DERIVADOS LACTEOS

Muestra: Leche Fresca

La leche es la fuente principal de calcio en la dieta (un vaso aporta unos 250 mg) siendo, además, la materia prima principal para la elaboración de diversos derivados lácteos ricos en calcio como el queso o el yogur. Con un contenido aproximado de un 87 % de agua, la leche es una mezcla homogénea de diferentes sustancias, unas en emulsión, como las grasas, y , otras, en disolución como la lactosa, las vitaminas hidrosolubles, proteínas, sales, etc.

Analito: El Calcio

a) Características Principales

El calcio es un elemento químico, de símbolo Ca y de número atómico 20. Su masa atómica es 40,078 u. El calcio es un metal suave grisáceo, y es el quinto más abundante en masa en la corteza terrestre. También es el ion más abundante que se encuentra disuelto en el agua de mar tanto como por su molaridad y masa, después del sodio, cloruros, magnesio y sulfatos.1

Se encuentra en el medio interno de los organismos como ion calcio (Ca2+) o formando parte de otras moléculas; en algunos seres vivos se halla precipitado en forma de esqueleto interno o externo. Los iones de calcio actúan de cofactor en muchas reacciones enzimáticas, intervienen en el metabolismo del glucógeno, y junto al potasio y el sodio regulan la contracción muscular.

El porcentaje de calcio en los organismos es variable y depende de las especies, pero por término medio representa el 2,45 % en el conjunto de los seres vivos; en los vegetales, solo representa el 0,007 %.

En el habla vulgar se utiliza la voz calcio para referirse a sus sales (v.g., esta agua tiene mucho calcio; en las tuberías se deposita mucho calcio, etc.)

b) Abundancia Y ObtenciónSe puede encontrar calcio en una gran variedad de alimentos. Los productos lácteos, los frutos secos y semillas (almendras, semillas de sésamo), las sardinas y las anchoas, los vegetales de hoja verde (espinaca, acelga, brócoli) son buenas fuentes de calcio. La mayoría de las harinas están fortificadas con carbonato de calcio, de modo que los productos de panadería pueden ser una buena fuente de calcio. Finalmente, el agua dura también aporta calcio.

c) Función BiológicaEn el organismo humano el calcio participa en numerosos procesos como la coagulación sanguínea, la permeabilidad de las membranas, como regulador nervioso y neuromuscular, modulando la contracción muscular (incluida la frecuencia cardiaca), la absorción y secreción intestinal y la liberación de hormonas.

d) DeficienciaLa deficiencia de calcio se manifiesta por lo general como trastornos de los huesos, sobre todo en los huesos largos; sin embargo el exceso de calcio puede ser también un problema, de aquí la importancia de mantener niveles adecuados.

MÉTODO GRAVIMÉTRICO DE PRECIPITACIÓN

DETERMINACION DE CALCIO EN LA LECHE MEDIANTE MÉTODO DE CLARK Y COLLIP

Fundamento 

 El calcio iónico de la muestra de alimento se combina con el reactivo oxalato de amonio con el fin de precipitarlo en forma de oxalato de calcio. El citado compuesto se hace reaccionar con ácido sulfúrico, para obtener ácido oxálico, el cual es oxidado hasta CO2 y H2 cuando se añade el reactivo permanganato de potasio (KMnO4).

 La cantidad de ácido oxálico que se forma es directamente proporcional a la cantidad de calcio que tiene la muestra, a su vez, a mayor cantidad de calcio presente, mayor cantidad de permanganato de potasio se emplea para la oxidación

Campo de Aplicación

Este método se aplica a todas las leches líquidas normales, así como a las leches reconstituidas por dilución o disolución de leches concentradas o de leches desecadas.

Objetivo 

El alumno determinará por el método de precipitación con oxalato la cantidad de calcio presente en una muestra de alimento completo, en un ingrediente o en un suplemento mineral usado en nutrición animal para conocer el porcentaje de este mineral presente en la muestra.

Límites de Identificación del calcio

Límite de detección del instrumento: 0.003ppmLímite de determinación: 0.08ppmRango óptimo de concentración: 0.2 - 20 ppm

Sensibilidad

El método Clark Collip es un método muy fiable que se basa en la formación y determinación de complejos coloreados que aparecen por algunas reacciones.

