Aula Carboidratos (1)

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CARBOIDRATOS
Profº Diego Ricardo
Bioquímica dos Alimentos, Curso de Nutrição
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CARBOIDRATOS
São os componentes mais abundantes e amplamente distribuídos entre os alimentos.
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DEFINIÇÃO
São definidos como carboidratos os polihidroxialdeídos, as polihidroxicetonas, os pilihidroxiálcoois, os polihidroxiácidos, seu derivados e, polímeros desses compostos unidos por ligações hemiacetálicas.
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INTRODUÇÃO
O termo carboidrato deriva da terminologia “hidratos de carbono”, determinados pela fórmula Cx (H2O)y, que contém C, H, e O.
Os carboidratos são sintetizados na natureza pelas plantas, através do processo de fotossíntese, a partir do dióxido de carbono e água. 
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INTRODUÇÃO
Com ajuda da energia solar, os vegetais verdes tomam o anidro carbônico da atmosfera e a água do solo, produzindo carboidratos, através da seguinte reação:
CO2 + H2O 		 6 HCHO + O2
Função da clorofila é unir-se ao Carbono e catalizar a reação.
clorofila
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FUNÇÕES
São fácil combustíveis energéticos de que os animais necessitam para desenvolver seus movimentos. 
Total calórico da alimentação humana normal de 50-60% é representado pelos CHO.
CHO complexos devem ser hidrolizados a CHO simples para serem absorvidos pelo organismo.
Fornece energia para ser transformada em trabalho no corpo e fornece calor para regular temperatura corporal.
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1. Nutricional;
2. Adoçantes naturais;
3. Matéria-prima para produtos fermentados;
4. Principal ingrediente dos cereais;
5.Propriedades reológicas da maioria dos alimentos de origem vegetal (polissacarídeos);
6. Responsáveis pela reação de escurecimento em muitos alimentos.
FUNÇÕES
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	São divididos em função de seu peso molecular:
MONOSSACARÍDEOS
OLIGOSSACARÍDEOS
POLISSACARÍDEOS
Carboidratos com ALDEÍDO como grupo funcional são denominados ALDOSES
Carboidratos com CETONA como grupo funcional são denominados CETOSES
CLASSIFICAÇÃO
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Os monossacarídeos são classificados de acordo com o número de átomos de carbono.
MONOSSACARÍDEO		3 carbonos: trioses (Gliceraldeído)
				4 carbonos: tetroses (Eritrose)
				5 carbonos: pentoses (Ribose)
				6 carbonos: hexoses (Glicose)
				7 carbonos: heptoses (Sedoeptulose)
Monossacarídeos são os carboidratos mais simples, dos quais derivam todas as outras classes. Exemplo:Gliceraldeído (Aldose); dihidroxicetona ( Cetose )
CLASSIFICAÇÃO
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CLASSIFICAÇÃO
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Ligações Glicosídicas – criam estruturas maiores
DISSACARIDEOS ( 2 unidades)
OLIGOSSACARÍDEO(3 a 12 unidades)
POLISSACARÍDEO (mais de 12 unid.)
DISSACARÍDEOS
CLASSIFICAÇÃO
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ISÔMEROS : Os compostos que contêm a mesma fórmula química, mas estruturas diferentes, são denominadas isômeros.
	Ex: C6H12O6. – Frutose, glicose, manose e galactose
EPÍMEROS : Quando dois monossacarídeos diferem na sua configuração ao redor de apenas um determinado átomo de carbono.
	Ex: A glicose e a galactose são epímeros em C-4 (estrutura diferem somente na posição do grupo –OH)
	A glicose e a manose são epímeros em C-2
	Obs: Nos açúcares, a numeração dos carbonos inicia na extremidade que contém o carbono da carbonila, isto é, no grupo aldeído ou cetona
ISOMERO E EPÍMEROS
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ENANTIÔMEROS : imagens no espelho. D- e L- açúcares
(tipo especial de isomeria) – ROTAÇÃO EM LUZ POLARIZADA (C assimétrico)
ISOMERIA OPTICA
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ISOMERIA OPTICA
Gliceraldeído é o + simples
 (1 C assimétrico)
D/L-monossacarídeo → apresenta a mesma configuração do D-gliceraldeído em seu último C assimétrico
Numero máximo de isômero: 2n onde n = nº de carbonos assimétricos
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	A maioria dos monossacarídeos encontra-se de forma cíclica (fechada), sendo apenas 1% na forma acíclica.
