Cuantificacion de Ca y P - 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
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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.
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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).
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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)
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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.
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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.
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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.
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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
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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
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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.
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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
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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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