Los análisis de carbohidratos, como el método de Fehling, ofrecen información importante sobre la presencia y cantidad de estos compuestos en las muestras, lo que permite una evaluación precisa de su composición.

La macromolécula más abundante que se encuentra en la naturaleza son los carbohidratos. Desempeña un papel esencial en la biología y la nutrición y es una de las principales fuentes de energía de los seres vivos. Para comprender su estructura, composición y función son necesarios análisis específicos de laboratorio. En este texto exploraremos la definición, composición, funciones y métodos para determinar los carbohidratos, centrándonos en el método Lane-Eynon.

¿QUÉ SON LOS CARBOHIDRATOS?

Los carbohidratos son biomoléculas que constituyen los seres vivos, así como los ácidos nucleicos, las proteínas y los lípidos. Se les conoce como hidratos de carbono, azúcares o glucídios, además de ser fuentes de energía, también son fundamentales en diversos procesos biológicos.

Están compuestos por átomos de carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O), en proporción 1:2:1, representados por la fórmula general CH₂O, su estructura química básica está formada por cadenas o anillos formados por unidades de monosacáridos, que son los componentes básicos de los carbohidratos. Algunos carbohidratos pueden tener otro tipo de átomos en sus moléculas, como ocurre con la quitina, que tiene átomos de nitrógeno.

Existen tres clases principales de carbohidratos, monosacáridos, disacáridos y polisacáridos, que se dividirán según la cantidad de átomos de carbono en sus moléculas. Veremos más detalles a continuación.

MONOSACÁRIDOS: LOS CARBOHIDRATOS SIMPLES

Los monosacáridos, o azúcares simples, son los carbohidratos más simples, de los que derivan todas las demás clases. Están formados por una única molécula de azúcar, de tres a siete átomos de carbono, generalmente en forma de cadena o anillo.

Figura 01. Monosacáridos tipo aldosa. Fuente: Rafael Salomão da Silva, 2022.

Los monosacáridos más comunes son la glucosa, la fructosa y la galactosa. La glucosa se caracteriza por ser la principal fuente de energía del cuerpo humano, se puede encontrar en una amplia variedad de alimentos, como cereales, verduras y frutas. La fructosa se encuentra en las frutas y la miel, y la galactosa no es tan común, estando presente en los productos lácteos y otros productos alimenticios.

Entre las funciones de los monosacáridos se encuentra la síntesis de otras sustancias, como ácidos nucleicos, glicoproteínas y glicolípidos, además de ser utilizados en la síntesis de glucógeno (almacenamiento de energía en animales) y almidón (almacenamiento de energía en plantas).

¿Y ha oído hablar de los disacáridos? Se diferencian porque están compuestos por dos moléculas de monosacáridos.

DISACÁRIDOS: ENLACE DE DOS MOLÉCULAS DE AZÚCAR

Los disacáridos son carbohidratos formados por la unión de dos monosacáridos, mediante un enlace glicosídico, que se produce durante el proceso de deshidratación, liberándose una molécula de agua.

La sacarosa es uno de los disacáridos más conocidos, presente en el azúcar de mesa, y está compuesta por una molécula de glucosa y una molécula de fructosa, y se encuentra en alimentos dulces, gaseosas, azúcar de caña y azúcar refinada. Son importantes fuentes rápidas de energía en la dieta humana, el cuerpo humano las metaboliza fácilmente y desempeñan varias funciones biológicas esenciales.

La lactosa es otro disacárido importante, que se encuentra en la leche y sus derivados, siendo la principal fuente de carbohidratos en la leche materna, está compuesta por una molécula de glucosa y una molécula de galactosa y requiere de la presencia de la enzima lactasa para ser digerida y absorbida por el organismo. . Las personas tienen intolerancia a la lactosa debido a la baja producción de lactasa.

Además de la sacarosa y la lactosa, existen otros disacáridos, como la maltosa, que está formada por dos moléculas de glucosa, y la trehalosa, que está formada por una molécula de glucosa y una molécula de fructosa. También son importantes fuentes de energía en la dieta humana y están presentes en cereales, tubérculos y algunas frutas.