Linear ou acíclica
Cíclica
CICLIZAÇÃO DE MONOSSACARÍDEOS
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Estrutura na forma de anéis (5 ou 6 membros)
CICLIZAÇÃO DE MONOSSACARÍDEOS
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• Um açúcar com um grupo OH ligado a um C anomérico pode reagir com outra hidroxila para formar uma ligação glicosídica (R-C-R’).
FORMAÇÃO DE GLICOSÍDEOS MAIORES
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GLICÍDEOS REDUTORES: Se átomo de oxigênio do carbono anômero de um glicídeo não está ligado a qualquer outra estrutura, esse glicídeo é um redutor ( reage com os componentes reativos).
CARBONO ANÔMERO : A formação dos anéis formam estruturas que serão designadas por “α” e “β”.
As enzimas são capazes de distinguir entre essas duas estruturas e utilizam uma delas preferencialmente.
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• As ligações glicosídicas entre as unidades monossacarídicas são a base para a formação de oligo e polissacarídeos.
• As ligações glicosídicas podem ter várias formas, pois o C anomérico de um açúcar pode estar ligado a qualquer um dos grupo OH de um segundo açúcar para formar uma ligação α ou ß glicosídica.
• Os grupos OH são numerados e o esquema de numeração segue o dos átomos de C nos quais estão ligados.
FORMAÇÃO DE GLICOSÍDEOS MAIORES
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• A notação para a ligação glicosídica especifica qual forma anomérica do açúcar (α ou ß) é a que está envolvida na ligação e também quais átomos de C estão ligados.
FORMAÇÃO DE GLICOSÍDEOS MAIORES
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Formação da ligação glicosídica (ex: maltose)
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As figuras mostram as ligações glicosídicas e sua relação com a formação de estruturas ramificadas.
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• A natureza química de oligo e polissacarídeos depende de quais monossacarídeos estão reunidos e da ligação glicosídica em si.
• Os C anoméricos internos não estão livres para participar das reações de açúcares redutores.
FORMAÇÃO DE GLICOSÍDEOS MAIORES
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Polímeros (2 a 10 monossacarídeos unidos por ligação glicosídica)
Geralmente obtidos por hidrólise dos polissacarídeos (dissacarídeos são os + importantes)
Hidroxila anomérica confere propriedades redutoras ao monossacarídeos
Compostos por glicose, frutose e galactose. Mais comuns: sacarose, lactose, rafinose, estaquiose, celobiose
 
OLIGOSSACARÍDEOS
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• Dissacarídeos importantes: sacarose, lactose e maltose.
• sacarose: α-D-glicose + ß-D-frutose
 (aldohexose) (cetohexose)
Ligação glicosídica: α , ß(1 → 2)
Não é um açúcar redutor (2 grupos anoméricos envolvidos na ligação), apesar de a glicose e a frutose serem redutores.
OLIGOSSACARÍDEOS
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OLIGOSSACARÍDEOS
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Reação de hidrólise da sacarose e sua fórmula estrutural.
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• lactose: ß-D-galactose + D-glicose (epímeros-C4)
Ligação glicosídica: ß(1 → 4)
Como o carbono anomérico não está envolvido na ligação, a glicose assume tanto a forma α quanto a ß e está livre para reagir com agentes oxidantes.
• maltose: D-glicose + D-glicose (hidrólise do amido)
Ligação glicosídica : α (1 → 4)
• celobiose: D-glicose + D glicose (hidrólise da celulose)
Ligação glicosídica: ß (1 → 4)
OLIGOSSACARÍDEOS
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São macromoléculas naturais, ocorrendo em quase todos os organismos vivos. 
	São formados pela condensação de monossacarídeos, unidos entre si pelas ligações glicosídicas. 
