UNIVERSIDAD MANUELA BELTRÁN MACROPROCESO DE RECURSOS E INFRAESTRUCTURA ACADÉMICA FORMATO PARA PRÁCTICAS DE LABORATORIO Fecha: Abril de 2011
Código: GRL-006
Versión: 4.0
INFORMACIÓN BÁSICA NOMBRE DE LA PRÁCTICA: Determinación Cuantitativa de Carbohidratos
PRÁCTICA No.
06
ASIGNATURA: Bioquímica. TEMA DE LA PRÁCTICA: Volumetría de Glucosa en Gaseosas. LABORATORIO A UTILIZAR: Laboratorio de Química y Bioquímica. CONTENIDO DE LA GUÍA OBJETIVOS Determinar cuantitativamente azúcares reductores utilizando el método de Fehling en bebidas gaseosas comercialmente conocidas como aplicación del análisis de azúcares.
INTRODUCCIÓN Los carbohidratos son las moléculas biológicas más abundantes y ampliamente distribuidas en la naturaleza. Siendo la celulosa, la biomolécula que se encuentra en mayor cantidad en la biosfera; y el almidón, la fuente energética alimentaria más empleada en el mundo. Además de ser componentes naturales de muchos alimentos, la industria alimentaria emplea los carbohidratos en función de sus propiedades funcionales, usándolos como ingredientes para mejorar la aceptabilidad, palatabilidad y vida útil de diversos alimentos. Los carbohidratos cumplen funciones importantes dentro de los organismos vivos. En plantas y animales proporcionan energía (almidón, glucosa, sacarosa), cumplen funciones estructurales y de protección (celulosa, quitina). Los carbohidratos los carbohidratos c arbohidratos pueden definirse como polihidroxialdehídos y polihidroxicetonas y derivados de estos. Con la realización de esta práctica, los estudiantes desarrollarán destrezas en la aplicación de un método de análisis químico (volumetría) en la determinación cuantitativa de azúcares reductores en bebidas gaseosas comerciales mediante el reactivo de Fehling.
MARCO TEÓRICO Los carbohidratos son moléculas que están compuestas principalmente por oxígeno, carbono e hidrógeno y son derivadas de aldehídos y cetonas. Estos compuestos son los m ás abundantes sobre la superficie terrestre y tienen funciones fundamentales en la naturaleza y más específicamente en los organismos. Las principales funciones de estas moléculas son estructurales, también son usadas como fuente de energía disponible, por lo que también tienen funciones de reserva de energía (glucógeno). Aunque los carbohidratos son ampliamente empleados como fuente de energía, también han sido empleados en la última década, como blanco para desarrollar vacunas que sean efectivas contra bacterias y también como adyuvantes y transportadores de proteínas antígenas en vacunas empleadas para inmunoterapia. Los carbohidratos también han sido empleados para la detección de tumores cancerígenos; esto es posible debido a que las células del sistema inmune, específicamente los antígenos presentes en las células, expresan receptores carbohidratos; los cuales proveen señales para las células y liberan proteínas unidas a los carbohidratos para el procesamiento efectivo y presentación a las células T. Algunos ejemplos de estos carbohidratos son la manosa y los receptores scavenger (Apostolopoulos V, 2000). En la figura 1 se muestran algunos ejemplos de las funciones que pueden cumplir los carbohidratos, específicamente la glucosa y sus polímeros en las células.
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Figura 1: Ejemplos de las funciones que pueden cumplir los carbohidrat os en las células de l os organismos. Adaptado de (Koolman, 2005)
Existen diversos métodos analíticos de cuantificación de carbohidratos, basados en la capacidad reductora de los azúcares que tienen libre el grupo hidroxilo del carbono anomérico. Estos carbohidratos son capaces de reducir (hacer que ganen electrones) elementos como el Cobre ( Cu+2), el Hierro ( Fe+3) o el Yodo (I0) Ejemplos de azúcares reductores pueden ser: Monosacáridos: Glucosa, Fructosa. Disacáridos: Maltosa, Lactosa.
1. TITULACIÓN DE UNA SOLUCIÓN Una Titulación es un método Volumétrico (se basa en la adición de volúmenes) que tiene como principal objetivo la determinación de la concentración desconocida de una solución (Analito), mediante la adición de pequeños volúmenes de una segunda solución de concentración conocida (Valorante). Página 2 de 10
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2. DETERMINACIÓN DE CARBOHIDRATOS Los carbohidratos se pueden definir químicamente como derivados Aldehídicos o Cetónicos de alcoholes superiores polivalentes (con más de un grupo OH) (Ver Figura 2).
