TRABAJO PRÁCTICO DE BIOLOGÍA

Reconocimiento de compuestos orgánicos

en los alimentos

 

 

 

 

Profesor:                    Carlos A. González

Alumnos:                    Buchbinder, Bárbara

Fiszbein, Ana

Hojman, Isabel

Mosse, Michel

Quarracino, Santiago

Año y División:            3^ro5^ta

Fecha de entrega:            02/07/2002

 

 

Colegio Nacional de Buenos Aires

Objetivo:       

Reconocer la presencia de compuestos orgánicos en distintas muestras de alimentos mediante la utilización de reactivos específicos.

Introducción:

Los compuestos orgánicos son aquellos cuyas moléculas contienen átomos de carbono, en las cuales los principales enlaces consisten en carbono-carbono y carbono-hidrógeno. Así, el anhídrido carbónico (CO₂), el ácido carbónico (CO₃H₂) y los compuestos derivados de ellos no son orgánicos, puesto que el carbono esta enlazado principalmente con el oxígeno. Pero el metano (CH₄), con sus enlaces entre carbono e hidrógeno, se considera un compuesto orgánico.

                                    Las células contienen centenares de categorías distintas de constituyentes orgánicos. De éstas, cuatro grandes categorías se encuentran particularmente en todos los tipos de células y forman la base orgánica de la materia viva. Estas cuatro categorías son hidratos de carbono, que comprender los azúcares y los polisacáridos, los lípidos, que comprenden los ácidos grasos, las grasas y sus derivados, las proteínas, que comprender los polímeros de los aminoácidos, y derivados de las bases nitrogenadas, que comprenden los fosfatos de adenosina y los ácidos nucleicos.

                        La abundancia relativa de estos compuestos varía mucho en los distintos tipos de células y organismos

Materiales utilizados:

Equipo de filtración

                        Mortero

                        Mechero de Bunsen

                        Papel de filtro

Tubos de ensayo

Mandarina

                                    Leche

                                    Azucar

                        Agua

                        Pan

                        Aceite

                        Clara de huevo

                        Carne

                        Papa

                        Nuez

                        Poroto seco

                        Porotos remojados

Reactivos utilizados:

                                    Licor de Felhing

                        Lugol

                                    Solución de Soda Caústica

                        Solución de Sulfato de Cobre

                        Ácido Clorhídrico

                        Ácido Nítrico

                                    Éter de petróleo

Compuestos orgánicos utilizados:

                                    Glucosa

                        Almidón

                        Albúmina (clara de huevo)

Procedimiento:

Parte 1 – Sustancias testigos

1)      Tubo I

Glucosa + Licor de Felhing (A + B)        ø (calentar)            Anaranjado

Se colocó en un tubo de ensayo una solución de glucosa₁ en agua y se le agregó Licor de Fehling₂

Al calentar el tubo a la llama del mechero de Bunsen, la solución de Glucosa y Licor de Fehling, que a temperatura ambiente se había mantenido de color azul, cambió a color anaranjado.

A partir de esta reacción se formuló la siguiente hipótesis: el Licor de Fehling, en presencia de glucosa o de algún otro monosacárido, al calentarse, adquiere color anaranjado.

Estas fórmulas representan a la glucosa en su forma lineal y cíclica. Es el glúcido más abundante, llamado azúcar de uva; en la sangre se encuentra en concentraciones de un gramo por litro. Al polimerizarse da lugar a polisacáridos con función energética (almidón y glucógeno) o con función estructural, como la celulosa de las plantas.

La glucosa se vuelve visible mediante el reactivo de Fehling, que contiene óxido de cobre en solución alcalina. El óxido de cobre se reduce a óxido cuproso, de color pardo rojizo, al reaccionar con la glucosa o con otros azúcares reductores análogos, como lo es la glucosa misma. El motivo es que sobra oxígeno, que resulta detectado por el reactivo de Fehling.

2)      Tubo II

Almidón + Lugol morado    ø    amarillento

Se colocó en un tubo de ensayo una solución de almidón₃, a la que se le agregó el reactivo Lugol₄. El color que adquirió esta solución fue violeta oscuro, o morado. Al calentar el tubo a la llama del mechero, la solución pasó a tener color amarillento, o ambarino.

