• Categories
• Zeolita
• Leche
• Filtración
• Química
• Ciencias físicas

Citation preview

Laboratorio de Química II

Trabajo práctico n°3 Aislamiento de la caseína, lactosa y grasa de la leche

Integrantes: ● Teper Marinelli, Lautaro ● Krum, Leon Franco ● Mesiano, Ian

Fecha de realización: 3-10/10/2018 Fecha de entrega: 17/10/2018

1.- Objetivos Aislamiento de caseína, lactosa y la grasa de la leche.

2.- Consideraciones Teórico Experimentales La leche es un alimento básico y forma parte de la alimentación humana en la mayoría de culturas. Las propiedades de la leche son muy conocidas: tiene calcio que permite fortalecer nuestros huesos, un porcentaje de grasa necesario para nuestro organismo, sirve para alimentar a los lactantes, tiene hierro y proteínas que ayudan a nuestro metabolismo y posee vitaminas del grupo B, C y A. Estas propiedades son esenciales y debido a ello la leche se emplea de varios modos: en forma de yogur o de kéfir, combinándola con el café o el té, transformándola en queso mediante un proceso de fermentación o en los distintos productos lácteos que consumimos. 2.1.- A la hora de la separar la caseína: Una vez que tenemos la leche caliente;el agregado de ácido tiene que ser lento y con agitación para que precipite la caseína. Una vez que esta decanta se la filtra sobre gasas, para luego escurrirla lo más posible y quede con el menor contenido de agua 2.2.- A la hora de separar la lactosa: El filtrado sin la caseína, es llevado a pH más altos, agregando carbonato de calcio, para así precipitar las albúminas presentes en la leche. Esta solución con el precipitado tiene un color blanquecino; una vez filtrado obtenemos una solución incolora, la cual se concentra por evaporación del líquido. Luego esta solución concentrada de lactosa es mezclado con alcohol etílico 95% y carbón activado. Esto se realiza para eliminar el agua de la solución de lactosa debido a que esta sustancia precipita en la solución alcohólica. Para separar la solución de alcohol y lactosa; se procede a filtrar al vacío con lecho filtrante de Celite; esto se hace para evitar tener partículas de Carbón y activado en el filtrado. Se deja cristalizar la lactosa en un ambiente oscuro y seco; y una vez terminada la cristalización; la cual ocurre sobre las paredes del recipiente, volcar el alcohol y dejar secar. 2.3.- A la hora de separar el contenido graso: Una muestra de leche se mezcla con éter de petróleo para extraer de este la grasa; se lleva a ebullición y luego mediante filtración removemos los restos de la muestra de leche. El filtrado se recoge en un cristalizador y se lleva a calentar bajo campana para eliminar el líquido. Una vez evaporado el éter de petróleo se pesa el contenido graso

3.- Materiales y reactivos

1

Materiales

Reactivos

Pie universal

Leche entera en polvo

Erlenmeyers

Agua destilada

Cristalizador

Ácido acético al 10%

Vidrio reloj

CaCO3

Embudo Buchner

Celite

Kitasato

Carbón activado

Probetas

Éter de petróleo

Gasa

Etanol 95%

Placa calefactora

4.- Procedimiento Se preparó una solución de leche, usando 20 gramos de leche entera en polvo y 50 ml de agua destilada, agitando hasta que desaparezcan los grumos. Se calentó la solución a 40°C en baño maría, se agregó lentamente y con agitación suave 10 ml de ácido acético al 10%. Posteriormente se dejó decantar la caseína para luego filtrarla al vacío sobre un trozo de gasa, comprimiéndola para asegurarse de obtener todo el líquido posible, y luego se la guardó para una posterior identificación. Al filtrado se le agregaron 4 g de CaCO3 y se lo llevó a ebullición, con agitación rápida durante 2 a 3 minutos. Esto se hizo para poder neutralizar al ácido agregado anteriormente. Al precipitado formado se lo filtró al vacío, y se obtuvo un filtrado relativamente claro, el cual se concentró por evaporación hasta la mitad de su volumen, con agitación vigorosa. Se obtuvo así una solución concentrada de lactosa. Para la filtración al vacío se preparó el siguiente filtrante: se suspendieron 15 g de Celite en 75 ml de etanol 95%. Por otro lado, se llevaron a ebullición aproximadamente 175 ml de etanol 95%, se agregó la solución concentrada de lactosa, y con agitación continua se agregaron 1,5 g de carbón activado. Una vez preparado el medio filtrante y la solución a filtrar, se procedió de la siguiente manera: se descargó la solución de Celite sobre el embudo Büchner, procurando tapar toda la superficie de manera uniforme para evitar que cualquier agente no deseado pase al filtrado, y luego se vertió la solución concentrada de lactosa. Se guardó el filtrado en un vaso de precipitados, se cubrió y se dejó reposar hasta que la lactosa cristalice.