La diferencia entre los resultados de dos determinaciones efectuadas simultáneamente o una inmediatamente después de la otra por el mismo analista, no debe ser mayor de 0.002 g de calcio por 100 g de leche.

Interferencias

En la literatura, ha sido señalada con insistencia, la interferencias del ion fosfato en las determinaciones de calcio, el fosfato, disminuye la señal del calcio, originando un error por defecto. La formación de fosfato de calcio impide la polarización de los átomos de calcio, debido a que los enlaces fosfato-calcio requiere gran cantidad de energía para romperlos y permitir la señal del calcio.

Existen dos vías de minimizar o eliminar esta interferencia: usando llamas de mayor temperatura como la de acetileno-oxido o utilizando los llamados agentes liberadores.

Equipo y materiales requeridos

Mufla eléctrica. Baño maría con control de temperatura. Parrilla eléctrica. Crisol de porcelana Pinzas para crisol

Vasos de precipitados de 250 ml (2) Varilla de vidrio Matraz volumétrico 100 ml Probeta 100 ml Pipeta volumétrica 10 ml Pipeta Volumétrica 25 ml. Pipeta de 2 ml (2) Papel filtro libre de cenizas (Whatman No.40) Embudo de plástico Bureta Soporte Universal Pinza para bureta

 Reactivos 

Solución de ácido clorhídrico en agua 1:3. Solución de hidróxido de amonio en agua 1:1. Solución de hidróxido de amonio en agua 1:50. Solución de oxalato de amonio al 4.2% Ácido nítrico concentrado. Ácido sulfúrico concentrado Solución indicadora de rojo de metilo al 0.5% en etanol. Solución valorada de permanganato de potasio (KMnO4) 0.05 N.

 REACCIONES INVOLUCRADAS(Titulación con permanganato)

El Calcio se precipita a pH 4 como oxalato (si hay fosfato presente se puede eliminar con ácido acético), posteriormente el oxalato se disuelve en ácido sulfúrico liberando ácido oxálico el cual se titula con una solución valorada de permanganato de potasio. (James, 1999)

Las reacciones involucradas son:

1. Precipitación del Calcio con Oxalato de Amonio.

CaCl2 + (NH4)2C2O4 → 2NH4Cl + CaC2O4

Liberación del ácido oxálico por la acción del ácido sulfúrico sobre el oxalato de calcio.

CaC2O4 + H2SO4 → CaSO4 + H2C2O4

2. Titulación del ácido oxálico con permanganato de potasio.

5H2C2O4+ 2KMnO4 + 3H2SO4→K2SO4+ 2MnSO4+ 8H2O + 10CO2 

Procedimiento 

1.             Pese  2 g. de muestra  o la medida más aproximada, colóquela en un crisol e incinere en la mufla a 550 a 600ºC de 4 a 6 horas.

 2.             Enfríe el crisol en desecador (20-30 minutos) y lávelo con 40 ml. de

solución de ácido clorhídrico 1:3, dividido en 2 porciones de 10 ml y una tercera y última de 20 ml. Vacie los lavados en un vaso de precipitados de 250 ml, agregue 6 a 8 gotas de ácido nítrico concentrado.y caliente hasta ebullición.

  3.             Transfiera el contenido del vaso a un matraz volumétrico de 100 ml.

lave el vaso 3 veces con agua destilada, usando 15 ml. cada vez, y  vaciando los lavados en el matraz .Afore con agua destilada hasta los 100 ml.

 4.             Filtre el contenido del matraz de 100 ml.  a un matraz de 200 ml.

usando un filtro de papel Whatman No 40; afore con agua destilada y agite para homogenizar perfectamente el contenido.

 5.             De la solución anterior tomar 25 ml. usando una pipeta volumétrica y

transfiéralos a un vaso de precipitados de 250 ml.; diluya con aguadestilada hasta aproximadamente 100 ml. y agregue 3-4  gotas del indicador  rojo de metilo, mezclar con la varilla de vidrio.

 6.             Adicione gota a gota, con una pipeta, (y mezclando con la varilla de

vidrio) solución de hidróxido de amonio 1:1 hasta alcanzar un pH de 5 a 6,lo cual se ve indicado por un color naranja amarillento de la solución.