La hipótesis que se formuló a partir de esta observación fue que el lugol reacciona específicamente (se torna violeta oscuro, morado) ante la presencia de almidón.

3)      Tubo III

Aceite + Agua         2 fases – Aceite amarillento (< densidad) – Agua incolora

En este tercer paso, colocamos en un tubo de ensayo iguales cantidades de aceite₅ y de agua₆ (H₂O).

Lo que se observo fue que se formaron dos fases bien diferenciadas dentro del tubo de ensayo. El agua, incolora, y cuya densidad es mayor que la del aceite, permaneció en la parte inferior del tubo, mientras que el aceite, de densidad menor que el agua, se ubicó sobre esta, diferenciándose por su color más amarillento.

A partir de este hecho, y sabiendo que las propiedades del agua, al ser una molécula polar (tiene dos polos), y que cualquier substancia que contiene una carga eléctrica neta, incluyendo los compuestos iónicos y la moléculas covalentes polares (que tienen un dípolo), pueden disolverse en ella, se estableció que el aceite, al no disolverse en el agua, era una molécula no-polar. Ya que no hay una carga eléctrica neta a través del aceite, éste no atrae las moléculas de agua y no se disuelve en el agua. En resumen, se estableció que el aceite es un compuesto que no se disuelve en solvente polares (p.ej., H₂O).

4)      Tubo IV

Albúmina + Solución de Soda Cáustica + Solución de Sulfato de Cobre    violeta

En esta cuarta parte de la preparación de las sustancias testigo, se colocó en un tubo de ensayo Albúmina₇, una sustancia incolora, una solución de Soda Caústica₈, y una solución de Sulfato de Cobre₉.  La sustancia formada adquirió un color que, gradualmente, pasó de celeste o turquesa, a violeta.

A partir de esta observación, y al desconocer las propiedades de estos elementos y sustancias, la única hipótesis que se estableció fue que al mezclar soluciones de Soda Cáustica y Sulfato de Cobre con Albúmina, se forma una sustancia de color violáceo.

1.- Glucosa

            La glucosa es un monosacárido, que cumple la función de ser la fuente principal de energía en los vertebrados, ya que esta es la forma en la que el azúcar se suele transportar en el cuerpo del animal. Así como la glucosa cumple una función energética, otros monosacáridos, como la fructuosa, y disacáridos, como la maltosa, la sacarosa o la lactosa, son importantes dadores de energía.

2.- Licor de Fehling

            El licor de Fehling es un reactivo de color azul o celeste que frente a la presencia de monosacáridos como la glucosa, calentado a la llama del mechero cambia de color (vira) al rojo ladrillo (anaranjado).

El catión cúprico (Cu⁺⁺) del reactivo de Fehling reacciona con los glúcidos reductores pasando a óxido cuproso, que es un precipitado de color rojo ladrillo. Esta es una reacción que resulta positiva sólo si el glúcido es reductor. Los glúcidos reductores se manifiestan en medio alcalino, pero el Cu⁺⁺ en ese medio tiende a precipitar espontáneamente como óxido cúprico (que en esa forma no reacciona), de manera que es necesaria la presencia de tartrato doble de sodio y potasio en el reactivo para "secuestrar" al catión Cu⁺⁺, a fin de evitar la formación del óxido cúprico, y permitir que reaccione con los glúcidos reductores.

3- Almidón

            El almidón es un polisacárido (monosacáridos unidos entre sí en largas cadenas), y es la forma principal de almacenamiento de alimento en la mayoría de las plantas. Está compuesto fundamentalmente por glucosa. Aunque puede contener una serie de constituyentes en cantidades mínimas, estos aparecen a niveles tan bajos, que es discutible si son oligoconstituyentes del almidón o contaminantes no eliminados completamente en el proceso de extracción

 La papa contiene almidón producido a partir del azúcar que se forma en las hojas verdes de la planta; este azúcar se transporta bajo tierra y se acumula allí en forma de un depósito apropiado para pasar el invierno. El almidón existe en dos formas, amilosa y amilopectina, pero ambas son unidades de glucosa unidas entre sí.

4.- Lugol

            Es un reactivo que en presencia de almidón vira al color violáceo. Es una solución de I₂ y de IK.

