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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y METALURGIA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA

ASIGNATURA: ANÁLISIS INSTRUMENTAL QU-342 LABORATORIO DE ANÁLISIS INSTRUMENTAL PRÁCTICA N° 1

DETERMINACIÓN ESPECTROFOTOMÉTRICA DE ÁCIDO CARMÍNICO EN MUESTRAS DE COCHINILLA PROFESOR:

M. Sc. Jorge García Blásquez Morote

ALUMNO:

Hernán Barreto Cruz

DÍA DE PRÁCTICA: Martes FECHA DE EJECUCIÓN: 10/09/2019

HORA: 08:00 - 11:00 am FECHA DE ENTREGA: 17/09/2019

AYACUCHO – PERÚ 2019 DETERMINACIÓN ESPECTROFOTOMÉTRICA DE ÁCIDO CARMÍNICO EN MUESTRAS DE COCHINILLA I.

OBJETIVO

Identificar la presencia de ácido carmínico en muestras de cochinilla y carmín. II. FUNDAMENTO TEÓRICO: EL ÁCIDO CARMÍNICO El ácido carmínico, es una sustancia química compleja utilizada como colorante rojo extraído de la cochinilla (Dactylopius coccus) u otros insectos. Se utiliza como colorante en cosméticos (pintalabios, etc.) y como E-120 en la industria alimenticia para dar un color rojo a los alimentos o a bebidas, aunque se sustituye cada vez más por colorantes sintéticos más baratos. El nombre deriva de la palabra árabe-persa kermes, que es el nombre de una baya roja. En Europa se utiliza el ácido carmínico obtenido a partir de insectos autóctonos al menos desde la Edad de Hierro, y se han descubierto restos, por ejemplo, en tumbas de la cultura de Hallstadt. LA COCHINILLA La cochinilla es un insecto pequeño que vive como huésped de la tuna, alimentándose de la savia de la penca; que parasita en los cladodios o pencas del cacto nopal, llegan a su edad adulta a los 3 meses. El macho no tiene aparato bucal pero posee un par de alas que le sirven para moverse y fecundar a la hembra; éste vive tres días únicamente. Los insectos que producen esta sustancia son muy pequeños, hasta tal punto que hacen falta unos 100.000 para obtener 1 kg de producto,[cita requerida] pero son muy ricos en colorante, alcanzando las hembras adultas hasta el 21% de producto en su peso seco. Después del descubrimiento de América se consigue más fácilmente de las hembras de la cochinilla Dactylopius coccus, que vive sobre todo en plantas suculentas del tipo Opuntia, llegan a su edad adulta a los 3 meses. Para la cría de este insecto se introdujeron estas plantas incluso en las Islas Canarias y en la España peninsular

Figura N°1: cochinillas El colorante se forma en realidad al unirse la sustancia extraída de los insectos, que por sí misma no tiene color, con un metal como el aluminio, o el calcio y para algunas aplicaciones (bebidas especialmente) con el amoníaco[cita requerida]. Para la obtención del pigmento "carmín" (el complejo del ácido carmínico con aluminio) se secan las cochinillas y se hierven en agua con algo de ácido sulfúrico. El ácido se disuelve. Luego se precipita añadiendo alumbre y cal. El ácido carmínico se une al ion de aluminio como ligando quelato.

