou par une incapacité à répondre à l'insuline (diabète de type 2). La mesure de la quantité d'oxydant (en l'occurrence la solution de Fehling) réduite par le glucose permet de déterminer la concentration de glucose dans le sang ou les urines. Cela permet ensuite d'injecter la bonne quantité d'insuline pour ramener la glycémie dans la plage normale.
Importance en chimie alimentaire
réaction de Maillard
Les groupes carbonyle des sucres réducteurs réagissent avec les groupes amino des acides aminés dans la réaction de Maillard , une série complexe de réactions qui se produisent lors de la cuisson des aliments. Les produits de la réaction de Maillard (MRP) sont divers ; certains sont bénéfiques pour la santé humaine, tandis que d'autres sont toxiques. Cependant, l'effet global de la réaction de Maillard est de diminuer la valeur nutritionnelle des aliments. Un exemple de produit toxique de la réaction de Mailard est l' acrylamide , une neurotoxine et un cancérigène possible qui se forme à partir de l' asparagine libre et des sucres réducteurs lors de la cuisson des féculents à haute température (au-dessus de 120 °C). Mais les preuves provenant d'études épidémiologiques suggèrent qu'il est peu probable que l'acrylamide alimentaire augmente le risque de développer un cancer.
Qualité de la nourriture
Le niveau de sucres réducteurs dans le vin, le jus et la canne à sucre est révélateur de la qualité de ces produits alimentaires, et la surveillance des niveaux de sucres réducteurs pendant la production alimentaire a amélioré la qualité du marché. La méthode conventionnelle pour ce faire est la méthode Lane-Eynon, qui consiste à titrer le sucre réducteur avec du cuivre (II) dans la solution de Fehling en présence de bleu de méthylène , un indicateur redox commun . Cependant, il est imprécis, coûteux et sensible aux impuretés.