ZAKŁAD OPAKOWALNICTWA I BIOPOLIMERÓW

CHEMIA ŻYWNOŚCI

Ćwiczenia laboratoryjne nr 2

Wyodrębnianie, badanie właściwości i analiza jakościowa sacharydów

Artur Bartkowiak, Szczecin 2003

Wydzielanie i identyfikacja homoglikanów

Do homoglikanów należą takie wielocukry, jak skrobia (A), a w niej amyloza i amylopektyna,

glikogen, celuloza (B), galaktogen, mannan, inulina i inne. Homoglikany charakteryzują się in-

nymi właściwościami chemicznymi i fizycznymi niż jednocukry. Po pierwsze, praktycznie nie

wykazują właściwości redukcyjnych z powodu znikomej ilości grup redukujących w porównaniu

z ilością cząsteczek cukru prostego wchodzącego w skład homog1ikanu. W wodzie rozpuszczają

się z trudnością lub wcale.

Skrobia. Składa się z dwóch wielocukrów - amylozy i amylopektyny - zbudowanych odmiennie

z

α-D-glukopiranozy. Amyloza tworzy łańcuchy proste, zbudowane z cząsteczek glukozy sprzę-

żonych ze sobą wiązaniem

α-l → 4. Natomiast amylopektyna charakteryzuje się budową roz-

gałęzioną; zasadniczym połączeniem cząsteczek glukozy jest również wiązanie

α-l → 4, lecz co

25-30 reszt glukozylowych występują wiązania

α-l → 6, tworzące rozgałęzienia. Stąd wynikają

nieco inne właściwości fizyczne obu wielocukrów. Roztwory wodne amylopektyny bardziej opa-

lizują, a w reakcji z jodem wykazują zabarwienie fioletowe, podczas gdy amyloza barwi się z

jodem na kolor ciemnoniebieski.

SKROBIA (poliglukoza)

Amyloza Amylopektyna

(krystaliczna) (amorficzna)

α-1→6

α-1→4

α-1→4

2

Ćwiczenie 1. Otrzymywanie skrobi

Obrane i umyte ziemniaki (uprzednio zważone) utrzeć na miazgę i po dodaniu równej objętości

wody, zmieszać i przesączyć przez kilka warstw gazy. Przesącz rozcieńczyć 2-3-krotnie wodą i

pozostawić do dekantacji. Zlać ciecz znad osadu (pozostawić i obserwować zachodzące zmiany),

a skrobię zawiesić w metanolu i przesączyć na lejku Büchnera. Po przemyciu metanolem wysu-

szyć na powietrzu i zważyć (obliczyć zawartość skrobi w ziemniakach).

Rozpuszczalność skrobi

a) Do około 1 g skrobi dodać kilka cm

3

H

2

O, dobrze wymieszać i przesączyć przez bibułę. Do

przesączu wprowadzić kroplę roztworu jodu w KI. Ciecz pozostaje bezbarwna. Świadczy to o

nierozpuszczalności skrobi w zimnej wodzie.

b) Otrzymywanie kleiku skrobiowego: Zagotować ok. 75 cm

3

wody. W drugim naczyniu spo-

rządzić jednolitą zawiesinę 1 g skrobi w 15 cm

3

zimnej wody, którą wlewa się do wrzącej wody

ciągle mieszając. Naczynie po skrobi popłukać 10 cm

3

wody i dodać do wrzącego roztworu. Go-

tować do rozpuszczenia się. Otrzymuje się jednolity, opalizujący roztwór skrobi, który posłuży

do dalszych ćwiczeń.

