UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA
CURSO
:
Tecnología de Azúcar y Derivados
TEMA
:
Solubilidad de Azucares
PROFESOR
:
Nolasco Cama, Diana
ALUMNOS
:
Maza Idone, Nohely Muñoz Jiménez, Estefanía Pérez Ramos, Katherine Zamora Ortiz, Frencel
2014- II
I.
INTRODUCCION
La solubilidad es la capacidad de una sustancia de disolverse en otra. Se expresa en términos de la masa de una sustancia (denominada soluto) que puede disolverse en una masa de otra (denominada solvente) (Picado y Álvarez, 2008). En términos generales, la solubilidad depende de la naturaleza química de ambas sustancias (mientras más afines sean, más soluble será el soluto en el solvente), así como de la temperatura (Picado y Álvarez, 2008). Y esta propiedad también se observan en los diferentes tipos de azucares. Por ejemplo Mathlouthi y Reiser (1994) mencionan que para el caso de la sacarosa, que es el azúcar común, la solubilidad significa la concentración de sacarosa en una solución saturada que está en equilibrio con sacarosa en estado sólido. La solubilidad de la sacarosa en agua es de fundamental importancia en la definición de la sobresaturación, o fuerza de crecimiento de cristales de sacarosa. Solubilidad de la sacarosa en mezclas de agua con disolventes orgánicos diferentes tiene usos importantes en algunas ramas de las industrias químicas y farmacéuticas; pero también en la industria alimentaria, la cual es de nuestro interés Es por ello que los objetivos de la práctica realizada fueron evaluar el efecto del tipo de azúcar, la concentración la temperatura sobre la solubilidad; así como también del efecto del solvente en esta propiedad.
II.
MATERIALES Y MÉTODOS
2.1. Materiales 2.1.1. Materia prima e insumos
Sacarosa Glucosa Fructosa
2.1.2. Reactivos
Alcohol Ácido cítrico
2.1.3. Materiales
Vasos de precipitación de 100 y 250 ml Varillas de vidrio Fiola de 25 ml Ollas
2.1.4. Equipos y maquinaria
Balanza analítica (0 - 10 g) Balanza (0 - 500 g) Termómetro Refractrómetro Potenciómetro Cocina
2.2. Métodos 2.2.1. Métodos de análisis Medición de pH y °Brix 2.2.2. Metodología experimental Influencia del tipo de azúcar y la temperatura Se prepararon las soluciones de 70 y 80% (p/p) con cada uno de los azúcares (sacarosa, glucosa y fructuosa). Luego se procedió a calentar hasta que estuviesen completamente disueltos. Se anotaron dichas temperaturas. Influencia del tipo de azúcar y del pH
Se preparó una solución de 50 ml de agua, y se reguló el pH hasta 3 y 5 con una solución de ácido cítrico. Se añadió azúcar hasta que se llegó al punto de saturación, hasta que no se pudo disolver más azúcar. Se anotaron las cantidades de azúcar agregadas. Influencia del solvente A temperatura de ambiente se prepararon dos soluciones de alcohol, una de 35° y otra de 70°. En cada uno de ellos se le agregó sacarosa y fructosa al 20% (p/p), y se observó si la sacarosa y fructosa se disolvían en el solvente.