POLISSACARÍDEOS
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Aqueles mais insolúveis são os encontrados nas paredes celulares e sua função nos vegetais é a de reforçar e estrutura, por isso são denominados polissacarídeos estruturais.
POLISSACARÍDEOS
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Fazem parte de estruturas da parede celular de vegetais (celulose, pectina, hemicelulose), ou de animais (quitina)
Servem de reservas metabólicas de plantas (amido) e de animais (glicogênio).
Retém umidade, formando soluções , reduzindo a atividade de água do sistema.
- Importante na textura, aparência e “flavor” dos alimentos;	
POLISSACARÍDEOS – Funções
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Polímeros (+ de 20 monossacarídeos)
Homoglicanas (celulose, amilose, amilopectina)
Heteroglicanas (gomas)
Diversidade na composição → propriedades muito distintas dos monossacarídeos constituintes (pouco sabor doce, dissolução difícil, reações + lentas) 
Mais comuns: amido, celulose, pectinas, glicogênio, celulose
POLISSACARÍDEOS
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POLISSACARÍDEOS DE BACTÉRIAS
DEXTRANAS: polímeros ramificados de glicose, de alto peso molecular, elaborados por uma enzima exocelular (dextrano-sacarose) de diferentes bactérias dos gêneros Leuconostoc, lactobacillus e Streptococcus.
GOMA XANTANA: é elaborada pela bactéria Xathomonas campestris; é um polissacarídeo constituído por uma cadeia de glicose com ramificações de ácido glicurônico e manose.
POLISSACARÍDEOS
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Principal interesse: propriedades espessantes e gelificantes.
CARRAGENANAS: polímeros de galactose fortemente sulfatadosque são obtidos de diferentes espécies de algas rodofíceas do gênero Chondrus. Aplicação terapêutica e dietética.
ÁGAR-ÁGAR: complexo obtido de algas rodofíceas dos gêneros Gelidium, Gracilaria, Gelidiella e Pterocladia. Esses polissacarídeos despersam-se coloidalmente em meio aquoso a quente, fromando, por resfriamento, um gel espesso não-absorvível, não fermentável e atóxico, utilizado como laxativo mecâncio devido à capacidade de aumentar o volume e hidratação do bolo fecal.
POLISSACARÍDEOS DE ALGAS
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AMIDO
Principal forma de armazenamento de carboidratos no vegetal.
Amilose
Amilopectina
POLISSACARÍDEOS DE VEGETAIS SUPERIORES
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• São polímeros de α-D-glicose, que ocorrem nas células de plantas.
• Podem ser distinguidos uns dos outros pelo grau de ramificação da cadeia. Ex: a ligação da amilose é α (1 → 4) e a da amilopectina α (1 → 6).
• Enzimas que hidrolisam o amido: α e ß amilase, que atacam as ligações α (1 → 4), e enzimas desramificadoras, que degradam α (1 → 6).
POLISSACARÍDEOS - AMIDO
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Essencialmente linear: formada por ligações alfa (1-4);
Há poucas ligações alfa (1->6) em torno de 0,3 a 0,5%;
Normalmente os amidos tem 25% de amilose;
AMILOSE
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Molécula altamente ramificada formada por ligações alfa (1-4) e alfa (1-6);
Está presente no amido ao redor de 75%.
AMILOPECTINA
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AMIDO
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AMIDO
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Amilose
Amilopectina
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• É o principal componente estrutural das plantas, especialmente de madeira e plantas fibrosas. 
• É um homopolissacarídeo linear de ß-D-glicose, e todos os resíduos estão ligados por ligações glicosídicas ß (1 → 4).
• Cadeias individuais reunidas por pontes de H, que dão às plantas fibrosas sua força mecânica.
• Os animais não possuem as enzimas celulases que atacam as ligações ß, que são encontradas em bactérias incluindo as que habitam o trato digestivo dos cupins, animais de pasto, como gado e cavalo.
POLISSACARÍDEOS - CELULOSE
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Estrutura polimérica da celulose: longas cadeias que podem se unir por pontes de Hidrogênio.
