Chemiczne – wiązania glikozydowe do polisacharydów i z alkoholami do glikozydów

Redukowanie soli metali ciężkich lub jodu. Np. Cu2+ do Cu+ i powstaje kw aldonowy

Aldozy: ogrzewanie z silnymi kw mineralnymi: z heksoz hydroksymetylofurfural a z pentoz furfural , z a-naftolem barwne produkty. Różny czas reakcji – odróżnianie. Ciemnienie produktów

Reakcja Maillarda – reakcja Schiffa, NR do 1 C, O przy 1 i przedostatnim C, O przy 2 C

Epimeryzacja-przegrupowanie przy C2 lub innym asymetrycznym, wszędzie jest OH

Triozy fosforodihydroksyaceton CH2OH-CO-CH2O-P fosforowy dihydroksyaceton

Tetrozy-erytrulozy biorą udział w utlenianiu glukozy Pentozy-B-D-ryboza i B-D-2-deoksyryboza i ksyloza i arabinoza

Hoksozy: glukoza w sacharozie, laktozie, maltozie, Fruktoza w sacharozie oba w owocach i miodzie

Oligosacharydy: maltoza, z rozkładu skrobi, Celobioza z B-glikozydowym zamiast a jak w maltozie. Sacharoza-a-D-glukoza i B-D-fruktoza z wiązaniem 1->2 glikozydowym Polisacharydy: skrobia- amyloza i amylopektyna Glikogen bardziej rozgałęziony i krótsze łańcuchy niż amylopektyna Miracele-zespoły włokien elementarnych o przekroju ok 20 nm, rozbudowana pow właściwa. W środku w tkankach jest ciecz- trwałość celulozy

Polisacharydy kwaśne: Pektyny w kw i z dużą ilością sacharozy tworzą żel. Zbudowana z długiego łańcucha a-galakturonowego z wiązaniami a-glikozydowymi Inne: agar-agar, karagenina, guma arabska

Skrobia jest zbudowana z dwóch komponentów: amylozy i amylopektyny. Amyloza stanowi prosty i długi łańcuch zbudowany z reszt -D-glukozy połączonych wiązaniami -1-4- glikozydowymi. Natomiast amylopektyna jest zbudowana z krótkich prostych łańcuchów zbudowanych z reszt -D-glukozy połączonych wiązaniami -1-4-glikozydowymi, które są między sobą połączone wiązaniami -1-6-glikozydowymi - stanowi więc twór rozgałęziony. Skrobia jest typową substancją zapasową, występuje w ziarnach zbóż, bulwach ziemniaka, roślinach strączkowych i nasionach wielu innych roślin. Stanowi ona najważniejsze źródło węgli w pożyw

Glikogen zbudowany jest podobnie jak amylopektyna z tą różnicą, że cząsteczka jego jest bardziej rozgałęziona i boczne łańcuchy są krótsze. Węglowodan ten jest również typowym związkiem zapasowym, gromadzi się w wątrobie i mięśniach zwierząt oraz w komórkach drożdży;

Celuloza jest zbudowana z cząsteczek -D-glukozy połączonych wiązaniami -1-4- glikozydowymi. Występuje w roślinach jako związek strukturalny. Celulozie towarzyszą zwykle inne węglowodany, najczęściej należące do wielocukrowców o charakterze kwaśnym oraz lignina. Polisacharydami występującymi powszechnie, zwłaszcza w świecie roślinnym, są także tzw.

wielocukrowce kwaśne - złożone związki zawierające kwasy uronowe, czyli produkty utleniania cukrów przy grupie alkoholowej w pozycji 6. Do najczęściej wykorzystywanych w technologii żywności polisacharydów kwaśnych należą pektyny, gumy i śluzy roślinne. Liczne polisacharydy odgrywają ważną rolę w teksturowaniu żywności. Dzięki właściwości tworzenia hydrokoloidów formują swoją własną makrostrukturę co może być widoczne pod postacią gęstnienia, żelowania, delikatnienia mas, zwiększonej odporności na ogrzewanie i starzenie.

