Come testare la presenza di zuccheri nel cibo

In questo articolo illustreremo un semplice test per gli zuccheri (detti anche “carboidrati semplici”) riducenti, che funziona per i monosaccaridi (glucosio, fruttosio, gliceraldeide e galattosio) e alcuni disaccaridi (lattosio e maltosio). La presenza di questi zuccheri riducenti può essere determinata usando la cosiddetta “soluzione di Benedict”. La soluzione di Benedict ha ioni rame (Cu2 +) che hanno un colore blu chiaro. Quando questa soluzione viene riscaldata in presenza di zuccheri riducenti, come ad es. il glucosio, gli ioni rame cambiano e si trasformano ovunque da un colore verde chiaro a ruggine marrone-arancio.

Il test di Benedict è un test chimico che permette di rivelare la presenza nel cibo di zuccheri riducenti (distinti da quelli non riducenti per la loro capacità di ridurre particolari reattivi in ambiente basico, come il liquido di Benedict): glucosio, fruttosio, lattosio, etc. Si noti che il saccarosio, il comune zucchero da tavola, è “non riducente”. Quest’ultimo può essere misurato negli alimenti con un altro metodo, illustrato nel mio articolo Come misurare lo zucchero con un rifrattometro, che puoi trovare qui.

Alcuni zuccheri, come ad es. il glucosio, sono chiamati zuccheri riducenti perché sono in grado di trasferire idrogeni (elettroni) ad altri composti, un processo chiamato riduzione. Quando gli zuccheri riducenti vengono miscelati con il reagente di Benedict e sono opportunamente riscaldati, una reazione di riduzione fa cambiare colore al reagente di Benedict. Il colore varia dal verde al rosso scuro (mattone) o marrone ruggine, a seconda della quantità e del tipo di zucchero.

Il test di Benedict risulta positivo con uno zucchero riducente come il glucosio (al centro) ma negativo con uno zucchero non riducente come il saccarosio (a destra).

Gli zuccheri semplici si dividono in monosaccaridi e polisaccaridi. I monosaccaridi sono composti formati da idrogeno, carbonio e ossigeno e sono la principale fonte di energia per gli organismi. Dall’unione di più monosaccaridi nascono i polisaccaridi. Dall’unione di due monosaccaridi, con l’eliminazione di una molecola d’acqua, si ottiene un disaccaride. Ad esempio il saccarosio (il comune zucchero usato in cucina) è un disaccaride in quanto è generato dall’unione di glucosio e saccarosio.

I carboidrati, detti anche glucidi, sono una classe di composti organici contenenti idrogeno e ossigeno. I carboidrati più semplici sono gli zuccheri. I carboidrati complessi, invece, sono i polisaccaridi: amido, glicogeno e cellulosa. L’amido può essere rilevato usando il test dello iodio, che abbiamo illustrato nell’articolo Come fare il test dell’amido con lo iodio, che trovi qui. Avendo un alto peso molecolare, lo iodio si attacca alla struttura elicoidale degli amidi producendo un precipitato blu-nero.

Come risulta il test di Benedict per i cibi comuni? La frutta contiene elevate quantità di fruttosio monosaccaridico, quindi si tradurrà in un test positivo di Benedict. La marmellata contiene frutta che contiene del fruttosio, ma contiene anche grandi quantità di zucchero da tavola aggiunto, saccarosio, che è un disaccaride che non risulta in un test positivo di Benedict. La marmellata si tradurrà in un test positivo di Benedict, ma solo a causa degli zuccheri presenti nel frutto, non del saccarosio aggiunto.

Alcuni alimenti ricchi di zuccheri.

Il pane spesso produrrà un test di Benedict positivo, ma i risultati variano a seconda che si tratti di pane bianco o integrale o di altri ingredienti. La maggior parte dei carboidrati nel pane sono sotto forma di amido, che non produce un test di Benedict positivo, ma alcuni di questi amidi possono essere scomposti durante il bagno di acqua calda, che può quindi produrre un test positivo. Lo stesso vale per la pasta. Il caffè da solo non contiene zucchero e quindi si tradurrà in un test negativo di Benedict.

