SEPARACION Y CARACTERIZACION DE LIPIDOS

Hernando Gordillo NaranjoIvan Dario Arteaga Muñoz

Facultad de tecnología química y química industrial, Universidad tecnológica de PereiraRisaralda

Analista orgánico Víctor

Mayo 28 /2015

IntroducciónLos lípidos naturales no son compuestos simples, sino mezclas de diferentes tipos de ellos. Los lípidos de acuerdo con su estructura química se pueden clasificar en:

Ceras Triglicéridos o triacilglicéridos Fosfoglicéridos Esfíngolípidos Esteroles

A continuación se describirán algunas de las propiedades generales de cada uno de los diferentes tipos de lípidos.

Triglicéridos o traicilglicéroles: son los constituyentes más abundantes de los lípidos de origen animal o vegetal (85 – 95%). Un triglicérido es un tipo de glicérido que pertenece a la familia de los lípidos. Este glicérido se forma por la esterificación de los tres grupos OH de los gliceroles por diferentes o igual tipo de ácidos grasos, concediéndole el nombre de Triglicérido. Es común llamar a los triglicéridos grasas si son sólidos a temperatura ambiente y aceites si son líquidos a temperatura ambiente. La mayoría de los triglicéridos derivados de los mamíferos son grasas, como la grasa de la carne de res o la manteca de cerdo. Aunque estas grasas son sólidas a temperatura ambiente, la temperatura tibia del cuerpo en los seres vivos la mantiene un poco fluida, permitiendo que se pueda mover. Los triglicéridos en los mamíferos son transportados en todo el organismo teniendo como función suministrar energía o para ser almacenados por periodos largos como grasa, siendo una fuente de energía a largo plazo más eficiente que los carbohidratos. Como se mencionó inicialmente, los triglicéridos se forman por la esterificación de los OH del glicerol; los dos ácidos grasos están unidos de tal manera que se obtiene la siguiente estructura:

Ceras: Las ceras son ésteres de ácidos grasos de cadena larga, con alcoholes también de cadena larga. En general son sólidas y totalmente insolubles en agua. Todas las funciones que realizan están relacionadas con su impermeabilidad al agua y con su consistencia firme. Así las plumas, el pelo, la piel, las hojas, frutos, están cubiertas de una capa cérea protectora. Una de las ceras más conocidas es la que segregan las abejas para confeccionar su panal.Substancias duras en frío y blandas y moldeables al calor. Están formados por un alcohol de cadena larga y monohidroxilo y un ácido graso.

Fosfoglicéridos: son moléculas lipídicas del grupo de los fosfolípidos. Están

compuestos por ácido fosfático, una molécula compleja compuesta por glicerol, en

el que se hanesterificado dos ácidos grasos (uno saturado y otro insaturado) y un

grupo fosfato. A su vez, al grupo fosfato se une un alcohol o un amino - alcohol.

En los organismos vivos tiene función estructural puesto que es uno de los

principales componentes de las bicapas de las membranas celulares y sub -

celulares.

Los fosfolípidos tienen un marcado carácter anfipático consecuencia de la

estructura de la molécula; las largas cadenas alifáticas de los ácidos grasos tienen

carácter hidrófobo (repelen el agua) y forman dos largas "colas" apolares, mientras

que el grupo fosfato y el alcohol, cargados eléctricamente, son fuertemente

hidrófilos (interaccionan con el agua) y constituyen la "cabeza" polar de la

molécula; ello conduce a que, en un medio acuoso, se auto - organicen formando

bicapas, con las cabezas polares en contacto con el agua y las colas hidrófobas

"escondidas" y enfrentadas entre sí.

Esfingolípidos: son lípidos complejos que derivan del aminoalcohol insaturado de

18 carbonos esfingosina  los hay con o sin fosfato: fosfoesfingolípidos y

glucoesfingolípidos (con hidratos de carbono); la esfingosina se halla unida a

un ácido graso de cadena larga mediante un enlace amida formando laceramida.

Son una clase importante de lípidos de las membranas

celulares de animales y vegetales y son los más abundantes en los tejidos de los

organismos más complejos.

