Analisis Carbohidratos (1).pdf

SESIN 8. CARBOHIDRATOSCURSO: ANLISIS DE PAI

CARBOHIDRATOS

Formados por 3 molculas principales: C, H y O.

Son los compuestos mas abundantes de la

alimentacin.

Son la principal fuente de energa

Conocidos como hidratos de carbono, nombre que

deriva de la frmula molecular bruta CnH2nOn, en

la que corresponde una molcula de agua a cada

tomo de carbono.

CARBOHIDRATOS

Los azcares son el producto inmediato de la

fotosntesis, con la intervencin de la luz solar y

a partir de CO2 y agua.

6CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6O2

Esta molcula puede ser convertida en CO2 y

agua convertibles a su vez en trabajo elctrico,

mecnico etc.

Cloroplastos

Luz

CLASIFICACIN

Monosacridos

Oligosacridos

Polisacridos

Simples

Derivados

Cadenas de tomos de C con un

grupo =O y varios OH

Resultado de la adicin, cambio o

supresin de los grupos funcionales

de los monosacridos simples

Formado por mas de un monosacrido,

pero en nmero pequeo.

Simples

(homopolisacrido)

Complejos

(heteropolisacrido)

Numerosas molculas de

monosacridos simples unidas

entre si

Numerosas molculas de

monosacridos derivados (de

mas de un tipo) unidas entre si

MONOSACRIDOS

Poseen 2 grupos funcionales: -OH y =O

Los grupos =O pueden ser aldehdicos o cetnicos.

Aldehido AldehidoCetnico

Cetnico

COMPOSICIN

Los grupos aldehdicos son llamados ALDOSAS

con la terminacin OSA.

Los grupos cetnicos son llamados Cetonas con la

terminacin ULOSA.

Las aldosas y cetosas son ismeros (misma

frmula condensada pero propiedades diferentes)

Aldotriosas, cetotriosas

Aldotetrosas, cetetrosas

ISMEROS

C3H6O3 C3H6O3

MONOSACRIDOS

Son los glcidos ms sencillos, que no se

hidrolizan, es decir, que no se descomponen para

dar otros compuestos, conteniendo de tres a seis

tomos de carbono.

Se nombran haciendo referencia al nmero de

carbonos (3-6), terminado en el sufijo osa.

MONOSACRIDOS - ALDOSA

Triosas

D-Gliceraldehido L-Gliceraldehido


Tetrosas


Pentosas


Hexosas

MONOSACRIDOS - CETOSA

Triosas


Tetrosas


Pentosas


Hexosas

MONOSACRIDOS - CARACTERSTICAS

Epmeros: dos monosacridos que se diferencian

en la configuracin de uno solo de sus carbonos

asimtricos.


Anmeros: Dos monosacridos ciclados que se

diferencian slo en el grupo-OH del carbono

anomrico Dan lugar a las configuraciones y .


Enantimeros: aquellos monosacridos que

tienen una estructura especular en el plano (D y

L).

MONOSACRIDOS - REACCIONES

Oxidacin: Si la oxidacin es del grupo aldehido

a grupo cido, dar lugar a la serie nico. Si la

oxidacin es del grupo hidroxilo del Carbono 6

dar lugar a la serie urnico.

cido aldnico


cido urnico


Reduccin: Si se reduce el grupo aldehido a

hidroxilo se forman los azcares-alcohol o

polioles.


Formacin de glucsidos o glicsidos:

Por reaccin entre un monosacrido y un grupo

hidroxilo de otro compuesto que no sea azcar

Reaccin de monosacridos con un grupo amino

Reaccin de un monosacrido y un grupo tiol

OLIGOSACRIDOS

Se forman por la

unin de dos o ms

monosacridos

mediante enlaces

covalentes conocido

como enlace

glucosdico, por

deshidratacin, con

prdida de 1 tomo

de hidrgeno de un

monosacrido y

grupo hidroxilo del

otro.

OLIGOSACRIDOS

Sacarosa (-D-glucopiranosil(1->2)--D-fructofuransido)

OLIGOSACRIDOS

Lactosa (O--D-galactopiranosil-(14)-D-glucopiranosa)

OLIGOSACRIDOS

Maltosa (4-O--D-Glucopiranosil-D-glucosa)

OLIGOSACRIDOS

Celobiosa (-D-Glucopiranosil (1 ->4) -D-Glucopiranosil )

OLIGOSACRIDOS

Rafinosa (- D-glucopiranosil-(1->6)

OLIGOSACRIDOS

Estaquiosa ( -D-fructofuranosyl O--D-galactopyranosyl-

(1-6)-O--D-galactopyranosyl-(1-

6)--D-glucopyranoside)

POLISACRIDOS

Los polisacridos son cadenas, ramificadas o no,

de ms de diez monosacridos.