UTILIZACIÓN Los extractos de cochinilla y el ácido carmínico son colorantes orgánicos naturales, mientras que los carmines son colorantes orgánico-artificiales. Este colorante es utilizado como aditivo en alimentos, medicamentos y cosméticos. Posee la clasificación FD&C de la Administración de Drogas y Alimentos (FDA) de los Estados Unidos y está incluido en la lista de aditivos de la Comunidad Económica Europea (actual Unión Europea) bajo los parámetros de toxicidad permitida -Ingesta Diaria Admitida IDA-. Es probablemente el colorante con mejores características tecnológicas de entre los naturales, pero se utiliza cada vez menos debido a su alto precio. Confiere a los alimentos a los que se añade un color rojo muy agradable, utilizándose en conservas vegetales y mermeladas (hasta 100 mg/kg), helados, productos cárnicos y lácteos, como el yogur y el queso fresco (20 mg/kg de producto) y bebidas, tanto alcohólicas como no alcohólicas. Este colorante es un sustituto adecuado para los colorantes artificiales como el rojo 40 pero por ser de origen animal es caro comparado con los sintéticos ESPECTROFOTÓMETRO Un espectrofotómetro es un instrumento que tiene la capacidad de manejar un haz de Radiación Electromagnética (REM), comúnmente denominado Luz, separándolo en facilitar la identificación, calificación y cuantificación de su energía. Su eficiencia, resolución, sensibilidad y rango espectral, dependerán de las variables de diseño y de la selección de los componentes ópticos que lo conforman. Cuando la luz atraviesa una sustancia, parte de la energía es absorbida. El color de las sustancias se debe a que estas absorben ciertas longitudes de onda de la luz blanca que incide sobre ellas, y sólo vemos aquellas longitudes de onda que no fueron absorbidas. Componentes de un espectrofotómetro Fuente de luz La misma ilumina la muestra. Debe cumplir con las condiciones de estabilidad, direccionabilidad, distribución de energía espectral continua y larga vida. Las fuentes empleadas son lámpara de tungsteno y lámpara de arco de xenón. Monocromador Para obtener luz monocromática, constituído por las rendijas de entrada y salida, colimadores y el elemento de dispersión. El monocromador aísla las radiaciones de longitud de onda deseada que inciden o se reflejan desde el conjunto. Fotodetectores En los instrumentos modernos se encuentra una serie de 16 fotodetectores para percibir la señal en forma simultánea en 16 longitudes de onda, cubriendo el espectro visible. Esto reduce el tiempo de medida, y minimiza las partes móvils del equipo III. MATERIALES, REACTIVOS Y EQUIPOS. EQUIPOS Espectrofotómetro Balanza analítica

Estufa eléctrica Cocinilla o plancha eléctrica MATERIALES Matraz Erlenmeyer Fiolas de 100 mL y 1000 mL Lunas de reloj Espátula Papel de filtro de porosidad fina o Whatman N°2 Embudos simples Probeta graduada Bureta REACTIVOS Solución de ácido clorhídrico 2N Muestra de cochinilla seca molida IV. PARTE EXPERIMENTAL PREPARACIÓN DE LA SOLUCIÓN PROBLEMA Tomar aproximadamente 5 g de muestra de cochinilla deshidratada y pulverizar en un mortero. Tomar otra porción de 5 g de muestra pulverizada y determinar la humedad en una estufa eléctrica a una temperatura de 60 – 70 °C. Pesar 0.1 g de muestra sólida y colocar en un vaso Erlenmeyer de 250 mL y agregar 15 mL de HCl 2N. Tapar el vaso Erlenmeyer con una luna de reloj y llevar a ebullición por 10 – 15 min hasta que la extracción se haya completado. Enfriar la mezcla hasta la temperatura ambiente. La mezcla resultante pasar a una fiola de 500 mL y enrazar con agua destilada. Homogenizar. Filtrar la solución con papel de porosidad fina y eliminar los primeros 200 mL del filtrado. Separar tres fracciones del filtrado de aproximadamente 50 mL y destinar para el análisis. PREPARACION DE LA SOLUCION “BLANCO” O “REFERNCIA” En un matraz Erlenmeyer aforado (fiola) de 100 mL verter 3 mL de HCl 2N y enrazar con agua destilada. PROCEDIMIENTO INSTRUMENTAL DEL ESPECTROFOTÓMETRO. Conectar el instrumento a la linia de tensión de 220 V y encender con la tecla de interrupción. Ajustar la longitud de onda de 495 nm. Colocar en el compartimiento de muestra, la cubeta conteniendo la solución “blanco” y llevara a absorbancia igual a 0 ó 100 % de transmitancia. Remover la cubeta conteniendo la solución “blanco” e insertar la cubeta conteniendo la solución problema y leer la absorbancia respectiva. Proceder de igual manera para las diferentes muestras.