REAKCJE OGÓLNE CUKRÓW Pod wpływem stężonych kwasów mineralnych następuje odwodnienie i cyklizacja cukrów. Z pentoz powstaje furfural, a z heksoz -hydroksymetylo-furfural. Związki te mogą kondensować z pochodnymi fenoli tworząc, w zależności od ilości grup OH w związku fenolowym, połączenia triarylometanowe lub ksantenowe o charakterystycznym zabarwieniu. Właściwość ta bywa wykorzystywana do oznaczeń jakościowych i ilościowych cukrów. MOLISCHA Z -NAFTOLEM. Wynik dodatni w tej reakcji dają wszystkie rozpuszczalne i nierozpuszczalne węglowodany. cukier + naftol stez. kwas mineralny - 3 H 2 Ofioletowyproduktkondensacji Do 1 ml roztworu cukru (0,5%) dodać 2-3 krople 5% etanolowego roztworu -naftolu, wymieszać i ostrożnie podwarstwić 2 ml stężonego H2SO4. W obecności cukrów na granicy faz tworzy się fioletowy pierścień.

Z TYMOLEM. Wynik dodatni w tej reakcji dają wszystkie rozpuszczalne i nierozpuszczalne cukrowce.

Do 1 ml roztworu cukru (0,5%) dodać 4 krople etanolowego roztworu tymolu, wymieszać i ostrożnie po ściankach probówki dodać 2 ml stężonego HCl. Podgrzewać we wrzącej łaźni wodnej. W obecności cukrów pojawia się czerwona barwa.

Z ANTRONEM Wynik dodatni w tej reakcji dają wszystkie rozpuszczalne i nierozpuszczalne cukrowce.

cukier + antron+ stez. kwas mineralny- 3 H2 O ->niebieski produkt kondensacji Do 1 ml roztworu cukru (0,05%) dodać po ściance probówki (umieszczonej w zlewce z zimną wodą) 2 ml 0,2% roztworu antronu w stężonym H2SO4 i ostrożnie wymieszać pręcikiem. Podgrzać we wrzącej łaźni wodnej około 5 minut. W obecności cukru pojawia się - w zależności od stężeniazielone

lub niebieskie zabarwienie.

IDENTYFIKACJA 1. SELIWANOWA Z REZORCYNĄ – ODRÓŻNIANIE ALDOZ OD KETOZ

W reakcji tej barwny związek z rezorcyną daje hydroksymetylofurfural, powstający dużo łatwiej z ketoz niż z aldoz pod wpływem działania HCl. Próba ta pozwala więc na odróżnienie ketoz od aldoz, ponieważ w obecności trzykrotnie rozcieńczonego roztworu HCl tylko ketozy ulegają odwodnieniu w czasie ogrzewania w temp. 100oC przez 30 sekund. ketoza + rezorcyna+12% HCl- 3 H O 2 ->czerwony produkt kondensacji Do 1 ml roztworu cukru (0,5%) dodać 2 ml ok. 18% HCl i 2 krople 2% etanolowego roztworu rezorcyny. Po zmieszaniu umieścić probówkę we wrzącej łaźni wodnej. W obecności ketozy po ok. 30 sekundach powstaje barwa czerwona. Oprócz fruktozy dodatni odczyn dają sacharoza i inulina, a więc cukry złożone, w których znajduje się cząsteczka fruktozy. Przedłużanie ogrzewania prowadzi do pojawienia się czerwonej barwy również w przypadku aldoz.

TOLLENSA Z FLOROGLUCYNĄ - ODRÓŻNIENIE PENTOZ OD HEKSOZ Do 1 ml roztworu cukru (0,5%) dodać 4 krople 2% floroglucyny w 96% etanolu a następnie 1 – 2 ml stężonego HCl. Ogrzewać we wrzącej łaźni wodnej ok. 30 sek. W obecności pentoz powstaje różowy produkt kondensacji. Heksozy dają zabarwienie żółte lub brązowe.

p e n t o z a + floroglucyna - 3 H O+ s t e z . k w a s m i n e r a l n y -> r o z o w y p r o d u k t k o n d e n s a c j i

BIALA Z ORCYNĄ – ODRÓŻNIANIE PENTOZ OD HEKSOZ W obecności soli żelaza (III), furfural powstający z pentozy w środowisku HCl daje z orcyną kompleks o barwie zielonej. pentoza + orcyna + stez. kwas mineralny - 3 H2 O -> zielony produkt Do 2 ml 0,2% roztworu orcyny w 20% roztworze HCl dodać kroplę 1% roztworu FeCl3 i 1 ml cukru (0,5%). Wstawić do wrzącej łaźni wodnej na kilka minut. W obecności pentoz powstaje zielony produkt kondensacji.