Reakcje skrobi z jodem

Amyloza daje z jodem zabarwienie niebieskie, zaś amylopektyna fioletowe. Amyloza o konfigu-

racji liniowej nie jest zdolna do tworzenia kompleksu z jodem. Musi istnieć konfiguracja heliksu,

aby cząsteczki jodu mogły się w niej regularnie ułożyć. Jedna cząsteczka jodu przypada na sześć

reszt glukozylowych, czyli na jeden skręt heliksu. Ogrzewanie powoduje rozkręcanie się heliksu,

co jest przyczyną znikania zabarwienia z jodem.

a) Do 2 cm

3

kleiku skrobiowego dodać kroplę roztworu jodu w jodku potasu (KI). Kleik skro-

biowy nie może oddziaływać zasadowo. Powstaje niebieskie zabarwienie.

b) Probówkę w której powstała niebieska barwa, ogrzać w łaźni wodnej. Niebieskie zabarwienie

znika. Po ochłodzeniu pod bieżącą wodą zabarwienie powraca.

c) Wpływ zasad na zabarwienie z jodem. W środowisku zasadowym zabarwienie nie powstaje,

ponieważ jod reaguje z zasadą według równania:

I

2

+ 2NaOH

→ NaIO + NaI + H

2

O

w środowisku kwasowym reakcja przebiega w kierunku odwrotnym:

NaIO + Nal + 2HCl

→ 2NaCl + I

2

+ H

2

O

Do 2 cm

3

kleiku skrobiowego dodać kilka kropli 1 M roztworu NaOH i kroplę roztworu jodu w

KI. Zabarwienie nie powstaje. Po zakwaszeniu kwasem solnym barwa pojawia się.

3

Właściwości redukujące skrobi przed hydrolizą i po niej

a) Wykonać próbę Benedicta (patrz opis poniżej) z roztworem glukozy, sacharozy, skrobi .

b) Roztwór skrobi gotować z HCl lub H

2

SO

4

przez kilka minut, ostudzić, zobojętnić za pomocą

NaOH i wykonać próbę Benedicta.

Próba Benedicta

Zasada: Próba Benedicta należy do najbardziej swoistych i czułych prób redukcyjnych na cukry.

Odczynnik zawiera zamiast wodorotlenku sodowego - węglan sodu, a zamiast winianu -

cytrynian sodu. Powstaje więc nie wodorotlenek miedziowy, lecz węglan. Czułość próby jest

dość duża. Już 0,1% stężenie cukru redukującego powoduje zmianę barwy z niebieskiej na zie-

loną. Zielone zabarwienie jest wynikiem zmieszania pomarańczowej zawiesiny Cu

2

0 z niebie-

skim odczynnikiem.

Przygotowanie odczynnika:

Do 20 cm

3

1% roztworu CuSO

4

dodać 80 cm

3

10% cytrynianu sodu a następnie 20 cm

3

10%

Na

2

CO

3

.

Wykonanie: Do 5 cm

3

odczynnika dodać 0,5 cm

3

badanego roztworu i wstawić do wrzącej łaźni

wodnej na 5 min. Zależnie od ilości sacharydu powstaje albo tylko zielone zabarwianie, albo

osad żółty, pomarańczowy czy czerwony.

Hydroliza skrobi

Zasada: Skrobia pod wpływem kwasów ulega stopniowej hydrolizie przez stadium dekstryn do

maltozy i małej ilości glukozy. Pośrednimi produktami są: amylodekstryny (zabarwienie z jodem

fioletowe), erytrodekstryny (czerwone), achro- i maltodekstryny oraz maltoza (zabarwienie z

jodem nie powstaje). W miarę hydrolizy wzrastają również stopniowo właściwości redukujące.

Wykonanie: Do 10 cm

3

roztworu skrobi dodać 1 cm

3

stężonego roztworu HCl lub H

2

SO

4

(koń-

cowe stężenie kwasu powinno być 1-2 M) i ogrzewać we wrzącej łaźni wodnej. W statywie

ustawić 2 szeregi probówek po 10 sztuk ( napełnić je 1 cm

3

bardzo rozcieńczonego roztworu

jodu w KI (ok. 0,002%)) i co chwilę przenosić po kilka kropli z ogrzewanej probówki do probó-

wek pierwszego i drugiego szeregu. W pierwszym szeregu probówek zawierającym zabarwienie

zmienia się kolejno z niebieskiego, przez fioletowe, czerwone, brunatne na bezbarwne. Drugi

szereg probówek zobojętnić wodorotlenkiem sodowym i wykonać próbę Benedicta (patrz powy-

żej). Obserwować coraz wyraźniejszą redukcję w miarę trwania hydrolizy.

