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Determinazione degli zuccheri

La determinazione degli zuccheri residui nei vini e nei mosti è un parametro importante, in quanto permette di verificare la correttezza della fermentazione alcolica, di conoscere la gradazione alcolica potenziale e calcolare la gradazione alcolica complessiva, che devono necessariamente corrispondere ad esigenze legali e tecnologiche, dato che la quantità di zuccheri riducenti che rimane nel vino dopo la fermentazione avrà una netta influenza sull'evoluzione e la qualità del prodotto finito. La determinazione degli zuccheri, quali glucosio e fruttosio contenuti nel mosto d'uva può essere svolta con metodi fisici (densimetri o rifrattometri) o metodi chimici (Fehling, Rebelein). La ricerca degli zuccheri riduttori nei vini durante la fermentazione viene svolta con metodi chimici, in quanto la formazione di alcol interferisce sulla densità e sull'indice di rifrazione.

Espressione del parametro
La quantità di zuccheri riduttori viene espressa in g/L di zucchero invertito (C6H12O6).
I vini si definiscono "secchi" quando il loro contenuto in zuccheri è inferiore a 2 g/l, in quanto fino a tale valore gli zuccheri non sono rilevabili al gusto. I vini si definiscono "abboccati" se contengono dai 10 ai 20 g/l di zuccheri, "amabili" se contengono dai 20 ai 30 g/l di zuccheri e infine si definiscono "dolci" se contengono più di 30 g/l di zuccheri.

Determinazione degli zuccheri nei vini per via densimetrica
Questo metodo si basa sull'analisi della densità del mosto, da cui, tramite lo strumento utilizzato, si risale al contenuto zuccherino. Il metodo ufficiale della misurazione della densità prevede l'utilizzo del picnometro; si utilizzano comunemente densimetri, strumenti basati sul principio di Archimede. Dopo aver riempito un cilindro con il mosto da analizzare (mosto limpido; se torbido, va filtrato o decantato), vi si immerge delicatamente il densimetro, badando di non far aderire lo strumento alle pareti. Quando il densimetro galleggia, senza più oscillare, si legge la graduazione sull'asta al livello di affioramento e la temperatura segnata sul termometro.
Esistono vari tipi di densimetri:

Mostimetro Oechslè (Oe.): graduato con valori da 50 a 130, ovvero sono le prime tre cifre decimali della densità relativa 15/15 con divisioni in unità o mezza unità;

Saccarometri di Balling o di Brix: sono aerometri graduati 0:10, 10:20, ..., con divisioni 1/10, corrispondenti ai chilogrammi di saccarosio per quintale di soluzione. Le scale dei due aerometri sono oggi le stesse: il Balling è generalmente tarato per densità 17,5/17,5 e il Brix per densità 20/20;

Mostimetro Babo o mostimetro di Klosterneuburg: scala 0:34 con divisioni 1/5. Realizzato da Babo per indicare meglio del saccarometro di Balling i chilogrammi di zucchero presenti in un quintale di mosto, sulla base: Babo = 17/20 Balling. Oggi è più frequentemente tarato per densità 17,5/17,5 che per densità 15/15;

Mostimetro di Guyot: scala 0:38 con divisioni 1/5 corrispondente ai chilogrammi di saccarosio presenti in 1 ettolitro di soluzione; per conoscere il valore in zucchero kg/hl dei mosti, l'autore consiglia di togliere 1/10 - 1/12 del valore letto per tenere conto del non zucchero. E' tarato per densità 15/15;

Aerometro Baumè: scala 0:66, con divisioni 1/10, possibili essendo la scala riportata su vari pezzi con non più di 10 unità per pezzo. Lo zero corrispondente a densità 15/15 = 1 e il 66 a densità 15/15 = 1,8427 quella dell'acido solforico puro.

Determinazione degli zuccheri per rifrattometria
I rifrattometri sono degli strumenti per la misurazione degli zuccheri, basati sulla misurazione del angolo di rifrazione formato dal raggio di luce che attraversa una soluzione. Questi strumenti e in particolare quelli tascabili sono molto impiegati nella valutazione rapida del contenuto zuccherino dei mosti e anche delle uve nei periodi prossimi alla vendemmia: ciò è dovuto alla loro comodità di impiego e di lettura, nonchè alla minima influenza esercitata dalle sostanze estrattive non zuccherine sulla rifrazione. I rifrattometri sono normalmente provvisti della scala Brix (0-35) oppure della scala Babo (corrisponde ai 17/20 della scala Brix).