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METILCELULOSE: substituição de algumas hidroxilas da celulose por metoxilas.
CARBOXIMETILCELULOSE (CMN): substituição de algumas hidroxilas pro grupos carboximetílicos.
AÇÃO: Agentes espessantes ou estabilizantes de emulsões.
Propriedades reológicas: baixa toxicidade e digestibilidade.
Ex: Atua como ligante e espessante em recheios de tortas, pudins, além de ter uma boa retenção da água (em produtos gelados evita a formação de cristais de gelo).
CELULOSES MODIFICADAS
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 Polímeros compostos principalmente de ácidos galacturônicos unidos por ligações glicosídicas a (1➔4) e cujos grupos carboxílicos podem estar parcialmente metoxilados e parcial ou totalmente neutralizados por bases.
 Frutas muito maduras tem baixo teor de pectina, pois já houve a degradação e destruição das pectinas através do processo de maturação.
PECTINA
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 Compostos de alto peso molecular, de natureza polissacarídea parcial ou totalmente dispergíveis em água e insolúveis em solvente apolares.
Goma-arábica
Goma karaya
GOMAS
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• É semelhante à celulose, em estrutura e função, com resíduos ligados por ligações glicosídicas ß (1 → 4).
• Difere-se da celulose na natureza de monossacarídeos; na celulose o monômero é a ß-D-glicose, e na quitina o monômero é a N-acetil- ß-D-glicosamina.
• Possui papel estrutural e apresenta boa resistência mecânica (filamentos individuais unidos por pontos de H).
POLISSACARÍDEOS - QUITINA
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Carboidratos (ligação glicosídica) + outra estrutura 
Purinas (ácidos nucleicos)
Anéis aromáticos (esteróides)
Proteínas (glisoaminas)
Lipídios (glicolipídios)
A aldose que participa é chamada de resíduo glicosídico
Se é no grupo –OH = O-glicosídeo / - NH2 = N-glicosídeo
CARBOIDRATOS COMPLEXOS
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CHO NOS ALIMENTOS
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NOS ALIMENTOS
Os CHO constituem ¾ do peso seco de todas as plantas terrestres e marinhas e estão presentes nos grãos, verduras, hortaliças, frutas e outras partes de plantas consumidas pelo homem. 
Os cereais contêm pequena quantidade de açúcares SIMPLES, pois a maior parte é convertida em amido. 
O amido é o CHO mais comum utilizado pelos vegetais como reservas energéticas.
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NOS ALIMENTOS
Nas tabelas de composição de alimentos, o conteúdo de carboidratos tem sido dado como carboidratos totais pela diferença, isto é, a percentagem de água, proteína, gordura e cinza subtraída de 100.
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Tabela 1 - Conteúdo de carboidratos em alguns alimentos
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NOS ALIMENTOS
As frutas maduras são doces devido a transformação do amido (reserva) em açúcares mais simples como a sacarose, frutose, etc.
Os produtos de origem animal contêm menos CHO metabolizável que outros alimentos. O glicogênio é semelhante a amilopectina do amido e é metabolizável da mesma forma que este.
PROCESSO DE AMADURECIMENTO
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PROPRIEDADES
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Geralmente sólidos cristalinos, incolores e tem sabor doce. São compostos naturais bastantes comuns e a sacarose é talvez o adoçante mais antigo que se conhece.
São facilmente solúveis em água (CHO simples).
Alguns CHO formam estruturas rígidas em plantas (celulose, lignina) é a mesma função dos ossos dos animais (CHO complexos).
PROPRIEDADES
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De acordo com o peso molecular e estrutura.
 Funções reológicas.
 Funções relacionadas com o seu sabor.
 Seus produtos de reação podem também alterar a cor dos alimentos.
PROPRIEDADES
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 Mono e dissacarídeos
 São compostos sólidos geralmente solúveis em água e cristalizáveis.
 Alteração da consistência e retenção de água nos alimentos.
 Sabor doce de intensidade variável conforme o açúcar.
