Informe 6 carbohidratos, química PDF

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Informe de la segunda práctica de carbohidratos, en donde se hicieron diferentes pruebas para determinar si había presencia de carbohidratos en la mosto de la malta....

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Universidad de la Sabana Facultad de Ingeniería. Laboratorio de Química de los sistemas biológicos. Elaborado por: Andrea Carolina Gaviria Lozano (0000161598) Reconocimiento de carbohidratos mediante pruebas cualitativas. 1. Objetivos 1.1 Objetivo general Determinar la presencia de carbohidratos en diferentes muestras mediante la utilización de pruebas químicas de carácter cualitativo. 1.2 Objetivos específicos  Utilizar pruebas químicas como la prueba de Molish, Benedict, Barfoed y Fehling para conocer si las muestras analizadas contienen carbohidratos y conocer de qué posible tipo son estos.  Determinar si los resultados obtenidos para las muestras analizadas, son acordes a presencia o ausencia de carbohidratos en estas según la literatura.  Explicar la relación que existe entre los grados Brix y el índice de refracción de una sustancia. 2. Marco teórico 2.1 Carbohidratos Los carbohidratos también llamados glúcidos o hidratos de carbono, son las biomoléculas más abundantes de la tierra, los seres vivos aprovechan la gran diversidad estructural de estas moléculas para para producir la capacidad informática necesaria para procesos vitales (“Capitulo 7. Carbohidratos,” n.d.). Los carbohidratos son polihidroxialdehidos o cetonas, o bien sustancias cuya hidrolisis da lugar a estos compuestos. Muchos carbohidratos, aunque no todos, poseen la fórmula empírica (CH2O)n aunque también pueden contener nitrógeno, fosforo o azufre (Nelson & Cox, 2009). 2.2 Monosacáridos Los monosacáridos o carbohidratos simples son aldehídos o cetonas polihidroxilados, es decir, que contienen dos o más grupos hidroxilos. Los monosacáridos comúnmente consisten en una cadena de carbonos sin ramificas y unidos por enlaces simples, en la forma de cadena abierta uno de los átomos de carbono está unido a un átomo de oxígeno por un enlace doble, formando un carbonilo y los demás carbonos están unidos a un hidroxilo; dependiendo de donde se encuentre el carbonilo el monosacárido se clasificará en aldosa: si el carbonilo se encuentra en uno de los extremos de la cadena, o cetosa: si el carbonilo está en cualquier posición diferente a los extremos. Los monosacáridos más sencillos son de tres átomos de carbono: gliceraldehído (aldosa) y dihidroxiacetona (cetosa) (Nelson & Cox, 2009). 2.3 Disacáridos

Los disacáridos están formados por dos monosacáridos unidos covalentemente mediante un enlace glucosídico, que se forma cuando el hidroxilo de un azúcar reacciona con el carbono anomérico del otro, esta reacción da lugar a la formación de un acetal a partir de un hemiacetal. Los disacáridos se hidrolizan con facilidad para dar lugar a sus componentes monosacáridos (Nelson & Cox, 2009). Ilustración 1. Formación del disacárido de la maltosa a partir de dos moléculas de glucosa. Imagen tomada de: (Nelson & Cox, 2009).

2.4 Prueba de Molish Esta prueba se realiza para el reconocimiento general de carbohidratos, y se basa en la formación de derivados furfúricos en medio ácido a temperatura ambiente o en caliente, los cuales reaccionan con un compuesto aromático (α-naftol) para dar como productos compuestos coloreados. La reacción de Molish ocurre al condensarse dos moléculas de α-naftol con la función aldehído del 5hidroximetilfurfural producido al calentarse el carbohidrato en medio fuertemente ácido (Alemany & Font, 1983), es decir, al ocurrir la hidrolisis de los disacáridos con ácido sulfúrico hasta monosacáridos, estos se convierten en derivados del furfural los cuales al reaccionar con α-naftol forman un color purpura-violeta (Universidad de Bogotá Jorge Tadeo Lozano, n.d.). Ilustración 2. Reacción de Molish. Imagen tomada de:(Alemany & Font, 1983).