5.- Aceite

            Es una sustancia no polar

6.- Agua

            Es esencial para todos los organismos vivos (de este planeta, por lo menos) y es llamado, comunmente como el solvente universal porque muchas substancias se disuelven en el. Estas propiedades únicas del agua resultan de la manera en que moléculas individuales de H₂O interactúan entre ellas.

Otra caracteristica del agua es que se forman dipolos a través de la molécula de agua como resultado de una unión covalente polar entre el hidrógeno y el oxígeno. Ya que los electrones que se enlazan son compartidos desigualmente   Cargas electricas

por los átomos de hidrógeno y de oxígeno , una carga parcial negativa (ð-) se     en H₂O

forma en la parte del oxígeno de la molécula de agua, y una carga parcial positiva (ð+) se forma en la parte del hidrógeno. Puesto que los átomos de hidrógeno y oxígeno en la molécula contienen cargas opuestas (aunque parciales), moléculas de agua vecinas son atraídas entre ellas como pequeños imanes. La atracción electrostática entre el hidrógeno ð+ y el oxígeno ð- en las moléculas adyacentes es llamada enlace de hidrógeno

7.- Albúmina

            Es una sustancia incolora e insípida, compuesta por carbono, oxígeno, hidrógeno, azufre y fósforo, que se coagula bajo la acción del calor y que es casi exclusivamente la clara de huevo.

8.- Soda Cáustica

            Sustancia alcalina producido simultáneamente con el cloro. Usado como insumo en el tratamiento de bauxita (aluminio), producción de jabón, pulpa y papel, y en procesos del petróleo y gas natural.

9.- Sulfato de Cobre

            Sulfato Cúprico – vitriol azul – piedra azul

CuSO₄ . 5H₂O

Mordiente textil, industria de cueros, germicidas, insecticidas y pigmentos, baterías eléctricas, baños electrolíticos, sales de cobre, colorante de pelo, reactivo, medicina, para mejorar pegantes, de caseina, preservativo de madera, preservativo de pulpa de madera, grabados y litografía, flotación de minerales, destrucción de algas y formas de vida mínimas en aguas para tomar, industria de petróleo, caucho sintético.

Parte I1 – Analizando alimentos

a)         En este primer paso de esta segunda parte, se tomó una mandarina, se peló, y se cortó en trozos pequeños. Luego fue introducida en el mortero y, luego de agregar 10 cm₃ de agua, se              machacó con el pilón hasta obtener el jugo de la misma. Utilizando el equipo de filtración, se libró de impurezas el jugo suficiente para ocupar la mitad de un tubo de ensayo. El segundo paso fue agregarle al tubo 2,5 cm₃  de Licor de Fehling, A + B, se calentó suavemente a la llama del mechero y se obtuvieron las siguientes observaciones:

El tubo adquirió un color verde oscuro ante la presencia de Licor de Fehlibg. Al calentarse viró al color anaranjado oscuro.

Debido a que en la primer experiencia realizada con las sustancias testigo, al poner en un tubo de ensayo glucosa (monosacárido), y agregarle Licor de Fehling A + B, también viró al color anaranjado, se pudo establecer la presencia de monosacáridos (glucosa) en la fruta de la mandarina y confirmar la hipótesis planteada en un principio:

El Licor de Fehling, al ser calentado suavemente a la llama del mechero, vira a color anaranjado únicamente ante la presencia de monosacáridos.

Esta reacción e basa en el carácter reductor de los monosacáridos. Si el glúcido que se investiga es reductor, se oxidará dando lugar a la reducción del sulfato de cobre, de color azul, a óxido de cobre, de color rojo-ladrillo o anaranjado. Los disacáridos pueden hidrolizarse y ser reductores cuando el carbono anomérico de alguno de sus componentes no está implicado en el enlace entre los dos monosacáridos. La capacidad reductora de los glúcidos se debe a que el grupo aldehído o cetona puede oxidarse dando un ácido.

 b)        En este paso se utilizó, al igual que en el punto a), el licor de Fehling como reactivo.  Se colocó en un tubo de ensayo, hasta la mitad, leche. Se le agregó 2,5 cm₃  de Licor de Fehling, A + B, se calentó a la llama y se tomaron las siguientes observaciones:

La leche, en su color natural, blanco, al juntarse con el Licor de Fehling, se tornó de un color violeta. Al calentar la solución, viró al color  naranja.

