El hidroximetilfurfural (HMF), también 5- (hidroximetil) furfural, es un compuesto orgánico formado por la deshidratación de azúcares reductores. [4] [5] Es un sólido blanco de bajo punto de fusión (aunque las muestras comerciales a menudo son amarillas) que es altamente soluble tanto en agua como en solventes orgánicos. La molécula consta de un anillo de furano , que contiene grupos funcionales aldehído y alcohol .
Nombres | |
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Nombre IUPAC preferido 5- (hidroximetil) furan-2-carbaldehído [1] | |
Otros nombres | |
Identificadores | |
Modelo 3D ( JSmol ) | |
110889 | |
CHEBI | |
CHEMBL | |
ChemSpider | |
Tarjeta de información ECHA | 100.000.595 |
Número CE |
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278693 | |
KEGG | |
PubChem CID | |
UNII | |
Tablero CompTox ( EPA ) | |
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Propiedades | |
C 6 H 6 O 3 | |
Masa molar | 126,11 g / mol |
Apariencia | Sólido blanco de bajo punto de fusión |
Olor | mantecoso, caramelo, |
Densidad | 1,29 g / cm 3 |
Punto de fusion | 30 a 34 ° C (86 a 93 ° F; 303 a 307 K) |
Punto de ebullición | 114 a 116 ° C (237 a 241 ° F; 387 a 389 K) (1 mbar) |
UV-vis (λ máx. ) | 284 nm [2] |
Compuestos relacionados | |
Furan-2-carbaldehídos relacionados | Furfural |
Peligros | |
Pictogramas GHS | [3] |
Palabra de señal GHS | Advertencia [3] |
H315 , H319 , H335 [3] | |
Consejos de prudencia del SGA | P261 , P305 + 351 + 338 , P310 [3] |
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |
verificar ( ¿qué es ?) | |
Referencias de Infobox | |
El HMF se puede formar en alimentos que contienen azúcar, particularmente como resultado de calentarlos o cocinarlos. Su formación ha sido objeto de importantes estudios, ya que se consideraba que el HMF era potencialmente cancerígeno para los seres humanos. Sin embargo, hasta ahora la genotoxicidad in vivo fue negativa. No se puede derivar ninguna relevancia para los seres humanos con respecto a los efectos carcinógenos y genotóxicos. [6] [7] El HMF se clasifica como un agente de mejoramiento de alimentos [8] y se utiliza principalmente en la industria alimentaria en forma de aditivo alimentario como biomarcador y como agente aromatizante para productos alimenticios. [9] [10] También se produce industrialmente en una escala modesta [11] como materia prima neutra en carbono para la producción de combustibles [12] y otros productos químicos. [13]
Producción y reacciones
El HMF se informó por primera vez en 1875 como un intermedio en la formación de ácido levulínico a partir de azúcar y ácido sulfúrico. [14] Esta sigue siendo la ruta clásica, con azúcares de 6 carbonos ( hexosas ) como la fructosa sometidos a polidehidratación catalizada por ácido. [15] [16] Cuando se usa ácido clorhídrico, se produce 5-clorometilfurfural en lugar de HMF. Se observa una química similar con los azúcares de 5 carbonos ( pentosas ), que reaccionan con el ácido acuoso para formar furfural .
El enfoque clásico tiende a sufrir bajos rendimientos ya que el HMF continúa reaccionando en ácido acuoso, formando ácido levulínico . [4] Dado que el azúcar no es generalmente soluble en otros disolventes distintos del agua, el desarrollo de reacciones de alto rendimiento ha sido lento y difícil; por lo tanto, mientras que el furfural se ha producido a gran escala desde la década de 1920, [17] HMF no se produjo a escala comercial hasta más de 90 años después. La primera planta de producción que entró en funcionamiento en 2013. [11] Se han desarrollado numerosas tecnologías sintéticas, incluido el uso de líquidos iónicos , [18] [19] extracción líquido-líquido continua , destilación reactiva y catalizadores ácidos sólidos para eliminar el HMF antes reacciona más o para promover su formación e inhibir su descomposición. [20]
Derivados
El propio HMF tiene pocas aplicaciones. Sin embargo, se puede convertir en otros compuestos más útiles. [13] De estos, el más importante es el ácido 2,5-furandicarboxílico , que se ha propuesto como sustituto del ácido tereftálico en la producción de poliésteres . [21] [22] El HMF se puede convertir en 2,5-dimetilfurano (DMF), un líquido que es un biocombustible potencial con un contenido energético mayor que el bioetanol . La hidrogenación de HMF da 2,5-bis (hidroximetil) furano . La hidrólisis catalizada por ácido convierte el HMF en ácido gamma-hidroxivalérico y gamma-valerolactona , con pérdida de ácido fórmico. [5] [4]
Ocurrencia en los alimentos