Retirar la cubeta, lavarla con cuidado y secarla. V. DATOS, CALCULOS Y RESULTADOS EXPERIMENTALES Preparación de HCl 2N, 250 mL. Datos:

PM =36.5 g /mol % m=37 % ρ=1.19 g /mL V sln =100 mL C=2 N Si la densidad de la solución concentrada es:

g ∗1000 mL mL ∗1mol 1L 1.19 =32.6385 mol/ L 36.46 g Si el porcentaje de pureza es 37 % mol 32.6385 ∗0.37=12.0762 mol/ L L Calculamos el volumen de la solución concentrada del HCl que se debe utilizar para preparar 100 mL de la solución a 2N.

mol ∗100 mL L V (c)= →V (c)=16.56 mL 12.0762 mol /L 2

DATOS OBTENIDOS EN LABORATORIO ENSAYO 1 Muestra Cochinilla

Masa (g) 0.0729

Absorbancia (A) 0.313

Long. de onda(nm) 495

Masa (g) 0.0691

Absorbancia (A) 0.278

Long. de onda(nm) 495

ENSAYO 2 Muestra Cochinilla

Cálculo del porcentaje de ácido carmínico en la cochinilla.

Am ∗C 0 Ao m %Ac= m ∗100 mo m Ac =C0∗V %Ac=

C Ac=

Am ∗C0 Ao

Detalle de los cálculos para el ensayo 1. Muestra de Cochinilla Cálculo de la concentración de la cochinilla en la solución.

0.0729 g ∗1000 mg 0.5 13 L C Ac= =142.11 mg /L 1g Calculamos la concentración del ácido carminico en la muestra. Absorbancia del ácido carmínico de 100% de pureza, cuyo valor asumido es 1.39 a 495 nm de longitud de onda. Concentración de la solución de ácido carmínico, 100 ppm.

C Ac=

0.313 mg ∗100 =22.518 mg/L 1.39 L

Calculamos la masa de la muestra en la solución.

x=22.518

mg mg∗1 g ∗0.5 13 L=9.6403 =0.01155 g L 1000 mg

Calculamos el porcentaje de ácido carmínico en la muestra.

%Ac=

0.01155 g ∗100 0.0729 g

%Ac=15.85 % Detalle de los cálculos para el ensayo 2. Muestra de Cochinilla Cálculo de la concentración de la cochinilla en la solución.

0.0691 g ∗1000 mg 0.5 L C Ac= =1 38.2 mg/L 1g Calculamos la concentración del ácido carminico en la muestra. Absorbancia del ácido carmínico de 100% de pureza, cuyo valor asumido es 1.39 a 495 nm de longitud de onda. Concentración de la solución de ácido carmínico, 100 ppm.

C Ac=

0.278 mg ∗100 =20 mg/ L 1.39 L

Calculamos la masa de la muestra en la solución.

x=20

mg mg∗1 g ∗0.5 L=6.9964 =0.01 g L 1000 mg

Calculamos el porcentaje de ácido carmínico en la muestra.

%Ac=

0.0 1 g ∗100 0.0691 g

%Ac=1 4.47 % Para obtener un mejor resultado sacamos el promedio de los resultados obtenidos en los ensayos correspondientes.

15.85+14.47 2 %Ac prom=15.16 % %Ac prom=

Ventajas y desventajas que presenta el método de análisis utilizado. Las ventajas de la espectrofotometría sobre otros métodos analíticos de laboratorio son varias: es rápida, precisa, versátil, fácil de usar y eficiente en costo. Los espectrofotómetros se han mejorado en precisión y versatilidad en los últimos años con los avances de tecnología, y hoy se consideran indispensables en un laboratorio de química analítica Otros métodos de análisis para cuantificar el ácido carmínico en muestras de cochinilla El método finalmente utilizado fue el siguiente: se colectaron los insectos individuales en la fase de hembra oviplena a punto de iniciar la oviposición, se secaron en una estufa con circulación de aire a 50ºC por 72 h, se pesaron y luego se sumergieron en 1 mL de hexano contenido en un tubo Eppendorf y se agitaron con el fin de eliminar la cera que los recubría. Luego de descartar el hexano, se agregó a cada individuo 4 mL de solución amortiguadora de pH 6 (obtenida agregando 56 mL de NaOH 0,1 M a 500 mL de KH2PO4 0,1 M), la suspensión se sometió a ondas ultrasónicas durante 3 h y luego se molió el material sólido en morteros individuales. De esta suspensión se extrajo una alícuota de 0,6 mL. Ésta se agregó sobre 0,6 mL de amortiguador pH 6 contenido en un tubo Eppendorf que se centrifugó durante 8 min a 13.000 rpm. Se extrajo una alícuota de 50 µL del sobrenadante y se depositó en una de las cubetas de una placa de 96 cubetas, y se obtuvo la absorbancia a 490 nm de cada una de las muestras en un espectrofotómetro (Packard Instrument Co., SpectraCountTM, Downers Grove, Illinois, USA) con capacidad para la lectura simultánea de 96 muestras. En cada placa se incluyeron seis estándares con distintas concentraciones de ácido carmínico (Sigma Chemical Co., Saint Louis, Missouri, USA; 90% de pureza), dos testigos con solución amortiguadora y un número variable de las muestras. Los valores de CAC en las muestras se interpolaron de una recta de calibración hecha con los estándares, luego de restar de las absorbancias leídas el promedio de las absorbancias de los testigos. La CAC se expresó en función del peso seco de la muestra. Espectroscopia electrónica UV-VIS Los espectros UV fueron registrados en un espectrómetro Perkin-Elmer Lambda 11, en celdas de cuarzo de 10 mm de paso óptico. Se utilizó una muestra patrón para medir la concentración al 22% de ácido carmínico, luego se realizó la medición con las muestras

