DETERMINACIÓN DE LA CAFEINA Y TEOBROMINA EN EL CHOCOLATE

I. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

Tan importante y de vital consumo, el chocolate se convierte en un alimento esencial, y la cantidad sugerida y máxima ideal de chocolate es de unos 50 gramos al día. Su valor energético favorece a la relajación y produce sensación de bienestar. Los flavonoides ayudan a evitar el congestionamiento de las arterias, por lo que ayudan a prevenir ataques al corazón y derrames. Además de su alto contenido energético, el chocolate aporta el impacto adicional del estimulante cafeína y su precursor bioquímico teobromina.Demasiada cafeína es perjudicial para muchos y algunos ni siquiera lo toleran en pequeñas cantidades. ¿Cuánta cafeína hay en una tableta de chocolate? ¿Contiene el chocolate más o menos cafeína que el café o las bebidas refrescantes?

FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

PROBLEMA GENERAL

- ¿Cómo se determina el contenido en cafeína de una tableta de chocolate?

PROBLEMAS ESPECÍFICOS

- ¿Contiene el chocolate más o menos cafeína que el café o las bebidas refrescantes?

- ¿Cuánta cantidad de cafeína y teobromina existe en el chocolate?

II. OBJETIVOS

GENERAL- Investigar como se determina el contenido en cafeína y teobromina de

una tableta de chocolate

ESPECIFICOS- Determinar la cantidad de cafeína y teobromina que existe en el

chocolate blanco y negro- Determinar si el chocolate contiene más cafeína que el café u otras

bebidas refrescantes

III. VARIABLES- DEPENDIENTES

Cafeína y teobromina- INDEPENDIENTES

El chocolate

IV. DISEÑO

HIPOTESIS GENERAL

- La cafeína y teobromina se determinan mediante el cromatógrama, el cual no se señala la presencia de estos dos compuestos.

HIPÓTESIS ESPECÍFICA

- Existe 0,392 g de teobromina y 0,050 g de cafeína, en 100 g de chocolate negro. Existe 0,010 g de teobromina y 0,0009 de cafeína, en 100g de chocolate blanco.

- El chocolate contiene aun menos cafeína que el café normal y refrescos con cafeína.

V. METODOLOGIAEl análisis de químico de una tableta de chocolate para determinar la cafeína y la teobromina se realizaron de manera experimental, los cuales contaron con el siguiente procedimiento experimental.PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL- El primer paso consta en pesar una cantidad homogénea de chocolate,

la cual cortaremos en pequeños pedazos y la congelaremos para poner triturarlos.

- Una vez congelado, el chocolate se vuelve quebradizo y puede triturarse en el mortero frio.

- Las partículas obtenidas después del triturado se trasladan a un tubo de centrífuga, previamente tarado, de 15 ml y se pesa.

- Al tubo se añade una porción de 10 ml de éter de petróleo, y se cierra el tubo con un tapón.

- Se agita el tubo vigorosamente para disolver la grasa del chocolate. Se notará que las partículas de chocolate se depositan al fondo del tubo.

- El líquido clarificado que contiene la grasa disuelta se decanta y desecha.

- La extracción con nuevas porciones de disolvente dos veces más para asegurarse que se ha eliminado la grasa del chocolate por completo.

- Para determinar la masa de chocolate desengrasado, se halla pesando todo el tubo con el contenido, y por diferencia con la masa conocida del tubo vacío, se halla esta.

- El siguiente paso en el procedimiento de preparación de la muestra es la transferencia cuantitativa del chocolate desengrasado a un matraz Erlenmeyer, y disolver los analitos (cafeína y teobromina) en agua para proceder el análisis químico.

- Para pasar todo el residuo del tubo al matraz se añaden unos pocos ml de agua pura al tubo de centrífuga y se agita, y se caliente para isolver o suspender todo el chocolate posible.

- La suspensión del sólido en el líquido se pasa del tubo a un matraz de 50 ml. Este procedimiento se repite varias veces, con nuevas porciones de agua pura, para asegurarse que hasta la última partícula de chocolate pase del tubo de centrífuga al matraz.

- Para completar la disolución en agua de los analitos que hay en el residuo de chocolate, se añade agua hasta un volumen de aproximadamente 30ml.

- El matraz y su contenido se calientan en un baño e agua hirviendo para extraer toda la cafeína y teobromina del chocolate.

- Para calcular la cantidad de analito es preciso conocer exactamente la masa total de disolvente (agua). Para ello basta saber la masa del matraz de Erlenmeyer vacío.