El HMF está prácticamente ausente en los alimentos frescos, pero se genera naturalmente en los alimentos que contienen azúcar durante los tratamientos térmicos como el secado o la cocción. Junto con muchas otras sustancias relacionadas con el sabor y el color, el HMF se forma en la reacción de Maillard y durante la caramelización . En estos alimentos también se genera lentamente durante el almacenamiento. Las condiciones ácidas favorecen la generación de HMF. [23] El HMF es un componente bien conocido de los productos horneados. Al tostar el pan, la cantidad aumenta de 14,8 (5 min.) A 2024,8 mg / kg (60 min). [5] También se forma durante el tostado del café, con hasta 769 mg / kg. [24]
Es un buen marcador de tiempo-temperatura de conservación del vino , [25] especialmente en vinos dulces como el de Madeira [26] y los endulzados con arrope concentrado de uva . [27]
El HMF se puede encontrar en cantidades bajas en la miel , los jugos de frutas y la leche UHT . Aquí, así como en vinagres, mermeladas, productos alcohólicos o galletas, el HMF se puede utilizar como indicador de un exceso de tratamiento térmico. Por ejemplo, la miel fresca contiene menos de 15 mg / kg, dependiendo del valor de pH, la temperatura y la edad, [28] y la norma del Codex alimentarius requiere que la miel tenga menos de 40 mg / kg de HMF para garantizar que la miel no se haya sometido a calentamiento durante la elaboración, excepto las mieles tropicales que deben ser inferiores a 80 mg / kg. [29]
Se encuentran naturalmente mayores cantidades de HMF en el café y los frutos secos. Varios tipos de café tostado contenían entre 300 y 2900 mg / kg de HMF. [30] Se encontró que las ciruelas secas contenían hasta 2200 mg / kg de HMF. En la cerveza negra se encontraron 13,3 mg / kg, [31] los productos de panadería contenían entre 4,1 y 151 mg / kg de HMF. [32]
Se puede encontrar en jarabe de glucosa .
El HMF se puede formar en el jarabe de maíz con alto contenido de fructosa (JMAF), se encontraron niveles alrededor de 20 mg / kg de HMF, que aumentan durante el almacenamiento o calentamiento. [28] Este es un problema para los apicultores estadounidenses porque utilizan JMAF como fuente de azúcar cuando no hay suficientes fuentes de néctar para alimentar a las abejas y el HMF es tóxico para ellas. Agregar bases como carbonato de sodio o potasa para neutralizar el JMAF ralentiza la formación de HMF. [28]
Dependiendo de la tecnología de producción y el almacenamiento, los niveles en los alimentos varían considerablemente. Para evaluar la contribución de un alimento a la ingesta de HMF, se debe considerar su patrón de consumo. El café es el alimento que tiene una relevancia muy alta en cuanto a niveles de HMF y cantidades consumidas.
El HMF es un componente natural de los alimentos calientes, pero suele estar presente en concentraciones bajas. La ingesta diaria de HMF puede ser la base de grandes variaciones debido a los patrones de consumo individuales. Se ha estimado que la ingesta varía entre 4 mg - 30 mg por persona por día, mientras que una ingesta de hasta 350 mg puede resultar de, por ejemplo, bebidas hechas de ciruelas secas. [6] [7]
Biomédico
Un metabolito importante en los seres humanos es el ácido 5-hidroximetil-2-furoico (HMFA), que se excreta en la orina.
HMF se une a la hemoglobina falciforme intracelular (HbS). Los estudios preliminares in vivo con ratones falciformes transgénicos mostraron que el 5HMF administrado por vía oral inhibe la formación de células falciformes en la sangre. [33] Según el código de desarrollo Aes-103, el HMF se ha considerado para el tratamiento de la anemia de células falciformes . [34]
Cuantificación
Hoy en día, la HPLC con detección UV es el método de referencia (por ejemplo, DIN 10751-3). Métodos clásicos para la cuantificación de HMF en fotometría de uso alimentario . El método según White es una fotometría UV diferencial con y sin reducción de HMF con bisulfito de sodio. [35] El método fotométrico de Winkler es una reacción de color que utiliza p- toluidina y ácido barbitúrico ( DIN 10751-1). Las pruebas fotométricas pueden ser inespecíficas, ya que pueden detectar también sustancias relacionadas, lo que da lugar a resultados más altos que las mediciones por HPLC. También se encuentran disponibles kits de prueba para análisis rápidos (por ejemplo, Reflectoquant HMF, Merck KGaA). [36] [37]
Otro
HMF es un intermedio en la titulación de hexosas en la prueba de Molisch . En la prueba de Bial relacionada para las pentosas, el hidroximetilfurfural de las hexosas puede dar una solución de color marrón fangoso o gris, pero esto se distingue fácilmente del color verde de las pentosas.
El HMA, [38] acetoximetil furfural, también es una plataforma química de origen biológico como alternativa al HMF.
Referencias
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