2.5 Prueba de Benedict La prueba de Benedict permite el reconocimiento de carbohidratos reductores, el reactivo de Benedict contiene el ion cúprico (Cu++) en medio alcalino

(Universidad de Bogotá Jorge Tadeo Lozano, n.d.). El carbohidrato se hace reaccionar con este reactivo a una temperatura próxima a los 100°C, el carbohidrato, a través de su hemiacetal libre en el carbono 1, se oxida favoreciendo la reducción del cobre a oxido cuproso (Cu 2O) el cual se presenta como un precipitado rojo (Alemany & Font, 1983). Ilustración 3. Reacción de Benedict. Imagen tomada de: (Alemany & Font, 1983).

2.6 Prueba de Barfoed Esta prueba es similar a la prueba de Benedict, por lo que en esta reacción también se ve involucrado el ion cúprico (Universidad de Bogotá Jorge Tadeo Lozano, n.d.). Sin embargo, esta nos permite la diferenciación entre monosacáridos y disacáridos reductores, este para lograr dicha diferenciación el cobre se encuentra disuelto en un medio ligeramente ácido, retardando la aparición del Cu2O unos 5 minutos en el caso de los monosacáridos y hasta 15 minutos para los disacáridos (Alemany & Font, 1983). Ilustración 4. Reacción de Barfoed. Imagen tomada de: (Alemany & Font, 1983).

2.7 Prueba de Fehling Esta prueba permite el reconocimiento de azúcares reductores, se basa en una reacción en la que el grupo aldehído (reductor) es oxidado a grupo ácido por el Cu++ que se reduce a Cu+. Tanto los monosacáridos como los disacáridos reductores reaccionan con el Cu++ dando un precipitado rojo de óxido cuproso. La reacción tiene lugar en medio básico por lo que es necesario introducir en la reacción tartrato sódico-potásico para evitar la precipitación del hidróxido cúprico (Morales, 2005). Reacción1. Reacción Fehling. Tomada de: (Jiménez & Zamorado, 2014).

CuSO 4 +2 NaOH → Na2 SO 4 + Cu( OH )2

Cu ( OH )2 → R−COOH +H 2 O+Cu2 (OH ) ↑ En presencia de un agente reductor

Cu2 (OH )→ Cu2 O + H 2 O

2.8 Grados Brix

Los grados Brix miden la cantidad de solidos solubles presentes en alimentos, expresados en porcentaje de sacarosa, los sólidos solubles están compuestos por los azúcares, ácidos, sales y demás compuestos solubles en agua presentes en los jugos de las células de los alimentos. El instrumento utilizado para la medición de este valor es el refractométro y el l principio de medición se basa en la refracción de la luz (roto del latín: fractus) creada por la naturaleza y la concentración de los solutos (en este caso la sacarosa). Es por esto que un refractómetro mide indirectamente la densidad de los líquidos. La unidad de medida °Bx (grados Brix) lleva el nombre de Adolf F. Brix, un científico del siglo XIX. Según esa escala, 1ºBx correspondería a un índice de refracción de una solución de sacarosa en agua al 1% (A.KRÜSS Optronic GmbH, 2019). 3. Diagramas de flujo 3.1 Prueba de Molish Ilustración 5. Diagrama de flujo para la prueba de Molish.

3.2 Prueba de Benedict Ilustración 6. Diagrama de flujo para la prueba de Benedict.

3.3 Prueba de Barfoed Ilustración 7. Diagrama de flujo para la prueba de Barfoed.

3.4 Prueba de Fehling Ilustración 8. Diagrama de flujo para la prueba de Fehling.

3.5 Relación entre grados Brix e índice de refracción

Ilustración 9. Diagrama de flujo para la relación entre grados Brix e índice de refracción.