Esteroles: son esteroides con 27 a 29 átomos de carbono. Su estructura química deriva del ciclopentanoperhidrofenantreno o esterano, una molécula de 17 carbonos formada por tres anillos hexagonales y uno pentagonal. En los esteroles, se añade una cadena lateral de 8 o más átomos de carbono en el carbono 17 y un grupo alcohol o hidroxilo (-OH) en el carbono 3. Estas sustancias se encuentran en abundancia en los organismos vivos, sobre todo en animales y en algunas algas rojas. Son solubles en los disolventes orgánicos, y poseen un elevado punto de fusión.

Resultados y discusión

Tabla 1. Resultados de solubilidad y prueba para el glicerol

Tabla 2. Resultados sales insolubles de ácidos grasos

Figura 1. Sales insolubles en ácidos grasos

Acción lavadora de los jabones y detergentes.

Insolubles y producen poca espuma.

Obtención de ácidos grasos superiores.

Prueba de insaturación positiva.

Solubilidad.

Una característica básica de los lípidos, y de la que derivan sus principales propiedades biológicas es la hidrofobicidad. La baja solubilidad de los lípidos se debe a que su estructura química es fundamentalmente hidrocarbonada (alifática, alicíclica o aromática), con gran cantidad de enlaces Carbono-Hidrogeno y Carbono-Carbono. La naturaleza de estos enlaces es covalente y su momento dipolar es mínimo. El agua, al ser una molécula muy polar, con gran facilidad para formar puentes de hidrógeno, no es capaz de interactuar con estas moléculas. Por lo que la mayoría de los lípidos son insolubles en agua y solubles en lípidos y gran parte de solventes orgánicos por lo que según los resultados obtenidos en la práctica reflejan que los solventes pueden ser soluciones acuosas o no estaban completamente puros por lo que las solubilidades varían mucho. [1]

En el caso de los fosfolípidos al ser antipáticos es decir son hidrofílicos y hidrofóbicos simultáneamente son parcialmente solubles en agua y en solventes orgánicos. [2]

Prueba para el glicerol.

La prueba del glicerol produce una deshidratación formando el aldehído acroleína el cual tiene un olor desagradable en nuestro caso es de manteca quemada, para el aceite de la nuez moscada la hidrólisis no se efectuó o el aceite extraído no tenía una buena concentración de glicerol o esteres de glicerol. [3]

Sales insolubles de ácidos grasos.

Los jabones son sales sódicas o potásicas de ácidos grasos, mientras que los detergentes son agentes surfactantes que incorporan sustancias como sulfatos, carboximetilcelulosas, polifosfatos, silicatos entre otros, por lo que al hacerlos reaccionar con diferentes sales pueden producir precipitados, esto se pudo observar en la práctica. [4]

Acción lavadora.

Los detergentes y jabones son insolubles en lípidos, ya que su efecto es el de formar emulsiones de aceite suspendidas en el agua para posteriormente ser eliminadas. [5]

Ácidos grasos superiores.

Debido a que los jabones son principalmente sales sódicas o potásicas al adicionar el HCl puede precipitar cloruros orgánicos, al efectuar la prueba de insaturación se comprobó que era un compuesto que tenía dobles o triples enlaces en sus moléculas.

Preguntas:

1. ¿Qué reacción ocurre entre los triglicéridos y el metanol en presencia del ácido sulfúrico con calentamiento?

R// Aunque la esterificación es un proceso posible, sin embargo el método

utilizado comercialmente para la obtención de biodiesel es la Trans - esterificación

(también llamada alcohólisis).

Se basa en la reacción de moléculas de triglicéridos (el número de átomos de las

cadenas está comprendido entre 15 y 23, siendo el más habitual de 18) con

alcoholes de bajo peso molecular (metanol, etanol, propanol, butanol) para

producir ésteres y glicerina (que puede ser utilizada en cosmética, alimentación,

farmacia, etc.).

