• Author / Uploaded
• AlecitaGutierrezMartinez

Citation preview

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA CURSO BASICO Laboratorio de Orgánica QMC 200L

TITULO: PROTEINAS DOCENTE: ING MARCOS CHAMBI YANA ALUMNOS: GUTIERREZ MARTINEZ ALEJANDRA GRUPO:

“B”

FECHA: 25 deJuliode 2013

INDICE I. OBJETIVOS ………………………………………………………….……………….4 II. FUNDAMENTO TEORICO…………………………………………….…………….4 COLÁGENO………………………………………………………….………………..4 ESTRUCTURA DEL COLAGENO……………………………….……………6 REVISION DE LOS DISTINTOS TIPOS DE COLAGENO…………………8 COLAGENO TIPO I…………………………………………………….8 COLAGENO TIPO II…………………………………………….…......9 COLAGENO TIPO III………………………………………….…..…...9 COLAGENO TIPO IV y V……………………………………… ……10 PROPIEDADES GENERALES……………………………………………….10 GELATINA………………………………...…………………………………………10 MATERIAS PRIMAS………………………………..…………………………12 FABRICACION DE LA GELATINA…………..………………………………13 PROCEDIMIENTO ALCALINO (GELATINA TIPO B)…….……….13 PRECURSOR ACIDO (GELATINA TIPO A)…………….…………18 PROPIEDADES FÍSICAS DE LA GELATINA………...…………………….21 VISCOSIDAD…………………………………………………………..21 RIGIDEZ DE LAS GELES……………………………………………21 LA

FUSION

DE

LOS

GELES

Y

SOLIDIFICACION

DE

SOLUCIONES…………………………………………………………23 PUNTO DE FUSION……………………………………….…………23 FORMACION DE GELES. AGREGACION MOLECULAR…..……………24 PROPIEDADES QUIMICAS DE LA GELATINA……………………………25 COLAS………………………………………………….…………………………………25 PRESERVACION DE LA CALIDAD DE LA COLA……..………………….25 III. MATERIALES Y REACTIVOS…………………………………………………….27 IV. PROCEDIMIENTO………………………………………………….………………28 V. DATOS EXPERIMENTALES………………………………………..…………….31 VI. CALCULOS Y RESULTADOS……………………………………………………33 VII. GRAFICOS…………………………………………………………………………..35 VIII. COMPARACION CON DATOS BIBLIOGRAFICOS……………………………36 IX. OBSERVACIONES…………………………………….……………………………39

LAS

X. CONCLUSIONES……………………………………………………………………40 XI. BIBLIOGRAFIA…………………………..………………………………………….42 XII. ANEXOS. …………………………..…………………………………………….….43 ESTUDIO

DE

LA

ESTABILIDAD

TERMICA

DE

LA

RED

DEL

COLAGENO…………………………………………………………………..43 USO COSMETICO DEL COLAGENO…………………….……………….43 USO MEDICO DEL COLAGENO…………………………………………..44 ASPECTOS BASICOS SOBRE ASHESIVOS………………….…………45 CONDICIONES GENERALES PARA UNA BUENA ADHESION…….…45 PEGAMENTOS EN GENERAL……………………………………….…….47 OBTENCION

DE

GELATINA

COMESTIBLE

–

SECUENCIA

PROCESOS………………………………………………………………..…48 PROCEDIMIENTO…………………………………...………………………50

DE

1. Objetivos  Extraer el colágeno hidrolizado (geatina) apartir de fuentes de animales, por el método de extracción para su posterior industrialización. 2. Fundamento teorico Colágeno El colágeno es una proteína que se compone en fibras, es segregada por las células del tejido conjuntivo llamadas fibroblastos. Constituye entre el 25% y el 30% de la masa proteica total del organismo y el 80% del tejido conectivo total. Esta proteína, está formada por los aminoácidos como la glicina, prolina, hidroxi-prolina y la arginina, es importante también la cantidad de zinc, cobre y silicio. El colágeno se encuentra en todas las estructuras importantes del cuerpo como los huesos, los tendones y los ligamentos, forma parte de los tejidos conectivos y concretamente da firmeza a la piel, por lo que el colágeno es vital en la elasticidad de la piel. El término colágeno (del griero kola, que significa cola, y egonomen, equivalente a producir). El colágeno es un material extracelular fabricado por los fibroblastos y es una proteína fibrosa que resulta relativamente insoluble en agua, en contraposición a otras familias de llamadas globulares, que sí son solubles en agua. La base molecular del colágeno está constituida por cadenas de polipéptidos y cada uno de éstos es un polímero de aminoácidos. Es decir, son cadenas constituidas por aminoácidos, que son unidades moleculares pequeñas. Cada uno de estos aminoácidos se caracterizan por tener por lo menos dos funciones distintas: una amino y una ácida en la misma unidad molecular. Los polipéptidos no son más que cadenas de estos aminoácidos que se encuentran en los organismos biológicos en números limitados. Antes de entrar en más detalles de la constitución química de esta macromolécula vamos a ver algunas propiedades físicas que son importantes.