Figura 02. Los principales polisacáridos: lactosa, sacarosa y maltosa. Fuente: Rafael Salomão da Silva, 2022.

POLISACÁRIDOS: CARBOHIDRATOS COMPLEJOS 

Los polisacáridos o glicanos son macromoléculas formadas por la unión de muchas unidades de monosacáridos, conectadas mediante enlaces glicosídicos, son carbohidratos complejos. Los polisacáridos más importantes son el almidón, el glucógeno y la celulosa.

El almidón está formado por moléculas de glucosa unidas entre sí y es uno de los polisacáridos más abundantes en la naturaleza, se encuentra en las plantas y actúa como reserva de energía. Cuando se consume aporta energía a los organismos porque en el proceso digestivo se descompone en moléculas de glucosa.

La celulosa es un componente estructural que se encuentra en las paredes celulares de las plantas, que proporciona rigidez y resistencia a las estructuras de las plantas, lo cual es crucial para mantener la estructura y el soporte de las plantas. Al igual que el almidón, también es un polímero de glucosa, pero con enlaces tipo b, que forman fibras insolubles en agua que no son digeridas por los humanos.

Otro polisacárido importante es el glucógeno, encargado de ser reserva de la célula animal, almacenado en el hígado y músculos y utilizado como fuente rápida de glucosa. Similar al almidón, pero con mayor número de enlaces. Los polisacáridos, en resumen, desempeñan varias funciones biológicas, desde el almacenamiento de energía, el soporte estructural y el suministro de sustratos metabólicos.

MÉTODOS DE ANÁLISIS DE LABORATORIO EN CARBOHIDRATOS

Existen varios métodos utilizados para analizar los carbohidratos (azúcares), entre los más comunes se encuentran la cromatografía, la espectroscopia y la titulación. Veamos a continuación:

CROMATOGRAFIA

La cromatografía es una técnica que separa los componentes de una mezcla en función de sus propiedades de interacción con una fase estacionaria y una fase móvil. En la cromatografía líquida de alta resolución (HPLC), la fase móvil (solvente líquido) se bombea a través de una columna, mientras que la fase estacionaria (resina porosa o partículas recubiertas) retiene los componentes de la muestra. A medida que la fase móvil fluye a través de la columna, los componentes quedan atrapados y separados por la fase estacionaria, lo que permite la detección.

Con la cromatografía de gases (GC), los carbohidratos se convierten en derivados volátiles antes del análisis. La muestra se inyecta en un inyector calentado, se vaporiza y se inyecta en la columna cromatográfica. Dentro de la columna, los componentes de la muestra se separan en función de sus interacciones con la fase estacionaria y posteriormente se detectan.

ESPECTROSCOPIA

La espectroscopia consiste en medir la interacción de la luz con la muestra, lo que permite cuantificar sustancias en función de la absorción o transmisión de luz en diferentes longitudes de onda. En el análisis de carbohidratos, este método aprovecha las propiedades específicas de absorción de luz de ciertos grupos funcionales que se encuentran en las moléculas.

Para el análisis, la muestra con carbohidratos debe prepararse y diluirse según la metodología elegida. Posteriormente, la muestra se mide en un espectrofotómetro a una serie de longitudes de onda específicas, la luz pasa a través de la muestra y el espectrofotómetro registra la cantidad de luz absorbida por los carbohidratos presentes. La absorbancia registrada se compara con una curva estándar construida previamente utilizando soluciones estándar de carbohidratos en concentraciones conocidas.

TITULACIÓN

La titulación es el método clásico que implica la adición gradual de un reactivo de concentración conocida a una muestra hasta que ocurre la reacción química específica. Estos métodos son esenciales para determinar la cantidad, composición y propiedades de los carbohidratos en una variedad de muestras, desde alimentos y bebidas hasta productos farmacéuticos y biomateriales. La elección del método más adecuado depende de las características específicas de la muestra y de los objetivos del análisis.