Cetosa
(Aldohexosa) H
OH
Los carbohidratos, azúcares o hidratos de carbono pueden ser Monosacáridos (Ribosa, Fructosa, Glucosa), Disacáridos Oligosacáridos (Inulina, (Sacarosa, Lactosa, Maltosa), Oligofructosa) y Polisacáridos (Almidón, Glucógeno, Celulosa). Los monosacáridos reaccionan de acuerdo a los grupos hidroxilo y carbonilo que poseen, los disacáridos y lo s polisacáridos se pueden hidrolizar para producir monosacáridos (Horton, Moran, Scrimgeour, Perry, & Raw, 2008).
Aldosa
(Cetohexosa)
HO
O
H
H
HO
O
OH H
H
OH
H
OH
H
OH
H
OH
OH
OH
Fructosa
Glucosa
Figura 2: Ejemplos de Aldosa y Cetosa
2.1 DETERMINACIÓN DE AZÚCARES REDUCTORES Los azúcares (específicamente los monosacáridos) que reaccionan con oxidantes suaves se denominan azúcares reductores. Estructuralmente se sabe que aquellos monosacáridos y disacáridos que poseen su carbono anomérico libre (es decir, el grupo hidroxilo OH del carbono anomérico sin estar comprometido en un enlace glucosídico) son capaces de sufrir reacciones de óx ido reducción en su grupo OH. Si dichos azúcares se tratan con una solución llamada reactivo de " Fehling” (Cu+2 en tartrato de sodio y potasio acuoso) y luego se someten al calor, el color azul inicial de estos reactivos cambia a un color rojo ladrillo y se forma un precipitado del mismo color de Óxido de Cobre I (Cu2O) (Ver Figura 3). Este grupo OH libre es característico de los monosacáridos y algunos disacáridos. Los azúcares que contienen un grupo hemiacetal dan pruebas positivas (Devlin, 2004). H
Na
HO O
O
O
HO
K O
O
O
HO
HO
HO
O
HO
OH OH
HO
O
O Cu
Complejo Cupro-Tartrato OH
OH
Glucosa (Azúcar Reductor)
OH
OH
OH
2
Cu2O
+
H2O
Óxido de Cobre I
HO
-
+
OH
(Rojo Ladrillo)
Ácido Glucónico OH
Figura 3: Reacción de Fehling
2.2 REACTIVO DE FEHLING El reactivo de Fehling, es una solución descubierta por el químico alemán Hermann Von Fehling y que se utiliza como reactivo para la determinación de azúcares reductores. El reactivo de Fehling consiste en dos soluciones acuosas: FEHLING A: Solución de Sulfato de cobre (II) al 3.46%. FEHLING B: Solución de Sal de Rochelle (tartrato de potasio y sodio) con hidróxido de sodio. Las dos soluciones se guardan separadas hasta el momento de su uso para evitar la precipitación del hidróxido de cobre (II).