con un autocero entre cada medición (agua destilada) estas mediciones se realizaron en ppm para luego pasarla a porcentaje y así poder determinar el porcentaje de ácido carmínico contenido en las muestras. Las mediciones se realizaron a 494 nm de longitud de onda debido a que el rango para poder hacer lecturas para color rojo

Formular la estructura molecular del ácido carmínico y del carmín. Mencionar las aplicaciones industriales de estos compuestos. Señalar las propiedades físicas y químicas del ácido carmínico ÁCIDO CARMÍNICO Fórmula estructural

Formula molecular: C22H20O13 Propiedades físicas Apariencia rojo Masa molar 492,39 g/mol Punto de fusión 409 K (136 °C) Propiedades químicas Solubilidad en agua aprox. 3 g/100 ml Aplicaciones industriales El ácido carmínico, E-120, C.I. 75470, Natural Red 004, es una sustancia química compleja utilizada como colorante rojo extraído de la cochinilla (Dactylopius coccus) u otros insectos. Se utiliza como colorante en cosméticos (pintalabios, etc.) y como E120 en la industria alimenticia para dar un color rojo a los alimentos o a bebidas, aunque se sustituye cada vez más por colorantes sintéticos más baratos. Un sustituto ampliamente utilizado es el Ponceau 4R, un colorante azoico con el número E124. CARMIN

Aplicaciones industriales Los extractos de cochinilla y el ácido carmínico son colorantes orgánicos naturales, mientras que los carmines son colorantes orgánico-artificiales. Este colorante es utilizado como aditivo en alimentos, medicamentos y cosméticos. Posee la clasificación FD&C de la Administración de Drogas y Alimentos (FDA) de los Estados Unidos y está incluido en la lista de aditivos de la Comunidad Económica Europea (actual Unión Europea) bajo los parámetros de toxicidad permitida -Ingesta Diaria Admitida IDA Es probablemente el colorante con mejores características tecnológicas de entre los naturales, pero se utiliza cada vez menos debido a su alto precio. Confiere a los alimentos a los que se añade un color rojo muy agradable, utilizándose en conservas vegetales y mermeladas (hasta 100 mg/kg), helados, productos cárnicos y lácteos, como el yogur y el queso fresco (20 mg/kg de producto) y bebidas, tanto alcohólicas como no alcohólicas VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES CONCLUSIONES  Se pudo cuantificar la cantidad de ácido carmínico en la cochinilla mediante el uso del equipo espectrofotómetro, obteniéndose como resultados 15.85 % y 14.47 % en cada ensayo respectivamente.  Se hizo la calibración del equipo espectrofotómetro para evitar errores al momento de hacer la lectura de los valores arrojados. VII. BIBLIOGRAFIA CONSULTADA  ALAN FERSHT Estructura y mecanismo de los enzimas Editorial Reverte, 1980 páginas 400 pag.  GOTH, A. (1996) Y HARRIS, DANIEL C. (1992) Farmacología Medica, 3ra. Ed. ; Editorial interamericano  http://dspace.espoch.edu.ec/bitstream/handle/123456789/1580/56T00261. pdf;jsessionid=2CCF912249B7B7B96B5CF9D51D2845E9?sequence=1  Norma Técnica Nacional. Determinación de ácido carmínico (N.T.N. 011.208) ITINTEC