Z ODCZYNNIKIEM SCHIFFA - IDENTYFIKACJA WOLNEJ GRUPYALDEHYDOWEJ. W roztworach monosacharydy występują w dwóch odmianach strukturalnych: łańcuchowej - z wolną grupą karbonylową i pierścieniowej (półacetalowej) – bez wolnej grupy karbonylowej, przy czym tylko bardzo znikoma część znajduje się w formie łańcuchowej. W środowisku obojętnym i słabo kwaśnym przeważa forma półacetalowa zaś w środowisku słabo alkalicznym, na

gorąco, forma łańcuchowa. Związki zawierające wolną grupę aldehydową reagują z odczynnikiem Schiffa z wytworzeniem związku o intensywnie czerwonej barwie. W przypadku nieobecności wolnych grup aldehydowych odczynnik Schiffa nie zabarwia się.Do dwóch probówek odmierzyć po 1 ml odczynnika Schiffa, do pierwszej dodać kilka kropli 0,5% roztworu glukozy, do drugiej 0,5% roztworu fruktozy. Probówki z glukozą i fruktozą lekko ogrzewać, obserwować zmianę barwy. Oziębić

ODRÓŻNIENIE CUKRÓW REDUKUJĄCYCH OD NIEREDUKUJĄCYCH Cukry posiadające wolne grupy karbonylowe charakteryzują się właściwościami redukującymi. Redukcyjność wykazują więc wszystkie monosacharydy oraz te oligosacharydy, które mają wolny co najmniej jeden hydroksyl półacetalowy. Cukry redukujące w środowisku zasadowym (następuje otwarcie pierścienia i uwolnienie grupy aldehydowej lub ketonowej), na gorąco, redukują jony metali ciężkich np.: Fe, Cu, Ag. Reakcje te wykorzystuje się do prób jakościowych oraz do ilościowego oznaczania cukrów redukujących.

FEHLINGA Z ALKALICZNYM ROZTWOREM SOLI MIEDZI Reakcja ta przebiega w kilku etapach, przedstawionych na poniższych reakcjach I CuSO4 + 2 NaOH Cu(OH)2 + Na2SO4

Do 1 ml roztworu cukru (0,5%) dodać 1ml płynu Fehlinga I (68,3 g CuSO4 x 5 H2O w 1 l roztworu wodnego) i 1 ml płynu Fehlinga II (346 g winianu sodowo-potasowego + 100 g NaOH w 1 l roztworu wodnego). Po wymieszaniu ogrzewać kilka minut we wrzącej łaźni wodnej. W obecności cukrów redukujących na ściankach probówki pojawia się czerwony osad.

TOLLENSA Z AgNO3 (LUSTRO SREBROWE) Próba ta polega na redukcji jonów srebra – z dysocjacji Ag(NH3)2+ - do srebra metalicznego i przebiega według poniższych reakcji:

I. 2 AgNO3 + 2 NaOH 2 AgOH + 2 NaNO3 Ag2O + H2O + 2NaNO3

II. Ag2O + 4 NH4OH 2 [Ag(NH3)2]OH + 3 H2O

III. 2 [Ag(NH3)2]OH + R-CO-H 2 Ag + R-CO-ONH4 + NH4OH

Do 1 ml 1% roztworu AgNO3 dodać 2-3 krople 10% NaOH i kilka kropli 10% roztworu amoniaku (aż do rozpuszczenia osadu). Następnie dodać 2-3 krople cukru (0,5%) i ogrzewać na łaźni wodnej.

