OZNACZENIE ZAWARTOŚCI CUKRÓW W PRODUKTACH SPOŻYWCZYCH

Węglowodany (cukrowce)

stanowią

najliczniejszą grupę związków organicznych

występująca zarówno w organizmach roślinnych,

jak i zwierzęcych. Nazwa węglowodany wywodzi

się stąd, że wiele cukrów ma wzór sumaryczny,

który można opisać w postaci Cn(H

O)n. Duże

zróżnicowanie ich struktury i wielkości ma wpływ

na różnorodność funkcji, które spełniają, np.:

stanowią źródło energii, występują jako

substancje zapasowe, kształtują właściwości

teksturotwórcze i reologiczne itp. w skład

węglowodanów zaliczane są:



monosacharydy (np.: glukoza, fruktoza)



oligosacharydy (np.: sacharoza, maltoza, laktoza)



polisacharydy (np.: skrobia i celuloza)

Monosacharydy

stanowią polihydroksyaldehydy

oraz polihydroksyketony. w zależności od długości

łańcucha węglowego w grupie aldoz wyróżnia się

np.: triozy, pentozy, heksozy itd. w budowie aldozy i

ketozy wyróżnia się do tego, że związki te są

optycznie czynne i charakteryzują się zdolnością do

skręcania płaszczyzny światła spolaryzowanego.

Cząsteczki monosacharydów, o strukturze pierścieni

piranozowych lub furanozowych, występują w dwóch

odmianach izomerycznych α i ß różniących się

skręcalnością i podlegających zjawisku tzw.

mutarotacji (przejściu izomerów z jednej formy o

określonej skręcalności w drugą, w miarę upływu

czasu). Z grupy monosacharydów najbardziej

rozpowszechnionymi są heksozy, tj. glukoza,

fruktoza, galaktoza, mannoza, arabinoza itp.

Glukoza

jest cukrem prostym powstającym w

roślinach bezpośrednio w procesie fotosyntezy.

Występuje zarówno w stanie wolnym, jak i

związanym, np. w postaci zapasowych

polisacharydów: glikogenu u człowieka i

zwierząt oraz skrobi w roślinach. Stanowi

podstawowe źródło energii w organizmach

żywych, bierze także udział w procesach, tj.

oddychanie czy też fermentacja. Glukoza

znalazła szerokie zastosowanie w przemyśle

żywnościowym oraz farmaceutycznym i jest

produkowana w dużym stopniu ze skrobi,

metoda hydrolizy enzymatycznej i kwasowej.

Fruktoza

również powstaje w procesie

fotosyntezy i określane jest tez jako

cukier owocowy. Jest około

dwukrotnie słabsza od glukozy i

nadaje słodki smak owocom

(gruszkom i jabłkom) oraz miodom.

W formie związanej fruktoza

występuje np. w sacharozie,

rafinozie, inulinie.

Galaktoza

jest składnikiem laktozy -

disacharydu wchodzącego w skład

mleka ssaków, oligosacharydów

(rafinoza) oraz polisacharydów -

głównie galaktanów, tj. agar i

karaceny (w formie związanej).

Występuje również w stanie

wolnym, ale w małej ilości w

niektórych gatunkach roślin.

Mannoza

- występuje jako składnik

hemiceluloz i w glikozydach,

natomiast w formie wolnej jest

spotykana niezwykle rzadko, np.

w pomarańczach.

W grupie

oligosacharydów

najważniejszym

składnikiem jest

sacharoza

, stosowana w

przemyśle jako środek słodzący. Występuje w

dwóch ilościach w trzcinie cukrowej i w burakach

cukrowych. Sacharoza zbudowana jest z

glukopiranozy i fruktofuranozy, które połączone są

wiązaniem α - 1, 2 - glukozydowych. Pod wpływem

działania kwasów oraz enzymów sacharoza ulega

hydrolizie do glukozy i fruktozy, które zmieszane w

równych proporcjach określane są mianem

cukru

inwertowanego

. Pojecie cukru inwertowanego

pochodzi od zjawiska inwersji, czyli hydrolizy

sacharozy. Po hydrolizie sacharozy zachodzi zmiana

skręcalności kąta płaszczyzny światła

spolaryzowanego. Wodny roztwór sacharozy skręca

płaszczyznę światła spolaryzowanego w prawo,

natomiast roztwór cukru inwertowanego –

w lewo.

Maltoza

jest cukrem stosunkowo rzadko

spotykanym w roślinach. Powstaje w

wyniku enzymatycznej lub

nieenzymatycznej hydrolizy skrobi. Do

dwucukrów zaliczana jest również

laktoza, która powstaje w gruczołach

mlekowych ssaków. Jest ona

produkowana z serwatki, stosowana jest

w przemyśle spożywczym i

farmaceutycznym.