4. Procedimiento operativo estándar Se realizaron 4 pruebas diferentes para la determinación de la presencia de carbohidratos para nueve soluciones diferentes las cuales eran las siguientes: azúcar, dextrosa, jugo de manzana, jugo de mora de la marca Soka, sacarosa, lactosa, miel, Coca-Cola sin azúcar y Coca-Cola sabor original. Por lo tanto, el procedimiento que se describe a continuación fue realizado para cada una de estas soluciones. 4.1 Prueba de Molish Para esta primera prueba se procedió a agregar una cantidad variada de la muestra, entre 2 y 4mL de la muestra que se deseaba analizar en diferentes tubos de ensayo. Cabe destacar que dos de las 9 muestras se encontraban en estado sólido (azúcar y dextrosa) por lo que fue necesario realizar una disolución de la muestra en un volumen de agua destilada para poder realizar la respectiva prueba a ambas muestras. Después de tener las 9 muestras en estado líquido, se agregaron 2 gotas de agua destilada a cada uno de los tubos, adicional a esto se le agregó también 2 gotas del reactivo α-Naftol al 15%, la solución resultante se mezcló con cuidado. Luego de tener las 9 muestras con el reactivo mencionado anteriormente, se procedió a agregar 2 gotas de ácido sulfúrico (H 2SO4) de manera lenta por las paredes del tubo, se esperó unos tres minutos hasta la aparición de una coloración roja-violeta en la zona de contacto con el ácido sulfúrico. El mismo procedimiento se repitió, pero en vez de agregar α-Naftol al 15% se agregaron dos gotas de una solución alcohólica de timol al 5%. 4.2 Prueba de Benedict Para esta segunda prueba se 5mL del reactivo de Benedict en cada uno de los tubos de ensayo, después de esto cada uno de los tubos fue puesto en un vaso de precipitado con agua en ebullición y se dejó calentar el reactivo por aproximadamente 3 minutos. Después de tos se procedió a agregar 8 gotas de la solución que se iba a evaluar, en el caso de las dos muestras que se encontraban en estado sólido se necesitó sacar estas del vaso de precipitado agregarles una pequeña cantidad de la muestra y volverlas a introducir dentro del beaker con agua a ebullición. Los 9 tubos se dejaron calentar por aproximadamente 3 minutos dentro del vaso de precipitado y se observó la coloración tomada por cada una de las

soluciones, ya que dependiendo de la coloración que tomó la muestra se pudo hacer un aproximado según la literatura, de la concentración de azucares reductores presentes en la muestra. 4.3 Prueba de Barfoed En esta prueba se añadieron 5mL del reactivo de Barfoed a cada uno de los tubos, más un mililitro de la muestra a evaluar; en el caso de las dos muestras solidas se agregó una pequeña cantidad de esta al tubo correspondiente con ayuda de una micro-espátula. Los nueve tubos fueron calentados a baño de María durante aproximadamente 7 minutos, los tubos que hasta ese momento presentaron aparición de una coloración o precipitado, fueron retirados del calentamiento, mientras que los que aún no mostraban algún cambio se dejaron en el baño de María por aproximadamente 5 minutos adicionales; pasado el tiempo correspondiente se retiraron el resto de los tubos y se anotaron las observaciones correspondientes. 4.4 Prueba de Fehling Para esta cuarta prueba se agregaron 2.5mL de la solución A (que según las indicaciones de la guía consistía en una solución de sulfato cúprico) y adicionalmente 2.5mL de la solución B (solución alcalina de tártaro), después de haber completado los 5mL con ambas soluciones se procedió a agregar un mililitro de la muestra a evaluar, las muestras sólidas se agregaron con ayuda de una microespátula. Los nueve tubos fueron llevados a baño de María a 92°C por 5 minutos, pasado este tiempo se retiraron las muestras del baño de María y se anotaron las observaciones. 4.5 Relación entre grados Brix e índice de refracción Para esta última parte de la práctica se terminaron los grados Brix de las muestras, a excepción de las muestras solidas (azúcar y dextrosa). Esta determinación se realizó con la utilización de un refractómetro digital, por lo que el procedimiento consistió en agregar unas tres gotas de la muestra que se deseaba evaluar, en el lente del refractómetro, se presionó el botón para la lectura del instrumento y este arrojó el dato correspondiente a los grados Brix de la solución. Después de que el instrumento realizó la lectura, la solución se desechó y el lente del refractómetro se lavó con agua destilada y se secó con algodón; el mismo procedimiento se realizó para cada una de las muestras a evaluar. 5. Análisis de resultados En primer lugar, se debe tener en cuenta si las muestras analizadas durante la práctica poseen o no algún tipo de carbohidrato, y con base a esto determinar si las pruebas realizadas arrojaron resultados positivos o negativos para cada una de las muestras. Como se dijo anteriormente se analizaron 9 muestras:  Sacarosa: la sacarosa (azúcar común) es un disacárido conformado por un residuo de glucosa α y otro de fructosa β, estos monosacáridos se encuentran unidos por un enlace glucosídico entre ambos carbonos anoméricos. Dado que ninguno de los anillos de los monosacáridos puede revertir a la forma de cadena abierta, la sacarosa es un azúcar no reductor (“Capitulo 7. Carbohidratos,” n.d.).