La reacción de Trans- esterificación, que se presenta en la gráfica 1, se desarrolla

en una proporción molar de alcohol a triglicérido de 3 a 1, reaccionando en la

metanólisis 1 mol de triglicérido con 3 moles de alcohol (aunque se añade una

cantidad adicional de alcohol para desplazar la reacción hacia la formación del

éster metílico). El triglicérido es el principal componente del aceite vegetal o la

grasa animal. Además, la formación de la base de la glicerina, inmiscible con los

ésteres metílicos, juega un papel importante en el desplazamiento de la reacción

hacia la derecha, alcanzándose conversiones cercanas al 100%.

Gráfica 1. Reacción de Trans - esterificación.

En la gráfica.2 se presentan las diferentes reacciones que tienen lugar en la Trans

- esterificación, la cual consiste químicamente en tres reacciones reversibles y

consecutivas. El triglicérido es convertido consecutivamente en diglicérido,

monoglicérido y glicerina. En cada reacción un mol de éster metílico es liberado.

Gráfica 2. Reacciones implicadas en la Trans - esterificación.

En la reacción de Trans - esterificación se utiliza un catalizador para mejorar la

velocidad de reacción y el rendimiento final, amen que sin él no sería posible esta

reacción. Los catalizadores pueden ser ácidos homogéneos (H2SO4, HCl,

H3PO4, RSO3), ácidos heterogéneos (Zeolitas, Resinas Sulfónicas, SO4/ZrO2,

WO3/ZrO2), básicos heterogéneos (MgO, CaO, Na/NaOH/Al2O3), básicos

homogéneos (KOH, NaOH) o enzimáticos (Lipasas: Candida, Penicillium,

Pseudomonas); de todos ellos, los catalizadores que se suelen utilizar a escala

comercial son los catalizadores homogéneos básicos ya que actúan mucho más

rápido y además permiten operar en condiciones moderadas. En el caso de la

reacción de Trans - esterificación, cuando se utiliza un catalizador ácido se

requieren condiciones de temperaturas elevadas y tiempos de reacción largos, por

ello es frecuente la utilización de derivados de ácidos más activos.

Sin embargo, la utilización de álcalis, que como se ha comentado es la opción más

utilizada a escala industrial, implica que los glicéridos y el alcohol deben ser

anhidros (<0,06 % v/v) para evitar que se produzca la saponificación. Además, los

triglicéridos deben tener una baja proporción de ácidos grasos libres para evitar

que se neutralicen con el catalizador y se formen también jabones.

2. ¿Qué otros procedimientos industriales se utilizan para la extracción de

aceites de fuentes vegetales y como se purifican?

R// La extracción se hace mecánicamente o con ayuda de solventes. En las

prensas por tandas, que son el medio más antiguo para extraer aceite, éste se

obtiene sometiendo a presión los materiales oleaginosos contenidos en sacos,

telas de prensa o cajas. Los rendimientos de la extracción dependerán de la

cantidad de presión aplicada, el tiempo que se deje drenar el aceite, la

temperatura y la viscosidad. Las prensas continuas requieren menos trabajo que

los sistemas hidráulicos y eliminan la necesidad de las envolturas de tela. Se

adaptan a una amplia gama de materiales y, en casi todos los casos, rinden

grandes cantidades de aceite. No obstante, las necesidades energéticas son

elevadas y en consecuencia los costos de puesta en marcha y parada son

elevados, factor que afecta los costos de producción de los aceites vegetales. Las

extracciones por medio de lixiviación, utilizado para materias oleaginosas con un

contenido de aceite superior al 40%, requieren además de un proceso de

eliminación de los solventes y escamación intermedias. El solvente más usado en

el mundo hasta hace algunos años para la extracción era el hexano industrial por

su selectividad hacia los glicéridos y facilidad de recuperación. Para aumentar la

eficiencia de éste proceso de extracción, actualmente se emplean extractores

modernos que operan en proceso continuo, con lecho móvil a contracorriente,

obteniéndose dos corrientes: la fase líquida de miscela (constituida por solvente y

aceite) y la fase sólida que es la torta. De acuerdo con la eficiencia de operación

en el proceso y con la composición del material oleaginoso, una fracción de aceite

queda ligada a la torta. Una opción para el tratamiento de la torta obtenida como

subproducto en la etapa de extracción, es procesar térmicamente en digestores de

fase sólida considerando variables como tiempo, temperatura, rata de

calentamiento, la mezcla y la granulometría. Estos procesos deben ser utilizados

para aprovechar este subproducto en la obtención de alimento para animales o

alimentación humana, realizando el control de calidad de acuerdo con

especificaciones como el control de proteínas entre otros.