Polisacharydy

- są to związki zbudowane z

około 10 lub większej ilości jednostek

monosacharydowych. Stanowią ważna

grupę składników żywności, ich zawartość i

właściwości decydują o wartości i

przydatności technologicznej surowców

pochodzenia roślinnego. W skład

polisacharydów zalicza się miedzy innymi:

skrobia, polisacharydy nieskrobiowe (tj.

pektyny, celuloza i hemiceluloza) oraz

występujące w zdecydowanie mniejszej

ilości alginiany, agar, karageny i gumy

roślinne.

Monosacharydy oraz oligosacharydy

są dobrze rozpuszczalne w wodzie,

słabo rozpuszczalne w alkoholu i

nierozpuszczalne w niepolarnych

rozpuszczalnikach. Polisacharydy

natomiast są nierozpuszczalne w

wodzie (np. celuloza i

hemiceluloza) lub też tworzą

roztwory koloidalne (skrobia).

Poszczególne cukry różnią się zdecydowanie

miedzy sobą jakością i intensywnością

smaku słodkiego. Najlepszy środek

słodzący to sacharoza. Dotychczas nie

opracowano metody fizykochemicznej

umożliwiającej pomiar słodkości. Istnieje

natomiast wiele grup metod oznaczania

zawartości cukrów w produktach

spożywczych.

Do metod oznaczania cukrów

zaliczamy:



fizykochemiczne



biologiczne



chemiczne

Do metod fizycznych zaliczamy:

metody densymetryczne

- polegające na pomiarze gęstości

roztworów cukru

metody refraktometryczne

- polegające na pomiarze

współczynnika załamania światła

metody polarymetryczne

- polegające na pomiarze kata

skręcenia płaszczyzny światła spolaryzowanego przez roztwory

cukrów

metoda chromatograficzna

- w których wykorzystuje się do

pomiarów chromatografię gazową (GLC) lub wysokosprawną

chromatografię cieczową (HPLC). Przy oznaczeniu cukrów

metodą GLC - sacharydy będące związkami nielotnymi

przeprowadza się w lotne pochodne trimetylosililowe (TMS), a

ich sililację prowadzi się przy użyciu mieszaniny

heksametylodisilazanu, trimetylchlorosilanu i pirydyny. Do

oznaczenia stosuje się detektor jonizacji płomieniowej (FID).

Natomiast detektor (RI) stosuje się przy detekcji sacharydów w

metodzie HPLC. Ich identyfikację prowadzi się po rozdziale na

odpowiedniej kolumnie chromatograficznej, a ilość sacharydów

w próbie obliczana jest na podstawie czasów retencji i

powierzchni rozdzielonych pików.

Metody biologiczne

- polega na

fermentowanych badanych cukrów przy

zastosowaniu drożdży i na oznaczeniu

ilości powstałego alkoholu lub dwutlenku

węgla jako końcowych produktów

fermentacji. W celu wyznaczenia różnych

rodzajów cukrów występujących w

badanej mieszaninie - do

przeprowadzenia procesu fermentacji

stosuje się różne gatunki drożdży oraz

bakterii.

Metody chemiczne

- polegają na wykorzystaniu

właściwości redukcyjnych cukrów redukcyjnych lub

cukrów nieredukcyjnych po hydrolizie. Polegają one

na redukcji soli miedzi (II) w środowisku alkalicznym.

Metody te mają bardzo szerokie zastosowanie w

laboratoriach przemysłu spożywczego.

Właściwościami redukcyjnymi odznaczają się

wszystkie cukry proste oraz te oligosacharydy, w

których występuje wolny hydroksyl półacetalowy, tj.

maltoza i laktoza. W produktach spożywczych istnieje

możliwość oznaczenie cukrów prostych, określanych

jako "cukry redukujące przed inwersją " oraz cukrów

ogółem, czyli "cukry po inwersji". Różnica pomiędzy

zawartością cukrów ogółem i cukrów prostych

redukujących przeliczana jest na zawartość

sacharozy, po przemnożeniu przez współczynnik

przeliczeniowy wynoszący (0,95), który jest ilorazem

masy molowej sacharozy i mas cząsteczek glukozy i

fruktozy.