 7.     Agregue algunas gotas de la solución de ácido clorhídrico 1:3,

hasta                   obtener un color rosa, indicativo de un pH de 2.5 a 3.6. 

8.              Hierva la mezcla y adicione con agitación constante 10 ml. de solución de   oxalato de amonio al 4.2% caliente; si el color rosa cambia a amarillo o naranja, adicione unas gotas de la solución de ácido clorhídrico 1:3 hasta obtener el color rosa original.

 9.         Coloque el vaso con la mezcla en el baño maría, agitándolo cada 5

minutos durante 1 hora. Si no se dispone del baño maría con agitación, se debe dejar reposar durante 12 horas para que se precipite el calcio.

  

10.             Si se utilizó el baño maría, deje enfriar la mezcla  a temperatura ambiente, si dejo la muestra en reposo las 12 horas puede continuar directamente con el paso 11.

 11.             Filtre la solución  a través de un papel Watman # 40, lavando el vaso

con tres porciones (de 25 ml.cada una) de hidróxido de amonio 1:50. 

 

12.             Coloque el papel con el residuo , dentro de un matraz Erlenmeyer, lave los residuos que pudieran quedar en el embudo con 50 ml de agua destilada, la cual se depositará dentro del matraz.

 13.             Añada directamente al matraz 75 ml más de agua y 5 ml de ácido

sulfúrico concentrado, agite vigorosamente.14.             Caliente el matraz con la solución en una parrilla hasta

aproximadamente 70ºC, titule en caliente con la solución de permanganato de potasio 0.05 N. La titulación se termina cuando se presenta un color rosado que permanece durante 30 segundos.

  Cálculos

 % Calcio =  ml de KMnO4     X N del KMnO4 X mEq del Ca     X aforo

final         X  100                          Alícuota     X Peso de la muestra (en gramos)

Notas para los cálculos   : N del Kmno4 se refiere a la normalidad a la que está preparada la solución para esta práctica (usualmente es entre 0.05 y 0.1, consulte con su instructor). mEq del Ca = miliequivalente químico del Calcio ( o sea 0.020) El aforo final se refiere al último volumen al cual se realizó la dilución del material original (o sea que representa el volumen especificado según el paso 4 de la práctica, que si se pudo seguir el procedimiento descrito son 200 ml). La alícuota hace referencia a la porción de la dilución que se tomó para realizar la determinación final  (en este caso son los 25 ml del paso 5).

Referencia. Norma Internacional FIL-IDF 36: 1966.

MÉTODO VOLUMÉTRICODETERMINACION DE CALCIO EN LA LECHE POR

TITULACIÓN CON EDTA

Almacenaje de la muestra

En el caso de que se precipite el carbonato de calcio, se deberá redisolver, añadiendo unas gotas de HCl 1:1 Por lo demás, no se requieren cuidados especiales de almacenaje de la muestra, salvo las precauciones normales que eviten la contaminación de la muestra por los recipientes de muestreo.

Campo de Aplicación

Este método es aplicable a la determinación de Calcio en aguas de apariencia clara y en lácteos.

Límites de Identificación

Su límite inferior de detección es de 2 a 5 mg/l como CaCO3,

Su límite superior, puede extenderse a cualquier concentración, diluyendo la muestra. Interferencias

Las siguientes concentraciones de iones nos causan interferencias en este método:

Cobre, 2 mg/l; ion ferroso, 20 mg/l; ion férrico, 20 mg/l; manganeso, 10 mg/l;

zinc, 5 mg/l; plomo, 5 mg/l; aluminio, 5 mg/l; estaño, 5 mg/l. Los ortofosfatos, precipitarán al calcio al pH de la prueba. Estroncio y Bario interfieren.