PROCESO DE EXTRACCION DE ACEITE CRUDO

3. Dar dos ejemplos (estructura y nombre) de triagliceroles mixtos.

R//

Reacción de Trans - esterificación de un triglicérido para producir biodiesel.

4. ¿En qué consiste el enranciamiento de las grasas? ¿cómo se puede reducir este proceso?

R// El enranciamiento de las grasas y aceites es un proceso natural por el cual la composición de las mismas se altera con el tiempo, lo que provoca, entre otras cosas, un cambio en las propiedades organolépticas del mismo, es decir, un cambio en su sabor; de hecho, uno de los atributos negativos del aceite de oliva es "rancio" que se define como el sabor de los aceites que han sufrido un proceso oxidativo.El enranciamiento puede ser por hidrólisis o por oxidación:  

Enranciamiento por hidrólisis, es el proceso ya descrito,  por el cual, los acilglicéridos de los aceites y de las grasas se hidrolizan liberando ácidos grasos y glicerina.

Enranciamiento por oxidación, es el proceso por el cual, los ácidos grasos insaturados (con algún doble enlace) se transforman en peróxidos y/o hidroperóxidos.

La reacción de oxidación del aceite consiste en la incorporación del oxígeno en el doble enlace del ácido graso insaturado (ya sea libre o incorporado en un acilglicérido) para formar peróxidos e hidroperóxidos.

Los peróxidos e hidroperóxidos son compuestos relativamente estables y se transforman progresivamente en aldehídos, cetonas.  

El proceso de absorción del oxígeno del aire por el aceite y por lo tanto, el enranciamiento del aceite, se ve acelerado por varios factores como la luz (radiación ultravioleta), la presencia de radicales, las enzimas lipoxigenasas y la temperatura; estos factores favorecen el enranciamiento. Por el contrario, un aceite rico en antioxidantes tiene una velocidad de enranciamiento más baja que otro aceite pobre en antioxidantes, en otras palabras, los antioxidantes son inhibidores del enranciamiento de los aceites.

Como ya se ha indicado, el proceso se da por la reacción del oxígeno con el doble enlace del ácido graso, por eso aquellos aceites y grasas con elevado contenido en grasas saturadas, como el ácido palmítico, no se ven afectados por este fenómeno. Por otro lado, este proceso de enranciamiento se da en mayor grado en aquellos aceites, como el aceite de girasol, que contienen una elevada concentración de ácidos grasos poliinsaturados ( contienen dos o más dobles enlaces como el ácido linoleico). Por ejemplo, un aceite con una mayor concentración de ácido oleico (1 doble enlace) tiene menor grado de enranciamiento que otro con la misma concentración de ácido linoleico.

Ácido oleico

Ácido linoleico

La forma de evitar la oxidación de los ácidos grasos es, no sólo evitando el contacto del mismo con el aire cerrando bien las botellas justo después de su uso, sino también reduciendo el impacto de los factores que aceleran el proceso:

Evitar el contacto con la luz en todas las etapas de la elaboración y almacenamiento del aceite. Por eso, cuando se comercializan grandes cantidades de aceite, éste casi siempre está enlatado que es opaco y evita el paso de la luz.

Almacenar el aceite (y las aceitunas después de su recogida) en lugares frescos. No utilizar semillas que estén dañadas ya que las enzimas lipoxigenasas actúan

más rápidamente en aquellas que tienen lesiones.

Finalmente, el índice de peróxidos que se pueden encontrar en los aceites de oliva, dependen del tipo de aceite y se expresa en meq O2/kg:

Aceite de oliva virgen extra: ≤20 Aceite de oliva virgen: ≤ 20 Aceite de oliva lampante: - (aceite que no se puede consumir) Aceite de oliva refinado: ≤ 5 Aceite de oliva (compuesto de aceites de oliva refinados y de aceites de oliva

vírgenes): ≤ 15 Aceite de orujo de oliva refinado: ≤ 5 Aceite de orujo de oliva: ≤ 15

5. ¿Cómo está conformada la membrana celular de acuerdo con el modelo del mosaico - fluido propuesto por Singer y Nicholson?

