WYKŁAD 5 + „Analiza żywności” UP + Budsławski

METODY OZNACZANIA CUKROWCÓW

Produkty spożywcze pochodzenia roślinnego są nieomal wyłącznie źródłem cukrowców dla człowieka.

Gromadzone zapasy cukrów przyswajalnych u roślin są umiejscowione w ich tkn. - najwięcej gromadzonych jest w zbożach, w warzywach korzeniowych i bulwiastych, w owocach.

Umowny podział produktów:

• o wysokiej zawartości cukrów:

• cukier, słodycze - cukierki, syropy owocowe, czekolada

• 60-100%

• o średniej

• owoce i ich przetwory - dżemy; warzywa i ich przetwory; ciastka

• 20-60%

• o małej

• napoje chłodzące; soki owocowe; mleko, przetwory mleczne - kefir, maślanka; mięso i przetwory

• 5-15%

Ogólny wzór cukrów:

• stosunek H do O 2:1 (węglowodany)

• monosacharydy - cukry proste

• oligo- do10 reszt glikozydowych - cukry złożone

• poli- wielocukry

• obecne w cukrach:

• węgiel asymetryczny

• posiadają grupy aldehydowe, ketonowe

• w roztworach wodnych występuje w formach pierścieniowych ulegają cyklizacji

• pod wpływem kwasów ulegają rozpadowi do związków o charakterze aldehydów

• tworzenie barwnych połączeń

• zdolność do fermentowania

Z punktu analitycznego - 3 gr. cukrowców:

1. rozpuszczalne w H₂O:

1. monosacharydy, oligosacharydy

2. nierozpuszczalne w H₂O a rozpuszczalne na gorąco w 2% roztworze kw. nieorganicznego skrobia

3. nierozpuszczalne w H₂O, a rozpuszczalne w stężonych roztworach kwasów nieorganicznych celuloza

Metody oznaczania cukrów:

Chem., fiz., biol.

Największe wykorzystanie do oznaczania cukrowców mają metody chemiczne, które opierają się na właściwościach redukujących, które wykazują cukry bezpośrednio po hydrolizie.

1. Metoda Bertranda

2. Metoda Lane - Eynona

3. Metoda Luffa - Schoorla

4. Metoda żelazicyjankowa III

5. Metoda jodometryczna

Metoda Bertranda

• zastosowanie tej metody jest wykorzystanie właściwości cukrów w stosunku do tlenku miedziowego CuO(II) z uwagi na obecność w ich cząsteczkach wolnych grup karbonylowych:

• -CHO aldehydowa

• =CO ketonowa

• [ wagowe wykorzystanie cukru mlekowego (laktozy) polega na wykorzystaniu jego właściwości redukujących w stosunku do tlenku miedziowego.

• 2CuO + laktoza Cu2O + kw. laktobionowy

• Z ilości otrzymanego tlenku miedziawego lub z ilości zredukowanego Tl. Miedziowego oblicza się ilość laktozy.

• Cukier mlekowy oznacza się w mleku całkowicie odbiałczanym i pozbawionym soli wapiennych. Mleko defekuje się r-rem siarczanu miedziowego (r-rem Fehlinga - 69,26g CuSO4*5H2O /1 litr H2O i nasyconym r-rem NaF]

Obecność tych grup funkcyjnych warunkuje właściwości redukujące cukrów, np. sacharoza nie wykazuje właściwości redukujące gdyż grupy te tworzą wiązanie glikozydowe między resztami heksoz, konieczne jest przeprowadzenie hydrolizy w wyniku której otrzymujemy cukier inwertowany (glukoza + fruktoza)

Cukry wykazują swoje właściwości o środowisku alkalicznym oraz w podwyższonej temperaturze, w tych warunkach cząsteczki cukrów wchodzące w reakcję ulegają utlenieniu do odpowiedniego kwasu cukrowego.