En primer lugar, el colágeno está especialmente concentrado en aquellos tejidos que soportan peso (el peso del organismo), fundamentalmente los cartílagos y los huesos. También existe colágeno concentrado en altas proporciones en aquellas partes del organismo que transmiten fuerza, como los tendones (ligamentos que unen los músculos con las piezas esqueléticas). En tercer lugar, el colágeno aparece en forma numerosa en aquellos lugares como la dermis o las fascias (láminas que recubren los músculos) sirven para proteger, o donde se necesita un material que resista la tracción o los cambios de volumen. Finalmente, el colágeno, en una de sus formas, constituye prácticamente una armazón de microfibrillas, que sostiene la estructura de todos los órganos y vísceras del organismo. En general, el colágeno aparece como un material altamente ordenado. En algunos lugares las fibras de colágeno se disponen en forma estrictamente paralela. El ejemplo más típico es el de los tendones. En otros lugares como la dermis, las fibras colágenas aparecen entrelazadas en todos los planos del espacio de un modo muy apretado. Estructura del colágeno.El peso molecular del tropocolágeno ha sido estimado entre 300.000 y 325.000. Cada molécula de tropocolágeno esta constituida por tres cadenas de polipéptidos en cada una de las cuales hay alrededor de 1000 aminoácidos. La estructura de la triple hélice del tropocolágeno es fundamental y es característica de esta proteína fibrilar. Cuando existen defectos (incluso se conocen ciertos defectos genéticos) por los cuales existen déficit en algunos aminoácidos que constituyen la cadena de polipéptidos del colágeno, entonces la triple hélice no se puede formar y en esos casos la molécula de tropocolágeno es defectuosa e incapaz de reconstituir la fibrilla de colágeno (o sea, no existe o no se forma el colágeno). Eso se ve en algunas enfermedades, algunas de origen hereditario y otras producidas por sustancias químicas, drogas, etc. Cuando se analiza ya la composición química de estas cadenas de polipéptidos que constituyen el colágeno, se ve que los aminoácidos que conforman el colágeno tienen una distribución bastante regular, que es lo que caracteriza a las proteínas. Encontramos una estructura que se llama repetitiva en la secuencia de aminoácidos que se simboliza de esta manera: Gli – x – y – Gli – x – y – Gli – x- y - Gli 0 sea, a lo largo de los 1000 aminoácidos que constituyen cada polipéptido, encontramos que tres, uno de ellos es la glicina, el aminoácido simple de todos y después encontramos dos aminoácidos cualquiera y otra vez la glicina y vez dos aminoácidos cualquiera y otra vez la glicina. Pero x e y no son tampoco cualquier aminoácido, sino que con mucha frecuencia en lugar de la x existe aminoácido específico del

cada más otra

el

colágeno que es la prolina y en el lugar de la y está la hidroxipolina, que son los que con más frecuencia aparecen en el lugar de la x y de la y. De modo que en síntesis lo que caracteriza al colágeno es esa secuencia repetitiva y la gran proporción que tiene de glicina, prolina e hidroxiprolina. La prolina y la hidroxiprolina constituyan juntas 22 % de todos los aminoácidos del colágeno. Se sabe que la hidroxiprolina desempeña un papel fundamental y especial como elemento que estabiliza esta triple hélice. Cuando hay defectos de la hidroxiprolina se traduce en la desorganización de la triple hélice y por lo tanto de todo el colágeno. Finalmente, existen otros dos aminoácidos se encuentran solamente en el colágeno, son lisina y la hidroxilisina.

que que

Para terminar con esta parte de la anatomía de la molécula del tropocolágeno, tenemos que hacer un pequeño agregado a esta disposición en triple hélice. Las tres moléculas están perfectamente entrelazadas a lo largo de toda la molécula de tropocolágeno menos en las puntas, aquí se pierde la triple hélice, de modo que podemos imaginar la molécula de tropocolágeno como una barra (un cilindro) y en las extremidades las tres moléculas polipeptídicas más desorganizadas y estas puntas son las que precisamente intervienen para formar uniones químicas con las moléculas de tropocolágeno adyacentes. El tropocolágeno como tal se forma en el fibroblasto y sale de él, pero la fibrilla de colágeno se forma sólo por la agregación ordenada de este tropocolágeno y esa agregación ordenada se da también de una manera muy regular y específica, que es lo que veremos ahora. Cada molécula de tropocolágeno la podemos representar de esta manera:

0 sea, una molécula que tiene 300 m de longitud y que además está polarizada con dos extremidades diferentes. En un primer sentido, las moléculas de tropocolágeno se ordenan a lo largo unas de otras, pero en la segunda hilera de moléculas, en el colágeno nativo, hay una hilera que vendrá más de atrás y así sucesivamente se colocan desfasadas.

La cuarta molécula coincide con la primera. Esta disposición desfasada explica la aparición en el microscopio electrónico cuando se utilizan colorantes, una serie de bandas transversales

que resultan del alineamiento en sentido transversal de distintas partes de la molécula de tropocolágeno que están dispuestas de esta manera.

Revisión de los distintos tipos de colágeno: Colágeno tipo I Se caracteriza porque la molécula de tropocolágeno en este caso está constituida por dos cadenas que se denominan alfa 1 (I), o sea, dos cadenas alfa 1 idénticas y una segunda cadena que se denomina alfa 2, que tiene una secuencia de aminoácidos distinta. Este es un colágeno fabricado fundamentalmente por los fibroblastos. Predomina en el hueso, en los cartílagos y en la dermis, o sea, que la mayor parte de colágeno de la dermis, que es lo que nos interesa a nosotros, pertenece a este tipo I de colágeno. Son las fibras más gruesas de todas, fuertemente birrefringentes al microscopio de polarización y se tiñen selectivamente con un colorante específico del que se ha empleado en los últimos tiempos, que se denomina picrosirius. Este colorante permite distinguir el colágeno I del II del III y también del IV y el V. En este caso las fibras aparecen de un color amarillo rojizo. Estas fibras tienen el bandeado transversal, sea la periodicidad transversal bien desarrollada, bien característica y constituye el colágeno más importante desde el punto de vista estructural.

Colágeno tipo II Aparece en el cartílago y otras estructuras, como por ejemplo el liquido que rellena el globo ocular llamado humor vítreo. Son fibras, por el contrario, muy finas, que no se ven o se ven con dificultad en el microscopio óptico, pero sí se ven con el microcopio electrónico. Son fibras que no presentan este bandeado característico que presenta las fibrillas del tipo I y están constituidas por tres cadenas denominadas alfa 1 (II). Son tres cadenas iguales, entrelazadas, donde lo característico es que hay más, hidroxilisina y lisina que en el colágeno ordinario de tipo I.

Colágeno tipo III Corresponde a lo que clásicamente se denominaba a las fibrillas de reticulina, que aparecían impregnadas de color negro con las sales de Ag. Es un colágeno que aparece con mucha frecuencia vinculado al músculo liso y es fundamentalmente el colágeno de las vísceras, aunque también está presente en mayores cantidades en la dermis, sobre todo alrededor de los nervios y los vasos sanguíneos que vimos que constituían parte de esa estructura. Desde el punto de vista de la composición de los polipéptidos tiene tres cadenas denominadas alfa 1 (III). O sea, tiene tres cadenas iguales, con una disposición de aminoácidos propia, donde predomina la hidroxiprolina y donde además aparece un aminoácido que no es muy común en otros colágenos, que es la cistina.