- Antes de inyectar la disolución desconocida en un cromatógrafo para hacer el análisis químico, se tiene que purificar aún mas la muestra. Para esto se pasa una porción de los residuos de chocolate que quedan a un tubo de centrífugo, y se centrifuga la mezcla para depositar en el fondo del tubo la mayor parte del sólido.

- El líquido sobrenadante, que aún es turbio y oscuro, se filtra a través de una membrana de tamaño de poro 0,45 micrómetros con objeto de eliminar las partículas diminutas del sólido.

- Repetir la centrifugación y filtrado las veces que sean necesarias hasta que la muestra se torne clara.

- Ahora pasaremos al análisis químico, el cual consisten en inyectar la disolución en la columna del cromatógrafo, para separar los componentes de la mezcla y medir la cantidad de cada analito.

- Se inyectan unos 20 microlitros de la disolución del extracto de chocolate en la columna, y se vierte a una velocidad de 1,0 ml por minuto con una disolución preparada mezclando 79 ml de agua, 20 ml de metanol y 1 ml de ácido acético.

- Como el hidrocarburo de la superficie del sílice, que contiene la columna del cromatógrafo, es más soluble con la cafeína que con la teobromina, la teobromina sale antes que la cafeína.

- Los analitos se detectan a la salida de la columna por su capacidad de absorber radiación UV. A medida que cada compuesto sale de la columna, absorbe la radiación emitida por la lámpara del cromatógrafo.

- La gráfica de la respuesta del detector se llama cromatograma y los picos mayores q indican esto son e teobromina y cafeína.

- La cantidad de cafeína y teobromina se calculara determinando el área debajo del pico de cada una de estas, y para eso se utiliza un ordenador que recibe la salida del detector durante el proceso cromatográfico. En caso contrario se puede medir la altura de cada pico.

- El detector debe medirse frente a concentraciones conocidas de cada analito. De esta manera se determina la cantidad de cada analito.

VI. RECOPILACIÓN DE LA INFORMACIÓN

EL CHOCOLATE

Es el alimento que se obtiene mezclando azúcar con dos productos derivados de la manipulación de las semillas del cacao: una materia sólida (la pasta de cacao) y una materia grasa (la manteca de cacao).[] A partir de esta combinación básica, se elaboran los distintos tipos de chocolate, que dependen de la proporción entre estos elementos y de su mezcla o no con otros productos tales como leche y frutos secos.

BENEFICIOS DEL CHOCOLATE

Estudios sugieren que un tipo especial de cacao podría ser nootrópico y retrasar el declinamiento de la función cerebral que ocurre durante el envejecimiento.[]

Otra investigación indica que el chocolate puede ser efectivo para prevenir la tos persistente. Se halló que la teobromina fue casi un tercio más efectiva que la codeína, la medicación líder para la tos.[ ]

El chocolate contiene una variedad de sustancias, algunas de las cuales tienen un efecto en la química orgánica. Estas incluyen:

Azúcar Teobromina Triptófano Feniletilamina Cafeína

El chocolate es un leve estimulante para humanos principalmente debido a la presencia de teobromina.

LA TEOBROMINA

La teobromina (C7H8N4O2, de nombre químico 3,7-dimetilxantina o 3,7-dihidro-3,7-dimetil-1H-purina-2,6-diona) es un alcaloide de la familia de las metilxantinas, familia que incluye también a la teofilina y la cafeína. En estado puro, es un polvo blanco. Es soluble en ácidos y bases, poco soluble en agua y alcohol etílico, y prácticamente insoluble en éter etílico.Se sabe que provoca mutaciones en bacterias y en eucariotas simples, pero aparentemente no ocurre así en eucariotas complejas.

Esta sustancia se encuentra en la planta del cacao (Theobroma cacao), principalmente en las semillas, las cuales contienen entre un 1% a un 4% de ésta. Al fermentar y secar las semillas, y luego procesar el extracto obtenido, se obtiene el chocolate. El chocolate negro contiene aproximadamente 1,5% de teobromina, esto es diez veces más que el chocolate con leche común.Produce efectos similares a las otras metilxantinas, es decir, estimulación del sistema nervioso central, broncodilatación y diversos efectos cardiovasculares; sin embargo, en los humanos no se ven estos efectos al consumir chocolate, siendo muy raras las intoxicaciones, aunque es posible que puede producir dolor de cabeza, inapetencia o alergias en personas sensibles o en cantidades grandes.En perros, gatos, hurones, cerdos, roedores, caballos y otros animales es tóxica, debido a que éstos la eliminan lentamente de su organismo. Se estima que en perros la dosis letal es de 6-17 gramos de chocolate negro (el que contiene mayor concentración de teobromina) por cada kilogramo de peso del animal.