Stosujemy 3 płyny (roztwory) o składzie:

1. CuSO₄ * 5H₂O + NaOH

2. 
   [COOK(CHOH)₂COONa] sól Seignette'a

3. Fe₂(SO₄)₃ + H₂SO₄

Wszystkie te roztwory wodne przygotowane są w objętości 1000 cm³. Winian sodowo - potasowy (sól Seignette'a) zapobiega wytrąceniu się Cu(OH)₂ tworząc kompleks - miedziowinian sodowo - potasowy.

Reakcje = SKRYPT

[robi się przesącz, dodaje I płyn, potem II płyn, miesza się i ogrzewa na siatce azbestowej, wrzenie przez 3 min. W tym czasie wytrąca się Cu2O. Po lekkim oziębieniu dodatek H2O destylowanej i sączy się roztwór.

Zebrany w sączku osad Cu2O (czerwony) rozpuszcza się III płynem polewając sączek. Sączek popłukuje się wodą dest. i całość przesączu miareczkuje 0,1n nadmanganianem potasowym, aż do uzyskania trwałego słaboróżwego zabarwienia.

Zmieszanie I i II płynu:

CuSO4 + 2NaOH Na2SO4 + Cu(OH)2

Powstały wodorotlenek miedziowy tworzy z winianem sodowo-potas. Rozpuszczalną sól zasadową:

Cu(OH)2 + KNaC₄H₄O₆ Cu + H2O

Po dodaniu badanego płynu i ogrzaniu cukier mlekowy redukuje ilościowo powstały w r-rze kompleks miedziowy do tlenku miedziawego:

C12H22O11 + 2Cu + 2H2O= C11H21O10 -COOH + Cu2O↓ + 2

Po dodaniu III płynu Bertranda wydzielany tlenek miedzi (I) rozp. się przy jednoczesnym utlenieniu Cu i redukcji równoważnej ilości Fe

[przez dodanie III płynu następuje utlenienie się miedzi (I+) w Cu2O do miedzi II+ i przejście powstałej soli do r-ru. Jon żelazowy Fe3+ jest jednocześnie redukowany do jonu żelazawego Fe 2+ wg reakcji:

Cu₂O + Fe₂(SO₄)₃ + H₂SO₄ 2CuSO₄ + 2FeSO₄ + H₂O

Utlenienie Cu⁺¹ Cu ²⁺

Redukcja Fe ³⁺ Fe²⁺

Miareczkowanie mianowanym roztworem KMnO₄ (VII) - polega na powrotnym utelnieniu jonu żalazawego Fe2+ do jonu żalazowego Fe3+ wg równania:

2KMnO₄ + 10FeSO₄ + 8H₂SO₄ K₂SO₄ + 5Fe₂(SO4)₂ + 2MnSO₄ + 8H₂O

Fe²⁺ Fe ³⁺

Mn ⁷⁺ Mn ²⁺

Redukcja soli Cu(II) do (I)

2Cu + Cu₂O +

Reak. hydrolizy inwersji sacharozy

Śr. kwaśne

C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O 2C₆H₁₂O₆

342g + 18g 2*180g 360g

Reak. hydrolizy skrobi

(C₁₂H₂₂O₁₁)n + nH₂O n(C₆H₁₂O₆)

Głównym sposobem podawania wielkości ilości cukrów w tej metodzie jest zależność między l. mg zredukowanej Cu a zawartością występujących cukrów.

Dla szybszego przeliczenia zostały opracowane tabele uwzględniające mg Cu (glukoza, cukier inwert., laktoza)

Obliczenie zawartości cukrów wykonano określając miano KMnO₄, które najwygodniej przeliczyć na miedź.

Ilu mg Cu odpowiada 1 ml (1cm³) roztworu KMnO₄

[1 ml 0,1n KMno4 odpowiada 6,357 mg Cu lub 7,157 mg Cu2O lub 7,957 mg CuO. Z ilości ml KMnO4 zużytych do miareczkowania pomnożonych przez miano miedziowe obl. się odpowiadającą ilość mg Cu, Cu2O lub CuO, a z tabeli odczytuje się ilość mg laktozy.]