Colágeno tipos IV y V Aparecen específicamente localizados en las membranas basales, o sea, en aquellas estructuras que separan generalmente los epitelios de los tejidos conjuntivos. El colágeno IV es muy frecuente en todas las membranas basales. El colágeno V se ha descrito específicamente en la membrana basal de la placenta (órgano muy especial, transitorio), que citamos solo para dar un ejemplo de cómo esta proteína se adapta a distintas funciones biológicas que van apareciendo a lo largo do la evolución de las especies. GELATINA La gelatina es una proteína coloidal soluble en agua, hidrófila obtenida por hidrólisis controlada del colágeno (tejido conectivo fibroso blanco) que inicialmente es insoluble en agua. El colágeno (anhídrido de gelatina) se compone de monómeros de tropo-colágeno dispuestos en forma de fibrillas entrelazadas que se configuran en tres cadenas pépticas distintas. El número y el tipo de enlaces covalentes que se establecen entre estas cadenas aumentan con la edad del animal (el menor número en los animales más jóvenes). Estos enlaces influyen en las propiedades moleculares de la gelatina resultante. La conversión del tropo-colágeno en gelatina requiere de la ruptura de los enlaces de hidrógeno que estabilizan la hélice, transformándola en la configuración al azar de la gelatina. El producto hidrolizado depende de los enlaces cruzados que queden entre las cadenas peptídicas y de los grupos reactivos terminales aminos y carboxilos libres que se formen. Dado que las tres cadenas no son idénticas, después de la degradación resultan tres tipos básicos de nuevas cadenas: las cadenas alfa, compuestas de una sola cadena peptídica, las cadenas beta, formadas por dos cadenas peptídicas conectadas, y las cadenas gamma, con tres cadenas peptídicas interconectadas; por ello, una muestra de gelatina tiene varios pesos moleculares. La distribución de pesos moleculares de la gelatina determina características como la dispersabilidad en agua, la viscosidad, la adherencia y la resistencia de los geles. Cuando la concentración relativa de moléculas de bajo peso molecular aumenta, se reduce la viscosidad y la resistencia de los geles. Este efecto usualmente se debe a la exposición del colágeno y la gelatina a temperaturas elevadas o a una elevada acidez o alcalinidad, aunque también puede influir la calidad de la materia prima y el tiempo de maceración en álcali. La gelatina es un derivado proteico albuminoide, a diferencia de las gomas naturales (con las que comparte algunas propiedades físicas) que son polisacáridos, y por ello tienen una composición química completamente distinta. Por ejemplo, el agar-agar también forma geles pero es un éster del ácido sulfúrico con una serie compleja de polisacáridos obtenidos de un alga. Otros extractos de alga son la gelatina japonesa o la “isinglas” japonesa (agar vegetal), la goma china o la goma irlandesa. La pectina también tiene capacidad para formar geles, pero se obtiene de las frutas. Otro producto que a veces se confunde con la gelatina es la goma explosiva (gelatina explosiva) que es una mezcla de nitroglicerina y tierra de diatomeas. No tiene nada que ve con la gelatina de origen animal.

Desde el punto de vista químico, el colágeno y la gelatina están compuestos de largas cadenas de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos; los aminoácidos contiene grupos de funcionales ácidos y básicos. En la composición en aminoácidos del colágeno y de sus derivados, gelatina y cola, prácticamente no hay triptófano y las concentraciones de metionina, cistina y tirosina son muy bajas. Por esta razón, no es una proteína completa desde el punto de vista nutritivo ya que no aporta las necesidades totales de aminoácidos esenciales (los aminoácidos que no puede sintetizar el organismo en cantidades suficientes y deben ser aportados por la dieta). Sin embargo, si la gelatina se incluye en una dieta normal en conjunción con otras proteínas, puede en algunos casos incluso aumentar el valor biológico de la proteína añadida. En estos casos de combinación proteica la gelatina es una buena fuente de proteínas. Cuando se emplea un sustituto del azúcar con la gelatina, los postres obtenidos son muy adecuados para regímenes ya que requieren más calorías para ser digeridos de las que ellos mismos aportan (principio de la acción dinámica específica). La gelatina se emplea con frecuencia como agente terapéutico en casos de alimentación infantil y en pacientes con problemas digestivos, con úlceras pépticas, desordenes musculares y para favorecer el crecimiento de las uñas. A diferencia de otras proteínas, el colágeno tiene una gran riqueza de los aminoácidos prolina e hidroxiprolina. La cantidad de esos aminoácidos es usualmente un índice de la cantidad de colágeno en una mezcla de proteínas. Materias primas El colágeno constituye el 30% de toda materia orgánica del cuerpo de un animal, o el 60% de las proteínas totales del cuerpo, por lo cual es obvio que se pueden utilizar muchos tejidos como materia prima para la fabricación de gelatina. Los tejidos con las mayores cantidades de colágeno, que se pueden encontrar entre los subproductos son usualmente las pieles y los huesos. El resto de las materias primas solo se emplean en pequeñas cantidades. En contra de la opinión popular, los cuernos, los pelos, las plumas y las cáscaras de los huevos no se pueden emplear para fabricar gelatina. Fabricación de gelatina El objetivo en la elaboración de gelatina es controlar la hidrólisis del colágeno (de diversas procedencias) y convertir el producto resultante en un material soluble con las propiedades físicas y químicas deseables, entre las que están la resistencia de los geles, adherencia, color, consistencia y transparencia. Esencialmente, el proceso consiste en tres etapas fundamentales: 

Separación del colágeno del resto de los componentes de la materia prima con la mínima alteración posible



