practica n° 8 - Facultad de Ciencias-UCV

PRACTICA N° 7 ANÁLISIS DE LAS CENIZAS: A) ALCALINIDAD Y SOLUBILIDAD DE LAS CENIZAS EN ÁCIDO Y EN AGUA. SOLUCIÓN ACIDA DE CENIZAS. B) ANÁLISIS ELEMENTAL. A) ALCALINIDAD Y SOLUBILIDAD DE LAS CENIZAS EN ÁCIDO Y EN AGUA. SOLUCIÓN ACIDA DE CENIZAS. I.

INTRODUCCIÓN: A) En ocasiones, además de cuantificar las cenizas totales en un sistema alimenticio, es importante conocer su alcalinidad, la proporción de cenizas solubles o insolubles en agua y / o su solubilidad en medio ácido. En ciertos productos, por ej. especias, un contenido elevado de cenizas totales sugiere la presencia de un adulterante, por lo general arena en especias o talco en confituras. En caso de dudas la determinación de la fracción de cenizas insolubles en ácido es un indicio de la adición de materia mineral como la arena y el talco para compensar la diferencias de la fracción de cenizas por el efecto del adulterante. Una fracción de cenizas con bajo contenido en sales alcalinas también puede ser un índice de adulteración en el sistema evaluado, o por el contrario una alta alcalinidad puede ser indicio de tratamiento químico en el sistema. Ej. cacao. El contenido en ácidos orgánicos en algunos productos alimenticios es tal que durante la incineración de la materia orgánica para obtener las cenizas, se convierten en CO2, el cual queda retenido en las cenizas en forma de carbonato, principalmente K2CO3. B) El análisis químico de las cenizas incluye además: Análisis elemental: consiste en la separación cuantificación de los elementos o minerales más frecuentes y de valor nutricional (Fe, Ca, P, Mg, Zn) y / o toxicológico (Pb, Cd, Hg). En la actualidad los esfuerzos están dirigidos a la evaluación de otros elementos cuya importancia en la salud, nutrición y en el procesamiento de los alimentos, está siendo demostrada a la luz de investigaciones recientes. El interés en determinar y cuantificar los elementos presentes en los

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sistemas biológicos se basa en la función fisiológica que puedan ejercer en el metabolismo humano y animal; desde el punto de vista de tecnología de alimentos, alguno de ellos pueden tener una acción negativa sobre la calidad definida o el valor nutritivo de algunos sistemas alimenticios, por ej. el Cu conduce a pérdidas de aroma y sabor característicos de la leche y productos de granja, además favorece la oxidación de la vitamina C en los productos elaborados a base de frutas. II.

PREPARACIÓN DE LA MUESTRA DE CENIZAS PARA SU ANÁLISIS: Generalmente para el análisis de cenizas se requiere aproximadamente de 2,5 g de cenizas, por lo cual es conveniente tratar de obtener a partir de la muestra biológica 5 – 10 g de cenizas para trabajar por duplicado y por si es necesario repetir la experiencia. Obtención de la muestra de cenizas: Obtener las cenizas por el método seco de incineración por combustión simple (Practica N° 6, sección C). El peso a estimar de la muestra biológica que se ha de incinerar para obtener la fracción de cenizas, debe ser representativa del sistema alimenticio a objeto del estudio, considerando para ello el porcentaje de cenizas esperado en ese sistema biológico.

III.

ANÁLISIS DE LAS CENIZAS: A. Solubilidad de las cenizas en agua. 1. Materiales y Reactivos: Crisoles: lavados y a peso constante Agua destilada a temperatura ambiente y caliente Cilindro graduado de 50 ml Plancha de calentamiento Papel de filtro sin cenizas Embudos. Fiolas 2. Procedimiento: 1.

Pesar aprox. 0,5 g de las cenizas obtenidas de acuerdo a la


2.

sección II.

3.

Agregar 25 ml de agua destilada y calentar hasta alcanzar el

4.

punto de ebullición.

5.

Filtrarla a través de un papel de “filtro sin cenizas” o cuyo contenido de cenizas se conozca.

6.

Lavar

el

residuo

con

agua

caliente

hasta

obtener

aproximadamente un volumen de filtrado de 60 ml. 7.

Colocar el papel de filtro y su contenido en un crisol previamente tarado.

