“determinaciÓn del mÉtodo para la obtenciÓn de queratina tesis.pdf
TRANSCRIPT
-
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS
CARRERA DE QUIMICA FARMACEUTICA
DETERMINACIN DEL MTODO PARA LA OBTENCIN DE QUERATINA
COSMTICA A PARTIR DE PLUMAS GALLINCEAS.
Marcela Virginia Salazar Cedillo
QUMICO-FARMACUTICO
Dr. Whasingtong Rodrigo Nez Altamirano
Quito, marzo del 2013
-
Salazar Cedillo, Marcela Virginia (2013).
Determinacin del mtodo para la obtencin de
queratina cosmtica a partir de plumas
gallinceas. Trabajo de investigacin para optar
por el grado de Qumica-Farmacutica. Carrera
de Qumica y Farmacia Quito: UCE. 93 p.
-
i
DEDICATORIA
A mi Dios, Por darme vida, salud, amor y felicidad, y permitirme culminar esta etapa.
A m adorada hija, Paula Giuliana, quien estuvo en m y junto a m en todo momento,
juntas cumplimos este objetivo, siempre ser inspiracin, gracias por llegar a mi vida y
llenarla de tanto amor.
A mis padres, Marcelo y Aida, por darme la vida, con su apoyo abnegado, sus consejos,
nunca dejaron que desista ni que me falte nada pese a cualquier necesidad.
A mis hermanos, Gabrielita, Valerita, Jovita y Joselito, por llenar mi vida de tantos
momentos hermosos, y apoyarme en los instantes ms difciles.
A mi familia, Mam Ginita, mi ngel en la tierra, Pap Pepito, y abuelita Dorila mi ngel
en el cielo, con su ejemplo de bondad y amor son el pilar de mi familia. Miriancita, Nenita,
Huguito y Geovani, por ser grandiosos y ejemplares, Huguito, Adriancito, Gatito,
Geovanito y Josemita, por ser mis leales amigos.
A mi Novio, Pal, quien conmigo comparte la dicha de ser padres y junto a mi estuvo
cuando ms lo necesitaba, gracias por ser amigo y escucharme, por tenerme paciencia y
amarme, por apoyarme y hacerme tan feliz porque fuimos compaeros de aulas y seremos
compaeros eternamente te amo.
A mis amigos, Magus, Naty, Jos, Faby, Tita, Vivi, y todos los que compartieron en aulas
los bellos das de universidad, a ellos que me ayudaron a culminar este hermoso sueo.
-
ii
AGRADECIMIENTO
A Dios, que siempre est junto a m, y permitirme aprender que el camino estar lleno de
adversidades pero que con paciencia y su gran amor todo es posible.
A mis padres y mis hermanos, gracias por todo su amor y su apoyo.
A mi hija, gracias por llegar a mi vida, ser mi inspiracin y ser parte de este sueo.
A mis abuelitos, tos y primos, gracias por ensearme a que nada es ms bello que contar
con la sinceridad de una gran familia.
A m UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR, y a la facultad de CIENCIAS
QUMICAS por acogerme durante estos aos y bridarme los mejores conocimientos.
A m querido tutor de tesis, DR. Washingtong Nez, por su esfuerzo y dedicacin, quien
con sus conocimientos, su experiencia, su paciencia y su motivacin ha logrado junto a m
concluir este sueo.
A mis grandes maestros, Dr. Jorge Moncayo, Eduardo Mayorga, y todos los que son un
ejemplos de vida y motivacin de mi camino gracias por sus grandes enseanzas. Y a mis
queridos compaeros gracias por haberme regalado su amistad y conmigo disfrutado de tan
hermosos momentos.
-
iii
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE CIENCIAS QUMICAS
CARRERA DE QUMICA Y FARMACIA
Yo, Marcela Virginia Salazar Cedillo en calidad de autor del trabajo de investigacin realizada
sobre DETERMINACIN DEL MTODO PARA LA OBTENCIN DE QUERATINA
COSMTICA A PARTIR DE PLUMAS GALLINCEAS, por la presente autorizo a la
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR, hacer uso de todos los contenidos que me
pertenecen o de parte de los que contienen esta obra, con fines estrictamente acadmicos o de
investigacin.
Los derechos que como autor me corresponden, con excepcin de la presente autorizacin,
seguirn vigentes a mi favor, de conformidad con lo establecido en los artculos 5, 6,8; 19 y dems
pertinentes de la Ley de Propiedad Intelectual y su Reglamento.