III. III.1.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN Influencia del Tipo de Azúcar y la Concentración
Cuadro 1. Determinación de la Temperatura de Saturación de azúcares p/p 70% 80%
Sacarosa T (°C) SS (°Brix) 61 71 83.3 77
T (°C) 58 50
Glucosa SS (°Brix) 74 74
Fructosa T (°C) SS (°Brix) 46 67.5 58 78.5
En el Cuadro 1, se presentan los resultados de la temperatura de saturación y contenido de sólidos solubles de tres azúcares a distintas concentraciones. Se observa que, en la fructosa y sacarosa, la temperatura de saturación aumenta cuando la concentración es mayor; sin embargo en la sacarosa no ocurre lo mismo. El que los grados brix de la solución de glucosa sean iguales a distintas concentraciones podría significar que hubo un error de preparación de la solución o en el momento de la toma de datos en la solución. Suponiendo que una sustancia es soluble en otra, un incremento en la temperatura da como resultado un incremento en la velocidad de disolución. Este aumento en la velocidad está relacionado con el incremento en la energía cinética del soluto, del disolvente y de la solución. Con una mayor energía cinética, las partículas del soluto se separan con mayor facilidad unas de otras y las moléculas del disolvente pueden interactuar con más frecuencia con las partículas del soluto (Daub y Seese, 1996). De esta manera, se deduce que para las soluciones más concentradas se requieren temperaturas más elevadas para una disolución completa de soluto. En la Figura 1, se observa la curva de solubilidad de la sacarosa en función a la temperatura. La cantidad de sacarosa correspondiente al 70% p/p para 100 g de agua sería 230 g y para 80% p/p, 400 g. Ubicando ambos puntos en el gráfico, la temperatura de saturación para el primer caso sería menor a 40°C, valor inferior al obtenido; mientras que la para la segunda concentración trabajada sería cercana a 85°C, cercano a la temperatura determinada en el laboratorio. De acuerdo a Masterton y Hurley (2009), cualquier punto en el área debajo de la curva representa una solución insaturada; en tanto que en cualquier punto en el área por encima de la curva la solución está sobresaturada. El exceso de azúcar permanece en la solución como pequeños cristales. Esto se observó en la práctica al añadir todo el azúcar en las soluciones a temperatura ambiente. En la gráfica de la Figura 1 también se puede apreciar que a mayores temperaturas, la solución saturada puede tener mayor cantidad de azúcar. De manera que el punto de saturación (expresado en concentración) está en función a la temperatura de la solución.
Figura 1. Solubilidad de la sacarosa. Fuente: Masterton y Hurley (2009) La solubilidad de las sustancias que se disuelven endotérmicamente aumenta a medida que aumenta la temperatura. A la inversa, la solubilidad de las sustancias que se disuelven con desprendimiento de calor disminuye al aumentar la temperatura. Cuanto mayor sea la cantidad de calor que se consume (o que es liberada) durante el proceso de disolución, tanto más intensamente variará la solubilidad al variar la temperatura, es decir, tanto mayor es la pendiente de las curvas de solubilidad (Christen, 1986). La disolución de los azúcares en agua es un proceso endotérmico, principalmente en el caso de la fructosa, donde se percibió, al tacto, el descenso de la temperatura al disolver este azúcar a temperatura ambiente. Tal como indica Christen (1986), su solubilidad varió más intensamente con aumentos de temperatura menores a los de la sacarosa y glucosa. Daub y Seese (1996) señalan que ya que las partículas más pequeñas de soluto tienen una mayor superficie total expuesta al disolvente, se disuelven más rápidamente que las partículas más grandes de soluto. Este factor explica por qué la fructosa y glucosa, ambos monosacáridos, se disolvieron más rápido que la sacarosa, disacárido y por tanto, de mayor tamaño molecular. Y entre la glucosa y fructosa, ésta última es una pentosa, por lo que tiene menor tamaño que la glucosa (hexosa).
III.2. Influencia del Tipo de Azúcar y del pH En el siguiente cuadro se presenta la solubilidad de la sacarosa frente a pH ácidos, donde se colocó el máximo de gramos que se pudo diluir en una solución acida en dos pH diferentes. Cuadro 2. Determinación de la saturación de la sacarosa a diferentes pH. pH
Gr de sacarosa añadidos
3.1
80
5.0
85
La sacarosa es un disacárido muy soluble en agua, pero a diferentes temperaturas, llegara siempre a una saturación; algo similar ocurre cuando el medio de disolución es una sustancia con pH acido, como en la experimentación. Se observa que a un pH más alto, la cantidad de sacarosa requerida para la saturación será mayor que a un pH menor, esto debido a que el azúcar es un compuesto alcalino que presenta un pH de 8 – 8.5 (Díaz et al., 1995). Díaz et al., (1995) menciona que la sacarosa será soluble en un 30 – 80% aproximadamente cuando el agua es neutra, pero a medida que se aleja el pH de 8 la solubilidad disminuye. Esto se aprecia en los resultados que si bien es cierto, no fueron cuantificados con exactitud, muestra la tendencia de que a un pH más alejado de 8, la sacarosa será más insoluble.
III.3.