Su funcin en los organismos vivos est

relacionada usualmente con estructura o

almacenamiento.

Compuestos de alto peso molecular.

POLISACRIDOS

Almidn:

Compuesto por dos polmeros distintos (amilosa

y amilopectina).

Se encuentra en semillas, races, tubrculos

donde la planta almacena energa.

Se encuentra formando granos esfricos que

pueden verse al microscopio y se pueden

diferenciar por su apariencia .

POLISACRIDOS

Almidn:

POLISACRIDOS

Glucogeno:

Polisacrido de reserva energtica de los

animales, formado por cadenas ramificadas de

glucosa; es soluble en agua, en la que forma

dispersiones coloidales. Abunda en el hgado y

en el msculo.

POLISACRIDOS

Glucgeno:

POLISACRIDOS

Celulosa:

Polisacrido compuesto

exclusivamente de molculas de

glucosa; es pues un

homopolisacrido (compuesto

por un solo tipo de

monosacrido); es rgido,

insoluble en agua, y contiene

desde varios cientos hasta

varios miles de unidades de -glucosa.

POLISACRIDOS

Celulosa:

PROPIEDADES FUNCIONALES

Inversin de sacarosa: En medio cido o

mediante enzimas se rompe las molculas dando

lugar a la formacin de azcar invertido que es

ms dulce y aumenta la solubilidad. La rotacin

especfica tambin se invierte, de aqu lo de

azcar invertido.


Cristalizacin: Los azcares pueden cristalizar

lo que influir en la textura. Esto se utiliza

mucho en repostera. La lactosa cuando

cristaliza en helados leches condensadas da un

efecto negativo.


Higroscopicidad: Tienen capacidad de captar

el agua del ambiente a travs de cualquier OH del azcar por puentes de hidrgeno con el

oxgeno del agua o el oxgeno del OH con un hidrgeno del agua. Esto da por ejemplo aspecto

brillante a la mermelada o aspecto hmedo a

bizcochos o magdalenas. En otros casos es

negativo debido al apelmazamiento que dificulta

la solubilidad.


Solubilidad: La fructosa es el monosacrido

ms soluble seguido de la sacarosa y la glucosa

mientras que la lactosa es el menos soluble por

lo que el cristaliza ms fcilmente.


Estado amorfo: Pueden permanecer en estado

no cristalino (amorfos) por lo que tienen la

capacidad para formar soluciones

sobresaturadas (jarabes, almbar de frutas en

conserva) o estados vtreos (caramelo duro).


Poder edulcorante: La tienen los azcares de

bajo peso molecular. Es el valor equivalente

entre la sacarosa que es el azcar de referencia y

el resto de los azcares. El poder edulcorante

ms alto de la fructosa, siguiendo sacarosa y

glucosa. Para igualar el sabor dulce de 1 g de

lactosa slo necesitaremos 0,25 g de sacarosa.

DETERMINACIN DE

CARBOHIDRATOS

DETERMINACIN DE CARBOHIDRATOS

DETERMINACIN

De forma directa e independiente

Contenido total por diferencia: 100% -%humedad %lpidos %protenas %residuo mineral

DETERMINACIN INDEPENDIENTE Y ESPECFICA

Papel especfico de cada carbohidrato en el metabolismo

Tcnicas analticas suficientemente selectivas

TRATAMIENTO DE MUESTRA

EXTRACCIN AGUA CALIENTE (EBULLICIN)

FILTRACIN

Determinacin de las fracciones por calefaccin hasta peso constante (70C): Soluble (monosacaridos y oligosacaridos)

Insoluble (polisacaridos)

Determinacin exacta de la composicin de carbohidratos: Extracto acuoso procedimientos de purificacin

extraccin con ter de petrleo eliminacin de grasa y clorofilas.