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CONSULTA PREVIA 1. Para establecer la cantidad de glucosa que se puede medir con el reactivo de Fehling cuantitativamente se realizó el siguiente procedimiento: tomar 10 mL del reactivo de Fehling (5 mL de Fehling A más 5 mL de Fehling B) y una solución de glucosa al 1%, el volumen gastado de la solución fue 12,5 mL. Calcule cuantos gramos de glucosa reducen 10 mL de Fehling. (Según la siguiente ecuación) (1,0/5,0)
Gramos de Glucosa que reducen 10 mL de Fehling = (Conc. de la Glucosa en g/mL) x (mL de Glucosa gastados)
2. Para determinar el porcentaje de glucosa en una bebida refrescante se emplea un proceso semejante al del punto anterior. Se emplearon los mismos 10 mL de Fehling para la titulación y de la bebida se gastaron 5,6 mL para finalizar la titulación. Calcule, empleando además el valor obtenido en el punto 1, el porcentaje de glucosa presente en la bebida refrescante acorde con la siguiente ecuación. (1,0/5,0)
)× % =(
3. Realice la clasificación de los siguientes carbohidratos en el diagrama que se presenta a continuación: Maltosa, fructosa, galactosa, gulosa, lactosa, celulosa, lixosa, sacarosa, quitina, trehalosa . (1,0/5,0) MONOSACARIDO
DISACARIDO
POLISACARIDO
REDUCTOR
NO RECUCTOR
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4. Analice la siguiente estructura y mencione si es posible o no que actúe como un azúcar reductor. Justifique su respuesta.(1,0/5,0) OH
OH
O H
H
O H
H H
H OH
OH
H
H
O
HO H
OH
OH H
OH
__________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________
RIESGOS Y SEGURIDAD (1,0/5,0) Sulfato de Cobre II (Presente en Fehling A)
Hidróxido de Sodio (Presente en Fehling B)
H302-H319-H315-H410 P273-P302+P352-P305+P351+P338
H314-H290 P280 -P301+P330+P331- P305+P351+P338
Frases H H290:____________________________________________________________________________________ H302:____________________________________________________________________________________ H314:____________________________________________________________________________________ H315:____________________________________________________________________________________ H319:____________________________________________________________________________________ H410:____________________________________________________________________________________
Frases P P273:____________________________________________________________________________________ P280:____________________________________________________________________________________ P302+P352:_______________________________________________________________________________ P301+P330+P331:__________________________________________________________________________ P305+P351+P338:__________________________________________________________________________
METODOLOGÍA 1. Ingreso de los estudiantes a la práctica (Cada uno debe tener sus elementos de bioseguridad: Guantes, 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.
Tapabocas y Bata). Entrega y revisión de la consulta previa. Presentación de Quiz sobre los objetivos, introducción, el marco teórico y la consulta previa. Retroalimentación de consulta previa, la cual incluye aclaración de las posibles dudas que tengan los estudiantes. Explicación del procedimiento de la práctica por parte del docente. Entrega del material de laboratorio. Desarrollo de la práctica. Puesta en común de los resultados obtenidos, posibles causas de error y conclusiones. Realización y entrega del Informe de Laboratorio. Entrega y revisión del material de Laboratorio. Página 5 de 10
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MATERIALES, EQUIPOS Y REACTIVOS A UTILIZAR 1 1 2 2 2 1 2 1 1 1
MATERIALES Y EQUIPOS Bureta de 25 mL Pinzas para bureta Beaker de 250 mL Erlenmeyer de 125 mL Pipetas aforadas de 5 mL Probeta de 50 mL Pipeteadores Plancha de Calentamiento Magneto Soporte Universal
10 mL 5 mL 5 mL 40 mL 1 mL
REACTIVOS Glucosa al 1% Fehling A Fehling B Agua Destilada Azul de metileno
MATERIALES ESTUDIANTE
Elementos de Bioseguridad 50 mL Gasesosa Sprite o 7up 50 mL Gaseosa Coco-Cola o Pepsi
Verifique que en la etiqueta de la gaseosa se registre el contenido de azúcares presentes en la bebida PRECAUCIONES Y MANEJO DE MATERIALES Y EQUIPOS. CONSULTA DE EQUIPO ESPECIALIZADO.
Usar elementos de protección bata, tapabocas, guantes y gafas como requisitos mínimos de seguridad al ingresar al laboratorio. NUNCA corra o juegue en el Laboratorio, puede ocasionar un accidente. No utilizar la misma pipeta para varios reactivos ya que los contamina. Dejar el lugar de trabajo limpio, seco y organizado. Lavar cuidadosamente todo el material al iniciar y al finalizar la práctica. Al emplear la plancha de calentamiento tenga precaución de que el cable NO toque superficies calientes. No disponga residuos calientes en los frascos de residuos.
PROCEDIMIENTO A UTILIZAR ESTANDARIZACIÓN DE LA SOLUCIÓN DE FEHLING Realizar Montaje N°1 1
Bureta
Cargar Bureta Glucosa al 1% 2
Registrar Volumen inicial de Glucosa
Erlenmeyer 40 mL A gua destilada 2 gotas Azul de Metileno
1 5 mL Fehling A 5 mL Fehling B
Calentar hasta Ebullición
Realizar Titulación Registrar Volumen de Glucosa gastado
3 2
1 Todos los materiales deben estar limpios y secos. 2 Recuerde escribir este d ato. Es m uy importante para r ealizar los cálculos. 3 La solución del Erlenmeyer debe estar en ebullición. La titulación termina cuando desa parece completamente el c olor azul de la so lución.