Esta reacción fue similar a la ocurrida con el Licor de Fehling junto con el jugo de mandarina, situación en la que se había establecido que dicho reactivo, al ser calentado, se torna naranja ante la presencia de monosacaridos, como la glucosa.

A partir de esta experimentación concluimos que la leche posee monosacariodos en su composición

c)         En esta tercera parte del análisis de alimentos se utilizaron como reactivos el Licor de Fehling A + B, y el ClH (Ácido Clorhídrico).

Se tomo una pequeña cantidad de azúcar común (Sacarosa, cuyos componenetes con Glucosa y Fructuosa), se colocó agua en tubo de ensayo hasta su mitad y luego se agregó el azúcar, además de 5 cm₃  de Licor de Fehling, A + B.

El azúcar, es un disacárido. Los disacáridos se forman cuando dos monómeros se unen (unión glucosídica) por condensación para formar un dímero. Por cada unión de dos monosacaridos se desprende una molécula de agua.

El azúcar (solución de azúcar y H₂O), al agregarle el Licor de Fehling, se tornó de color celeste.

Se calienta, se produce una reacción de Fehling negativa, por no presentar grupos hemiacetálicos libres. Luego se dejó correr por las paredes del tubo Acido Clorhídrico, a lo que siguió el cambio de color de la sustancia, pasando a color morado. El Clh es un ácido fuerte, por lo que se ioniza casi por completo en el agua, y es un dador de hidrogeniones H⁺.

Los disacáridos pueden hidrolizarse y ser reductores cuando el carbono anomérico de alguno de sus componentes no está implicado en el enlace entre los dos monosacáridos. La capacidad reductora de los glúcidos se debe a que el grupo aldehído o cetona puede oxidarse dando un ácido. Una de las dos formas de la unión de dos monosacáridos para formar un disacárido es mediante un enlace dicarbonílico. Si se establece entre los dos carbonos anoméricos de los dos monosacáridos, el disacárido pierde su poder reductor, por ejemplo como ocurre en la sacarosa.

 Ahora bien, en presencia del ácido clorhídrico (ClH) y, al ser calentada, la sacarosa se hidroliza descomponiéndose en los dos monosacáridos que la forman (glucosa y fructosa).

d)         A partir de este punto se comenzó a utilizar el reactivo lugol. Se tomo una rodaja de pan y se colocaron unas gotas de este reactivo sobre la miga del alimento. La reacción inmediata fue el viraje del color natural del pan (blanco) a un color violeta oscuro.

Esta reacción se comparó con la ocurrida  en el segundo caso con las experiencias con sustancias testigos, en la cual, al mezclar almidón y lugol en un tubo de ensayo, se formó una solución de color violeta.

A partir de eso se había planteado la hipótesis que sostiene que el lugol, ante la presencia de almidón, se torna de color violeta.

A partir de esta experimentación pudo confirmarse la hipótesis, y se estableció que el pan posee almidón.

El almidón es un polisacárido (monosacáridos unidos entre sí por largas cadenas), que cumple la función de ser la forma principal de almacenamiento de alimento en la mayoría de las plantas.

El color que dan los polisacáridos con el lugol (solución de I₂ y de IK) se debe a que el I₂ (Yodo) ocupa espacios vacíos en las hélices de la cadena de unidades de glucosa, formando un compuesto de inclusión que altera las propiedades físicas del polisacárido, especialmente la absorción lumínica. Esta unión del I₂ a la cadena es reversible, y por calentamiento desaparece el color, que al enfriarse reaparece. El lugol da con el almidón color violeta.

e)         Esta experiencia fue similar a la realizada con el pan, pero en este caso el alimento utilizado fue un trozo de papa pelada. La reacción fue similar a la anterior, a pesar de que la transformación fue más lenta que en el caso anterior. Con esta otra experimentación se pues establecer que la papa es un alimento que tiene una gran reserva de almidón dentro de su contenido orgánico.

f)          En este caso, al igual que en el anterior, la harina cambió de color, permaneciendo, luego de que se le aplicara el lugol, de color violeta oscuro. Llegamos a la conclusión que la harina posee almidón.

g)         En este caso, la experiencia tuvo igual características que en los últimos tres casos, por lo que también se concluyó que la semilla de poroto remojada, posee almidón. (El proceso fue, también, más lento que en el caso del pan).