Do oznaczenia zawartości cukrów

redukcyjnych stosowanych jest wiele

metod pomiarowych, z których

najczęściej stosowane są:



metoda Bertranda



metoda Lane – Eynona



metoda Munsona – Walkera



metoda luffa – Schoorla



metoda Nizowkina – Jemielianowej



metody kolorymetryczne i inne

Metoda Bertranda

- polega na ilościowej

redukcji jonów Cu(II) do Cu(I) przez

sacharydy zawierające w cząsteczce wolne

grupy redukujące, co zachodzi w środowisku

silnie zasadowym (pH ok. 12) w

temperaturze wrzenia. Wytworzone (w

reakcji I i II płynu Bertranda z roztworem

badanego cukru) jony miedzi (I) - w postaci

Cu2O - ulegają utlenieniu w reakcji z płynem

III Bertranda, a jony Fe(III), pochodzące z

tego samego płynu, ulęgają redukcji do

jonów Fe(II). Ilość jonów Fe(II) oznacza się

przez miareczkowanie mianowanym

roztworem nadmanganianu(VII) potasu.

Podczas oznaczania zachodzą następujące

reakcje:

CuSO4 + 2NaOH → Na2SO4 + Cu(OH)2

HO-CH- COONa O-CH-COONa

Cu(OH)2 + │ → Cu │ + H2O

HO-CH-COOK O-CH-COOK

O-CH-COONa

HO-CH- COONa

R-CHO + 2 Cu │ + 2 H2O → R-COOH + Cu2O + 2

O-CH-COOK

HO-CH-COOK

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

2KMnO4 + 10FeSO4 + 8H2SO4 → K2SO4 + 5Fe2(SO4)3 + 8H2O +

2MnSO4

Metoda Lane - Eynona

- polega na bezpośrednim

miareczkowaniu wrzącej mieszaniny roztworów

Fehlinga I [siarczan(VI) miedzi(II)] i Fehlinga II

[wodorotlenek sodu, winian potasu i sodu]

odpowiednio rozcieńczonym roztworem sacharydu

(0,1% - 0,4%) w obecności błękitu metylowego jako

wskaźnika. Obecność soli Seignett'a (winianu potasu

i sodu) zapobiega wytraceniu się wodorotlenku

miedzi(II) i umożliwia prawidłowe przeprowadzenie

redukcji miedzi. Tworzący się miedziowodzian potasu

i sodu ma barwę ciemnoniebieską. Koniec

miareczkowania rozpoznaje się po zaniku barwy

niebieskiej, co świadczy o braku Cu

. Dodany błękit

metylowy i ulega również odbarwieniu dopiero po

zredukowaniu całej miedzi zawartej w płynie

Fehlinga.

Rozwinięciem metody Lane - Eynona jest

polecona przez AOAC (Association of

Official Analytical Chemists)

metoda

Munsona - Walkera

, która polega na

tym, że roztwór sacharydów ogrzewa się w

standardowych warunkach z odczynnikami

Fehlinga, a wytracony osad Cu

O po

przesączeniu oznaczany jest a pomocą

miareczkowania manganometrycznego lub

jodometrycznego.

Metoda Luffa - Schoorla

- polega na redukcji

jonów Cu(II) zawartych w płynie Luffa [węglan sodu,

kwas cytrynowy, siarczan(VI) miedzi(II)] przez

sacharydy redukujące obecne w badanym roztworze.

Reakcja zachodzi w temperaturze wrzenia w

środowisku alkalicznym pH około 9,5. Jest to możliwe

dzięki użyciu w płynie Luffa węglanu sodu zamiast

wodorotlenku sodu (jak w płynie Bertranda i

Fehlinga). Nadmiar jonów Cu(II) podaje się następnie

redukcji kwasem jodowodorowym wydzielanym z

jodku potasu po zakwaszeniu środowiska. Uzyskany

w tej reakcji jod odmiareczkuje się mianowanym

roztworem tiosiarczanu(VI) sodu. Jednocześnie

wykonuje się próbę ślepą, w której określa się

zużycie roztworu tiosiercanu(VI) sodu na

miareczkowaniu jodu wydzielonego przez całkowitą

ilość miedzi zawartej w płynie Luffa.

Metoda Nizowkina - Jemielianowej

- oparta

jest jak większość opisanych wyżej metod

chemicznych na redukcyjności soli miedziowych.

Zaletą tej metody jest wyraźna i łatwa do

uchwycenia zmiana barwy przy miareczkowaniu,

powstała na skutek rozpuszczenia się

powstającego przy redukcji czerwonego tlenku

miedziawego w żelazicyjanku potasowym. Metody

kolorymetryczne - polegają na redukcji kwasów

(np. pikrynowego) w środowisku alkalicznym

przez cukry redukujące z wytworzeniem

barwnego kompleksu i pomiarze jego barwy przy

odpowiedniej długości fali.

Document Outline