Ilustración 10. Representación de la sacarosa (glucosa + fructosa).

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Azúcar: se utilizó un sobre de azúcar normal, el azúcar comercial o azúcar de mesa es un producto obtenido industrialmente de la caña de azúcar y de otras plantas sacarinas; la sacarosa es el azúcar común, por lo cual pertenece a los hidratos de carbono (Agencia de Defensa de la competencia de Andalucia, 2013), es decir, es de esperarse que las pruebas realizadas den positivas para esta muestra, ya que según la literatura el porcentaje de carbohidratos presentes en 100 gramos de azúcar común es de 99.8% (Nutriplato, 2013). Dextrosa: la dextrosa es en principio D-glucosa el cual es uno de los monosacáridos más importantes de los seres vivos ya que es la principal fuente de energía. La glucosa es una aldosa de 6 átomos de carbono (“Capitulo 7. Carbohidratos,” n.d.). Jugo de manzana: durante la práctica se proporcionó una botella de jugo de manzana de 215mL como muestra a analizar, según la información nutricional presente en el envase, el jugo de manzana contiene 22g de azúcar y 23g de carbohidratos totales, por lo que las pruebas realizadas para esta muestra deberían arrojar resultados positivos. Jugo de mora de la marca Soka: la botella de jugo de mora era de 300mL de contenido, y según la información nutricional descrita en la botella del producto; en este volumen de jugo se encuentran 16g de azúcares y 16g de carbohidratos totales, por lo que se supone que los únicos carbohidratos presentes en el jugo son los correspondientes a los azúcares. Lactosa: la lactosa es un disacárido formado por una molécula de galactosa unida a través de un enlace glucosídico β a una molécula de glucosa. Como el carbono de anomérico de la galactosa está en configuración β, el enlace entre los dos monosacáridos se denomina enlace β. Debido a que el componente de la glucosa contiene un grupo hemiacetal, la lactosa es un azúcar reductor (“Capitulo 7. Carbohidratos,” n.d.). Ilustración 11. Representación de la lactosa (galactosa + glucosa).



Miel: la se miel se componen principalmente de carbohidratos disueltos en agua, predominando glucosa y fructosa los cuales son los monosacáridos que componen más del 70% del producto. Además, se tiene un contenido de azucares reductores normalmente entre 72 a 73% lo cual indica la riqueza de

carbohidratos que presenta, esta es la principal razón de que la miel se encuentre en forma pegajosa y viscosa con una alta densidad (Bachmann, 2007).  Coca-Cola sin azúcar: la bebida gaseosa proporcionada por el laboratorio de marca Coca-Cola, consistía en una botella de 250mL y la información nutricional descrita en la botella muestra un porcentaje de 0% para azúcares y el mismo porcentaje para carbohidratos totales, lo que quiere decir que para esta muestra las pruebas realizadas deberían dar un resultado negativo ya que no existe la presencia de algún tipo de carbohidrato.  Coca-Cola sabor original: según la información nutricional descrita en la botella de bebida para 400mL, que es el contenido de la botella que se utilizó en la práctica, hay un total de 41g de azúcares por lo tanto se encuentra que en la botella hay 41g de carbohidratos totales. También es importante tener en cuenta el color que se debe visualizar en caso de obtener resultados positivos para cada una de las pruebas realizadas, en la ilustración 12 se muestran los resultados que se pueden obtener para estas pruebas y cuál es el significado en cada uno de los casos. Ilustración 12. Resultados para las pruebas de reconocimiento de carbohidratos. Imagen tomada de: (Universidad de Bogotá Jorge Tadeo Lozano, n.d.).