BADANIE INWERSJI (HYDROLIZY) SACHAROZY Sacharoza jest disacharydem zbudowanym z -D-glukopiranozy i -D-fruktofuranozy połączonych ze sobą wiązaniem , -1,2-glikozydowym. Sacharoza jest więc cukrem nieredukującym, ze względu na udział obu hydroksyli półacetalowych w wiązaniu glikozydowym. Pod wpływem hydrolizy (kwasowej, enzymatycznej) następuje rozerwanie wiązania i uwolnienie grupy aldehydowej (glukozy) i ketonowej (fruktozy). Zdolność redukującą powstałych produktów hydrolizy (glukozy i fruktozy) można wykazać np. w reakcji z odczynnikiem Benedicta.

C12H22O11 + H2O -> C6H12O6 + C6H12O6

sacharoza glukoza fruktoza

D = + 66o D = + 52,7o D = - 92o

cukier inwertowany D = - 20,5o

Do dwóch probówek odmierzyć po 5 ml 1% roztworu sacharozy i wstawić na 5 minut do łaźni wodnej o temperaturze 60oC. Po tym czasie do pierwszej probówki dodać 100 l 0,5 M HCl, a do drugiej 100 l 0,5 M NaOH. Próbki wymieszać i inkubować w temperaturze 60oC przez 20 min. Następnie próbki wyjąć z łaźni i przerwać reakcję dodając do pierwszej probówki 100 l 0,5 M

NaOH, a do drugiej 100 l 0,5 M HCl. Do każdej probówki dodać po 5 ml odczynnika Benedicta i wstawić do wrzącej łaźni wodnej na 5 minut. Wyciągnąć wnioski co do stabilności wiązania glikozydowego w różnym pH.

WŁAŚCIWOŚCI FIZYKO-CHEMICZNE SKROBI I GLIKOGENU I CELULOZY Polisacharydy charakteryzują się innymi właściwościami chemicznymi i fizycznymi niż jednocukry. Na przykład praktycznie nie wykazują właściwości redukcyjnych z powodu znikomej ilości grup redukujących – w porównaniu z ilością cząsteczek cukru prostego wchodzącego w skład łańcucha polisacharydu. Większość z nich w wodzie rozpuszcza się z trudnością lub wcale.

REAKCJA Z JODEM Skrobia i glikogen w obecności jodu cząsteczkowego tworzą barwne kompleksy. Łańcuchy

amylozy, amylopektyny i glikogenu występują w postaci heliksu, dzięki czemu cząsteczki jodu mogą się regularnie ułożyć wewnątrz ich struktur. Jedna cząsteczka jodu przypada na sześć reszt glukozylowych, czyli na jeden skręt heliksu. W ten sposób powstaje łańcuch polijodowy, którego stabilność jest funkcją długości. Zabarwienie kompleksu amyloza–jod jest zawsze niebieskie niezależnie od wielkości cząsteczki amylozy. Natomiast kompleksy amylopektyna-jod i glikogenjodsą zabarwione na czerwono ze względu na inne ułożenie przestrzenne spirali, które tworzą łańcuchy końcowe amylopektyny i glikogenu. Fioletowe zabarwienie, obserwowane w przypadku skrobi jest wypadkową mieszaniny kompleksów amylopektyna-jod i amyloza-jod. Zwarta budowa włókien celulozowych przedstawiona na poniższym rysunku uniemożliwia Schemat konformacji łańcucha celulozy.

Struktura stabilizowana jest przez wiązania wodorowe między sąsiednimi resztami glukozy w tym samym łańcuchu. Pod wpływem jodu cząsteczkowego włókna celulozy nie barwią się na kolor fioletowy lub brunatnoczerwony, jak to opisano w przypadku skrobi i glikogenu. Efekt dodatni w reakcji celulozy z jodem można uzyskać dopiero po silnym zakwaszeniu środowiska. W obecności kwasu siarkowego włókna celulozy pęcznieją, co umożliwia wnikanie drobin jodu do wnętrza micelli i

jego adsorpcję na cząsteczkach celulozy. Powstaje wówczas intensywna barwa niebieska.

Wykonanie:

a) Do probówki wlać 1 ml roztworu skrobi (kleiku) lub roztworu glikogenu. Dodać 2 krople roztworu jodu w jodku potasu i obserwować powstałe zabarwienie. Zabarwiony roztwór lekko podgrzać i ponownie ostudzić,

b) Do probówki wlać 1 ml roztworu skrobi (kleiku) lub roztworu glikogenu i dodać 2 krople roztworu jodu w jodku potasu (powstaje zabarwienie). Do zabarwionego roztworu dodać kilka kropli 2 M NaOH. Obserwować barwę. Następnie zawartość probówek zakwasić 2 M HCl.