Clarificacin de los extractos sobre todo con medidas polarimtricas o colorimtricas eliminacin de protenas


Clarificacin: Los metales pesados precipitan las sustancias

coloidales (protenas)

Los precipitados formados por accin de los metales se combinan y coprecipitan las protenas


Caractersticas de los agentes clarificadores: No deben adsorber ni modificar a los

carbohidratos

Un exceso (razonable) de reactivo no debe interferir en la determinacin posterior

La cantidad de precipitado debe ser pequea

El procedimiento de precipitacin debe ser simple

TRATAMIENTO DE MUESTRA. CLARIFICACIN

AGENTE CARACTERSTICAS

Acetato de plomo neutro El ms utilizadoLimitacin: Bajo poder decoloranteEliminar el exceso con sulfato sodico o fosfato

Acetato de plomo bsico Actualmente sustituido por el acetato neutro de plomo Problemas si hay exceso

Hidrxido de aluminio Para extractos con poco colorEficaz para flocular material coloidalSe genera por adicin de amoniaco a una disolucin de aluminio

Ferrocianuro de zinc Adicin sucesiva de ferrocianuro de potasio y sulfato de zinc da lugar a la precipitacin de ferrocianuro de zincPara extractos con poco color y muchas protenasPoco satisfactorio para extractos vegetales Eliminar el exceso de zinc por precipitacin con sosa

Carbn animal Puede absorber carbohidratos

Otros Hidrxido de bario, sulfato de zinc, sulfato de cobre en medio bsico, nitrato de mercurio en medio bsicoPrecipitantes de protenas: acido tricloroactico y tungstatosdico

DETERMINACIN CUALITATIVA DE

CARBOHIDRATOS

Basados fundamentalmente en: Reacciones de color producidas por la

condensacin de los productos de degradacin de los azcares (obtenidos por tratamiento con cidos minerales fuertes) con diversos reactivos orgnicos

Propiedades reductoras del grupo aldehdo (solo aldosas)

Rotura del enlace adyacente al grupo hidroxilo mediante reacciones de oxidacin (formacin de formaldehdo)


CARBOHIDRATOS

REACCIONES DE COLOR EN MEDIO CIDO FUERTE.

La reaccin de un cido fuerte (HCl, H2SO4, H3PO4) sobre los carbohidratos conduce a la formacin de productos de descomposicin coloreados (despolimerizacin, ciclacin y deshidratacin)

ALDOHEXOSES HIDROXIMETIL FURFURAL

ALDOPENTOSES FURFURAL

Furfural

Hidroximetilfurfural


CARBOHIDRATOS

Coloraciones ms especficas por adicin de un reactivo (tpicamente un alcohol) al carbonilo del producto de degradacin del carbohidrato (furfural si es aldosa) para formar un hemiacetal coloreado

EJEMPLOS DE ENSAYOS PARA LA


CARBOHIDRATOS

MTODOS BASADOS EN PROPIEDADES

REDUCTORAS DE LOS CARBOHIDRATOS

Basados en las propiedades reductoras de los monosacaridos y oligosacaridos de cadena corta con el grupo aldehdo (aldosas)

No son especficos

Utilizar slo despus de eliminar todos los compuestos orgnicos reductores presentes en la muestra.

Diversidad de reactivos y reacciones

MTODOS BASADOS EN PROPIEDADES

REDUCTORAS DE LOS CARBOHIDRATOS

DETERMINACIN CUANTITATIVA DE

CARBOHIDRATOS

Determinacin cuantitativa segn Mtodos clsicos (valoraciones, fundamentalmente)

Mtodos instrumentales Cromatografa

Electroforesis

Mtodos pticos

Procedimientos bioqumicos (o enzimticos).

Clasificacin de los procedimientos analticos segn analitos: Mono y oligosacridos

Polisacridos nutricionales

Polisacridos estructurales

CUANTIFICACIN DE MONO Y

OLIGOSACARIDOS

Determinacin de monosacridos y oligosacaridos Mtodos qumicos (valoracin normalmente)

Colorimtricos

Cromatogrficos (TLC, GC y HPLC)

Electroforticos

Otros mtodos pticos (polarimetra, ndice de refraccin)

Bioqumicos

Tendencia actual a identificar componentes individuales Separacin (por cromatografa o electroforesis)

Determinacin de las fracciones por mtodos qumicos, colorimtricos, pticos, etc...

Sistemas de deteccin on-line


OLIGOSACARIDOS

A. MTODOS QUMICOS

Basados en las propiedades reductoras de los carbohidratos (principalmente aldosas). Volumetrias redox con diferentes tipos de reactivos valorantes oxidantes suaves (Cu2+, ferricianuro, I2, etc.)

Contenido global de carbohidratos.