Principio del test di Benedict

Il gruppo funzionale aldeide è l’agente riducente nel ridurre gli zuccheri. Gli zuccheri riducenti hanno un gruppo funzionale aldeidico o un gruppo chetonico – in una forma a catena aperta – che può essere convertito in aldeide. Gli zuccheri riducenti sono zuccheri semplici e comprendono tutti i monosaccaridi e la maggior parte dei disaccaridi. Alcuni esempi di monosaccaridi sono il glucosio, il fruttosio ed il galattosio. Esempi di disaccaridi riducenti sono il lattosio e il maltosio.

Il cosiddetto “test di Benedict” è un test chimico che può essere utilizzato per verificare la presenza di zuccheri riducenti in un determinato analita. Pertanto, con questo test è possibile identificare carboidrati semplici contenenti un chetone libero o un gruppo funzionale aldeidico. Il test si basa sul reagente di Benedict (noto anche come soluzione di Benedict), che è una miscela complessa di citrato di sodio, carbonato di sodio e pentaidrato di solfato di rame (II).

Se esposte a zuccheri riducenti (che sono zuccheri solubili in acqua), le reazioni subite dal reagente di Benedict provocano la formazione di un precipitato di colore rosso mattone (o altro colore intermedio), che indica un test di Benedict positivo. Infatti, i gruppi funzionali chetonici o aldeidici liberi riducono il CuSO4, un componente di Benedict, determinando un cambiamento di colore nella soluzione di Benedict da un colore turchese a un colore mattone o marrone ruggine.

I cambiamenti nel colore del reagente di Benedict (dal blu chiaro al rosso mattone) innescati dall’esposizione alla riduzione degli zuccheri.

Si può notare che il test di Benedict può anche essere usato per verificare la presenza di glucosio in un campione di urina. Dato che questo test rileva eventuali aldeidi e α-idrossi chetoni e il glucosio è un aldosio la cui catena aperta forma un gruppo di aldeidi, il test produce un risultato positivo quando il glucosio è presente nell’analita. Tuttavia, una reazione positiva può essere data anche dalla presenza di acido ascorbico, acido omogentisico e altre sostanze riducenti nelle urine. Pertanto, un test di Benedict positivo non implica necessariamente che il soggetto del test sia diabetico.

Quando uno zucchero riducente viene sottoposto a calore in presenza di un alcale (cioè di un idrossido di un metallo alcalino), viene convertito in un enediolo, che è un agente riducente relativamente potente. Pertanto, quando si riducono gli zuccheri nell’analita, gli ioni rameici (Cu2 +) presenti nel reagente di Benedict vengono ridotti a ioni cuprosi (Cu +). Questi ioni cuprosi formano ossido di rame (I) con la miscela di reazione e precipitano come un composto di colore rosso mattone.

Un’illustrazione che descrive in dettaglio la reazione tra un aldoso (un monosaccaride contenente nella molecola un gruppo aldeidico) e il reagente di Benedict che provoca la formazione di ossido rameoso. Se gli ioni rame (II) vengono ridotti a ioni rame (I) nel test di Benedict, si forma un precipitato rosso mattone di Cu2O.

Il ruolo del carbonato di sodio nella soluzione di Benedict è l’alcalinizzazione. Il carbonato di sodio fornisce le condizioni alcaline necessarie per la reazione redox sopra illustrata. Diverso è il ruolo del citrato di sodio nella soluzione di Benedict, che è la stabilizzazione. Il citrato di sodio si complessa con gli ioni rame (II) in modo tale da non deteriorarsi in ioni rame (I) durante la conservazione.

Come eseguire il test di Benedict

Ecco il materiale necessario per effettuare il test di Benedict:

  • Provette
  • Portaprovette
  • Becher
  • Treppiede con garza metallica
  • Bruciatore Bunsen
  • Contagocce
  • Acqua
  • Il reagente di Benedict
  • Alimenti da testare, ad es. glucosio, 7up, etc.

Schema del test di Benedict per gli zuccheri riducenti.

Se non volete acquistare il reagente di Benedict, un litro di reagente di Benedict può essere preparato miscelando 17,3 grammi di solfato di rame pentaidrato (CuSO4.5H2O), 100 grammi di carbonato di sodio (Na2CO3) e 173 grammi di citrato di sodio in acqua distillata. Qui, il solfato di rame (II) funge da fonte di ioni Cu2 +, il carbonato di sodio fornisce un mezzo alcalino e il citrato di sodio forma complessi con gli ioni Cu2 +. L’acqua distillata viene utilizzata come solvente.