LA CAFEINA

La cafeína es un alcaloide de la familia metilxantina, cuyos metabolitos incluye los compuestos teofilina y teobromina, con estructura química similar y similares efectos (aunque de menor intensidad a las mismas dosis). En estado puro es un polvo blanco muy amargo..Su fórmula química es C8H10N4O2, su nombre sistemático es 1,3,7-trimetilxantina o 3,7-dihidro-1,3,7-trimetil-1H-purina-2,6-diona y su estructura puede verse en los diagramas incluidosUna taza de café contiene de 80 (instantáneo) a 125 (filtrado) mg de cafeína. El café descafeinado, en España, debe contener una cantidad de cafeína no superior al 0,3%. La cafeína se puede conseguir también en píldoras estimulantes de hasta 300 mg.

LA CROMATOGRAFÍA

La cromatografía es un método físico o de separación para la caracterización de mezclas complejas, la cual tiene aplicación en todas las ramas de la ciencia y la física. Es un conjunto de técnicas basadas en el principio de retención selectiva, cuyo objetivo es separar los distintos componentes de una mezcla, permitiendo identificar y determinar las cantidades de dichos componentes.Las técnicas cromatográficas1 son muy variadas, pero en todas ellas hay una fase móvil que consiste en un fluido (gas, líquido o fluido supercrítico) que arrastra a la muestra a través de una fase estacionaria que se trata de un sólido o un líquido fijado en un sólido. Los componentes de la mezcla interaccionan en distinta forma con la fase estacionaria. De este modo, los componentes atraviesan la fase estacionaria a distintas velocidades y se van separando. Después de que los componentes hayan pasado por la fase estacionaria, separándose, pasan por un detector que genera una señal que puede depender de la concentración y del tipo de compuesto.

Diferencias sutiles en el coeficiente de partición de los compuestos da como resultado una retención diferencial sobre la fase estacionaria y por tanto una separación efectiva en función de los tiempos de retención de cada componente de la mezcla.La cromatografía puede cumplir dos funciones básicas que no se excluyen mutuamente: Separar los componentes de la mezcla, para obtenerlos más puros y que

puedan ser usados posteriormente (etapa final de muchas síntesis). Medir la proporción de los componentes de la mezcla (finalidad

analítica). En este caso, las cantidades de material empleadas son pequeñas.

VII. PRESENTACIÓN DE RESULTADOS

El procedimiento experimental realizado nos llevó a los siguientes resultados los cuales están presentados en un cuadro, con su debida desviación estándar, al lado de cada resultado.

Tabla 1: Análisis de chocolate negro y blanco

ANALITO GRAMOS DE ANALITO POR 100 GRAMOS DE CHOCOLATE

CHOCOLATE NEGRO CHOCOLATE BLANCOTEOBROMINA 0.392±0,002 0.010±0.007

CAFEINA 0.050±0.003 0,0009±0.0014

VIII. DISCUSIÓN DE RESULTADOS

El número al costado de los resultados, representa la desviación estándar de 3 medidas replicadas por cada muestra. Esta es una medida de confiabilidad de los resultados. La desviación estándar debe compararse con el valor medio al que se aplica. Si estas tres muestras tienen resultados i dénticos, la desviación estándar seria 0. Si la desviación estándar fuera muy grande, entonces los resultados no serian muy reproducibles.

En el caso de la teobromina en el chocolate negro, la esviación estándar es 0,002, la cual es menor que el 1% de l a media 0,392, y por tanto decimos que la medida es muy confiable. Para la teobromina en el chocolate blanco, la desviación estándar es 0,007, la cual es casi tan grande como la media 0,010, y por tanto la medida no es confiable.

Este margen de error se puede deber a las siguientes razones:

- Los chocolates negros y blancos vienen de una misma empresa que los fabrica, y por lo tanto es posible que haya quedado algunos residuos de chocolate negro en los utensilios que se utilizaron para la preparación del chocolate blanco.

- Es posible que la muestra del chocolate blanco se contamine con la muestra del chocolate blanco en el procedimiento analítico.

IX. CONCLUSIONES

- Se investigó como se determina el contenido en cafeína y teobromina de una tableta de chocolate mediante análisis químico cuantitativo.

- Se determinó la cantidad de cafeína y teobromina que existe en el chocolate blanco y negro, la cual resulto:

- Se determinó que el chocolate contiene menos cafeína que el café y otros refrescos con cafeína.

ANALITO GRAMOS DE ANALITO POR 100 GRAMOS DE CHOCOLATE

CHOCOLATE NEGRO CHOCOLATE BLANCOTEOBROMINA 0.392±0,002 0.010±0.007

CAFEINA 0.050±0.003 0,0009±0.0014