4.1.- Aislamiento de la grasa de la leche

2

A 50 ml de éter de petróleo se agregaron 10 g de leche en polvo y se calentó a ebullición durante 2 a 3 minutos, bajo campana y con agitación constante. Se dejó enfriar la solución y luego se removieron los restos de leche por filtración, recogiendo el filtrado en un cristalizador previamente tarado. Seguido a esto se evaporó el éter del filtrado calentando bajo campana, hasta observar un aumento en la viscosidad y un cambio al color amarillo de la solución.

5.- Análisis de resultados A continuación, se dispondrá en la imagen 1 la información nutricional de la leche en polvo utilizada, que servirá en los posteriores análisis

Imagen 1

5.1.- Lactosa Masa de leche en polvo usada: 20,2962 gr Masa de caseína obtenida: 9,1427 gr. Dicho valor no se ha obtenido en las condiciones necesarias, pues en la pesada, los cristales aún estaban húmedos. No es posible realizar un análisis cuantitativo con dicho valor. En base a la información nutricional sabemos que el valor esperado es de 7,6 gr aprox. Pese al error en la pesada, se ha podido observar la formación de largos y estructurados cristales de lactosa, por tanto, cualitativamente el objetivo fue alcanzado, pues se ha podido separar y cristalizar la lactosa de la leche en polvo

3

5.2.- Caseína La masa de caseína obtenida, no debía ser medida necesariamente. Pero se puede analizar cualitativamente: Pese a ser la caseína (α, β, γ y δ) la proteína en mayor proporción, la leche en polvo dispone de otras proteínas definidas como “proteínas de suero lácteo” que incluyen la betalactoglobulina, la alfa-lactoalbúmina, las albúminas del suero sanguíneo, las inmunoglobulinas y las fracciones proteosa-peptonas. Dichas proteínas, al contrario de la caseína, no son coaguladas por la adición de ácido, por tanto la masa obtenida no corresponde al total de las proteínas, sin embargo, la caseína compone cerca del 80% de las proteínas de la leche en polvo. Si se desea separar un mayor número de proteínas, la solución ácida se puede hervir antes de filtrar, pues algunas proteínas cuajan con la temperatura, como la lactoalbúmina, responsable de la formación de la nata en la leche. Según la información nutricional, en la muestra tomada se tiene aproximadamente 5,2 gr de proteínas

5.3.- Lípidos Masa de leche en polvo usada: 10,2987 gr. Masa de lípido obtenida: 0,2717 gr En la información nutricional se observa que, por cada 26 gramos de leche en polvo, se tiene 6,8 gr de grasas totales, osea, 2,6 gr por cada 10 gr. Esto evidencia una pérdida enorme de materia en el proceso, a continuación, se analizará las fuentes del error: La mayor pérdida ocurre en el trasvase de la solución de lípido y éter de un recipiente a otro, pues una importante fracción de la solución queda adherida a las paredes. Este factor se ve amplificado por el bajo volumen de solución utilizado, pues, luego de calentar a ebullición la solución por 3 minutos, el contenido remanente era muy bajo, unos 20 ml aproximadamente. Luego del filtrado, al verter el contenido del Kitasato al cristalizador, se ha obtenido unos 5 ml aproximadamente. La mayor parte de la solución se ha adherido a la superficie del cristalizador y a la amplia pared del Kitasato. Para corregir este factor se podría: - Trabajar con un volumen mayor de solución - Reducir la superficie de contacto con los recipientes, por ejemplo, utilizando un Kitasato más pequeño

4

- Lavar adecuadamente con éter los recipientes

6.- Conclusiones No se ha podido obtener en forma precisa las especies a separar, sin embargo, el práctico persigue objetivos principalmente cualitativos. Las especies, a grandes rasgos, se han podido aislar y analizar su apariencia. y a su vez, aprender sobre los elementos que constituyen la leche Si el trabajo se debe enfocar analiticamente, se debiera modificar fragmentos del procedimiento y mejorar la ejecución, a fin de minimizar las pérdidas y aumentar la pureza de las especies obtenidas, como en la obtención del lípido que se ha analizado anteriormente.