[współczynniki przeliczeniowy laktozy bezwodnej na cukier uwodniony wynosi 1,052]

Zawartość cukrów ogółem i bezpośrednio redukujących przelicza się na sacharozę mnożąc przez współczynnik przeliczeniowy 0,95, którego wartość jest ilorazem masy molowej sacharozy (342) i masy dwóch cząsteczek heksoz. Stosowany jest także przelicznik 0,9, kiedy przeliczamy na skrobię ponieważ mamy tu stosunek masy molowej reszty glukozowej (162) do masy molowej glukozy (180).

2.

Metoda Lane-Eynona

• polega na redukcji błękitu metylenowego w odczynie zasadowym, po całkowitym zredukowaniu miedzi w płynie Fehlinga.

• Polega na bezpośrednim miareczkowaniu wrzącej mieszaniny jednakowych obj. płynów Fehlinga I i II odpowiednio rozcieńczonym r-rem badanych cukrów (o stężeniu 0,1-0,4%), po uprzednim odbiałeczniu i klarowaniu próby oraz Ew. przeprowadzonej hydrolizie, w obecności błękitu metylenowego jako wskaźnika (met. Chemiczna)

• [Oznaczanie cukrów bezpośrednio redukujących oraz sacharozy]

Płyn Fehlinga I CuSO₄ * 5H₂O w 1l wodnego roztworu

II NaOH + winian sodowo-pot. W 1l wodnego roztw.

Do reakcji pobierane są jednakowe objętości płynów 5+5ml

Doprowadzone do wrzenia, miareczkowane roztworem cukru (z biurety); pod koniec miareczkowania dodać wskaźnik - błękit metylenowy

Błękit metylowy należy do indykatorów oksydoredukcyjnych, a jego odbarwienie oznacza, że cała ilość miedzi w płynach Fehlinga została zredukowana w wyniku miareczkowania cukrem. Stężenie cukru w próbie powinno mieścić się w zakresie 0,1 - 0,4 %.

Obliczenie zawartości cukru wykonujemy na podstawie przygotowanych tablic, przeliczając liczbę cm³ roztworu cukru zużytego do miareczkowania na ilość cukru inwertowanego w mg.

[wrzenie zapobiega łączeniu z tlenem]

Obecność soli Seignetta zapobiega wytrącaniu się wodorotlenku miedzi II i umozliwia prawidłowe przeprowadzenie redukcji miedzi.

Winian sodowo potasowy tworzy w Cu(OH)2 ciemnoniebieski miedziowinian sodowo-potasowy. Koniec miareczkowania rozpoznaje się po zaniku barwy niebieskiej, świadczącym o braku Cu2+:

CuSO4 + 2NaOH Cu(OH)2 + Na2SO4

Między stęż. cukru i jego zużyciem nie ma liniowej zależności, gdyż użyciu większej obj. roztworu odpowiada dłuższy czas miareczkowania oraz niższa alkaliczność środowiska i odwrotnie.

Czynniki te wywierają wpływ na powstawanie tzw. reduktonów, tworzących się w podwyższonej temp. i środowisku alkalicznym reagentów.

Postępowania analityczne - s. 75 „Analiza ż.”

Metoda żelazicyjankowa SKRYPT

• met. Hagedorna- Jansena

• polega na przeprowadzeniu reak. utleniania i redukcji. Jako susbt. utrlaniającą stosuje się zasadowy r-r żelazicyjanku potasu K3[Fe(CN)6] - reakcje:

• K3[Fe(CN)6] + R-CHO K4[Fe(CN)6] + RCOOH

• 2 K4[Fe(CN)6] + 3ZnSO4 K2Zn[Fe(CN)6] + 3K2SO4

• nadmiar żelazicyjanku p. odmiareczkowuje się jodometrycznie w obecności kwasu octowego i tiosiarczanu sodu:

• 2K3[Fe(CN)6] + 2KI (kat. CH3COOH) 2K4[Fe(CN)6] + I2

• I2 + 2Na2S2O3 2NaI + Na2S4O6

• siarczan cynku usuwa z mieszaniny tworzący się żalizicyjanke, tym samym w reakcji nie dochodzi do równowagi

• uwolniony jod miareczkować tiosiarczanem sodu. Z lości żużytego tio. Należy odczytać odpowiednią ilość cukru za pomocą tabel.