h)         En esta experiencia se tomo el Tubo II, utilizado para las sustancias testigo, y se calentó a la llama. El resultado obtenido fue que la sustancia se volvió practicamente incolora, de un amarillo casi transparente. Cuando se calienta a temperatura superiores a 180°C, la sacarosa se transforma en una sustancia amorfa de color ámbar, parecida al jarabe, llamada caramelo.

i)          Para este proceso se colocó en un tubo de ensayo aceite hasta su mitad y luego éter de petróleo. Lo que se observó fue que se formó una sola fase dentro del tubo de ensayo, es decir, que el éter de petróleo se disolvió en el aceite. Este hecho se comparó con el Tubo III, utilizado para las sustancias testigo. En aquella experiencia se había establecido una hipótesis que sostenía que, debido a que el aceite no se disolvía en el agua (solvente polar), entonces era una sustancia no polar. Debido a que se disolvió con el éter de petróleo, se estableció entonces que el éter de petróleo es un solvente no polar

j)                   En esta etapa del análisis de alimentos, se utilizaron como reactivos una solución de Soda Cáustica, una solución de Sulfato de Cobre, y Ácido Nítrico, mientras que el alimento analizado fue la clara de huevo

a.-        Se colocaron las soluciones de Soda Cáustica y de Sulfato de Cobre (ambas de 1 cm₃) en un tubo de ensayo que contenía clara de huevo en la mitad de su capacidad. Esta solución que se formó adquirió color violeta. A partir de esto se pudo establecer, comparando con el Tubo IV, de las sustancias testigo, que la clara de huevo esta compuesta en su mayoría por albúmina (proteína)

b.-        Esta experiencia consistió en colocar ácido nítrico sobre la pared del tubo, luego de lo cual se tomaron las siguientes observaciones:

El ácido nítrico (ácido fuerte, Ph 3,5) condujo a un proceso de desnaturalización de las proteínas (la rotura de la estructura secundaria o terciaria de la misma), hizo que perdieran su forma y por lo tanto su función. Esto es un ejemplo de lo que ocurre cuando a una proteína se la somete a un cambio de temperatura o Ph (acidez o alcalinidad), debido a los cuales dichos compuestos orgánicos pierden su función (en este caso, proteínas de almacenamiento)

El calor excesivo, la presión, la electricidad, los metales pesados, el aumento de acidez y muchos otros factores pueden romper los enlaces de hidrógeno. Cuando los enlaces se han roto, la configuración geométrica particular de una proteína no se mantiene ya con la misma fuerza que antes y la molécula cambia su estructura específica. Por ejemplo, una proteína globulosa inicialmente muy replegada puede entonces estirarse y convertirse en una proteina fibrosa recta. Estos cambios en la configuración física se denominan desnaturalización. Si la accion ambiental es fuerte y persistente, la desnaturalización será permanente e irreversible y la proteína se coagulará. Cualquier propiedad biológica de la proteína se pierde luego de la desnaturalización.

k)        Para el análisis de un trozo de carne se utilizó como reactivo el ácido nítrico. Al aplicarlo sobre la carne, se produjo una reacción exergónica de liberación de energía, y un proceso de desnaturalización que llevó a la coagulación de las proteínas. Al igual que en el caso anterior, las proteínas cambien su forma y por lo tanto pierden su función. Al ser tratadas con soluciones salinas, ácidos, alcohol, etc, se produce la coagulación de las mismas, es un proceso irreversible y se debe a su desnaturalización por los agentes indicados que al actuar sobre la proteína la desordenan por destrucción de sus estructuras secundaria y terciaria.

l)          En este ultimo reconocimiento de compuestos orgánicos en los alimentos se trabajó con una nuez y con una semilla de poroto seco. El proceso consistió en triturar con el pilón, y sobre un papel de filtro, ambos alimentos y observar el papel a la luz.

Se pudo observar a la luz que la zona donde había sido triturada la nuez permitía un mayor paso de la luz del sol, estaba semi - transparente el papel de filtro, y, al tacto, se podía comprobar que la superficie era grasosa. Por otro lado, que en donde se había triturado el poroto seco, la visibilidad era menor, y la superficie estaba seca.

Se concluyó que la nuez posee lípidos en su composición orgánica (grasas), mientras que el poroto seco, no.