7.- Cuestionario 7.1.- Explicar detalladamente cuál es la estructura que adopta la caseína que se encuentra en la leche. En función de esto, explique por qué el agregado de ácido acético 10% produce la precipitación de la proteína. La caseína es una proteína conjugada de la leche del tipo fosfoproteína que se separa de la leche por acidificación y forma una masa blanca. Las fosfoproteinas son un grupo de proteínas que están químicamente unidas a una sustancia que contiene ácido fosfórico. En la caseína la mayoría de los grupos fosfato están unidos por los grupos hidroxilo de los aminoácidos serina y treonina. La caseína en la leche se encuentra en forma de sal cálcica (caseinato cálcico). La caseína representa cerca del 77% al 82% de las proteínas presentes en la leche y el 2,7% en composición de la leche líquida. Existen cuatro tipos de caseínas αs1, αs2 (el sufijo “s” indica que estas son sensibles al calcio, lo que significa que pueden precipitar en presencia de el), β y κ. Caseína αs1 Es la caseína mayoritaria en la leche, está compuesta por 199 aminoácidos en su secuencia, con 8 o 9 grupos fosfato. Estructuralmente está formada por tres regiones hidrofóbicas, dos de ellas situadas en los extremos, y una zona muy polar, en la que se encuentran todos los grupos fosfato menos uno, lo que le da una carga neta negativa muy importante al pH de la leche (alrededor de 6,6). Presenta una estructura poco ordenada, y se encuentra generalmente como monómero. Caseína αs2 Compuesta por 207 aminoácidos, es la más hidrófila de todas las caseínas debido a que es la más fosforilizada y más rica en residuos catiónicos, por lo que las interacciones electroestáticas son muy importantes y dependen del pH.

5

Caseína β Está compuesta por 209 aminoácidos, y 5 grupos fosfato. Es la caseína más hidrofóbica, su estructura se encuentra dividida en dos zonas. La que corresponde al extremo C-terminal es particularmente hidrofóbica, mientras que los aminoácidos más hidrofílicos, y todos los grupos fosfato unidos a serinas, se concentran en el extremo N-terminal. Presenta una estructura poco ordenada: 10% de hélice a, 13% de pliegue b y 77% sin orden estadístico. A bajas temperaturas (4°C) puede perder la estructura micelar y es más sensible a la hidrólisis por proteasas. Las caseínas γ provienen de la parte terminal de la caseína β Caseína κ Esta caseína tiene una estructura distinta de la de las otras caseínas. Es más pequeña, estando formada, por 169 aminoácidos. Además está muy poco fosforilada, teniendo solamente un grupo de fosfato. Esto hace que interaccione con el ión calcio mucho menos que las otras caseínas. Sin embargo, comparte con la caseína β la propiedad de tener zonas predominantemente hidrofílicas e hidrofóbicas bien marcadas y separadas. Una particularidad de esta caseína es la presencia de una zona con carga neta positiva entre los aminoácidos 20 y 115. Esta zona con carga neta positiva permite la interacción de la caseína con polisacáridos como los carragenanos, que tienen carga negativa. También tiene en la cadena dos grupos de cisteína. La caseína κ es la única que tiene parte de las moléculas glicosiladas. El grupo glucídico está formado o bien por un trisacárido o bien por un tetrasacárido unido a un resto de treonina, o bien en la treonina que ocupa la posición 131, en la 133, o bien en otra más próxima aún al extremo carboxilo-terminal de la cadena. Dada la presencia de ácido N-acetil neuramínico, este grupo glucídico aporta carga neta a la caseína κ. La propiedad característica de la caseína es su baja solubilidad a pH 4,6. El pH de la leche es 6,6 aproximadamente, estando a ese pH la caseína cargada negativamente y solubilizada como sal cálcica. Si se añade ácido a la leche, la carga negativa de la superficie de la micela se neutraliza ( los grupos fosfato se protonan) y la proteína neutra precipita Se utiliza ácido acético para precipitar la caseína ya que su pKa es de 4.8, el cual es aproximadamente igual al pH del punto isoeléctrico de la misma. El punto isoeléctrico es una propiedad de las proteínas que indica el valor de pH en el cual los cuerpos químicos disociados presentan una igualdad de cargas positivas y negativas. En este estado de igualdad de cargas, las moléculas proteicas tienden a formar con ácidos (o también con bases) sales internas, produciéndose la coagulación de las proteínas, en el caso de la caseína, con el agregado del ácido se produce la precipitación de la misma.

7.2.- Luego de separada la caseína, al sobrenadante se lo trata con CaCO3 y se calienta a ebullición. ¿Cuál es el objetivo de estos tratamientos? Se realizan estos tratamientos para asegurarse de que todas las proteínas hayan sido desnaturalizadas, con el agregado de calcio es posible precipitar la caseína que no haya precipitado, sabiendo que en presencia de este ión la misma se vuelve insoluble en agua:

6

Con el mismo fin se busca aumentar la temperatura para que pierda su función biológica, es decir que se desnaturalice.