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PREPARACIÓN MUESTRAS Beaker 150 mL 30 mL Gaseosa
1
Calentar y Agitar
DETERMINACIÓN DE AZÚCARES REDUCTORES Realizar Montaje N°2 Bureta Erlenmeyer 1
Cargar gaseosa o muestra problema 2
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40 mL Agua destilada
Registrar Volumen inicial de Gaseosa
5 mL Fehling A 5 mL Fehling B
2 gotas Azul de Metileno
Calentar hasta Ebullición
(Desgasificar)
Realizar Titulación 3 Registrar Volumen de Glucosa gastado 2 1 Todos los materiales deben estar limpios y secos. 2 Recuerde escribir este d ato. Es m uy importante para realizar cálculos. 3 La solución del Erlenmeyer debe estar en ebullición. La t itulación termina cuando desaparece completamente el color azul de la solución.
BIBLIOGRAFÍA. Apostolopoulos V, P. M. Madame Curie Bioscience Database [Internet]. (L. Bioscience, Ed.) 2000. Obtenido de http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK6309/ Devlin, T. M. Bioquímica. Libro de texto con Aplicaciones Clínicas. Editorial Reverté, S. A. 2004 Horton, h. R., Moran, L. a., Scrimgeour, k. G., Perry, M. d., & Raw, j. D. Principios de Bioquímica. México: Pearson Education. 2008 Koolman. Color Atlas of Biochemistry. Thieme Medical Publishers. 2005 ELABORÓ
REVISÓ
APROBÓ
Firma: Firma: Firma: Nombre: Profesores de Laboratorio de Nombre: Lic. Alba Jihan Chaparro. Nombre: Ing. Claudia Patricia Fernández Química y Bioquímica Fecha: Junio de 2014
Fecha: Julio de 2014
Fecha: Julio de 2014
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INFORME DE LABORATORIO ESTUDIANTES:
GRUPO:
NOTA:
CARRERA: Formule tres objetivos que desee cumplir con la Práctica de Laboratorio . (0,5/5,0) 1. ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________
2. ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________
3. ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________
Mapa conceptual (0,5/5,0) Elabore un mapa conceptual sobre esta práctica de laboratorio.
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TABLAS DE RESULTADOS (0,2/5,0) VOLUMEN DE SOLUCIÓN GASTADO EN LA TITULACIÓN
MUESTRA
% DE GLUCOSA
g/mL DE GLUCOSA
GLUCOSA COCA-COLA® SPRITE MUESTRA PROBLEMA
CUESTIONARIO 1. Calcule la concentración en g/mL de la solución de glucosa al 1% (0,2/5,0)
2. Calcule los gramos de glucosa que reducen 10 ml de solución de Fehling (0,3/5,0) Gramos de Glucosa que reducen 10 mL de Fehling = (Conc. de la Glucosa) x (mL de Glucosa gastados)
3. Determine en porcentaje el contenido de glucosa de cada una de las gaseosas analizadas y en la muestra problema (0,6/5,0)
)×100 % =(
COCA – COLA®
SPRITE®
MUESTRA PROBLEMA
4. Calcule la concentración de Glucosa en g/ml de cada una de las g aseosas analizadas y de la muestra problema (0,3/5,0) MUESTRA PROBLEMA COCA – COLA® SPRITE®
5. Calcule él % de error de la concentración de glucosa de la muestra problema (0,4/5,0) Página 9 de 10
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)×100 % = ( ó− ó
6. ¿Por qué la concentración reportada en la industria es diferente a la obtenida experimentalmente? (0,5/5,0) ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________
CAUSAS DE ERROR Y ACCIONES PARA OBTENER MEJORES RESULTADOS: (0,5/5,0) Mencione una fuente de error que puede influir al realizar las mediciones y explique su influencia y como se podría evitar: Error 1: ___________________________________________________________________________________________ Explicación: ________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________
CONCLUSIONES(0,5/5,0) 1. ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 2. ______________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________ 3. ______________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________
APLICACIÓN PROFESIONAL DE LA PRÁCTICA REALIZADA(0,25/5,0) __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________
BIBLIOGRAFÍA UTILIZADA (0,25/5,0) __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________
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