Hidrólisis controlada del colágeno para su conversión en gelatina



Recogida y desecación del producto final

Todos estos pasos y la materia prima inicial influyen en la calidad y rendimiento. Es necesaria una hidrólisis controlada para convertir el colágeno (cuyo peso molecular oscila entre 345.000 y 360.000) en gelatina (con un margen de pesos moleculares de 10.000 a 65.000, y solo e algunos casos llegando a 250.000). Sin embargo, una hidrólisis prolongada provoca pérdidas en

los rendimientos y en las propiedades deseables. Asimismo, la naturaleza y condiciones de la materia prima pueden influir notablemente en el producto final. La gelatina obtenida no solo puede variar dependiendo de la propia naturaleza de la materia prima sino que también puede variar si los productos tienen distintas procedencias e incluso dentro de los mismos productos de una misma procedencia se producen diferencias diarias de origen biológico. Esencialmente existen tres procesos para obtener gelatina a partir del colágeno con variaciones y combinaciones de los procedimientos. Los procesos básicos son los denominados alcalino, ácido y por vapor a presión. Procedimiento alcalino (gelatina tipo B) El sistema más ampliamente empleado a nivel comercial es el sistema alcalino. Cualquier material con colágeno (pieles, nervios, oseína de los huesos) puede procesarse con esta técnica. La materia prima conteniendo colágeno se lava bien en un cono de lavado, que es un recipiente de forma cónica que se desplaza en un tanque, en un agitador cilíndrico (particularmente útil en el caso de los huesos) con un cilindro rotativo que eleva materia prima y la deja caer en el agua, o en un lavadero de pulpa de papel, que consiste en un tanque semicircular y una paleta rotativa suspendida por encima, que emerge parcialmente en el baño (similar al sistema empleado en las industrias de curtición). En el baño se consigue que la materia prima se remoje perfectamente con agua fría. A continuación, se sustituye el agua por una solución de hidróxido cálcico, preparada disolviendo cal (oxido de calcio) en agua. Normalmente se añade cal en exceso para mantener una concentración saturada de hidróxido cálcico durante todo el prolongado periodo de tratamiento, aunque un procedimiento alternativo consiste en renovar periódicamente el agua de cal durante el tratamiento. La cantidad de cal utilizada es aproximadamente el 10 % del peso de la materia prima. Se puede utilizar cualquier base soluble en agua, pero la cal es preferible porque su solubilidad a saturación consigue de una forma regular la alcalinidad deseada y porque no hidrata tanto el colágeno como otras bases con el mismo valor del pH. La alcalinidad hace que las sustancias distintas del colágeno como las queratinas, globulinas, muco polisacáridos, elastina, musinas, albúminas y el mucus se modifiquen, haciéndose más solubles. También las grasas se convierten en productos polares. De esta forma todos estos productos se eliminan fácilmente con el subsiguiente lavado. El remojado alcalino o encalado produce también alteraciones químicas (reacciones hidrolíticas) en el colágeno, pero sin que tenga lugar ninguna solubilización apreciable, por lo que la solubilización térmica tiene como misión solo romper las débiles fuerzas de tipo físico que mantienen la estructura fibrilar del colágeno. E el procedimiento del encalado se libera amoniaco que procede de los grupos amida del colágeno. Después de este proceso las fibras de colágeno están hinchadas y la cohesión interna se reduce. Este hecho posiblemente se debe a la ruptura de ciertos enlaces peptídicos ya a la introducción de nuevos grupos iónicos en las moléculas. Se trata fundamentalmente de un proceso de despolimerización en el que unos cuantos grupos específicos se rompen, dando lugar a una hidrólisis de los enlaces cruzados que

mantienen las unidades de proto-colágeno, con lo que el colágeno se convierte en un producto en el que solo se mantienen los enlaces intramoleculares de las unidades básicas, de forma que cuando la hélice se despliega por efecto del calor las moléculas se solubilizan fácilmente en el agua. Existen datos que permiten pensar en el que el procedimiento alcalino la gelatina mantiene moléculas ligeramente ramificadas, con peso molecular medio de 30.000 (margen de 10.000 – 60.000). La duración del encalado depende de la materia prima y de la temperatura así como el producto final deseado, pero usualmente se requiere de siete días a tres meses, correspondiendo el periodo más prolongado al procesado de la oseína. Los nervios requieren 30 – 45 días de encalado; las pieles de cerdo requieren de 15 – 20 días y no es necesario desgrasarlas antes. Las pieles curtidas con taninos vegetales se tratan previamente para eliminar los taninos con un álcali medio como el borato o el carbonato sódico y posteriormente se extraen en el proceso alcalino. Los restos de pieles tratadas al cromo se remojan alternativamente en álcali diluido y ácido diluido varias veces o en soluciones de carbonato de sodio o magnesio varias veces hasta que se elimina todo el cromo. A continuación la piel se encala, se lava y se extrae en el proceso alcalino. Es posible reducir el periodo de encalado agudizando la alcalinidad de la salmuera con un 0.5 % de hidróxido sódico o un 0.5% de carbonato sódico. Algunas veces también se añade cloruro cálcico con un 0.1 % de metilamina a la salmuera. Durante el periodo de encalado desciende el punto isoeléctrico del colágeno de una pH alrededor de 6.0 (día 0) hasta 4.8 (a los 44 días), consiguiéndose la gelatina de máxima calidad cuando el punto isoeléctrico es de 5.0. el descenso del punto isoeléctrico con el tiempo posiblemente se debe a la eliminación del nitrógeno amídico, la formación de grupos carboxilos libres y la pérdida de otros grupos básicos. También depende del periodo de encalado la cantidad de gelatina que se pueda extraer, que aumenta desde el 6 % en el primer día al 37 % (extracción en una hora a 80 °C) después de 43 días en el baño de cal. Además, la resistencia de los geles (con un 6.66 % de gelatina) aumenta también desde 86 Bloom (carga en gramos requerida para producir una depresión en el gel en condiciones normalizadas) en el día 0 hasta 182 Bloom a los 43 días. Asimismo, la viscosidad aumenta también con el periodo de encalado. Sin embargo, si el periodo de encalado es excesivo puede ser peligroso. Algunas veces el colágeno se degrada totalmente de forma que no es posible recoger la gelatina. El sobre-encalado puede presentarse cuando se procesan tejidos de animales jóvenes o cuando la temperatura ambiente es superior a 30°C. No existen pruebas de precisión para determinar el periodo idóneo de encalado. Los buenos resultados, en gran medida, aún son solo fruto de la experiencia. Una vez completado el periodo de encalado se rebaja el pH y la materia prima se lava con agua fría para eliminar la cal (la cal es más soluble en agua fría), lavado que usualmente dura de 1 – 2 días. El colágeno se mantiene hinchado y con una reacción alcalina después del lavado y hay que neutralizarlo con ácido clorhídrico o ácido sulfuroso diluidos (el ácido se obtiene disolviendo el dióxido de azufre en agua, que también blanquea y conserva el producto). Este proceso se continúa hasta que el colágeno se deshincha y pierde consistencia. Entonces se lava el ácido y se hace un lavado final con sulfato alumínico o sulfato de zinc diluidos. Estos productos endurecen el colágeno y mejoran ligeramente el color. Si se va a fabricar cola se emplean mayores cantidades de sulfato de zinc para controlar el crecimiento