7.3.- ¿Cómo explica que la grasa de la leche se mantenga en suspensión acuosa en forma aparentemente estable, sin separarse de ella? La grasa de la leche es insoluble en la fase acuosa, sin embargo, la grasa y la solución forman una emulsión, esto gracias a los fosfolípidos. La grasa se encuentra en forma de minúsculas gotas rodeadas por fosfolípidos, los cuales aíslan las gotas entre sí, evitando el aglutinamiento, y al tener carga eléctrica, permiten la estabilización con el agua. A estas gotas de grasa rodeadas de fosfolípidos, se las conoce como “glóbulos grasos” y a medida que son más pequeños, la emulsión es más estable.

7.4.- ¿Cómo prepara un lecho filtrante y qué cuidados debe tener? ¿En qué casos recurre a esta técnica de filtración? Se suspende la cantidad necesaria de Celite en el mismo solvente caliente que se está utilizando. Se vuelca sobre el embudo Buchner ya preparado, y se hace succión. El lecho debe cubrir todo el fondo del embudo y tener un espesor de 2 a 3 mm, procurando que quede uniforme. Aún estando húmedo se procede con la filtración, evitando así que se formen grietas en el lecho, lo que disminuye su eficacia en la filtración ya que parte del sólido no deseado puede pasar por las mismas. Se recurre a esta técnica cuando se quieren separar impurezas insolubles, cuyo tamaño de partícula sea tan pequeño que atraviese el papel de filtro

7.5.- Completar el esquema de separación para el aislamiento de la caseína y la lactosa de la leche:

7

Lec HAc

Líquido filtrado Caseína CaCO3

Lactosa

Albúminas

7.6.- Investigue acerca de los productos comerciales disponibles para ser utilizados como lechos filtrantes. Haga un listado de los mismos, indicando su composición. Carbón activado: está compuesto por carbón poroso que se produce artificialmente de manera que exhiba un elevado grado de porosidad y una alta superficie interna. Estas características, junto con la naturaleza química de los átomos de carbono que lo conforman, le dan la propiedad de atraer y atrapar de manera preferencial ciertas moléculas del fluido que rodea al carbón. Arena de sílice: Los filtros de arena son los elementos más utilizados para filtración de aguas con cargas bajas o medianas de contaminantes, que requieran una retención de partículas de hasta veinte micras de tamaño. A diferencia de la arena de playa, la cual se deriva principalmente de la piedra caliza, la arena de sílice está formada de cristales de cuarzo Antracita: es el carbono mineral de mayor contenido de carbono, de hasta 95%. Es negro, brillante y duro. Finamente triturado se utiliza como medio filtrante Zeolitas: se conocen cerca de 40 naturales y 160 sintéticas. Están compuestas por tetraedros formados por un catión y cuatro átomos de oxígenos, es decir TO4. El catión, T, puede ser silicio (Si), aluminio (Al) o incluso germanio (Ge),7 aunque el silicio predomina. Al estar interconectados los tetraedros su fórmula es TO2 ya que tetrahedros adyacentes comparten oxígenos. Debido a que el aluminio tiene cargas más bajas que el silicio, la inclusión de aluminio es compensada químicamente por la inclusión de K, Na y Ca o menos frecuentemente por Li, Mg, Sr y Ba. Estos siete cationes, si bien forman parte de las zeolitas, no llegan a formar parte del armazón TO2. Las zeolitas se asemejan en estructura y química a los feldespatos con la diferencia que las zeolitas tienen cavidades más grandes y que albergan agua generalmente.

8

7.7.- ¿En qué consiste el “carbón activado”? Describa sus usos más frecuentes.

El termino “carbón activado” describe una familia de adsorbentes carbonáceos altamente cristalinos y una porosidad interna altamente desarrollada. Existe una amplia variedad de productos de carbón activado que muestran diferentes características, dependiendo del material de partida y la técnica de activación usada en su producción. Es un material que se caracteriza por poseer una cantidad muy grande de microporos (poros menores a 2 nanómetro de radio). A causa de su alta microporosidad, el carbón puede poseer una superficie de 50 m²/g o más si es activo, llegando a valores de más de 2500 m²/g. El carbón activado se utiliza en la extracción de metales , la purificación de agua potable, en medicina veterinaria y medicina humana para casos de intoxicación, en el tratamiento de aguas residuales, clarificación de jarabe de azúcar, purificación de glicerina, en máscaras antigás, en filtros de purificación y en controladores de emisiones de automóviles, entre otros muchos usos.

8.- Bibliografía -

Química orgánica, fundamentos teórico-prácticos para el laboratorio. Lydia Galagovsky Kurman, EUDEBA, pág 51

9