En la titulación redox utilizando un indicador colorimétrico, la muestra que contiene el carbohidrato de interés se agrega al reactivo mantenido en ebullición hasta que se produce un cambio de color, lo que indica el punto final de la reacción. Este método se utiliza a menudo para determinar los carbohidratos reductores, como la glucosa, utilizando soluciones de Fehling o Benedict.

A la hora de valorar azúcares reductores se suele utilizar el método de Lane-Eynon (Fehling); veremos más detalles de este método a continuación.

MÉTODO LANE-EYNON

El método Lane-Eynon, también conocido como método de Fehling, es una técnica analítica utilizada para determinar la presencia de azúcares reductores en una muestra determinada, y se utiliza en laboratorios de alimentos, bebidas y bioquímica.

Este método implica el uso de dos soluciones, llamadas solución A de Fehling y solución B de Fehling. La solución A es sulfato de cobre (II) en un medio ácido, mientras que la solución B es una solución alcalina de tartrato de potasio e hidróxido de sodio. Estas soluciones deben prepararse por separado y conservarse en frascos oscuros, ya que son sensibles a la luz.

Tradicionalmente, este análisis de titulación requiere el uso de un mechero Bunsen o una placa caliente, lo que hace que el procedimiento sea más lento, más peligroso y menos preciso, debido a la dificultad para estandarizar la temperatura.

La prueba de Fehling consiste en agregar a la muestra la solución A de Fehling y calentarla para oxidar el carbohidrato, reduciendo el ion cúprico, para formar óxido de cobre (I) insoluble, de color rojo o naranja. A continuación se añade solución B de Fehling, formando un complejo azul de ion cobre (II) y tartrato que indica la presencia de azúcares reductores. La intensidad del color está relacionada con la concentración de carbohidratos, lo que permite la determinación semicuantitativa de la concentración de carbohidratos.

Para comprobar la finalización del proceso se puede utilizar azul de metileno, cuya forma reducida es incolora. Sin embargo, es importante que el proceso no exceda los 3 minutos, ya que cualquier tiempo más allá de esto resultará en la descomposición de los azúcares y del propio azul de metileno, especialmente durante el calentamiento prolongado entre 105 y 110°C.

Para optimizar el procedimiento, Tecnal desarrolló el Determinador de Azúcar Reductor, modelos TE-0861 y TE-088, basado en el método Lane-Eynon. El uso de este equipo elimina la necesidad de accesorios adicionales, como un mechero Bunsen, lo que se traduce en una mayor seguridad a la hora de realizar los análisis, y el calentamiento con vapor facilita un intercambio de calor más uniforme.

El modelo TE-088 cuenta con un electrodo de platino, que reemplaza al azul de metileno para indicar el punto final de la titulación, esto garantiza la precisión del método, en comparación con el método tradicional, por lo que el punto de inflexión se puede visualizar mediante escala numérica, independientemente. sobre el cambio de color de la solución.

Para utilizar este equipo se requiere que el extracto esté listo para la titulación y para determinar los azúcares totales se debe realizar primero una hidrólisis ácida. Previamente se debe calentar el determinador de azúcar reductor, luego se agregan las soluciones de Fehling al tanque, completando con agua hasta cubrir el electrodo. Posteriormente se activa el potenciómetro, y cuando se completa la ebullición de las soluciones se debe iniciar la titulación de la muestra en la bureta.

Otros equipos que se pueden utilizar en este proceso: balanza de precisión, balanza analítica, desecador, destilador de agua, medidor de pH y baño maría.

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CONSIDERACIONES FINALES

A lo largo de este texto vimos la definición, funciones, tipos de carbohidratos y los métodos utilizados en su determinación. Métodos como la cromatografía, la espectroscopia, la titulación y el método Fehling (Lane-Eynon) son herramientas valiosas para la industria y la investigación, ya que permiten análisis precisos y confiables de carbohidratos en diversas muestras.

Por lo tanto, comprender las técnicas de análisis de laboratorio de carbohidratos es fundamental para garantizar la calidad y seguridad de los productos que consumimos y utilizamos en nuestra vida diaria y para las investigaciones en el área.

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