8.

Incinerar cuidadosamente.

9.

Dejar en desecador hasta alcanzar temperatura ambiente y pesar. Si hay un incremento de peso en el crisol obtener la diferencia de peso que corresponde a las cenizas insolubles en agua (C I).

3. Cálculos: a.

% de Cenizas insolubles en agua:

Ci=

Ci x 100 m

donde: m = g de la muestra del sistema alimenticio de donde se obtuvo los g de cenizas. Ci = g de cenizas insolubles en agua obtenidas de la fracción de cenizas de la muestra. b.

% de Cenizas solubles en agua % (Cs):

% CS = ; donde m = g de la muestra del sistema alimenticio de donde se obtuvo los g de cenizas. CS = Cenizas solubles en agua (%) C = g de cenizas obtenidas de la muestra m Ci = g de cenizas insolubles en agua obtenidas de la fracción de cenizas. C-Ci= g de cenizas solubles en agua.


B. Alcalinidad de las cenizas solubles en agua: 1. Materiales y Reactivos: Ácido clorhídrico 0,1 N (HCl) Anaranjado de metilo al 0,1 % en agua Hidróxido de sodio 0,1 N (NaOH) Pipetas de 10 – 15 ml Plancha de calentamiento Papel de filtro sin cenizas Embudos. Balones aforados de 100 ml Buretas 2. Procedimiento: Determinación de la alcalinidad de las cenizas solubles en agua. Dejar enfriar los 60 ml aproximados del filtrado obtenido en la sección anterior (III A 2.4) y titularlo con HCl 0,1 N usando anaranjado de metilo como indicador. NOTA: Si prefiere titular alícuota proceder de la siguiente forma: recoger el filtrado en un matraz aforado de 100 ml y aforarlo con agua destilada. Valorar alícuotas de 25 ml cada uno o un volumen mayor de acuerdo al volumen gastado en la titulación. 3. Datos: Expresar la alcalinidad de las cenizas solubles en agua como: ml de ácido 1N necesarios para neutralizar las cenizas 100 g de muestra o ml de ácido 0,1 N para neutralizar las cenizas de 1 g de muestra, ó el número alcalino: ml de ácido N para neutralizar 1 g de cenizas. Puede ser aplicado como índice de calidad. C. Alcalinidad de las cenizas insolubles en agua: 1. Procedimiento: A la fracción de cenizas insolubles en agua, obtenida luego de incinerar el residuo insoluble en agua (sección III A 2. 7) añadir un exceso de HCl 0,1 N (10-15 ml). Universidad Central de Venezuela. Facultad de Ciencias. Escuela de Biología. Deparatmento de Tecnología de Alimentos. Actualizado por Myrna Medina. Caracas,Mayo 2015

a) Calentar casi hasta ebullición. b) Dejar enfriar. c) Titular el exceso de HCl con NaOH 0,1 N usando solución de fenolftaleína como indicador. 2. Datos: La alcalinidad de las cenizas insolubles en agua se expresa como ml de HCl 0,1 N necesarios para neutralizar las cenizas insolubles de 100 g de muestras. D. Cenizas insolubles en ácidos: 1. Materiales y Reactivos: Ácido clorhídrico (HCl): 1:1 Ácido clorhídrico al 10 % (HCl) Plancha de calentamiento Papel de filtro sin cenizas Embudos. Vidrios de reloj Balones aforados de 250 ml y de 100 ml 2. Procedimiento: Hervir una muestra de cenizas obtenidas segun la sección II o las cenizas insolubles en agua, sección III A. con 25 ml de HCl al 10 % durante 5 minutos. Filtrar a través de un papel de filtro sin cenizas o de contenido de cenizas conocido. Lavar cuidadosamente con agua caliente. Colocar el papel de filtro con las cenizas insolubles en ácido en el crisol. Calcinar, enfriar y pesar. Repetir hasta obtener peso constante. 3. Cálculos:

( Ciam ) x100

Cia=

Donde Cia= g de Cenizas insolubles en ácido m = g de muestra (g)