Per testare cibi solidi, schiacciarli, aggiungere acqua e mescolare per sciogliere lo zucchero riducente. Filtra o decanta la soluzione, che sottoporrai al test. Il test di Benedict per gli zuccheri riducenti è semplice. Un millilitro del campione di analita deve essere miscelato con 2 millilitri di reagente di Benedict e riscaldato in un bagno di acqua bollente a circa 95 °C per 3-5 minuti. Lo sviluppo di un precipitato colorato di color rosso mattone di ossido rameoso conferma la presenza di zuccheri riducenti nell’analita.

Figura per l’interpretazione dei risultati del test di Benedict. Il numero esprime la concentrazione di zucchero riducente.

Più aumenta la concentrazione di riducente dello zucchero, più il colore finale è vicino al rosso mattone e maggiore è la formazione del precipitato. Per preparare un controllo, ripeti i passaggi sopra illustrati usando acqua distillata invece della soluzione campione. La purezza del reagente di Benedict può essere verificata preliminarmente al test riscaldandolo in una provetta: nessun cambiamento nel colore blu della soluzione durante il riscaldamento implica che il reagente è puro.

Il test di Benedict può essere qualitativo o quantitativo. Il test qualitativo produce un cambiamento di colore dal blu al verde al giallo all’arancione al rosso mattone. Il test qualitativo è anche considerato semiquantitativo, in quanto il colore ottenuto è correlato alla concentrazione di zuccheri riducenti nella soluzione. Ciò consente una stima approssimativa della quantità di riduzione dello zucchero presente. Il test di Benedict qualitativo è stato illustrato in precedenza.

I vari possibili risultati del test di Benedict.

Il test di Benedict quantitativo prevede l’uso di ticianato di potassio e la produzione di tiocianato di rame come precipitato bianco o verde pallido. Questo precipitato può quindi essere titolato. Ricordo che la titolazione, in chimica, è il procedimento mediante il quale si determina la quantità di una sostanza A presente in soluzione mediante aggiunta di una soluzione “titolata” (cioè a concentrazione nota) di un reattivo B fino al completamento della reazione (punto di equivalenza).

Un’alternativa: il test di Fehling

Il test di Fehling per lo zucchero non riducente è una possibile alternativa al test di Benedict, in quanto può essere usato anche per gli zuccheri riducenti. Tuttavia è meno popolare in quanto meno sensibile e richiede che i reagenti – le soluzioni A e B di Fehling – siano tenuti separati fino all’esecuzione dell’esperimento. Il test di Fehling può essere utilizzato come test generico per monosaccaridi, ma può essere anche utilizzato per lo screening del glucosio nelle urine, rilevando così il diabete.

La reazione coinvolta nel test di Fehling.

Il test di Fehling è uno dei test sensibili per il rilevamento di zuccheri riducenti. I reagenti di Fehling comprendono due soluzioni: la soluzione A di Fehling e la soluzione B. La soluzione A di Fehling è solfato di rame acquoso e la soluzione B di Fehling è tartarato alcalino di sodio e potassio (sale di Rochelle). I sali di Rochelle (tartarato di sodio e potassio) presenti nel reagente agiscono come agenti chelanti in questa reazione. Queste due soluzioni vengono miscelate in uguale quantità prima del test.

Ecco l’occorrente per eseguire il test di Fehling:

  • Soluzione/i in esame (ad es. glucosio, saccarosio, fruttosio, lattosio, amido)
  • Il reagente di Fehling (soluzione A: CuSO4.5H2O)
  • Reagente di Fehling (soluzione B: tartrato di sodio e potassio)
  • Bagno d’acqua
  • Pipette
  • Provette

Ecco la procedura per eseguire il test di Fehling:

  • Preleva 1 ml di campione in provetta asciutta.
  • Prendi 1 ml di acqua distillata in un’altra provetta come controllo.
  • Aggiungi 1 ml di reagente di Fehling (A e B) a tutte le provette.
  • Conservare in bagnomaria bollente.
  • Cerca lo sviluppo del precipitato rosso.

Un test di Fehling blu, cioè negativo (ciò accade, ad esempio, per il lattosio), o bruno rossastro, cioè positivo (ciò accade, ad esempio, per il glucosio, il fruttosio e il saccarosio).

Interpretazione dei risultati: Test di Fehling positivo: precipitato di colore bruno rossastro (glucosio, fruttosio, lattosio, che sono tutti riducenti). Test di Fehling negativo: nessun precipitato rosso (saccarosio, amido, che sono non riducenti).