PROPRIEDADES
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CARACTERÍSTICA DOS GRÂNULOS DE AMIDO
São relativamente duros;
Insolúveis em água fria;
Forma pasta viscosa com tratamento térmico acima de 80ºC
PROPRIEDADES
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 Os grãos de amido não são solúveis em água fria, porém quando se aumenta a temperatura, as moléculas de amido vibram, rompendo as ligações intermoleculares e permitindo a formação de pontes de hidrogênio com a água, formando a gelatinização.
 Gelatinização: inchamento do grão de amido que passa a formar soluções viscosas.
Dextrinas: produtos resultantes da degradação parcial do amido. Se a hidrólise continuar, as dextrinas se transformam em maltose e finalmente em glicose.
POLISSACARÍDEOS - AMIDO
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Pelas suas qualidades como espessante, umectante, estabilizante e agente de ligação.
Alimentos prontos desidratados ou liofilizados
Fabricação de patês de carnes enlatados
Pudins instantâneos
Geléias, gelatinas, iogurtes
Confeitaria e panificação
EMPREGO DO AMIDO
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REAÇÕES QUÍMICAS
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HIDRÓLISE
A hidrólise de mono, oligo e polis. influenciada por vários fatores (pH, T, conf. Anomérica – α, forma, tamanho do anel
As ligações glicosídicas são quebradas + fácil em meios ácidos que alcalinos
Os CH podem ser hidrolisados por enzimas
Sacarose hidrolisada = açúcar invertido
REAÇÕES QUÍMICAS
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HIDRÓLISE
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AÇÚCAR INVERTIDO
O açúcar comum, conhecido como sacarose, é composto de dois outros açúcares mais simples: a glicose e a frutose. 
Quando a sacarose é misturada com água, ocorre uma reação química chamada hidrólise que separa os dois açúcares, também chamada de açúcar invertido. 
Essa denominação deve-se porque o açúcar tem a propriedade de girar a direção
da propagação da luz polarizada.
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AÇÚCAR INVERTIDO
Quando um raio de luz polarizada atravessa um copo de água com sacarose, sofre um desvio para a direita, e quando a mistura é da água com açúcar invertido, o desvio é para a esquerda.
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AÇÚCAR INVERTIDO
A molécula de sacarose é quebrada, formando glicose e frutose, porém, as duas se unem novamente em posições invertidas. 
Utilizado em ingredientes de bolos, biscoitos – responsável pela cor e consistência do produto. 
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INVERSÃO DA SACAROSE:
No processo de hidrólise química ou enzimática ocorre a inversão da rotação ótica da solução inicial, motivo pelo qual o processo de hidrólise da sacarose é também conhecido por inversão da sacarose e o produto final é conhecido como açúcar invertido.
Sacarose + H2O 		 D- Frutopiranose + D-Glucopiranose 
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MUTARROTAÇÃO
Primeira e + simples alteração que ocorre nos açúcares consiste na abertura do anel hemiacetálico
Isômeros α e β → mono e oligossacarídeos redutores
Reação catalisada por ácidos e bases
MUTARROTAÇÃO
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ENOLIZAÇÃO
Presença de uma [ ] maior de ácido ou base para produzir mutarrotação de açúcares redutores (base + efetiva)
Abertura do anel → enol (substância instável)
Conforme movimenta-se o par de é da dupla do enol, um composto será formado 
Formação de epímeros (ex: D-glicose e D-manose)
ENOLIZAÇÃO
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ENOLIZAÇÃO
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REAÇÃO DE DESIDRATAÇÃO
Sequência de reações de reações de desidratação as pentoses eliminam 3 moléculas de água e formam o 2-furaldeído (furfural)
As hexoses o 5-hidroximetil-2-furaldeído (HMF)
A reação ocorre em meios ácidos, sob aquecimento
A enolização é um mecanismo envolvido
DESIDRATAÇÃO
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DESIDRATAÇÃO
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DESIDRATAÇÃO
Ácido levulínico, ácido fórmico, acetoína, diacetil, ácido láctico, pirúvico acético
Aromas e sabores
REAÇÃO DE DESIDRATAÇÃO
 A fragmentação da cadeia carbônica dos produtos principais da reação de desidratação 
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