4

Ćwiczenie2. Celuloza (błonnik).

Celuloza jest najbardziej rozpowszechnioną substancją organiczną. Stanowi ona główny skład-

nik ścian komórkowych roślin. Przykładem prawie czystego błonnika jest włókno bawełniane,

bibuła lub wata. Wielocukier ten jest liniowym polimerem

β-D-glukopiranozy; podstawową jed-

nostkę strukturalną: celulozy jest celobioza. Szereg reszt celobiozowych (ok. 1500) tworzy dłu-

gie łańcuchy, które są złączone siłami międzycząsteczkowymi i wiązaniami wodorowymi w

równolegle przebiegające pęczki - micele. Tego rodzaju budowa zapewnia celulozie dużą wy-

trzymałość mechaniczną. Masa cząsteczkowa celulozy mieści się w granicach 4,6

⋅10

5

-1,7

⋅10

6

(w

zależności od pochodzenia).

Celuloza jest nierozpuszczalna w wodzie i rozpuszczalnikach organicznych. Należy podkreślić

jej szczególną odporność na działanie różnych odczynników, m.in. rozcieńczonych kwasów.

Dopiero bardziej stężone roztwory kwasów hydrolizują celulozę. Rozpuszcza się ona również w

odczynniku Schweitzera lub Cross-Bewana. Wiele gatunków bakterii, grzybów oraz niektóre

zwierzęta, np. ślimaki, wskutek posiadania enzymu

β-celulazy są zdolne do rozkładania celulozy

i korzystania z niej jako pożywienia.

Rozpuszczalność celulozy

a) Zbadać rozpuszczalność bibuły lub waty w wodzie.

c) Rozpuszczalność w odczynniku Cross-Bewana. Odczynnik: Rozpuścić 1 g ZnCl

2

w 2,5 cm

3

stężonego (37%) roztworu HCl. Rozpuścić bibułę w tym odczynniku i ponownie wytrącić, doda-

jąc równą objętość wody.

Hydroliza celulozy

Parę skrawków bibuły zalać 10 cm

3

H

2

O i dodać 1 cm

3

stężonego roztworu H

2

SO

4

. Wstawić do

wrzącej łaźni wodnej na kilkanaście minut. Po zobojętnieniu wykonać próbę redukcyjną na cu-

kry proste - próba Benedicta (patrz ćw. 2A.4). Opisać wyniki próby.

5

IMIĘ I NAZWISKO GRUPA DATA

SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA NR 2

Wyodrębnianie, badanie właściwości i analiza jakościowa sacharydów

Ćwiczenie1. Skrobia

Otrzymywanie skrobi

1. Jakie podstawowe grupy zw. chemicznych występują w ziemniakach i na którym eta-

pie zostają one rozdzielone?

2. Jakie zmiany obserwuje się w pozostawionej cieczy znad osadu, (czym to jest spowo-

dowane i do jakiej grupy reakcji zaliczamy takie procesy - w jakich innych produktach

można zaobserwować takie zmiany)?

3. Otrzymane wyniki skomentować/porównać z zawartością teoretyczną skrobi w ziem-

niakach (Z.Sikorski, Chemia Żywności, WNT 2000 lub inne poz. literaturowe). Obli-

czyć wydajność procesu.

6

IMIĘ I NAZWISKO GRUPA DATA

Właściwości redukujące skrobi przed hydrolizą i po niej

1. Dlaczego niektóre składniki żywności wykazują wł. redukujące a inne nie?

2. Kiedy i dlaczego obserwuje się wł. redukujące preparatów skrobiowych?

Próba Benedicta

1. Cukrem redukującym w próbie okazał(y) się……………………………..
Cukier redukujący −.

Hydroliza skrobi

Produktami hydrolizy skrobi są

7

IMIĘ I NAZWISKO GRUPA DATA

Ćwiczenie2. Celuloza (błonnik)

1. Który z polisacharydów, skrobia czy celuloza, wykazuje wyższą odporność na reakcję

hydrolizy kwasowej?

2. W jaki inny sposób można przeprowadzić reakcję hydrolizy polisacharydów (samo-

dzielna praca w czytelni)?

Suma punktów ………

8