• POSTĘPOWANIE - analiza ż. UP

EGZAM:

Jak powinna wyglądać analiza, np. syropu pomarańczowego ?

musi być środowisko alkaliczne i ↑ temp.

Postępowania analityczne w ozn. cukrów

• roztwory cukrów nie powinny zawierać innych subst. wykazujących właściwości reduk. w stosunku do Cu lub Fe

• lotne aldehydy i alkohole - usuwane przez ogrzewanie we wrzącej łaźni (3x zagęszczenie)

• barwniki antocyjanowe - dodatek węgla aktywnego i przesączenie roztworu

• wysokocząsteczkowe substancje typu białek i pektyn - usuwane płynami:

• Carreza I 150g K₄Fe(CN)₆ / dm³

• Carreza II 300g ZnSO₄ * 7H₂O

• Dodawanymi stosunku 1:1

Stosowanie np. Ba (OH)₂ taniny octanu ołowiu do klarowania i odbarwiania roztworów - dotyczy to metod fizycznych - metody polarymetrycznej. Przy metodach chemicznych klarowanie przeprowadza się przed przeprowadzaniem hydrolizy sacharozy.

Jakie są sposoby postępowania wstępnego w oznacz. skł. odżywczych?

pamiętać o przygotowaniu próby wstępnej

Metody fizyczne:

1. densymetryczne cukry rozpuszczalne w H2O; opracowano tablice zależności liczbowych między gęstością a stężeniem roztworów wodnych cukrów

2. refraktometryczne do oznaczania ekstraktu, którego gł. lub jedynym skł. może być cukier

3. polarymetryczne wykorzystują zdolności cukrów w roztworach do skręcania płaszczyzny światła spolaryzowanego

4. spektrofotometryczne po wywołaniu odpowiedniej reakcji barwnej w badanym roztworze wykonujemy pomiar absorpcji (m. antronowa, rezorcynowa)

Metody biologiczne

• próby fermentacyjne - sporządzenie nastawów fermentacyjnych, które po zaszczepieniu drożdżami z rodz. Saccharomyces cerevisae zostają umieszczone
  z butelkach szklanych i zamknięte korkami z czopami fermentacyjnymi.

• W trakcie fermentacji alk. Zachodzi przemiana cukru w alkohol etylowy i CO₂

• C₆H₁₂O₆ 2C₂H₅OH + 2CO₂↑

• [ met. Polegają na fermentowaniu badanych cukrów i następnie na oznaczeniu ich na podstawie wywiązanej ilości alkoholu lub CO2, jako końcowych produktów fermentacji]

Oznacza się zawartość alkoholu przez pomiar gęstości destylatu i odczytanie zawartości alkoholu z tabeli. W tym procesie przyjmuje się wydajność alkoholu 85 - 94%, pozostała część cukru zużywana jest na procesy życiowe drożdży.

[ Jodometryczne oznaczanie laktozy]

• opiera się na zasadzie utleniania aldoz jodem w odczynie zasadowym.

• Redukujące dwucukry w obecności jodu w środowisku zasadowym utleniają się.

• Jod w obecności zasad utlenia gr. ald. Cukru wg równania:

• R-CHO + I2 + 3NaOH R-COONa + 2NaI + 2H2O

• jod i zasadę dodaje się w nadmiarze, pozostały NaOI po utlenieniu cukru w śr. kw. (po dodaniu kwasu) reaguje z jodkiem sodowym, wydzielając jod:

• NaOI + NaI + 2HCl 2 NaCl + H2O + I2

• wydzielony jod miareczkuje się tiosiarczanem

• I2 + 2Na2S2O3 2NaI + Na2S4O6

8

(CH₂O)n

Cu ^+I czerwony osad

COOH

(CHOH)₄

COOH

CHO

(CHOH)₄

CH₂OH

Glukoza kw. glukonowy

O-CH-COONa

O-CH-COONa

O-CH-COOK

O-CH-COOK

HO-CH-COONa

HO-CH-COOK

---