R// En la membrana plasmática, los lípidos se disponen formando una bicapa de

fosfolípidos, situados con sus cabezas hidrofílicas hacia el medio externo o hacia

el citosol, y sus colas hidrofóbicas dispuestas en empalizada. Las proteínas se

intercalan en esa bicapa de lípidos dependiendo de las interacciones con las

regiones de la zona lipídica. Existen tres tipos de proteínas según su disposición

en la bicapa:

Proteínas integrales o intrínsecas: Embebidas en la bicapa lipídica,

atraviesan la membrana una o varias veces, asomando por una o las dos

caras (proteínas transmembrana); o bien mediante enlaces covalentes con un

lípido o a un glúcido de la membrana. El aislamiento de ella requiere la ruptura

de la bicapa.

Glucoproteínas: Se encuentran atravesando toda la capa de la membrana

celular, su nombre es debido a que contiene glúcidos.

Proteínas periféricas o extrínsecas: A un lado u otro de la bicapa lipídica,

pueden estar unidas débilmente por enlaces no covalentes. Fácilmente

separables de la bicapa mediante soluciones salinas, sin provocar su ruptura.

Aparecen en la membrana interna y carecen de proteínas transmembranas.

Este modelo fue desarrollado para demostrar la asimetría entre ambas capas, lo

que explicaría porque no entran los mismos nutrientes que los que salen. A-E- 3.

6. ¿Cuáles son las características estructurales necesarias para que un compuesto tenga buena acción como detergente?

R//  Los jabones son sustancias que alteran la tensión superficial (disminuyen la atracción de las moléculas de agua entre sí en la superficie) de los líquidos, especialmente el agua. Este tipo de sustancias se denominan tensoactivas. Los jabones se utilizan como agentes limpiadores debido a la estructura singular de estos iones orgánicos especiales. Cuando un objeto está sucio, casi siempre se debe a la adhesión de capas de grasa o aceite que a su vez contienen polvo y partículas extrañas. Si el objeto es lavado con agua no se elimina gran parte de la suciedad, sin embargo, cuando se agrega jabón al agua, puede disolverse para dar iones carboxilato, estos iones tienen un extremo iónico que es muy soluble en agua y un extremo de la cadena larga de hidrocarburos tiene una fuerte atracción para las moléculas de aceite y grasa, los extremos que atraen al aceite penetran en las capas de aceite y grasa y las disuelven y a su vez, los extremos iónicos se siguen disolviendo en agua, éstos

tienden a hacer que se desprendan las partículas de grasa y aceite a la solución, de manera que se puedan remover.

Los jabones presentan la desventaja de que si se usan en agua dura, tienden a formar sales con los cationes de los metales formando "natas" que neutralizan su acción. Una alternativa a este problema, surgió cuando se empezaron a sintetizar otros compuestos orgánicos a partir de compuestos químicos del petróleo, que tienen acción detergente por lo que se les denomina en forma genérica como detergentes. La mayoría de los detergentes son compuestos de sodio del sulfonato de benceno substituido, denominados sulfatos lineales de alquilos (las), hay otros que son los alquilbencen sulfatos de cadena ramificada (abs) que se degradan más lentamente que los las. El extremo sulfato es soluble en agua y el extremo del hidrocarburo es soluble en aceite, cumpliendo con esto las características de los jabones antes mencionadas. La ventaja de los detergentes es que no forman natas con el agua dura. Por su amplia utilidad los detergentes se usan tanto en la industria como en los hogares, sin embargo, puesto que se emplean en grandes cantidades constituyen una fuente de contaminación del agua. En cuanto a la biodegradabilidad, tanto los detergentes como los jabones son biodegradables, pero la biodegradabilidad se ve limitada si estos compuestos se encuentran en exceso en un cuerpo de agua.

7. ¿Cuál es el efecto de los iones metálicos sobre el jabón?