E. Solución ácida de cenizas: 1. Humedecer las cenizas obtenidas en la sección D.2. en 5 ml de HCl 1:1, calentar hasta sequedad en una plancha de calentamiento con la temperatura más baja (o en baño de vapor aprox. por 2 horas) con el fin de deshidratar los silicatos, si están presentes, e insolubilizarlos. 2. Agregar 5 ml de HCl 1:1 y calentar suavemente en baño de vapor o sobre una plancha de calentamiento durante 30 minutos, a fin de hidrolizar los pirofosfatos a ortofosfato para que no interfieran en la determinación de hierro y del fósforo (Joslyn, 1970). 3. Filtrar la solución ácida de cenizas a través de un papel de “filtro sin cenizas” y recoger el filtrado en un matraz aforado de 250 ml. 4. Incinerar el papel con las cenizas insolubles en el mismo crisol donde se obtuvo las cenizas de la muestra. A estas cenizas agregarles 5 ml de HCl 1:1 y calentar 5 minutos en la hornilla. 5. Filtrar a través de un papel de filtro utilizando el mismo embudo y recogiendo el filtrado en el mismo matraz aforado. 6. Aforar a 250 o a 100ml con agua destilada según el caso. La solución está lista para la determinación elemental. Actividad: Una de las determinaciones que se realiza al azúcar crudo o refinado, es la determinación de cenizas sulfatadas. Consulte el método en Kirk y col., 2000. Consulte en las Normas Venezolanas respectiva los máximos de cenizas sulfatadas en cada uno de los productos correspondientes.


ANÁLISIS ELEMENTAL DE LAS CENIZAS: DETERMINACIÓN DE CALCIO, HIERRO Y FÓSFORO. F. Cuantificación de calcio (método permanganimétrico): 1. Fundamento del método: La cuantificación del calcio presente en la solución de cenizas es una determinación indirecta, al valorar por oxidoreducción con permanga nato de potasio (K2MnO4) el ácido oxálico liberado del oxalato de calcio (CaC2O4), haciendo reaccionar esta especie con H 2SO4. El oxalato de calcio se ha obtenido previamente por una reacción de precipitación al incorporar, en condiciones apropiadas, a la solución de cenizas, oxalato de amonio (NH4+)2C2O4. La reacción sucede entre los iones calcio (Ca++) presentes en la solución de cenizas y el oxalato de amonio incorporado. La reacción de precipitación debe realizarse a pH 5,00, para evitar que precipite el Mg (magnesio) simultáneamente con el calcio. Reactivos: 1.

Oxalato de amonio al 4% (p / v)

2.

Hidróxido de amonio 7 N

3.

Rojo de metilo al 0,02% en alcohol al 95%

4.

Ácido sulfúrico al 8%

5.

Permanganato de potasio 0,05 N

3. Procedimiento: 1.

Transferir una alícuota de 5 ml (de acuerdo al contenido de Ca en el sistema alimenticio) de la solución ácida de cenizas, preparada como se indica en la sección III E, a un vaso de precipitado de 250 ml

2.

Añadir aproximadamente 100 ml de agua bidestilada.

3.

Medir pH (debe estar ácido).

4.

Calentar hasta ebullición.


5.

Agregar lentamente, sin dejar enfriar, 10 ml de la solución de oxalato de amonio y unas gotas de la solución indicadora de rojo de metilo.

6.

Si es necesario, agregar, gota a gota, solución de hidróxido de amonio 7 N, hasta que con una gota se obtenga cambio de color en el indicador (pH 5,0).

7.

Hervir durante 5 minutos, controlando la ebullición para que el precipitado que se obtenga sea granular.

8.

Deje enfriar en reposo durante 45 minutos.

9.

Filtrar la solución a través de papel de filtro N°2, ayudando con tres porciones sucesivas de agua destilada, de 20 ml c / u.