Influencia del tipo de azúcar y solvente
Solvente Alcohol 70° Alcohol 35°
Sacarosa + Si (+)
Fructosa Si (+) Si (+)
Con respecto a la solubilidad, Vaclavik y Christian (2008) mencionan que la sacarosa es más soluble que la glucosa, pero menos soluble que la fructosa (así como se muestra en la figura 2). Y esto se observó claramente en la experiencia realizada ya que para un mismo solvente la fructosa se disolvió en un menor tiempo que la sacarosa.
Figura 2. Solubilidad en agua de diferentes azucares. Fuente: Nordic sugar (2010) Sin embargo, esto también depende del tipo de solvente usado, y esto es explicado por Mathlouthi y Reiser (1994) ya que indica que para el caso de la sacarosa tiene una mejor solubilidad en agua que en alcohol. Este autor nos señala que eso es debido a que una molécula de sacarosa tiene ocho grupos hidroxilo, tres átomos de oxígeno hidrófilos (unidas en un círculo) y 14 átomos de hidrógeno. Esto permite la formación de enlaces de hidrógeno con las moléculas de agua, la hidratación de moléculas de sacarosa; y por lo tanto fácil disolución de sacarosa en agua. En cambio en disolventes no acuosos, la solubilidad de sacarosa es significativamente menor que en agua, ya que no se disuelve en disolventes no polares. Así mismo, la sacarosa muestra valores mucho más altos de solubilidad en amoníaco, sulfóxido de dimetilo, aminoetanol y metilamina. Y los
valores más bajos de solubilidad con: dióxido de azufre, ácido fórmico y acético, dimetilformamida, piridina, metanol glicol, etanol y dioxano. También, este mismo autor menciona que la solubilidad de la sacarosa está influenciada por la temperatura, así como por la cantidad y tipo de otras moléculas disueltas (impurezas). Si son muy pocas las impurezas no afectan a la solubilidad de la sacarosa o la disminuyen; pero en grandes cantidades si la hacen variar. Por lo mencionado anteriormente se explica por qué para un alcohol más concentrado (70°), la solubilidad fue menor que para el que tenía el grado alcohólico más bajo (35°). Respecto a la fructosa, se observó que ésta disolvió rápidamente en el alcohol, a diferencia de la sacarosa. Rodríguez (2008) menciona que la solubilidad de los azúcares depende de los grupos hidroxilos que son con los que la molécula de azúcar interacciona con el agua u otras sustancias polares como el alcohol. Siendo la fructosa muy soluble lo cual también lo hace un producto muy higroscópico. Además, la estructura química de la fructosa favorece la formación de fuerzas atractivas con las moléculas del agua resultando una mayor interacción entre el solvente y soluto por lo que se considera más soluble seguido de la sacarosa y la glucosa mientras que la lactosa es el menos soluble por lo que el cristaliza más fácilmente. (UNAD, 2014) En la práctica se usaron dos soluciones de alcohol a 35° y 70°, disolviéndose más rápido la fructosa en la solución de 35°; ello se puede deber a, como menciona Crestani et al.(2010), cuando se usa una solución que contiene mayor concentración de etanol, menor es la solubilidad de fructosa, ello se da porque la solubilidad de la fructosa es mayor en agua que en alcohol. Lo cual se puede evidenciar en la figura 3.
Figura 3. Solubilidad de fructosa en diferente masa de la mezcla disolvente. E es la masa de etanol y W la masa de agua. La solubilidad se expresa como la fracción molar de fructosa a la saturación en la mezcla ternaria.
IV.
CONCLUSIONES
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La sacarosa será más soluble a un pH menos ácido, por tanto se necesitará más
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sacarosa para saturar la solución a un pH menos acido. A mayores concentraciones de azúcar, la temperatura de saturación es mayor
-
debido a que se requiere mayor energía cinética para la disolución del soluto. La variación de la solubilidad con la temperatura se relaciona con la cantidad de
-
energía consumida o liberada en la disolución. El tamaño de partícula influye en la solubilidad de los azúcares. La sacarosa es poco soluble en solventes orgánicos. La fructosa es más soluble en agua que en etanol, y más soluble que la sacarosa.
V.