bacteriano. La materia prima debe tener entonces un pH entre 5 y 8 (normalmente entre 6 y 7) y está lista para la extracción del colágeno en forma de gelatina. La materia prima tratada se carga en recipientes de extracción y se procede a una serie de cocciones (normalmente de 6 a 12, que reciben el nombre de primera, segunda, tercera, etc.) cada vez a mayor temperatura. Las extracciones usualmente se empiezan a 54 – 60°C durante 3 – 5 horas y se sigue hasta la temperatura de ebullición. El producto de mayor calidad (el de mayor resistencia de los geles y mayor transparencia) se obtiene a las temperaturas de extracción más bajas, pero el rendimiento aumenta a las temperaturas superiores. Lo más común es conseguir un 1 – 5 % de cola o gelatina en cada extracción. El residuo o “chicharrón” se prensa, se seca y se vende como alimento para el ganado o fertilizante. Cada extracción se obtiene y se procesa por separado. Los extractos líquidos se filtran a presión en filtros de celulosa esterilizada al vapor, para aumentar la transparencia y eliminar las partículas en suspensión. A veces se emplea la centrifugación con tal fin, pero presenta el inconveniente de que se forma espuma fácilmente. Las soluciones de gelatina son difíciles de filtrar porque se obturan los poros. Con frecuencia, se añade tierra de diatomeas para facilitar la separación de las pequeñas partículas coloidales. En algunos ensayos de investigación aún no comerciales se ha visto el carbón activado añadido al 5 % y mantenido en solución durante 4 – 6 horas a 55 – 60°C y posteriormente separado por centrifugación o filtración consigue la decoloración de las soluciones. Otro método de clarificación consiste en la adición de sulfato de aluminio o una proteína coagulable por el calor, como la albúmina de huevo, con posterior calentamiento para coagular la proteína (este procedimiento) no se usa a nivel comercial). El precipitado floculento aglutina las proteínas que producen turbidez, que pueden así eliminarse fácilmente por filtración o centrifugación. Normalmente es necesario someter la gelatina a desionización si se quiere que el contenido en cenizas sea inferior al 0.5 %. Para ello, se hace pasar la solución de gelatina a través de una resina de intercambio de cationes fuerte, intercalada con una resina de intercambio de aniones fuerte, ambas con un tamaño de partículas grande, de 20 – 50 mesh. La ultra filtración en membrana de exclusión para moléculas de peso inferior a 25.000 también se emplea como proceso de desmineralización. La evaporación del exceso de agua es muy crítica ya que el aumento de temperatura e presencia de humedad (que produce una hidrólisis de los péptidos) reduce la calidad de la gelatina y un periodo excesivamente prolongado de evaporación permite el desarrollo microbiano, que también reduce la resistencia de los geles. La primera extracción debe tener la concentración adecuada y la suficiente resistencia de los geles para que gelifique si se enfría, pero las extracciones sucesivas a mayores temperaturas usualmente exigen la aplicación de un proceso de evaporación a vacío para su concentración a niveles suficientes para gelificar. Para ello se emplean evaporadores de triple efecto o evaporadores a vacío dispuestos después de un cambiador de calor que eleva la temperatura de las soluciones a 80 – 90°C. Con los evaporadores a vacío se llega a conseguir una concentración de 11 – 17 % partir de los extractos de pieles, del 33 – 42 % en el caso de los extractos de huesos y hasta del 50 % en colas de baja calidad.

La solución concentrada de gelatina se echa sobre una plancha en la que se enfría y se solidifica (con un máximo de 12mm de espesor), se extrae entonces de la plancha y se coloca en unas redes (de tela metálica) colocadas en unos marcos. Los marcos que contienen los geles se llevan a los túneles de desecación. El aire que entra en dichos túneles se lava, se filtra y se deseca previamente, haciéndolo circular en contracorriente, es decir, en dirección opuesta a las bandejas conteniendo los geles. La temperatura del aire se eleva gradualmente para prevenir los problemas de descamación de los geles o endurecimiento superficial. Si el aire es seco, la evaporación es suficiente para enfriar los geles y mantener la temperatura por debajo de su punto de fusión. En 8 – 12 horas se llega a obtener una lámina transparente quebradiza, con un 10 % de humedad. La gelatina sólida se comercializa en láminas o se tritura en gránulos de 35 – 40 mesh, aunque en algunos casos también se convierte en polvo. La desecación en cilindros, con un equipo similar al empleado para obtener leche en polvo, es un método alternativo de eliminar la humedad. El líquido clarificado se distribuye en una fina película sobre un gran cilindro (6 m de diámetro) calentado por vapor que circula por una doble pared, consiguiendo en menos de 1 minuto una película fina de gelatina desecada que se retira del cilindro con la ayuda de unas cuchillas adecuadamente dispuestas. La gelatina se puede someter a extrusión como los fideos y desecarse de esta manera sobre cintas transportadoras en túneles de desecación. Para conseguir la deseable resistencia de los geles y viscosidad, usualmente se mezclan productos procedentes de distintas extracciones. A la gelatina se le pueden adicionar aditivos como el glicerol o el azúcar o el aceite de alquitrán para mejorar su flexibilidad. 3. Materiales y reactivos

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Material Vaso de precipitado Vaso de precipitado Probeta graduada Embudo de decantación Varilla Cepillo para tubo de ensayo Pipetas Hornilla Secador pHmetro Mortero Kitasato Embudo Buchner Tubo Pitot Papel filtro Pizeta Termómetro Espátula Balanza Olla de aluminio

Cantidad 2 4 2 1 1 1 2 2 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1

Descripción 1000ml 100ml 50ml 250ml Vidrio 10ml Eléctrica Eléctrico Digital Porcelana Vidrio Plástico Plástica -10ºC/110ºC Metálica Analítica 2000 ml