W obecności ługu jod reaguje w następujący sposób:

I2 + 2 NaOH NaIO + NaI + H2O

W środowisku kwasowym ponownie ujawnia się wolny I2:

NaIO + NaI + 2 HCl 2 NaCl + I2 + H2O

c) Na dwóch szkiełkach zegarkowych umieścić skrawki ligniny. Ligninę na jednym ze szkiełek zwilżyć wodą destylowaną, a na drugim 60% roztworem H2SO4. Po upływie 2 minut do obu dodać roztworu jodu w jodku potasu (płynu Lugola).

2. KWASOWA HYDROLIZA SKROBI, GLIKOGENU I CELULOZY Skrobia i glikogen pod wpływem kwasów ulegają stopniowej hydrolizie do glukozy. W przypadku skrobi pośrednimi produktami hydrolizy są: amylodekstryny – zabarwienie z jodem fioletowe; erytrodekstryny – zabarwienie czerwone; achro- i maltodekstryny – brak zabarwienia z jodem oraz maltoza, izomaltoza i glukoza, które również nie dają zabarwienia z jodem. Rozpad cząsteczek skrobi i glikogenu na mniejsze fragmenty, aż do glukozy, można wykazać także przy pomocy płynów Fehlinga lub Benedicta. Obserwuje się wówczas wzrost redukcyjności kolejnych hydrolizatów. W obecności silnych kwasów i w podwyższonej temperaturze hydrolizie ulega również celuloza. Pośrednimi produktami jej hydrolizy są celooligosacharydy i celobioza, a ostatecznym produktem rozpadu, podobnie jak w przypadku skrobi i glikogenu, jest glukoza.

a) Hydroliza skrobi i glikogenu: przygotować dwa szeregi probówek po 5 sztuk. Do pierwszego szeregu dodać po 3 krople rozcieńczonego jodu, a do drugiego po 0,2 ml 2 M NaOH. Do 5 ml kleiku skrobiowego lub glikogenu dodać 3 ml 2 M HCl i ogrzewać na wrzącej łaźni wodnej. W 3, 6, 9, 15 i 25 minucie hydrolizy przenosić po 0,5 ml mieszaniny reakcyjnej do kolejnych probówek z jodem i NaOH. Obserwować zmiany zabarwienia w pierwszym szeregu probówek. Do drugiego szeregu dodać po 1 ml odczynnika Benedicta i wstawić do wrzącej łaźni wodnej na 5 minut. Obserwować coraz wyraźniejszą reakcję dodatnią aż do pojawienia się intensywnie zielonej barwy, co wskazuje na pojawienie się produktów hydrolizy w kolejnych próbach (redukującej maltozy, izomaltozy i glukozy).

b) Hydroliza celulozy: kilka skrawków ligniny umieścić w probówce, zalać 8 ml wody destylowanej i ostrożnie po ściankach dodać 2 ml stężonego H2SO4. Zaznaczyć poziom płynu w probówce, zawartość lekko wymieszać i ogrzewać 30 minut we wrzącej łaźni wodnej. Po ochłodzeniu uzupełnić wyparowaną wodę, pobrać do probówki 0,25 ml płynu i zobojętnić go 0,75 ml 2 M NaOH. Dodać 1 ml odczynnika Benedicta, wymieszać i ogrzewać kilka minut we wrzącej łaźni wodnej.

3. ROZPUSZCZALNOŚĆ CELULOZY Ścinki ligniny umieścić w 2 szklanych probówkach. Do jednej wlać 2 ml odczynnika Schweitzera (amoniakalny roztwór Cu(OH)2), a do drugiego 2 ml wody i zamknąć korkiem. Mieszać co jakiś czas i obserwować rezultat. Po 90 minutach roztwory jeszcze raz wymieszać i przesączyć przez miękki sączek. Do uzyskanych przesączy dodać po 3 krople 2 M HCl i obserwować wytrącanie się spęczniałych włókien celulozy.