OLIGOSACARIDOS

B. MTODOS CROMATOGRFICOS Finalidad de la aplicacin de los mtodos

cromatogrficos: Fraccionar y aislar los carbohidratos individuales

Identificacin y cuantificacin individualizada

En muestras de matriz compleja

Tipos de cromatografa aplicados Capa fina (y papel)

Cromatografa lquida

Cromatografa de gases


OLIGOSACARIDOS

MTODOS CROMATOGRFICOS. Cromatografa en capa fina y papel Las fases mviles ms utilizadas pueden ser:

Cromatografa sobre papel (celulosa polisacrido) 1. n-butanol/cido actico/agua (40:10:50)

2. Piridina/acetato de etilo/agua (20:40:40)

3. Piridina/acetato de etilo/cido actico/agua (35.7:35.7:7.1:21.5)

Cromatografia en capa fina (silica gel 60) 1. Isopropanol/acetato de etilo/agua (60:30:10 o

50:40:10)

2. n-butanol/etanol/agua/cido actico/piridina (6.6:66.2:19.9:0.7:6.6)

3. n-butanol/cido actico/agua (50:25:25)


OLIGOSACARIDOS

MTODOS CROMATOGRFICOS. Cromatografia en capa fina y papel Separacin de lactosa, sacarosa, maltosa,

oligosacaridos de la degradacin del almidn

Tiempo: 18 horas a seis dias (en papel)

Cuanto mayor es el peso molecular del carbohidrato en una serie homloga menor es el Rf

Rf trisac < Rf disac < Rf monosac

Rf hexosas < Rf pentosas

Rf aldosas < Rf cetosas


OLIGOSACARIDOS

Ejemplos de reveladores


OLIGOSACARIDOS

MTODOS CROMATOGRFICOS. Cromatografa de Gases (GC)

Tcnica con muy buena resolucin y sensibilidad pero es necesario realizar una etapa de derivacin para proteger los grupos hidroxilo as como los grupos reductores de los carbohidratos

Analitos no voltiles derivacin qumica: Metilacin

Acilacin

Trimetil sililacin

Derivados de butilborato

Los cromatogramas son ms simples si se realiza una reduccin de los monosacaridos a polioles antes de la derivacin


OLIGOSACARIDOS

MTODOS CROMATOGRFICOS. Cromatografa Lquida (LC)

Mayores ventajas desde el punto de vista experimental

Simplicidad (poco tratamiento de muestra y rapidez)

No requiere la aplicacin de procedimientos de derivacin

Versatilidad elevado nmero de fases estacionarias.

Detector ms ampliamente utilizado en este tipo de determinaciones: ndice de refraccin.


OLIGOSACARIDOS

MTODOS PTICOS

REFRACTOMETRIA Muy habitual en el anlisis de carbohidratos para determinar

el contenido en slidos disueltos (jarabes, siropes, ) Uso de tablas con concentraciones de sacarosa en funcin del

ndice de refraccin (a 20 C) y correccin de temperatura

Control y anlisis de rutina

POLARIMETRIA Los carbohidratos son pticamente activos y producen una

rotacin ptica de la luz polarizada que se puede medir Polarmetro visual: mide el ngulo de rotacin sobre una escala

circular. Luz monocromtica.

Sacarmetro: diseado para medir la rotacin ptica de muestra expresada en porcentaje de sacarosa. Luz blanca y filtro monocromador.

Espectro polarmetros fotoelctricos: alta precisin, utilizan clulas fotoelctricas para la medida final.


OLIGOSACARIDOS


OLIGOSACARIDOS

MTODOS PTICOS

ESPECTROSCOPIA INFRARROJA

Complicada de aplicar a carbohidratos

sencillos:

Muy poco solubles en disolventes orgnicos se

deberan disolver en agua problema con el material

del soporte de las muestras (KBr, tambin muy

soluble en agua)

Uso de pastillas de KBr (muestra slida).


OLIGOSACARIDOS

MTODOS BIOQUMICOS

CLASIFICADOS EN DOS GRUPOS:

MICROBIOLOGICOS

Utilizan fermentos (levaduras) con diferente

capacidad de fermentacin: tiles para diferenciar,

por ejemplo, pentosas y hexosas

ENZIMTICOS

Rotura estereoselectiva de los oligosacridos para, a

continuacin, determinar selectivamente los

monosacridos formados

CUANTIFICACIN DE

POLISACRIDOS

Determinacin del almidn en alimentos

Diferentes mtodos pero siempre hay que empezar por una extraccin y dispersin del almidn en una solucin coloidal

Anlisis final por precipitacin y determinacin gravimtrica

Mtodos enzimticos de determinacin de la glucosa despus de la hidrlisis

Selectiva del polisacrido (a-amilasa y amiloglucosidasa)

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