1.6. INTRODUCCIN A LA QUMICA DE LOS AZCARES

1.6.1. Composicin qumica del azcar

La sustancia denominada corrientemente azcar, especialmente en susclases de consumo fabricadas cuidadosamente, est constituida casi en sutotalidad (prescindiendo de una insignificante cantidad de impurezasinferior a un 2 por 1.000) por la especie qumica llamada sacarosa.

En otras clases de fabricacin menos esmerada, as como en algunos delos productos obtenidos durante el proceso industrial, se encuentran,acompaando a la sacarosa, cantidades variables de otras impurezasdistintas a las anteriores, que estn en menor cantidad y que corresponden aotras molculas de azcares tales como la glucosa, levulosa, azcarinvertido, rafinosa, etc.

El grupo de los azcares se caracteriza por poseer algunas propiedadescomunes como su sabor dulce ms o menos intenso, su facilidad decristalizacin, su gran solubilidad en agua y menor solubilidad en alcohol(en el que algunos son insolubles), su insolubilidad en el ter y sonpticamente activos, por lo que sus disoluciones hacen girar el plano depolarizacin de la luz.

1.6.2. El grupo de los carbohidratos

Los carbohidratos son polihidroxialdehidos, polihidroxicetonas ocompuestos que, por hidrlisis, se convierten en aquellos. Si un carbohidratocontiene un grupo aldehdo es una aldosa y si contiene un grupo cetnicoes una cetosa.

Con relacin al nmero de tomos de carbono que contegan, se clasificantambin en biosas, triosas, tetrosas, pentosas, hexosas, etc. Algunos de ellos,como la glucosa y la levulosa, estn muy repartidos en las frutas dulces, y seencuentran en cantidades mayores todava como elementos integrntes de lospolisacridos, ya que la celulosa, formada por unidades de glucosa, es lasustancia orgnica ms abundante. Tambin se encuentran en los glicsidosresultantes de la combinacin de azcares con alcoholes, fenoles, etc., en loscolorantes rojos de flores y frutos, etc., combinaciones fcilmente solublesen agua, difcilmente solubles en alcohol e insolubles en ter; muchos deellos de sabor dulce.

Son todos pticamente activos. Esta es una propiedad importante, no sloporque los distintos valores de los poderes rotatorios especficos permitediferenciarlos, sino porque adems constituye el fundamento de un mtodode anlisis para determinar las cantidades de azcar contenido en lasdisoluciones.

Las disoluciones de azcares amarillean al ser calentadas condisoluciones de hidrxidos alcalinos. Su poder reductor se pone demanifiesto calentndolos con AgNO3 amoniacal, que deposita Ag metlica;o con el licor de Fehling, del que se separa CuO de color rojo. Con el HCNse originan nitrilos.

La metilfenilhidracina permite separar aldosas de cetosas; con las aldosasorigina hidrazonas, y con las cetosas origina oxazonas. Del grupo de losmonosacridos slo estudiaremos dos de ellos correspondientes al grupo delas hexosas como la glucosa y la fructosa.

1.6.2.1. Glucosa (C6H12O6).

La glucosa se encuentra formando parte de la composicin demuchos frutos unida a la fructosa y a la sacarosa, especialmente en lasuvas, de donde se deriva su denominacin corriente.

Adems, es unidad constituyente del almidn, de la celulosa y delglucgeno, y por su funcin especial en procesos biolgicos es,considerablemente, el monosacrido ms abundante (es probable que enla naturaleza haya ms unidades de glucosa que de cualquier otro grupoorgnico), y es tambin el monosacrido ms importante.

Se encuentra en la caa de azcar en cantidades variables en todaslas pocas de su desarrollo, as como en todos los productos de suproceso industrial. Tambin la contienen la remolacha y los productosque se obtienen durante su elaboracin, pero en cantidades muchomenores. Hay que realizar un trabajo cuidadoso para evitar su formacin.Esto se logra adoptando un rgimen de temperaturas y alcalinidadesadecuado.

La glucosa experimenta la fermentacin alcohlica. Estapropiedad constituye la base de la fabricacin del alcohol a partir devarios grupos de sustancias; sustancias que contienen glucosafermentable directamente o sustancias que contienen azcares que sepueden descomponer por accin hidroltica en otros azcaresfermentables.

As, una aplicacin de las melazas de remolacha y caa es suutilizacin como materia prima para la fabricacin de alcoholes por vifermentativa.