Rifrattometri tascabili (fonte: img.directindustry.it)

Determinazione degli zuccheri nei vini per via chimica
Il metodo più diffuso per la determinazione degli zuccheri per via chimica è quello volumetrico. Esso consiste nel misurare il volume di soluzione zuccherina necessario per la completa riduzione di un certo volume di reattivo (soluzione cupro-alcalina o reattivo di Fehling), impiegando come indicatore il blu dimetilene. Questo è il metodo ufficiale Italiano che differisce da quello ufficiale C.E.E. (che prevede un dosaggio iodometrico) e offre una rapidità e semplicità delle operazioni nonché una buona riproducibilità e precisione dei risultati. L'impiego delle soluzioni rameiche permette di riconoscere gli zuccheri aventi libera una funzione aldeidica o chetonica: è, infatti,' il gruppo carbonile (= CO) presente nei gruppi aldeidici o chetonici degli zuccheri che, a caldo e in soluzione alcalina, riduce il sale rameico, facendo precipitare il caratteristico ossidulo di rame, rosso, mentre gli zuccheri si ossidano ad acidi a minor numero di atomi di carbonio, anidride carbonica e acqua. In pratica avviene una reazione di ossido-riduzione, in cui il sale rameico, l'agente ossidante, si riduce reagendo con gli zuccheri riducenti, con il rame che precipita sotto forma di ossido rameoso.
Si procede inizialmente determinando il probabile contenuto zuccherino del vino, mediante metodo densimetrico; si effettuano quindi delle diluizioni tali da portare, in funzione del contenuto zuccherino indicativamente rilevato in precedenza, la concentrazione zuccherina ad un valore compreso tra 0,5 e 1%. Successivamente si opera la defecazione insieme alla filtrazione del prodotto e si prepara il reattivo di Fehling.
Il reattivo di Fehling si compone di 2 soluzioni:

soluzione A: contenente per litro 69,278 g di CuSO4 x 5 H2O;

soluzione B: contiene per litro 346 g di tartrato sodico - potassico (sale di Seignette) e 100 g di idrossido di sodio.

Le due soluzioni vanno conservate separatamente e mescolate solo al momento dell'uso, al fine di evitare una autoriduzione del reattivo. La mescolanza si esegue nelle seguenti proporzioni: 5 ml della soluzione A, 5 ml della soluzione B e 40 ml di acqua distillata. I vini sui quali si sono effettuate 2 diluizioni si titolano su 10 ml di Fehling (cioè 5 ml. di soluzione A e 5 ml di soluzione B); tutti gli altri su 25 ml di Fehling (cioè 12.5 ml di sol. A e 12.5 ml di sol. B).
Al liquido di Fehling, posto in beuta e portato all'ebollizione, si aggiunge un volume di soluzione zuccherina (il mosto o il vino) sino a che la soluzione diventa di colore rosso mattone; si aggiungono successivamente 2 gocce di indicatore blu di metilene, in modo che la soluzione ridiventi di colore blu. Si lascia bollire ancora per alcuni secondi e si prosegue la titolazione versando, goccia a goccia, la soluzione zuccherina fino a quando si raggiunge nuovamente una colorazione rosso-mattone. L'operazione deve essere svolta nel tempo massimo di 3 minuti.

La quantità di zuccheri viene stabilita con la seguente formula:
(0,0515 x 1000 x numero di diluizioni) / ml di mosto usato
dove 0,0515 indica i grammi di zucchero ridotto da 10 ml di reattivo di Fehling.

Bibliografia
Davanzo P., "Appunti di enologia", Sesta Edizione (disponibile on-line in pdf)

Sitografia
www.emattei-urbino.it
www.smauro.it
www.chimica-cannizzaro.it
www.isii.it
www.federica.unina.it
www.matteocattadori.it
www.enotre.com
www.vinicoltura.it
www.gallini.org
www.enocentro.it
www.itspoleto.gov.it

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La determinazione degli zuccheri residui nei vini e nei mosti è un parametro importante, in quanto permette di verificare la correttezza della fermentazione alcolica, di conoscere la gradazione alcolica potenziale e calcolare la gradazione alcolica complessiva, che devono necessariamente corrispondere ad esigenze legali e tecnologiche, dato che la quantità di zuccheri riducenti che rimane nel vino dopo la fermentazione avrà una netta influenza sull'evoluzione e la qualità del prodotto finito.