5.1 Prueba de Molish (con α-Naftol al 15%) Tabla 1. Resultados obtenidos para la prueba de Molish con α- Naftol al 15%.

Muestra

Ilustración

Resultado

Azúcar

Ilustración 13. Resultado de la prueba de Molish para el azúcar.

Aparentemente negativo

Dextrosa

Ilustración 14. Resultado de la prueba de Molish para la dextrosa.

Aparentemente negativo

Juego de manzana (Néctar)

Ilustración 15. Resultado de la prueba de Molish para el jugo de manzana.

Positivo

Juego de mora (Soka)

Ilustración 16. Resultado de la prueba de Molish para jugo de mora.

Positivo

Sacarosa

Ilustración 17. Resultado de la prueba de Molish para la sacarosa.

Aparentemente positivo

Aparentemente positivo

Lactosa Ilustración 18. Resultado de la prueba de Molish para la lactosa.

Miel

Ilustración 19. Resultado de la prueba de Molish para la miel.

Aparentemente negativo

Coca-Cola sin azúcar

Ilustración 20. Resultado de la prueba de Molish para la C-C sin azúcar.

Negativo

Coca-Cola original

Ilustración 21. Resultado de la prueba de Molish para la C-C normal.

Aparentemente negativo

Análisis de la sección Para el análisis de esta primera prueba se debe tener en cuenta varios factores que pudieron inducir los resultados obtenidos para cada una de las muestras. En primer lugar, es importante tener en cuenta lo que se esperaría que se formará en caso de que el resultado de la prueba sea positivo. La prueba de Molish se basa en la formación de derivados furfúricos, como el 5-hidroximetilfurfural que es un compuesto de color purpura-violeta (Alemany & Font, 1983); por lo cual para las muestras de azúcar, sacarosa, dextrosa, jugo de manzana, jugo de mora, lactosa, miel y Coca-Cola normal se debería evidenciar una capa del color purpura, ya que como se dijo antes, estas muestras contienen una cantidad de carbohidratos dependiente del contenido de la muestra. Sin embargo, solo las muestras de jugo de manzana, jugo de mora, lactosa y sacarosa dieron resultados aparentemente positivos; esto ya que no se puede afirmar que sean completamente positivos porque no se evidencia una notoria aparición del color purpura, en vez de eso se ve una especie de “suspensión” de color más oscuro al del resto de la muestra en el tubo, en la zona de contacto del ácido sulfúrico. Por otro lado, muestras que se esperaría que fuesen positivas como la de azúcar, dextrosa, miel y Coca-Cola normal dieron resultados negativos o aparentemente negativos; en los dos primeros casos podemos decir que el hecho de que las muestras estuvieran en estado sólido dificultaba la realización de la prueba ya que estas se debían diluir en agua, sin embargo las cantidades de muestra y de agua que se agregaron se hicieron de manera aleatoria, por lo cual es difícil cuantificar si el error estuvo en que la cantidad agregada de azúcar o dextrosa fue muy pequeña, por lo que no se formó el complejo de color purpura. Para el caso de la miel y la CocaCola normal, podemos decir que el fracaso en la evidencia del color purpura se puede deber: primero, a lo mencionado anteriormente o la naturaleza de las

muestras, ya que estas poseen un color café es más difícil notar cambios leves en la tonalidad de la muestra. 5.2 Prueba de Benedict Tabla 2. Resultados obtenidos para la prueba de Benedict.

Muestra Azúcar

Ilustración Ilustración 22. Resultado de la prueba de Benedict para el azúcar.

Resultado Negativo

Dextrosa

Ilustración 23. Resultado de la prueba de Benedict para la dextrosa.

Positivo

Juego de manzana (Néctar)

Ilustración 24.Resultado de la prueba de Benedict para el jugo de manzana.

Positivo

Juego de mora (Soka)

Ilustración 25. Resultado de la prueba de Benedict para el jugo de mora.

Positivo

Sacaros...