1.6.2.2. Levulosa o fructosa (C6H12O6).

La fructosa es una cetosa de 6 tomos de carbono. Se encuentraen la caa que no ha adquirido su madurez, en la demasiado madura y enla caa daada, as como en los productos de su elaboracin en que lasacarosa haya experimentado alguna inversin. Aparece en la mielasociada con la glucosa y en gran cantidad de frutos, procedenteposiblemente de la inversin de la sacarosa. Se puede separar de laglucosa aadiendo a su mezcla una lechada de cal, que forma glucosato ylevulosato clcicos. Esta mezcla se enfra con hielo para separar ellevulosato, que es muy poco soluble puesto en suspensin en agua yprecipitando el calcio con H2C2O4; o bien haciendo pasar una corrientede CO2 y evaporando el lquido filtrado hasta consistencia de jarabe. Enese momento la levulosa cristaliza al enfriar.

Fermenta por la accin de la levadura de cerveza, aunque demanera ms lenta que la glucosa. Esta propiedad se aprovecha para suseparacin. Tambin fermenta por la accin de los fermentos butricos ylcticos.

1.6.2.3. Azcar invertido.

Se da este nombre a la mezcla en cantidades iguales de glucosa yfructosa. No se debe confundir con los azcares reductores, que estnconstituidos por mezclas de dextrosa, levulosa y otros monosacridos encantidades variables.

La descomposicin del azcar invertido mediante la cal producesales clcicas de reaccin neutra, sin actividad ptica ni reaccinreductora con el reactivo de Fehling. Esta descomposicin dependeesencialmente de la temperatura y de la cantidad de cal. Respecto de latemperatura, sealaremos que el azcar invertido se descomponesensiblemente a temperatura ordinaria y en pocos minutos cuando latemperatura es elevada. En el desarrollo de este proceso, se producenfenmenos de coloracin.

1.6.3. Disacridos

Los disacridos son carbohidratos que estn formados por dos unidadesde monosacridos que se liberan al ser sometidos a hidrlisis. La unin delos dos monosacridos se produce por la reaccin del hidroxilo acetlico deuno de ellos con un hidroxilo de la otra molcula con eliminacin de unamolcula de agua.

Algunos de estos disacridos no contienen grupos hodrxilo acetlicoslibres, por lo que no ejercen accin reductora y no reaccionan con el lquidode Fehling. A este grupo pertenecen la trealosa, asotrealosa y sacarosa.

Los disacridos por ebullicin con cidos diluidos o mediante enzimassufren hidrlisis. Para los disacridos existentes en la naturaleza seencuentran siempre enzimas que los descomponen, especficas del azcarque hidrolizan. Algunos de los disacridos de este grupo se encuentranlibres en los vegetales. El ms importante es la sacarosa.

1.6.3.1. Sacarosa.

(+)-Sacarosa es nuestro azcar de mesa que se obtiene de la caay la remolacha. Es el compuesto orgnico de mayor produccin en formapura.

(+)-Sacarosa tiene la frmula molecular C12H22O11. No reduce elreactivo de Tollens, ni el de Fehling: es un azcar no reductor. Adems,no forma oxazona; no presenta anmeros ni mutarotacin en solucin.Todos estos hechos indican que la (+)-sacarosa no contiene gruposaldehdo o cetnico libre.

Cuando se hidroliza (+)-sacarosa con cido acuoso diludo o poraccin de la enzima invertasa (de la levadura), se obtienen cantidadesiguales de D-(+)-glucosa y D-(-)-fructosa. Esta hidrlisis va acompaadapor el cambio en el signo de la rotacin de + a -; por eso se suele llamarla inversin de la sacarosa, y la mezcla levgira de -(+)-glucosa y D-(-)-fructosa se ha llamado azcar invertido. Casi toda la miel es azcarinvertido, las abejas proporcionan la invertasa. Mientras (+)-sacarosa

tiene una rotacin especfica de +66,5 y D-(+)-glucosa de +52,7, D-(-)-fructosa tiene una muy negativa: -92,4, lo que da un valor negativo netopara la rotacin especfica de la mezcla. Debido a sus rotaciones opuestasy a su importancia como componentes de la (+)-sacarosa, a la (+)-glucosay (-)-fructosa se les llama en forma habitual dextrosa y levulosa,respectivamente.

Se encuentra en el reino vegetal en numerosas plantas, aunque encantidades pequas. En una cuanta suficiente para permitir su extraccinindustrial la contienen la caa de azcar y la remolacha azucarera, la caade sorgo y menos abundante el rbol de maple y algunas palmas.

La sacarosa es muy soluble en agua. A temperaturas crecientesaumenta su solubilidad. Se disuelve algo ms en el alcohol metlico queen el etlico, en el que es casi insoluble. Es insoluble en alcohol absoluto,en ter y en cloroformo.

Las soluciones acuosas concentradas de varios azcares yespecialmente las de sacarosa se consideran sistemas semicoloidales, cyogrado de dispersin se encuentra ntre la dispersin coloidal y lamolecular. As lo demuestra la existencia en las oluciones concentradasde sacarosa del efecto Tyndall, prueba suficiente de la heterogeneidad delmedio, a diferencia de las soluciones moleculares pticamente inactivas.