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determinazione quantitativa  metodo Feeling

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ANALISI DEGLI ZUCCHERI RIDUCENTI
(METODO DI FEHLING)

introduzione
Parliamo della determinazione degli zuccheri riducenti messa a punto da Hermann von Fehling (1812-1885) nel 1848, all'epoca docente di chimica a Stoccarda.
Si pu analizzare da un punto di vista qualitativo come test per la presenza di zuccheri riducenti, sia da un punto di vista quantitativo, con un metodo volumetrico (titolazione con buretta) o gravimetrico (determinazione della massa di Cu ₂O svuiluppata nella reazione di Fehling).
Altri metodi per determinare gli zuccheri sono il metodo densimetrico (con misure di densit), il metodo rifrattometrico (utilizza il rifrattometro di Abbe, strumento facile, rapido e veloce per avere un primo indice dello zucchero presente) e il metodo polarimetrico (utilizza un polarimetro).
Ma la metodica ufficiale il metodo che andiamo a descrivere di analisi volumetrica con il metodo di Fehling.
Analisi qualitativa
Molti alimenti, di origine sia vegetale che animale, contengono zuccheri riducenti, semplici o complessi: tra questi possiamo citare la frutta, il miele, il latte.
La presenza di zuccheri riducenti negli alimenti pu essere facilmente dimostrata ricorrendo alla reazione di Fehling, per questo scopo occorre innanzitutto preparare i due reattivi chiamati Fehling A e Fehling B.
Le due soluzioni vanno conservate separatamente, al momento dell'uso si mescolano in parti uguali nella quantit necessaria per l'esperienza, la miscela delle due soluzioni, che ha un colore blu intenso, deve essere utilizzata entro non pi di 20-30 minuti dalla preparazione.
Per effettuare la prova qualitativa si pone in una provetta 1 mL del liquido in cui si vuol evidenziare la presenza di zuccheri e si aggiungono 2 mL della miscela preparata.
Si scalda il tutto alla fiamma per alcuni secondi.
In presenza di zuccheri il liquido acquister una colorazione variabile tra il giallo-uovo, l'arancio ed il rosso mattone, lasciando a riposo la provetta per un po' di tempo il colore si depositer sul fondo sotto forma di un precipitato insolubile di composti di rame.

Per poter apprezzare meglio l'effetto opportuno che il liquido su cui si effettua il test sia limpido, nel caso di succo di frutta contenente particelle solide in sospensione meglio effettuare la filtrazione prima di effettuare la ricerca. Se si vuole evidenziare la presenza di zucchero (lattosio) nel latte bene aggiungere a 10 mL di latte tre o quattro gocce d'aceto per far precipitare le proteine, filtrare il tutto ed utilizzare la soluzione limpida cos ottenuta.
Nel caso la quantit di zuccheri presente nel campione fosse bassa il colore può diventare, invece che giallo o rosso, di un verde torbido.

Scopo
Si parla di determinazione della quantit di zuccheri riducenti, ovvero in termini di reazioni di ossidoriduzione solo quegli zuccheri che avendo un gruppo aldeidico (chetonico) libero sono in grado di ossidarsi (ad acido carbossilico) secondo la reazione seguente:

Il saccarosio quindi non rilevato dal metodo di Fehling poich un disaccaride dove on sono presenti gruppi organici aldeidici o chetonici liberi, non quindi tal quale di ossidare lo ione rameico Cu⁺⁺ presente nel reattivo di Fehling A.

Sostanze
Oltre alle comuni sostanze di acqua distillata, blu di metilene (soluzione acquosa all'1 %) bisogna avere a disposizione o preparare i due reattivi:
Reattivo di Fehling A: in pallone tarato da 1000 mL si sciolgono 69,278 g di solfato rameico pentaidrato (CuSO ₄ * 5 H ₂O questo un sale di colore blu, facilmente reperibile in quanto molto usato in agricoltura e giardinaggio) con acqua distillata o deionizzata e si porta a volume.
Reattivo di Fehling B: in pallone tarato da 1000 mL si sciolgono 346 g di sale di Seignette (tartrato doppio di sodio e potassio, reperibile in farmacia) e 100 g di idrossido di sodio (NaOH) in acqua distillata o deionizzata; a soluzione avvenuta si porta a volume.