21 22 23

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Cronómetro Regla Esfera metálica Reactivo Cal Ácido clorhídrico Hexano Peróxido de hidrógeno Ácido orto fosfórico Hidróxido de sodio Ácido clorhídrico Sulfato de cobre (II) Formaldehído Cromato de potasio

1 1 1 Cantidad 50g 250ml 10ml 20ml 1ml 1ml 1ml 1g 1ml 0.5g

Digital Metálica Acero Descripción Apagada Diluido Puro Medicinal Concentrado Concentrado Concentrado Pentahidratado Puro Cristales

4. Procedimiento ENCALADO: Previamente a esta etapa, se preparó la materia prima (pata de res, aproximadamente 1 kilogramo), mediante un lavado y cortado en trozos pequeños (después del cual y eliminando los huesos, la masa era aproximadamente de medio kilogramo). El proceso de encalado consiste en el reposo de la materia prima en un baño alcalino de cal apagada (50g en 2 litros de agua); el fin de este proceso es la eliminación de diversas impurezas que posee la materia prima. La duración de este proceso fue de 24 horas.

DESENCALADO: Consiste en la eliminación de la cal en la muestra mediante baños con abundante agua, específicamente se quiere eliminar la cal adherida o absorbida por la piel en su exterior, la cal en los espacios interfibrilares y como parte final la cal que se hubiera combinado con el colágeno.

TRATAMIENTO ACIDO: Se trató la muestra con 300ml de ácido clorhídrico diluido en 1500ml de agua, que fueron suficientes para cubrir la muestra, mediante este proceso se buscó neutralizar la cal restante en la muestra. El proceso duró una hora.

LAVADO: Consiste en la eliminación de ácido clorhídrico de la muestra mediante baños con abundante agua.

COCCIÓN: Consiste en colocar la muestra en agua y hacer hervir la mezcla para extraer el colágeno (extracción sólido-líquido) en una solución caliente de agua. Conforme se realiza esta extracción el colágeno se hidroliza por el constante calentamiento

C102 H149 N 31O38  H 2 O  C102 H153 N 31O39 Colágeno

Gelatina

Se realizó el proceso de cocción durante 6 horas aproximadamente a temperatura de ebullición del agua a presión atmosférica de 495mmHg, bajo una temperatura ambiental de 11ºC a 13ºC. El caldo obtenido tiene consistencia viscosa y color blanquecino turbio, además de grasa insoluble en su superficie. El volumen de caldo obtenido fue de 300ml.

BLANQUEADO: Se trató el caldo con 20ml de peróxido de hidrógeno (concentración 10%V/V) mientras se calentaba a baño maría. Posteriormente se agregaron 3 ml de ácido fosfórico de una concentración de 85% m/m a fin de precipitar las impurezas restantes.

FILTRADO: Se realizó una filtración al vacío del caldo durante 40 minutos, cuidando de que la temperatura sea alta (aproximadamente 64ºC) para evitar la coagulación del caldo. El filtrado obtenido tuvo un volumen aproximado de 255ml, presentando un color blanquecino transparente, libre de grasa.

EXTRACCIÓN: Se realizaron dos extracciones del caldo, cada uno con 6 ml de hexano como solvente -cuya fase se presentaba en la parte superior del embudo de decantación-, diferenciándose del caldo filtrado por su color transparente. Para la primera extracción se uso éter dietílico como solvente, pero no se observó diferencia entre las fases.

EVAPORACION: Se evaporó el hexano en baño maría, hasta alcanzar un volumen mínimo, obteniéndose una solución viscosa y transparente.

SECADO: Se coloca la muestra anterior en un vidrio de reloj, y éste en un horno secador, a una temperatura de 120ºC durante 30 minutos; al cabo de los cuales se obtuvo una muestra cristalizada y compacta de gelatina pura, cuya masa era de 0.81g.

MOLIDO: Con la ayuda de una varilla se procedió a pulverizar el sólido, obteniéndose un polvo blanco y muy fino.

Cal

Encalado

Agua

Desencalado

HCl diluido

Tratamiento ácido

Agua

Lavado

Colágeno

Cocción

H2O2

Blanqueado

Filtrado

Hexano

Extracción

Evaporación

Secado

Molido

Pieles

5. Datos experimentales # hora / T(ºC)

pH

1º / 82

7.5

2º / 83.4

7.66

3º / 83.4

7.71

4º / 83.4

7.84

5º / 83.4

7.89

FILTRACIÓN Volumen inicial del caldo

:

182ml

Volumen del filtrado

:

85.5ml

Temperatura de filtración

:

64ºC

EXTRACCION Volumen de la muestra a extraer

:

85.5ml

Volumen del solvente (hexano)

:

3 ml

Número de extracciones

:

2

Masa del extracto 1

:

4.58g

Masa del extracto 2

:

5.93g

.

0.81g

SECADO Masa de la gelatina seca

6. Cálculos y resultados obtenidos

Extracción de la gelatina.-

me  m0 (

KD 

1 1 KD

V1 V2

)n

V2 m0 (n  1) V1 me

85.5ml 150.138 g KD  (  1) 3.00ml 0.46 g

m.e= masa extraída teórica m.0= masa inicial a extraer. KD = ctte de reparto. V1 = volumen del hexano V2 = volumen del colágeno = rendimiento

K D  486.38

me V1 KD  m0  me V2 me 

K D  V1  m0 V2  ( K D  V )1

me 

486.381  3ml  150.38 g 85.5ml  (486.381  3ml )

me  141.87 g 7. Gráficos

Curva de pH - 1º cocción 12 10

pH

8 6 4 2 0 0

1

2

3

4

5

6

# hora

8. Comparación con datos bibliográficos Control del pH de los caldos

Según la bibliografía, las condiciones óptimas para la extracción de la gelatina en cuanto a pH, se indica que éste debe fluctuar entre 4 y 8, es decir, puede tener un marcado carácter básico o una leve alcalinidad. Según se muestra en los tiempos de cocción de los caldos, cada hora hay una variación de pH. Para la primera experimentación, se tiene un pH final de 8.63, que no sería óptimo para la extracción. En cambio, el caldo de la segunda experimentación presenta un pH de 6.93, que es adecuado a la extracción. La acidez de esta última experimentación se debe

principalmente al exceso de ácido clorhídrico diluido que se ha usado en el tratamiento ácido.

