Valutazione del contenuto di zucchero: analisi del glucosio

La quantificazione del glucosio è di cruciale importanza in ambiti come la diagnostica clinica, l’industria alimentare e la biotecnologia. Per questo motivo, sono stati sviluppati diversi metodi strumentali per poterlo determinare, inclusi l’alta prestazione cromatografica liquida (HPLC), metodi elettrochimici, spettrofotometria, fluorescenza, chemiluminescenza (CL) e elettrochemiluminescenza (ECL).

Esistono anche innumerevoli metodi chimici per la determinazione del glucosio che sfruttano il fatto che il glucosio è uno zucchero riducente in grado di reagire per formare precipitati o complessi colorati che possono essere quantificati.

Questi metodi per la determinazione del glucosio e, più in generale, degli zuccheri riducenti, possono essere di tipo volumetrici, colorimetrici e per mezzo del saggio di Benedict, oltre al metodo di Bertrand e quello di Hagedorn-Jenson.

Uno dei metodi volumetrici per la determinazione del glucosio è l’iodometria, dove il campione viene trattato con iodio, che ossida il glucosio riducendosi ad ioduro che viene successivamente titolato con tiosolfato di sodio.

Determinazione del glucosio e iodometria

L’iodometria si fonda sull’ossidazione dello ioduro a iodio elementare tramite la semireazione: 2 I– ⇌ I2 + 2e– con un potenziale normale di ossidazione E° = – 0.535 V. L’iodometria è un metodo indiretto che consiste nell’aggiungere un’eccesso di ioduro alla soluzione del campione che contiene l’analita.

L’iodometria è utilizzata per l’analisi degli zuccheri riducenti, ovvero quegli zuccheri che contengono un gruppo aldeidico –CHO, che può essere facilmente ossidato a gruppo carbossilico –COOH. Pertanto, la determinazione del glucosio può essere fatta attraverso l’iodometria

La reazione è quantitativa in ambiente basico, poiché il gruppo carbossilico è acido e forma sali con le basi. Il glucosio viene ossidato con iodio in soluzione alcalina e, dopo l’acidificazione, l’iodio in eccesso viene titolato con una soluzione standardizzata di tiosolfato utilizzando l’amido come indicatore.

Metodica

In una beuta, si mettono 10 mL di analita, a cui si aggiungono 10 mL di una soluzione standard 0.05 M di iodio e 10 mL di una soluzione di carbonato di sodio 1 M. In condizioni basiche, l’iodio subisce una reazione di dismutazione con produzione di ipoiodito e ioduro:

2 OH– + I2 → IO– + I– + H2O. Il gruppo aldeidico è quindi ossidato dall’ipoiodito, che si trasforma a sua volta in ioduro diventando un gruppo carbossilico. In particolare, siccome l’ambiente è basico, si trasformerà in un gruppo carbossilato:

RCHO + IO– → RCOOH + I–. L’ipoiodito in eccesso in ambiente basico subisce a sua volta una reazione di dismutazione con produzione di iodato (incolore) e ioduro: 3 IO– → IO3– + 2 I–.

Dopo aver coperto la beuta con un vetrino da orologio, la soluzione viene lasciata a riposo al buio per 10 minuti. Si aggiungono quindi 10 mL di acido solforico 1 M prima di iniziare la titolazione per la determinazione del glucosio. Infatti, in condizioni acide, l’eccesso di iodato reagisce con l’ioduro tramite una reazione di comproporzione per dare iodio:

NaIO3 + 5 NaI + 3 H2SO4 → 3 I2 + 3 Na2SO4 + 3 H2O.

reazione del glucosio con lo iodioReazione del glucosio con lo iodio

In condizioni basiche, l’iodio reagisce con il glucosio in un rapporto 1:1. Dalla reazione si ottengono ioduro e acido gluconico.

Lo iodio viene titolato con la soluzione di tiosolfato fino a quando, in prossimità del punto equivalente, diventa giallo pallido. Viene aggiunto l’amido e si continua la titolazione fino a che il colore blu scompare. Quando si effettua la titolazione, l’amido deve essere aggiunto in prossimità del punto finale, ovvero quando la concentrazione di iodio che potrebbe essere adsorbito dall’indicatore è scarsa.

iodometriaIodometria

La colorazione blu è difficile da vedere a pH elevati e ad alte temperature. Le titolazioni vengono quindi condotte a pH inferiori a 8 e a temperatura ambiente. Il tiosolfato reagisce con l’iodio formando ioduro e tetrationato secondo la reazione: 2 S2O32- + I2 ⇌ S4O62– + 2 I–

Conoscendo la concentrazione della soluzione di tiosolfato e il volume utilizzato per la titolazione si possono calcolare le moli. (moli di tiosolfato = concentrazione · volume in Litri). Dato che il rapporto tra tiosolfato e iodio è di 2:1, le moli di I2 sono pari alla metà di quelle di tiosolfato. Il rapporto tra glucosio e iodio è di 1:1 quindi le moli di I2 sono pari a quelle di glucosio.

Ruolo e fonti del glucosio

Il glucosio è un monosaccaride aldeidico che svolge un ruolo fondamentale nei processi di fotosintesi e respirazione, fungendo da riserva energetica e combustibile metabolico nella maggior parte degli organismi. Il glucosio è anche presente come monomero o come parte di strutture più complesse, come i polisaccaridi e i glucosidi, svolgendo un ruolo importante nei prodotti alimentari.

fotosintesiFotosintesi

Nelle piante e nei cianobatteri, il glucosio viene prodotto da acqua e diossido di carbonio tramite la fotosintesi e condensato per formare l’amido. L’amido può essere immagazzinato come riserva energetica, o può essere decomposto e utilizzato come substrato per la sintesi di una vasta gamma di zuccheri, inclusi il saccarosio e la cellulosa. Nei cibi, specialmente quelli di origine vegetale, questi carboidrati vari contribuiscono in maniera significativa alla consistenza e al sapore, funzionando allo stesso tempo come fonte secondaria di energia.

Alla metà del XVIII secolo, furono ideati per la prima volta dei semplici test colorimetrici in grado di rilevare, in modo non specifico, gli zuccheri riducenti nel sangue e nelle urine. Sebbene inizialmente sviluppati con finalità diagnostiche e per il monitoraggio del diabete umano, questi metodi si sono dimostrati altrettanto efficaci per la determinazione del glucosio negli estratti vegetali e nei prodotti alimentari come i succhi di frutta e il miele. Ad esso, insieme ad altri monosaccaridi e disaccaridi, è spesso somministrato negli alimenti per modificare le sue caratteristiche fisiche, nonché la sua consistenza.

Gli zuccheri svolgono un ruolo importante nella cottura dei prodotti da forno, poiché interagiscono con gli agenti lievitanti per creare piccole bolle d’aria e sono utili come conservanti, aiutando a prevenire o a rallentare la crescita batterica, delle muffe e dei lieviti. Gli zuccheri sono aggiunti ai prodotti da forno per dare alla cottura un sapore dolce ma anche un colore specifico, che si forma quando reagiscono con le proteine durante il processo di cottura secondo la reazione di Maillard.

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