Attrezzatura
Becco Bunsen o meglio piastra riscaldante
Beuta da 250 mL
Buretta da 50 mL
Cilindro graduato da 50 mL
Matraccio tarato da 100 mL
Palline di vetro (o pietra pomice)

Procedimento
Si prepara a parte un volume (soluzione eventualmente diluita) del campione da analizzare che deve essere esente da torbidit. Generalmente si prendono 25 mL del campione e si diluiscono in un matraccio tarato a 100 mL.
In una beuta da 250 mL si pongono nell'ordine 5 mL di sluzione di Fehling A; 5 mL di soluzione di Fehling B e 40 mL di acqua distillata. Si aggiungono inoltre 5-8 palline di vetro (o pietra pomice) per regolare l'ebollizione cos da evitare pericolosi schizzi nella parte successiva del procedimento.
Si porta all'ebollizione il contenuto della beuta e da una buretta graduata si fa scendere la soluzione in esame.
Si prosegue nell'aggiunta della soluzione zuccherina fino a che il liquido, possibilmente sempre in ebollizione perda progressivamente il colore blu. Infatti l'ossido rameoso (di colore rosso) a mano a mano che si forma precipita, e di conseguenza la soluzione sovrastante si decolora progressivamente. A questo punto, si aggiungono due gocce di una soluzione di blu di metilene all'1%, e si fa bollire per un minuto. Trascorso questo tempo, sempre mantenendo il liquido in ebollizione, si fa cadere goccia a goccia, altra soluzione zuccherina dalla buretta fino a scomparsa della colorazione azzurra del blu di metilene. Infatti questo indicatore viene ridotto e decolorato dagli zuccheri riducenti quando tutto il rame precipitato.

Osservazioni
La prova tanto migliore quanto pi risulta rapida, l'uso del blu di metilene non obbligatorio ma molto difficile distinguere il punto di fine titolazione solo utilizzando la colorazione azzurrina del rame rameico.
Si consglia inoltre di utilizzare solo una goccia di blu di metilene per evitare di avere un eccesso di colore blu, il viraggio dovrebbe essere sufficientemente chiaro per tutti gli occhi. Si consiglia inoltre di utilizzare un cartoncino o un foglietto di carta cos da coprire la beuta nel corso della titolazione cos da evitare che l'ossigeno dell'aria, entrando nel sistema, reagista nuovamente con il blu di metilene ridotto (incolore) riossidandolo (alla forma blu) che come si intuisce crea un errore casuale in eccesso sul valore reale della titolazione.
Terminata la titolazione l'ossigeno dell'aria se entra nel sistema lo ricolora a blu in base a quanto appena descritto, quindi non preoccuparsi e rimanere tranquilli sul proprio risultato.

Il metodo risulta valido solo se la titolazione rapida (3 minuti) e la concentrazione in zuccheri del campione compreso tra lo 0,5 e l'1%.

Calcoli
La stechiometria della reazione non esatta per cui i calcoli derivano pi dalla tecnica sperimentale che dai calcoli teorici.
La formula da apllicarsi risulta la seguente:

g/L di monosaccaride (tipicamente glucosio) = 0,05154 * 1000 * diluizione / mL titolante

dove 0,05154 g esprime i grammi zuccheri ridotti da 5 mL di Fehling A.

In effetti a rigor di logica, 5 mL di Fehling A contengono 69,278 * 5 / 1000 = 0,34639 g di solfato rameico pentaidrato (PM=249,6783) corrispondenti a 0.34639 / 249,6783 = 0.0013873 mol di Cu⁺⁺. Questi reagiscono teoricamente con 0,0013873 / 2 = 0,00069365 mol di monosaccaride.
Se consideraimo quale monosaccarde il glucosio (C ₆H ₁₂O ₆ PM=180,15894) troviamo 0,00069365 * 180,15894 = 0,1249713 g di glucosio e non 0,05154 !
Se consderiamo che ogni monosaccaride si divida in due triosi durante la reazione quindi C ₆ H ₁₂O ₆ = 2 C ₃H ₆O ₃ (vedi oltre negli approfondimenti) abbiamo allora la reazione seguente:
C ₃H ₆O ₃ + 2 Cu⁺⁺ + 4 OH⁻ C ₃H ₆O ₄ + Cu ₂O + 2 H ₂O
che porta come conseguenza il dimezzamento dei grammi di zucchero prima calcolati 0,1249713 / 2 = 0,0624857 g, valore gi pi vicino a quello sperimentale... di 0,05154.

Risultati
Nelle prove da noi condotte a scuola, con tutte le incertezze del caso, considerato che non si esegue in maniera quantitativa ma spesso solo qualitativa, abbiamo trovato i seguenti risultati.