Sensibilidad

Los métodos de titulación con EDTA (3500-Ca D) dan buenos resultados en aplicaciones de control rutinarias. La sencillez y rapidez del procedimiento de titulación con EDTA lo hacen preferible al método del permanganato

Principios

Cuando se añade a una muestra de agua, ácido etilendiaminotetracético (EDTA ) o su sal, los iones de Calcio y Magnesio que contiene el agua se combinan con el EDTA. Se puede determinar calcio en forma directa, añadiendo NaOH para elevar el pH de la muestra entre 12 y 13 unidades, para que el magnesio precipite como hidróxido y no interfiera, se usa además, un indicador que se combine solamente con el calcio.                                                                                                                   

En el análisis de calcio la muestra es tratada con NaOH 4N. para obtener un pH de entre 12 y 13, lo que produce la precipitación del magnesio en forma de Mg(OH)2. Enseguida se agrega el indicador muréxida que forma un complejo de color rosa con el ion calcio y se procede a titular con solución de EDTA hasta la aparición de un complejo color púrpura:

Reacciones involucradas:

         Ca+2 + Mg+2 + NaOH (4N) --------->  Mg (OH)2 + Ca+2                        Ca+2  +  Murexide --------->  [Muréxide- Ca++] (color rosa)

  [Muréxide - Ca++] + EDTA --------> [ EDTA - Ca+2 ] + Murexide                                                                                 (color púrpura)

Aparatos

Este método no requiere de ningún aparato especial para ejecutarlo.

Material  

 2 Matraces volumétricos de 1000 ml.  2 Matraces volumétricos de 100 ml.  1 Capsula de porcelana  1 Soporte con pinzas para bureta  1 Bureta de 25 ml.  2 Matraces Erlen Meyer de 125 ml.  1 Pipeta de 10 ml.  1 Frasco gotero

Reactivos

Solución de NaOH 4N : Disolver 16 g de NaOH en agua destilada y aforar a 100 ml.

Indicador de Murexide : Mezclar 0.5 g de muréxide en  50 g de K2SO4

Solución de EDTA 0.01N : Disolver 2 g de EDTA ( sal disódica ) y 0.05 g de MgCl2. 6H2O en agua destilada y aforar a 1000 ml.

Solución de CaCl2 0.01N : Disolver 0.5 g de CaCO3 secado a 100 ºC. durante 2 horas y disolverlo en 10 ml de HCl  3N. Aforarlo a 1000 ml con agua destilada.                                                                                                  

Estandarización

Colocar 5 ml de muestra de la solución de CaCl2 0.01 N en un matraz erlenmeyer de 125 ml, añadirle 5 gotas de NaOH 4N, enseguida agregarle 50 mg de Murexide y finalmente titular con EDTA ( sal disódica ) hasta un cambio de vire de rosa a púrpura.

Fórmula para el cálculo de la normalidad de la solución de EDTA:  

                                    V1 x N1                           N2 = ----------------                                         V2

N2 = Normalidad del EDTA V1 = ml de solución de CaCl2 N1 = Normalidad de la solución de CaCl2 V2 = ml gastados de la solución de EDTA

Procedimiento

Colocar una alícuota de 5 ml. De agua en un matraz E.M. de 125 ml. Agregar 5 gotas de NaOH 4N. 

Añadír 50 ml. De muréxide · Titular con EDTA 0.01 N. Hasta el vire rosa-

púrpura  Reacciones:Ca+2+ Mg+2+ NaOH (4N) --------->Mg (OH)2+ Ca+2

Ca+2+ Indicador (azul hidroxinaftol) ------> [azul hidroxinaftol- Ca++] (color rosa)[Azul hidroxinaftol - Ca++] + EDTA --------> [ EDTA - Ca+2] + azul hidroxinaftol (Color púrpura)

7.- Cálculos                                                 V x N x 1000                    Meq/lt de Ca++ =  ----------------------                                                        M Dónde : V = ml gastados de la solución de EDTA 

N = normalidad de la solución de EDTA M = ml de muestra de agua utilizada

 8.- Precisión

Este método tiene un error relativo de 1.9 % y una desviación estándar relativa de 9.2 %, tal como se determinaron en un estudio interlaboratorios.

9.- Precauciones

Siga fielmente los procedimientos habituales de seguridad en el laboratorio. Lleve puesto guantes y gafas de seguridad en todo momento. La disolución, que contiene ácido clorhídrico, se debería eliminar como un residuo peligroso. Probablemente, otros residuos se pueden arrojar por el desagüe, arrastrando con agua; en todo caso, siga el código de buena conducta de laboratorio esbozado en los protocolos de salud y seguridad medio ambientales.

METODO INSTRUMENTAL

DETERMINACIÓN DE CALCIO EN LA LECHE MEDIANTE ESPECTROSCOPÍA DE ABSORCIÓN ATÓMICA

Fundamento

La determinación de calcio se puede llevar a cabo mediante espectrofotometría de absorción

atómica (AAS) empleando una llama de aire/acetileno.