Rendimiento del proceso y propiedades físicas

Como se aprecia en RESULTADOS OBTENIDOS, el rendimiento para el proceso de obtención de la gelatina es de 0.32%, que es apreciablemente bajo frente a los rendimiento óptimos (de los procesos industriales) de entre el 40%-50% respecto de la materia prima. Según lo investigado, las mayores fuentes de colágeno son los tendones u otras fibras de sostén. Se han apresurado bastante algunos procesos, como el encalado (que para un acondicionamiento óptimo debe durar entre 3 – 4 semanas), que es vital para facilitar la extracción del colágeno. A pesar de eso, se ha logrado obtener una porción apreciable de gelatina sólida y en polvo, cabe señalar que de calidad fina pues el polvo formado muestra esta característica señalada en la bibliografía.

9. Observaciones 

El bajo rendimiento del proceso de obtención de gelatina se debe sobretodo a que se han acortado la duración de los procesos de encalado y cocción, siendo el más influyente el proceso de encalado, pues la alcalinidad hace que las sustancias distintas del colágeno como las queratinas, globulinas, muco polisacáridos, elastina, musinas, albúminas y el mucus se modifiquen, haciéndose más solubles. También las grasas se convierten en productos polares. De este proceso, a veces se puede dar una modificación del colágeno debido a la alta concentración de la cal en la solución, que vuelve al colágeno más soluble en agua y entonces se perdería estas sustancias por el lavado.



La duración de la cocción determina la cantidad de colágeno que se hidroliza, para muestras grandes, se recomienda una cocción de más de 8 horas con temperaturas entre 70 y 80ºC. Nuestra muestra ha sido sometida a cocción durante 6 horas a temperatura de ebullición del agua (88ºC), la influencia de esta temperatura puede haber modificado la gelatina volviéndola cola y bajando en rendimiento.



El número de extracciones realizadas al caldo filtrado han sido 2, debido sobretodo al no malgastar reactivos de alta pureza (hexano con 99% de pureza). Según el laboratorio de extracción se recomiendan 5 extracciones para extraer casi la totalidad del soluto. 10. Conclusiones



La operación fundamental para el proceso de obtención de la gelatina es la extracción. El primer paso es una extracción sólido-líquido, es decir, un paso del soluto -que inicialmente se encuentra en un cuerpo sólido- a una solución, el defecto de este proceso es que la similitud del colágeno y las impurezas, por lo que muchas de estas se entremezclan con el colágeno. El segundo, consiste en la extracción líquido-líquido, es decir, el paso de la gelatina de un solvente (agua caliente) a uno que lo disuelve en mayor proporción (hexano); este segundo proceso se gobierna principalmente por la constante de reparto k D que para nuestro caso es de 733.87, lo que indica que el hexano disuelve grandemente a la gelatina, en cambio, el agua, la disuelve en poca cantidad.



La gelatina es un polvo blanco, en forma de cristales muy finos. Su estructura presenta una cadena heterogénea de carbono, nitrógeno, oxígeno e hidrógeno, pues en realidad, es una cadena larga de aminoácidos (principalmente glicina). Debido a la presencia de los átomos electronegativos fuertes (oxígeno y nitrógeno), la cadena carbonada presenta cierta polaridad, la suficiente como para poder disolverse en agua fría en condiciones normales. La molécula de gelatina es en general muy estable, presenta reactividad casi nula ante los ácidos y bases fuertes, las sales metálicas, los oxidantes energéticos, etc. Como casi toda moléculas orgánica, combustiona fácilmente, presentando el característico olor de los compuesto nitrogenados quemados.



Durante el proceso de obtención del es importante mantener el pH de los caldos dentro de un intervalo de 5 -8, para una mejor obtención del producto. En caso de un pH menor a 5, se produce una hidrólisis descontrolada de la gelatina, produciéndose moléculas más polares siendo de esta forma más soluble en el agua. El proceso ácido da una gelatina con un punto isoeléctrico de 8.9 (margen 8.5 – 9.4). El proceso ácido parece que solo produce una reorganización física de las estructuras del colágeno, con un mínimo de cambios hidrolíticos. En

consecuencia hay solo un incremento ligero de los grupos amino-primarios y de los grupos carboxilo libres. 

Los procesos estudiados y realizados en este proyecto son una vista en miniatura de los procesos industriales que comprende la industria de la gelatina. Como se ha verificado por experimentación en el laboratorio, las condiciones recomendadas en cada uno de estos (duración del proceso, temperatura a la que se realiza, la presión atmosférica, etc.) son factores muy importantes, ya que de éstos depende el obtener un producto de calidad. 



Alimentación pobre y los hábitos de vida poco sanos. Un aporte de minerales, vitaminas y aminoácidos son fundamentales en la formación de proteínas, entre ellas el colágeno, igualmente el aporte de antioxidantes son fundamentales para evitar la destrucción de colágeno. Así una dieta demasiado rica en azúcares simples, daña el colágeno. Gelatina animal es una de las fuentes principales de colágeno, además es baja en grasa y calorías, por lo que es muy beneficiosa ingerirla. Vitamina C, esta vitamina es una de las más potentes como antioxidantes, lo que ayudara a mantener altos niveles de colágeno, así muchas fruta entre ellos los cítricos, tomates y verduras son fuente natural de vitamina C, sobre todo si se es fumador el aporte de vitamina C ha de aumentarse ya que este es una de las fuentes más importante de destrucción de las fibras de colágeno y formación de radicales libres.Alimentos como la leche de soja rica en proteína también incrementa la producción de colágeno.El coenzima Q10, mejora la actividad celular, lo que mejorara la capacidad de reparación y producción de colágeno. La aportación de colágeno a nivel oral, siempre será una ayuda sobre todo al ser fuente directa de aminoácidos.

11. Bibliografía 

Lacorte, Gini – QUIMICA INDUSTRIAL



Blindell – BIOQUIMICA AGROINDUSTRIAL



Editorial Acribia. Biblioteca Darío Echandía – SUBPRODUCTOS CARNICOS



Editorial

Acribia.