Soluzione di D-glucosio al 0,6% = 6 g/L
diluita di quattro volte
1 titolazione = 39 mL
titolo calcolato = 0,05154 * 1000 * 4 / 39 = 5,29 g/L

2 titolazione = 36 mL
titolo calcolato = 0,05154 * 1000 * 4 / 36 = 5,73 g/L

Soluzione di D-glucosio al 1,6% = 16 g/L
diluita di quattro volte
1 titolazione = 17,1 mL
titolo calcolato = 0,05154 * 1000 * 4 / 17,1 = 12,1 g/L

2 titolazione = 18,0 mL
titolo calcolato = 0,05154 * 1000 * 4 / 18,0 = 11,5 g/L

metodo gravimetrico
Dalle ultime DUE titolazioni abbiamo precipitato e successivamente isolato per filtrazione, come precedentemente esplicitato nei calcoli, circa 0,0012873 mol di ossido rameoso (Cu ₂O PM 143,0794 pari a 0,20 g).
Corrispondenti secondo la procedura classica di Fehling a quindi 0,05154 * 2 = 0,10308 g di glucosio, misura in difetto rispetto a quella prevista poich svolgendo i calcoli si ha una quantit di glucosio nettamente superiore:
(16 / 4) / 1000 * 35 = 0,14 g di glucosio !

Conclusioni
Il saggio di Fehling corretto se svolto su vini e mosti, per cui le conclusioni che seguono valgono limitatamente alle soluzioni acquose (pure) di D-glucosio.
(1) Abbiamo svolto il saggio di Fehling su due soluzioni di D-glucosio ottenendo dei dati sperimentali adeguati o compatibili con la soluzione (dal titolo noto) che volevamo verificare, comunque l'imprecisione dei dati sperimentali abbastanza evidente ± 1 g/L !
(2) Nell'analisi gravimetrica dobbiamo invece considerare quale parametro di conversione non 0,05154 g ma un numero maggiore vicino allo "stechiometrico" 0,0624857 g.
Considerando infatti di essere andati un po' oltre nelle DUE titolazioni (errore sistematico in eccesso) a 35,1 mL (= 17,1 mL + 18,0 mL) della soluzione diluita allo 0,4% corrispondevano 140 mg di glucosio.
Approfondimenti
Il glucosio ovviamente risulta uno zucchero riducente, e reagisce infatti con il reattivo di Fehling formando un precipitato arancio o rossiccio. IL reattivo di Fehling inversamente in grado di reagire con la maggior parte delle molecole che contengono gruppi aldeidici (R-CHO) in base alla reazione esposta precedentemente. Il D-fruttosio non un aldozucchero ma un chetozucchero che per in ambiente basico in grado di isomerizzarsi a D-glucosio e D-mannosio. La reazione di isomerizzazione pu avvenire tramite un intermedio enolico come illustrato dalle seguenti formule:

Un'altra ipotesi prevede invece che il D-fruttosio in mabiente alcalino possa scomporsi nei due composti tricarboniosi D-gliceraldeide e diidrossiacetone, similmente a quanto avviene nella glicolisi. Entrambi con la capacit di ridurre il rame Cu⁺⁺.

Da sottolineare inoltre il fatto che il test di Fehling risulta selettivo poich sfrutta le deboli capacit ossidanti dei gruppi aldeidici in ambiente basico. Lo ione rameico non normalemnte stabile in ambinete basico poich tende a precipitare come idrossido rameico:
Cu⁺⁺ + 2 OH⁻ Cu(OH) ₂
E qui sta la grande capacit di von Fehling che riusc a pensare al tartrato quale agente complessante (all'epoca si stava infatti scoprendo il grande campo dei composti complessi). Il D-tartrato non in grado di complessare lo ione rameoso Cu⁺ cos che esso precipita come ossido (l'idrossido rameoso non infatti stabile). La struttura del D-tartrato rameico risulta esssere la seguente:

Per ulteriori informazioni consultare
tutti i testi di chimica generale e di chimica-fisica
http://en.wikipedia.org/wiki/Hermann_von_Fehling
http://it.wikipedia.org/wiki/Reattivo_di_Fehling
http://it.wikipedia.org/wiki/Hermann_von_Fehling
http://madscientist.altervista.org/chimica/esperimenti/riczucc/fehl.htm

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ANALISI DEGLI ZUCCHERI RIDUCENTI(METODO DI FEHLING) introduzione Parliamo della determinazione degli zuccheri riducenti messa a punto da Hermann von Fehling (1812-1885) nel 1848, all'epoca docente di chimica a Stoccarda.