Se ha comprobado el desplazamiento en el campo elctrico de laspartculas de sacarosa en relacin con la electroforesis de los coloidesverdaderos. Adems, las soluciones azucaradas concentradas, puras eimpuras, pueden estirarse en hilo. La accin sedimentadora del azcar enla sedimentacin, parecida a la accin de los coloides y otras muchaspruebas demuestran pues la naturaleza semicoloidal de las disolucionesacuosas de sacarosa. Las disoluciones azucaradas tienen un punto deebullicin superior al del agua pura.

La cantidad de azcar invertida en un perodo de tiempodeterminado es proporcional a la cantidad de sacarosa presente. Portanto, la velocidad de la inversin para una cantidad de cidodeterminada es siempre proporcional a la cantidad de azcar no invertidopresente y, por tanto, la velocidad va disminuyendo con el tiempo dereaccin.

La velocidad de inversin vara con la naturaleza del cido, latemperatura y su pH. Esta propiedad permite la determinacin de laconcentracin inica de las disoluciones cidas midiendopolarimtricamente la sacarosa transformada en un tiempo determinado.

La inversin del azcar constituye una prdida de sacarosa.Adems, el azcar invertido sufre una descomposicin continuada por laaccin de los lcalis y del calor dando lugar a la aparicin de compuestosque acentan el color oscuro de las disoluciones en que se encuentran. Apesar de esto, en la marcha de la fabricacin hay necesidad de calentarlas disoluciones azucaradas a temperaturas elevadas, a veces en mediocido, como en el jugo de difusin, y especialmente en los productos defabricacin del azcar de caa. Se procurar por tanto, en lo posible,evitar la reaccin cida y dems circunstancias favorables a laproduccin de azcar invertido.

Como ya se ha indicado anteriormente, la sacarosa se invierte porla accin de un gran nmero de fermentos solubles, fermentando cuando

su diastasa especfica, la lucrosa, la hidroliza produciendo sedesdoblamiento y dando como productos finales alcohol, CO2 y otrossecundarios como la glicerina, cido succnico, etc.

Se considera como rendimiento industrial el de 61 litros dealcohol a 100 C por 100 kilos de azcar.

Tambien en los procesos de fabricacin se producen reaccinesqumicas formndose sucratos y sacaratos alcalinos y clcicos, que sonimportantes en la formacin de las melazas. La formacin de estossacaratos indica el comportamiento de la sacarosa como un cido.

En las disoluciones azucaradas del proceso de la fabricacin,relativamente puras y con una cantidad pequea de no-azcar, la mayorparte de la sacarosa se encuentra en estado libre y slo una pequesimaparte combinada. En los productos con pureza menor y mayor cantidadde no-azcar, la cantidad de sacarosa combinada es mayor.

Existen dos tipos diferentes de combinaciones: combinacionesqumicas complejas de la sacarosa con el no-azcar integrante de lacomposicin de los productos de la fabricacin y combinaciones deadsorcin de la sacarosa con los componentes capilarmente activos dedichos productos.

La reaccin ms usada para la investigacin de pequeascantidades de sacarosa, utilizada en la fbrica, sobre todo para descubrirsu presencia en las aguas y otros lquidos que se sopecha que lacontengan, es la reaccin del naftol.

1.6.4. Polisacridos

Son compuestos constitudos por muchas unidades de monosacridos:molculas, cientos y an miles de ellas. Estas unidades se mantienen unidasmediante enlaces glicosdicos al igual que los disacridos.

Los polisacridos son polmeros naturales que pueden considerarsederivados de aldosas o cetosas por la reaccin de polimerizacin porcondensacin. Un polisacrido que deriva de hexosas, por ejemplo, tiene lafrmula general (C16H10O5)n.

1.6.4.1. Rafinosa

Se encuentra este trisacrido en pequesimas cantidades en laremolacha (0,02 %), y en cantidades an menores en las melazas deremolacha y de refinera, as como en los bajos productos de extraccindel azcar de las melazas por smosis.

Cristaliza en disoluciones acuosas con cinco molculas de aguade cristalizacin. Es menos soluble en agua fra que la sacarosa, y ms enla caliente. Se disuelve fcilmente en el alcohol metlico absoluto y espoco soluble en el alcohol etlico absoluto y fro. Es insoluble en ter.

La rafinosa resiste las temperaturas elevadas y los agentesqumicos en mayor grado que la sacarosa. No se deja eliminar por losprocedimientos corrientes de depuracin y atravesando todo el procesode fabricacin llega hasta la melaza en donde se acumula. Tambin secombina con las bases formando rafinosatos.