Biblioteca

Darío

Echandía

–

TECNOLOGIA

DE

LOS

PRODUCTOS CARNICOS 

Brewster, Ray Q. – Vanderwerf, Calvin A. – McEwen, William E. - CURSO PRÁCTICO DE QUÍMICA ORGÁNICA

12. Anexos PRODUCCIÓN DE COLÁGENO A PARTIR DE HUESOS DE LLAMA (LAMA GLAMA) El país tiene recursos pecuarios como son los camélidos (Llamas y Alpacas), Oruro es el departamento de mayor producción de camélidos. La crianza de camélidos en el país, tiene una creciente importancia social y económica.

Las unidades productivas de derivados carnicos (Charque y embutidos) de Llama, producen cantidades considerables de residuos sólidos (huesos), estos residuos no se procesan, algunas veces son desechados sin darle valor agregado. Con el objetivo general de Determinar la viabilidad de aprovechar el residuo (huesos) del charque de llama (Lama glama) mediante la producción de colágeno; objetivos específicos Identificar la oferta y abastecimiento de materia prima, Determinar la capacidad de la planta, Identificar una tecnología apropiada para el procesamiento de huesos, Determinar rentabilidad del proyecto. Se realiza la identificación de los proveedores de materia prima (hueso), la proyección de estos residuos sólidos. En un breve análisis del mercado, no referida a una demanda insatisfecha sino más bien a la determinación de un mercado proveedor de materia prima, se determino que el tamaño del proyecto, también se realizo mediante el método cualitativo por puntos la localización de la planta, esta se ubicara en el departamento de Oruro. Se ha formulado el proceso de producción, en base a estudios realizados en trabajos anteriores.

El departamento de Oruro es el mayor productor de camélidos y derivados carnicos (charque y embutidos), De acuerdo al estudio realizado y tomando en cuenta los indicadores económicos podemos afirmar que se logra la factibilidad económica. al desarrollar la producción de colágeno a partir de huesos de Llama. ; Esta viabilidad se debe principalmente al bajo costo de la materia prima (huesos), por tanto es importante señalar que un incremento en su precio, varía considerablemente en la factibilidad del proyecto; también al industrializar estos residuos sólidos (hueso), hay mitigación de impactos ambientales que producen las plantas procesadoras de derivados

carnicos

de

llama.

Recomendamos una alternativa el proceso de extracción por el método ácido; el tema de mitigación medioambiental, sea objeto de una investigación para próximos trabajos de tesis; Se tiene una factibilidad económica de la producción de este producto, es extensible a utilizar materia prima de diversos animales con el objetivo de producir a mayor escala.

BENEFICIOS DE TOMAR COLÁGENO HIDROLIZADO SUPLEMENTAL:

1.- El colágeno hidrolizado es un producto natural, con un porcentaje muy alto de absorción vía oral (98% aproximadamente) completamente seguro y con un amplio historial de uso clínico, que no presenta efectos adversos secundarios.

2.- Como Auxiliar o en términos preventivos en osteoartritis reumatoide, lesiones deportivas o accidentes. 3.- Retrasa o evita la degeneración progresiva del tejido cartilaginoso. 4.- Disminuye el dolor y el consumo de analgésicos. Al adelgazarse o desaparecer el cartílago, se rozan los huesos provocando fuerte dolor y deformaciones, así como la pérdida de líquido sinovial, lo priva de su capacidad lubricante y protectora, siendo el colágeno el que les proporcionará la estructura ayudándolos a su regeneración, dotándole de fuerza, tensión y resistencia; además de enlentecer e incluso detener el proceso degenerativo. 5.- Auxiliar en osteoporosis. El consumo de colágeno parece incrementar la densidad ósea, especialmente en condiciones de deficiencia de calcio y proteínas; asociándose los consumos altos de proteína con una masa mineral ósea aumentada. 6.- Fortalece y promueve el desarrollo del cartílago. Los aminoácidos aportados por el colágeno sintetizan nuevo colágeno que ayuda a regenerar el cartílago y a dotarle de fuerza, tensión y resistencia necesarias. 7.- Ayuda en la reparación y regeneración de ligamentos, tendones, articulaciones y huesos. 8.- Fortalece e hidrata la piel. El colágeno refuerza la capacidad de los tejidos para retener agua, ocasionando que las células estén debidamente hidratadas y la epidermis se muestre suave y elástica. 9.- Suaviza líneas finas de expresión y arrugas faciales. El colágeno aporta aminoácidos esenciales que permiten recuperar su compleja estructura y entramado fibroso ayudando a mantener y reparar la fuerza. 10.- Fortalece el cabello, reduce la pérdida del mismo, aumenta el volumen, proporciona brillo, vigor y un aspecto saludable. 11.- Endurece y fortalece uñas provocando un crecimiento armónico y sin alteraciones. 12.- Potente acción antioxidante. 13.- Incrementa la energía y disminuye el tiempo de recuperación después de alguna actividad física.

Ejerce un efecto altamente benéfico en el organismo ya que es precursor de aminoácidos esenciales para garantizar un correcto metabolismo de la energía en las células musculares. 14.- Fortalece y refuerza el sistema inmunológico. Todos los sistemas del cuerpo requieren una dieta balanceada que incluya proteínas (colágeno), vitaminas y minerales que lo fortalecen y mantienen en armonía. 15.- Ayuda a evitar estreñimiento y gastritis.

Debido a su acción coloidal el colágeno hidrolizado ayuda en trastornos del colón, gastritis, exceso de acidez y estreñimiento. 16.- Altamente recomendado en dietas adelgazantes ya que proporciona un efecto saciante además de que su composición es 94% proteína, 0% grasa, 0% colesterol y 0% carbohidratos. 17.- Previene enfermedades cardiovasculares. Restituyendo la elasticidad a las válvulas de los Vasos Sanguíneos y Linfáticos evitando que se rompan por el endurecimiento de las mismas, y contribuyendo a un menor aumento de la presión arterial.

18.- Refuerza dientes y encías. 19.- Mejora el funcionamiento del sistema linfático favoreciendo una mayor eliminación de las toxinas. 20.- Ayuda a disminuir la celulitis y a desvanecer estrías. Una adecuada estructura de colágeno en la piel no permite que la grasa aflore hacia la superficie de la piel, evitando con esto que se forme el aspecto de piel de naranja. Imágenes del proceso Encalado

Desencalado

Cocción

Blanqueado

Tratamiento acido

Filtrado

Extracción

Secado

Molido