Campo de Aplicación

La Espectrometría de Absorción Atómica (EAA) es una técnica de análisis instrumental,

capaz de detectar y determinar cuantitativamente la mayoría de los elementos comprendidos

en el sistema periódico con una alta precisión.

Interferencias

En EEA y EAA con llama se producen esencialmente las mismas interferencias,aunque con magnitudes diferentes. Pueden clasificarse en cuatro grupos:

1. Espectrales, incluyendo efectos de emisión o absorción de fondo.

2. Físicas, asociadas con el transporte y dispersión de la muestra en la llama.

3. Químicas, relacionadas con la vaporización del soluto.

4. De ionización, relacionadas con la variación de la concentración de átomosneutros emisores o absorbentes en la llama provocada por el fenómeno deionización térmica.

Límites de Identificación

Límite de detección del instrumento: 0.003ppm

Límite de determinación: 0.08ppm

Rango óptimo de concentración: 0.2 - 20 ppm

Sensibilidad

El método Espectrometría de Absorción Atómica (EAA) de llama (3500-Ca B) (LD=0,003 mg/L; margen=0,2-20 mg/L) constituye un medios preciso para determinar el calcio.

Debido a que se lleva a cabo con equipos muy versátiles por tener la posibilidad de determinar la inmensa mayoría de los elementos del sistema periódico en muestras de diferente naturaleza (carbones, biomasas, metales, líquidos acuosos, etc.), previo estudio de la matriz y preparación específica de las mismas.

 

Objetivos

Analizar el contenido de calcio (Ca) en la leche utilizando la espectroscopia de absorción atómica de llama.

Elaborar adecuadamente el tratamiento de una solución problema (Leche), para su medición por espectroscopia de absorción y emisión.

Reactivos y disoluciones necesarias

Disolución de 500 ppm de Ca2+: Se pesan 1.249 g de CaCO3 P.A. y se ponen en suspensión con 50 ml de agua desionizada. Se añade, gota a gota, el mínimo volumen de HCl(aprox. 5 ml) hasta que se disuelva completamente el carbonato cálcico. Se diluye a 1l en un matraz aforado con agua desionizada.

Disolución de 200 ppm de magnesio, preparada disolviendo con precaución 0.2 g de cinta de magnesio en el mínimo volumen de HCl(1+1) y diluyendo finalmente a 1 l con HCl al 1%(v/v).

Disolución de lantano: Disolver 50 g de nitrato de lantano (La(NO3)3.6H2O) en agua y

enrasar a 1 l con agua desionizada.

Es conveniente el empleo de agua calidad milli-Q para preparar todas las disoluciones.

Material e instrumentación necesarios

Espectrofotómetro de absorción Atómica Perkin –Elmer mod. Analyst 100

Lámparas de cátodo hueco de Ca y Mg.

Matraces aforados de 50 ml.

Condiciones de trabajo del espectrofotómetro

Elemento Llama Intensidad lámp. (nm) Rendija (nm)

Ca aire/acetil. 10 mA 422.7 0.7

Mg aire/acetil. 15 mA 285.2 0.7

Flujo de gases: Aire(4.5), Acetileno(2.0)

Tiempo de integración: 2 segundos

Procedimiento operatorio

A.- Determinación de Ca

- Preparar varias disoluciones de Ca, entre 1 y 5 ppm, en matraces de 50 ml, conteniendo todas ellas un 0.25% de La y 1%(v/v) de HCl. Para este fin utilizar una

disolución intermedia de calcio de 50 ppm, preparada a partir de la de 500 ppm. Enrasar con agua milli-Q. Preparar un blanco de la misma forma.

- En un matraz de 50 ml pipetear 4 ml de agua del grifo, los volúmenes necesarios de disolución de La y de HCl 3M para que al final la concentración de los mismos sea la misma que en los patrones y completar hasta el enrase con agua milli-Q. Preparar tres réplicas.

- Encender el espectrofotómetro de AA e introducir los parámetros de trabajo para medir en condiciones óptimas, ajustar el cero de absorbancia con agua milli-Q. Aspirar las disoluciones patrón y la muestra problema, y medir sus absorbancias.