CUESTIONARIO
V.1. ¿Cuál es la diferencia entre sacarosa, dextrosa y fructosa? ¿Con que otros nombres son conocidos? Partimos con que los 3 compuestos mencionados son carbohidratos, sin embargo su estructura química es diferente por tanto tienen propiedades diferentes, a continuación se detalla las características de cada azúcar: - Sacarosa: También conocida como azúcar comercial o simplemente azúcar de mesa. Es un disacárido formado por una molécula de glucosa y otra de glucosa, a diferencia de la fructosa y la glucosa, esta no tiene poder reductor, es soluble en agua y ligeramente higroscópica, pero la fructosa es mucho más higroscópica que la sacarosa y la glucosa (Honig, 1969). -
Fructosa: conocido también como Levulosa, es un azúcar simple con formula química C6H12O6 similar a la de la glucosa, pero a diferencia de esta, la fructosa presenta un grupo ceto unido al carbono 2 de la molécula, mientras que la glucosa presenta un grupo aldehído en su carbono 1 (Pérez et al., 2007). Al igual que la sacarosa, se encuentra en el grupo de los edulcorantes naturales reconocidos por la FDA. La fructosa provee de 4 kcal/g y tiene un poder edulcorante de 173, siendo mucho mayor que la glucosa y la sacarosa (74 y 100 respectivamente), además presenta sinergia con otros edulcorantes. Se encuentra en las frutas y la miel donde se puede encontrar hasta en un 50% y actualmente se encuentra industrializada en forma de bebidas carbonatada, cereales, hamburguesas, pastas, jugos, etc. (Pérez et al., 2007).
-
Dextrosa: o comúnmente llamada glucosa (D- glucosa), es una aldosa (monosacárido de 6 carbonos con un grupo aldehído) mientras que la fructosa es una cetosa (monosacárido de 6 carbonos con un grupo cetona), la glucosa existe en abundancia en la naturaleza como azúcar libre así como combinada (incluyendo la sacarosa). Es también un azúcar reductor ya que tiene el grupo aldehído libre, pero cuando se encuentra como parte de la sacarosa junto con la fructosa, ambos monosacáridos dejan de ser reductores. (Honig, 1969).
VI.
BIBLIOGRAFIA -
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CHRISTEN, H.R. 1986. Fundamentos de la química general e inorgánica. Editorial Reverté. Primera edición. España. CRESTANI, C; SILVA, A; BERNARDO, A; COSTA, C; GIULIETTI, M. 2010. Integration of the process of fructose crystallization by addition of anti-solvent. Department of Chemical Engineering, Federal University of São Carlos, São Carlos. Brasil. DAUB, W; SEESE, W. 1996. Química. Editorial Pearson Educación. Segunda edición. México. DIAZ, N. CLOTET, R. 1995. Cinética de la Caramelizacion en Soluciones Azucaradas Simples. Revista Alimentaria. Edición 35: 35- 38 HONIG, P. 1969. Principios de Tecnología Azucarera. Tomo I. 1ra edición. CECSA. México. MASTERTON, W; HURLEY, C. 2009. Chemistry: Principles and Reactions. CENGAGE Learning. Sexta edición. Canadá. MATHLOUTHI, M.; Y REISER, P. 1994. Sucrose : properties and applications. Editorial Blackie Academic & Professional. London. Inglaterra. NORDIC SUGAR. 2010. The funcional properties of sugar. Disponible en: http://www.nordicsugar.com/fileadmin/Nordic_Sugar/Brochures_factsheet_polici es_news/Download_center/Functional_properties_of_sugar_on_a_technical_le vel/Functional_prop_on_tech_level_uk.pdf .Consultada el 14 de septiembre del 2014. PEREZ, E. SERRALDE, A. MELENDEZ, G. 2007. Efectos benéficos y deletéreos del consumo de fructosa. Revista de Endocrinología y Nutrición. 15 (2): 66- 74. PICADO, A.; ÁLVAREZ, M. 2008. Quimica I: introducción al estudio de la materia. Editorial EUNED. Edición española. San José. Costa Rica. RODRIGUEZ, V. 2008. Bases de la alimentación humana. Editorial Netbiblo. España. UNAD. 2014. Disponible en http://datateca.unad.edu.co/contenidos/301203/301203/leccin_21_propiedades _funcionales_de_los_monosacridos.html. Revisado el 13 de Septiembre del 2014. VACLAVIK, V.; CHRISTIAN, E. 2008. Essentials of food science. Editorial Springer. Tercera edición. Texas. USA.