R// La Quelatación es la habilidad de un compuesto químico para formar complejos solubles de iones metálicos en presencia de agentes químicos que normalmente producirían precipitados en soluciones acuosas.

Los compuestos capaces de ligar iones metálicos de tal manera que no exhiban sus reacciones normales en presencia de agentes precipitantes se conocen como agentes secuestradores o secuestrantes.

En muchos procesos industriales, la presencia de iones metálicos extraños causa problemas debido a que pueden tener efectos adversos en la calidad del producto. Los iones metálicos pueden perjudicar en la industria textil (en el blanqueo y teñido, al formarse sales metálicas poco solubles), en las calderas (por formación de sedimentos o depósitos que se adhieren a ellas), en la estabilidad de grasas y aceites (al catalizar su oxidación).

Es importante enfatizar que la reacción de secuestración es frecuentemente parte de un proceso global en el cual se ha encontrado deseable incrementar o inhibir una reacción influenciada por un ion metálico, la cual tiene lugar

independientemente de la reacción de coordinación, o para alterar la influencia de un ion metálico sobre la estabilidad de un producto o componente.

8. ¿Qué función tienen las vitaminas A y D en el organismo humano?

R// VITAMINA D:

El cuerpo humano produce vitamina D cuando la piel está expuesta al sol o la recibe de la dieta y la almacena en los tejidos grasos y los tejidos musculares. Para la salud es esencial puesto que la vitamina D en sí no tiene ningún efecto biológico. Antes de poder desarrollar su función en el cuerpo, debe transformarse en su forma activa.

La vitamina D es el término que engloba a varios compuestos. Dos de estos son especialmente importantes para los seres humanos: la vitamina D2 (ergocalciferol), que se produce en algunas plantas y hongos, y la vitamina D3 (colecalciferol), que solo se encuentra en alimentos de origen animal. Ambos se transforman en el cuerpo en la misma forma activa (calcitriol, cuya función en el cuerpo corresponde a la de las hormonas). Por lo tanto, la vitamina D también se llama pro - hormona, es decir, es un precursor hormonal. Su conversión en calcitriol se produce en varios pasos en la piel, el hígado y los riñones.

La función de la vitamina D en el cuerpo es muy variada y muy importante para los huesos:

La vitamina D se encarga de la formación de las células progenitoras de los huesos (conocidas como células madre del hueso) y de que maduren.

Además, la vitamina D regula el equilibrio del calcio y participa en el metabolismo del fosfato.

La vitamina D refuerza el sistema inmunológico y contribuye a que se desarrollen correctamente las células de defensa.

VITAMINA A:

 es una vitamina liposoluble (es decir que es soluble en cuerpos grasos, aceites y

que no se puede liberar en la orina como normalmente lo hacen las vitaminas

hidrosolubles) que interviene en la formación y mantenimiento de las células

epiteliales, en el crecimiento óseo, el desarrollo, protección y regulación de

la piel y de las mucosas. La vitamina A es un nutriente esencial para el ser

humano. Se conoce también como retinol, ya que genera pigmentos necesarios

para el funcionamiento de la retina. Desempeña un papel importante en el

desarrollo de una buena visión, especialmente ante la luz tenue. También se

puede requerir para la reproducción y la lactancia. El β-caroteno, que tiene

propiedades antioxidantes que ayudan a eliminar radicales libres previniendo el

envejecimiento celular, es un precursor de la vitamina A. El retinol puede oxidarse

hasta formar el ácido retinoico, un ácido de uso medicinal. Esta vitamina posee

3 vitameros (vitaminas que tienen más de una forma química) son el retinol,

el retinal y el ácido retinoico.

Se forma a partir de la provitamina beta - caroteno y otras provitaminas en el tracto

del intestino grueso. Se almacena en el hígado.

Bibliografía.

[1] http://www.oocities.org/es/batxillerat_biologia/lipids.htm [2] http://www.profesorenlinea.cl/Ciencias/Fosfolipidos.html [3] http://www.bioquimica.dogsleep.net/Laboratorio/Plummer/Chp07.pdf [4] http://biomodel.uah.es/model2/lip/jabondet.htm [5] http://democritus.me/2007/08/04/%C2%BFcomo-funciona-un-

detergente/