Figura 1: Clasificación y ejemplos de carbohidratos.

Los azúcares desempeñan diversas funciones, desde proporcionar energía inmediata hasta servir como componentes estructurales en células vegetales y animales. En la industria de alimentos y bebidas, con frecuencia se utilizan como edulcorantes y conservantes, mientras que en la industria bioquímica son importantes en la producción de productos como etanol y ácidos orgánicos.

¿Y qué son los azúcares reductores y no reductores?

Son una clase específica de azúcares que tienen la capacidad de reducir iones metálicos en reacciones químicas, es decir, son biomoléculas que actúan como agentes reductores. Donan electrones a otra molécula con la que reaccionan, esto ocurre debido a la presencia de grupos funcionales (como aldehídos o cetonas libres), que pueden donar electrones durante la reacción redox.

Los azúcares reductores (AR) se caracterizan por tener en su estructura un grupo carbonilo, el cual puede encontrarse en diferentes posiciones en la molécula de azúcar. Todos los monosacáridos se consideran azúcares reductores, y sus moléculas pueden formar disacáridos y polisacáridos, lo que significa que algunos disacáridos (maltosa y lactosa) también se clasifican como azúcares reductores. En la industria sucro-energética, los principales tipos de AR son la glucosa y la fructosa, que desempeñan un papel crucial en la producción de azúcar y etanol. 

Los azúcares no reductores (ANR) son aquellos que no tienen un grupo carbonilo libre en su estructura molecular, es decir, no son capaces de reducir otras sustancias. Para cuantificar los ANR es necesario hidrolizar los enlaces glicosídicos, convirtiéndolos en azúcares reductores. Esto permite utilizar las mismas metodologías de cuantificación de azúcares reductores, ya sea por hidrólisis enzimática o química.

Proceso de extracción de azúcar

En el sector sucroenergético, la extracción de azúcares reductores de la caña de azúcar es un procedimiento complejo, que consta de varias etapas, esenciales para la producción de azúcar y etanol. A partir de la recepción y pesaje de la materia prima, luego se limpia y prepara la caña. 

Posteriormente se lleva a cabo el proceso de molienda de la caña de azúcar, donde se tritura para extraer el caldo contenido en sus fibras, conocido como caldo de cãna de azúcar. Este caldo es rico en AR como la glucosa y la fructosa. Luego se somente a extracción, donde se separa del bagazo de caña de azúcar. 

Luego de la extracción, el caldo de caña de azúcar pasa por un proceso de clarificación, en el que se eliminan impurezas y materiales no deseados, como sólidos en suspensión y compuestos orgánicos. Esto se realiza mediante diferentes técnicas de filtración, decantación y tratamiento químico, dando como resultado un caldo más limpio y puro.

Al final del proceso, el caldo clarificado contiene una alta concentración de azúcares reductores, especialmente glucosa y fructosa, esenciales para la producción de azúcar cristalizado y etanol.

Figura 2. Etapas de la producción de azúcar y etanol. Fuente: Armac.

Importancia para la producción de azúcar

Fuente: Unión de la Industria de la Caña de Azúcar y de la Bioenergía (Unica).

Importancia para la producción de etanol

Los azúcares reductores juegan un papel esencial en la producción de etanol, siendo la materia prima fundamental para el proceso de fermentación. En el contexto de la producción de etanol, los azúcares reductores presentes en el jugo de caña de azúcar se convierten en etanol mediante la acción de microorganismos fermentadores, principalmente levaduras.

El proceso de fermentación comienza con la adición de levadura al caldo de la caña de azúcar, la cual se encarga de metabolizar los azúcares reductores mediante la fermentación alcohólica, transformándolos en etanol (producto) y dióxido de carbono (subproducto).

Después de la fermentación, el caldo fermentado pasa por pasos de destilación y purificación para separar el etanol del resto de componentes presentes. El etanol resultante se utiliza luego como biocombustible, una alternativa sostenible y renovable para la producción de energía.

Producción del Etanol 2G

Fuente: Unión de la Industria de la Caña de Azúcar y de la Bioenergía (Unica). 

Monitoreo de azúcares reductores

En las plantas de caña de azúcar, controlar y monitorear los niveles de azúcares reductores juega un papel crucial para garantizar la calidad y eficiencia de los procesos. Para conseguirlo, se utilizan diversos métodos y análisis que permiten evaluar con precisión la concentración de estos compuestos a lo largo de las diferentes etapas de producción.

Uno de los métodos más utilizados para determinar la AR es el método de Fehling, conocido como método de Lane-Eynon. Se basa en la reacción de reducción de los iones cúpricos presentes en la solución de Fehling promovida por azúcares reductores, dando como resultado la formación de un precipitado de óxido de cobre. Inicialmente, la solución es azul, pero cuando la muestra se gotea mediante titulación, la solución se vuelve roja.

Tecnal ha desarrollado un determinador de azúcares reductores, basado en el método de Lane-Eynon, donde el análisis se realiza mediante el principio de destilación y el uso de soluciones de Fehling. Este método se recomienda para muestras con concentraciones superiores al 1%.

Además de este método tradicional, existen otras técnicas instrumentales, como la cromatografía líquida de alta resolución y la espectrofotometría UV-visible, que se utilizan para cuantificar los azúcares reductores.

El control preciso de los niveles de AR es esencial para garantizar la calidad de los productos finales, como el azúcar y el etanol, y también para optimizar la eficiencia de los procesos de producción. Mantener concentraciones adecuadas de azúcares a lo largo de las diferentes etapas del proceso contribuye a obtener productos con las características deseadas y maximizar el rendimiento industrial.

Consideraciones finales

A lo largo del texto vimos qué son los azúcares reductores, su composición, función e importancia. El proceso de extracción y azúcares reductores en el sector sucroenergético son una serie de pasos interconectados que tienen como objetivo la obtención de productos de la caña de azúcar, como el azúcar y el etanol. Teniendo esto en cuenta, está claro que los AR desempeñan un papel crucial en la industria azucarera.