10. Colocar el papel de filtro, con el precipitado retenido, en el mismo vaso en el cual ocurrió la reacción de precipitación. 11. Añadir 10 ml de ácido sulfúrico al 8 %. 12. Calentar casi hasta ebullición. 13. Agregar aproximadamente 50 ml de agua caliente y titular con permanganato de potasio 0,05 N hasta obtener una coloración rosada persistente. NOTA: Durante la precipitación deben controlarse: el pH y la temperatura de la reacción, los volúmenes de los reactantes, la velocidad de incorporación del Oxalato de Amonio con el objeto de reducir la coprecipitación de fosfato de calcio, fosfato de hierro y lograr un tamaño adecuado del gránulo del precipitado, para que no se pierda durante la operación de filtración. F. Cuantificación de hierro (método espectrofotométrico). 1. Fundamento del método. La cuantificación se basa en una reacción de reducción del hierro férrico, presente en la muestra del sistema alimenticio a evaluar, a hierro ferroso por la acción de la hidroquinona. El hierro ferroso reaccionará con la o-fenantrolina, formándose un complejo fenantroli na-ferroso, de color naranja. Universidad Central de Venezuela. Facultad de Ciencias. Escuela de Biología. Deparatmento de Tecnología de Alimentos. Actualizado por Myrna Medina. Caracas,Mayo 2015

En un rango de pH entre 2 y 9, la formación del complejo es cuantitativa, el color desarrollado es muy estable y se cumple la ley de Beer. 2. Reactivos. 1.

Acido acético 2M.

2.

Hidroxido de sodio al 0,05%

3.

Solución indicadora de azul de bromofenol

4.

Acetato de sodio 2M

5.

Buffer acetato 2M pH 3,5

6.

Buffer acetato 2M pH 4,5

7.

Hidroquinona al 1% en buffer acetato 2M pH 4,5

8.

O-fenantrolina al 0,25 %

9.

Hierro electrolítico

10. Solución patrón de hierro (1 mg/ml) 11. Ácido clorhídrico 1:1 12. Solución diluida de hierro (10 mcg/ml) NOTA: Las soluciones de los reactivos deben prepararse con agua bidestilada. 3. Procedimiento: Tomar dos alícuotas de volúmenes iguales (2-10 ml de la solución ácida de cenizas preparada sección III. E), la cual debe contener entre 10 y 40 mg de hierro. 1.

Transferir una de las alícuotas a un matraz aforado de 100 ml y la otra a una fiola de 50 ml.

2.

Simultáneamente preparar en un matraz aforado de 25 ml un blanco, usando para ello agua bidestilada en lugar de la solución de cenizas y siguiendo con el resto del protocolo de trabajo, pero usando 0,5 ml de solución de buffer pH 3,5 en lugar del acetato de sodio.

3.

Agregar 5 gotas del indicador azul de bromofenol a la alícuota contenida en la fiola (control).

4.

Añadir con una bureta la solución de acetato de sodio hasta que


5.

el color sea igual al de una mezcla que contiene un volumen de solución buffer pH 3,5 igual del alícuota de la solución de cenizas (2-10 ml) y con la misma cantidad de solución indicadora (5 gotas).

6.

A la alícuota contenida en el matraz aforado agregar 1 ml de solución de hidroquinona, 2 ml de solución de O-fenantrolina y la misma cantidad de acetato de sodio que se gasto para la alícuota contenida en la fiola (control).

7.

Aforar el blanco y la muestra, M (ver la tabla).

8.

Agitar y dejar en reposo por una hora en la oscuridad.

9.

Calibrar el espectrofotómetro a 100% de tramitancia con el blanco de reactivos y efectuar las lecturas correspondientes a la muestra a 515 nm.

NOTA: El control C puede eliminarse usando el potenciómetro para llevar la muestra hasta el pH 3,5. Si el color obtenido es demasiado intenso para leer en el equipo, usar un volumen más pequeño de la solución de cenizas. 4.

Preparación de la curva patrón. Reactivos Sol. de cenizas Agua Bidestilada Azul de bromofenol

Blanco (B) 0 ml 2-10 ml 0 ml

Acetato de Sodio

0 ml

Buffer pH 3,5 Hidroquinona O-Fenantrolina Agua Bidestilada

0,5 ml 1,0 ml 2,0 ml Aforar a 25 ml

Muestra (M) 2-10 ml 0 ml 0 ml

Control(C) 2-10 ml 0 ml 5 gotas Vol. suficiente para obtener color igual Vol. = al gastado a la sol. de 2-10 ml en el control de buffer pH 3,5 + 5 gotas de azul de bromofenol 0 ml 1,0 ml 2,0 ml Aforar a 25 ml


Transferir a matraces aforados de 25 ml alícuotas de 1, 2, 3, 4, 5 y 6 ml de la solución diluida de hierro (910 g/ml). Seguir el procedimiento descrito para la muestra, pero omitiendo la adición del acetato de sodio en su lugar agregar 0,5 ml de solución buffer pH 3,5. Con los valores obtenidos construir la gráfica de tramitancia o absorbancia contra g de hierro/ml. 5. Cálculos. Utilizando la curva patrón y el valor de la tramitancia o absorbancia obtenidos para la muestra, reportar el contenido de hierro en g/100 g de muestra. NOTA: Enjuagar cuidadosamente con agua bidestilada el material utilizado y evitar cualquier contaminación de la muestra con material del ambiente (gradillas, estantes metálicos, grifería, etc.). G. Cuantificación de Fósforo (método espectrofotométrico) 1. Fundamento del método. El método se basa en la medición espectrofotométrica de la absorbancia o porcentaje de tramitancia del color amarillo, obtenido por la formación de un complejo de fósforo y vanadomolibdato. El color es proporcional a la cantidad de fósforo presente en la solución de la muestra. 2. Reactivos. a.

Solución “patrón” de fósforo (499,99 μg/ml): 1,0984g de fosfato diácido de potasio (KH2PO4) + 5 ml de HCL + H2O cps 500 ml.

b.

Solución diluida de fósforo (19 μg/ml): 10 ml de la solución patrón de fósforo + H2O cps 250 ml.

c.

Solución vanadomolíbdica: 1,2 g monovanadato de amonio (NH4VO3) en aprox. 300 ml de agua destilada (80 – 90 °C). Enfriar y añadir poco a poco 170 ml de HNO 3 y 8,85 g de Molibdato de Amonio tetrahidratado (NH4+)6Mo7O24.4H2O. Aforar a 500 ml.

d.

HCl 0.2 N.


3. Procedimiento Precaución: Antes de comenzar a trabajar, todo el material de vidrio (balones, cubetas, embudos, pipetas) destinado al desarrollo de ésta experiencia deberá ser enjuagado muy bien, es decir, al menos tres (3) veces, con agua destilada, para evitar la contaminación de la muestra y de la curva patrón con el fósforo procedente de algunos detergentes (Hendricks, 1998. Mineral Analysis. Chapter 10. En: Introduction to the Chemical Analysis of foods. Editor S. Suzanne Nielsen. Aspen Publishers, Inc. Gaithersburg, Maryland. p. 151 y 160). Curva patrón: Tomar alícuotas de 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 ml de la solución diluida de trabajo y transferirlos a matraces aforados de 100 ml. Añadir 2,5 ml de HCl 0,2N, para obtener el pH adecuado para que ocurra la reacción, y 2,5 ml de la solución vanado molíbdica. Aforar con agua destilada, la concentración de cada una de las soluciones así preparada es respectivamente: 20, 40, 60, 80, 100, 120, 140, 160, 180, 200 μg/100 ml. Preparar un blanco de reactivos. Dejar reposar las soluciones por 10

minutos y leer la transmitancia o

absorbancia en el espectrofotómetro a 420 nm. Las soluciones son estables hasta por una hora. Elaborar el gráfico de Abs. Vs concentración en papel milimetrado o %T Vs concentración en papel semilog. Cuantificación del contenido de Fósforo en la muestra Obtener las cenizas de la muestra problema a 500 °C según la metodología descrita en la práctica N° 6 y la solución ácida de las mismas según la sección III E, transferir 2 ml de la solución ácida de cenizas a un matraz aforado de 100 ml. Añadir 2,5 ml de solución vanadomolíbdica. Aforar con agua destilada. Agitar y dejar en reposo a temperatura ambiente durante 10 minutos. Leer a 420 nm. 4. Cálculos Para obtener el contenido de fósforo/ml de solución de cenizas, interpolar el valor en la curva patrón el valor de Abs obtenido en el Universidad Central de Venezuela. Facultad de Ciencias. Escuela de Biología. Deparatmento de Tecnología de Alimentos. Actualizado por Myrna Medina. Caracas,Mayo 2015

espectrofotómetro para la solución de cenizas en la curva patrón de fósforo. Con este valor, calcular el contenido de fósforo en la muestra y reportarlo en % (base húmeda). Para expresarlo en P 2O5 multiplicar el porcentaje de fósforo por el factor: P2O5 2,29 = (

142 =

2P

) 62


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