Quito, a los 15 das del mes de marzo del 2013
Marcela Virginia Salazar Cedillo
C.C.1717302481
-
iv
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE CIENCIAS QUMICAS
CARRERA DE QUMICA Y FARMACIA
Por la presente, dejo constancia que he ledo la tesis presentada por la Seorita Marcela Virginia
Salazar Cedillo para optar por el ttulo profesional cuyo tema es; DETERMINACIN DEL
MTODO PARA LA OBTENCIN DE QUERATINA COSMTICA A PARTIR DE
PLUMAS GALLINCEAS, la misma que rene los requerimientos, y los mritos suficientes
para ser sometida a evaluacin por el tribunal calificador
En la ciudad de Quito, a los 15 das del mes de marzo del 2013
Dr. Washigton Nez
C.C 1800814129
-
v
\
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE CIENCIAS QUMICAS
CARRERA DE QUMICA Y FARMACIA
INFORME DEL TRIBUNAL CALIFICADOR
Quito, 15 de marzo de 2013
Seor
DECANO DE LA FACULTAD DE CIENCIAS QUMICAS
Presente
Seor Decano:
El Tribunal encargado de calificar la Tesis DETERMINACIN DEL MTODO PARA LA
OBTENCIN DE QUERATINA COSMTICA A PARTIR DE PLUMAS
GALLINCEAS,
Presentada por: Marcela Virginia Salazar Cedillo estudiante de la Carrera de: QUMICA Y
FARMACIA, luego del estudio y revisin correspondiente, resolvi:
APROBAR la Tesis con la NOTA de:
y autorizar para que la escriba definitivamente.
REPROBAR la Tesis.
Es cuanto podemos informar.
Atentamente,
Washigton Rodrigo Nez Altamirano Eduardo Patricio Mayorga Llerena Jorge Enrique Moncayo Snchez 1800814129 1801508019 1704330313
-
vi
LISTA DE CONTENIDO
pag.
CAPTULO I.. ........................................................................................................................ 1
1. INTRODUCCIN .................................................................................................................................... 1
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ......................................................................................... 1
1.2 FORMULACIN DEL PROBLEMA ............................................................................................ 2
1.3 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIN ........................................................................................ 2
1.3.1 Objetivo General ....................................................................................................................... 2
1.3.2 Objetivos Especficos ................................................................................................................. 2
1.4 JUSTIFICACIN E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIN ................................................. 3
1.5 HIPTESIS ................................................................................................................................... 3
CAPITULO II ......................................................................................................................... 4
2.MARCO TERICO ...................................................................................................................... 4
2.1 ANTECEDENTES. ........................................................................................................................ 4
2.2. FUNDAMENTO TERICO ................................................................................................................... 5
2.2.1 Las protenas .......................................................................................................................................... 5
2.2.1.1. Caractersticas ........................................................................................................................ 5
2.2.1.2. Estructura. .............................................................................................................................. 5
2.2.1.3 Propiedades fsicas. ................................................................................................................. 9
2.2.1.4 Propiedades qumicas. ........................................................................................................... 15
2.2.2 Queratina.............................................................................................................................................. 15
2.2.2.1 Estructura .............................................................................................................................. 16
2.2.2.2 Reacciones qumicas de la queratina: .................................................................................... 18
2.2.2.3 Aplicaciones de la queratina ................................................................................................ 24
2.2.3 Reductores de la queratina y oxidantes de disulfuros y tioles. ................................................... 25
2.2.3.1 Reductores de disulfuros. ...................................................................................................... 25
2.2.3.2 Oxidantes de disulfuros y tioles. ........................................................................................... 27
2.2.4 Magnitudes de las soluciones. ......................................................................................................... 28
CAPITULO III ..................................................................................................................... 34
-
vii
3. METODOLOGA ................................................................................................................................... 34
3.1 TIPO DE INVESTIGACIN. ...................................................................................................... 34
3.2. POBLACIN Y MUESTRA .................................................................................................................. 34
3.3. DISEO EXPERIMENTAL ................................................................................................................. 34
3.3.1 Tipo de Diseo. ........................................................................................................................ 34
3.3.1 .1 Variables Independientes: .................................................................................................... 35
3.3.1.2 Variable dependiente............................................................................................................. 35
3.3.2 Hiptesis estadstica. ............................................................................................................... 36
3.3.3 Clculos ................................................................................................................................... 37
3.4 TCNICAS E INSTRUMENTOS DE LA INVESTIGACIN. ........................................................... 41
3.4.1 Obtencin de la muestra de plumas de gallinceas. .............................................................. 41
3.4.2 Lavado y secado de las plumas: .............................................................................................. 41
3.4.3 Mtodos de obtencin de las soluciones de queratina (SQ1). ................................................ 41
3.4.3.1 Mtodo I o del sulfuro de sodio ............................................................................................. 41
3.4.3.2 Mtodo II o del etxido de sodio. .......................................................................................... 43
3.4.3.3 Mtodo III o del borohidruro de sodio. ................................................................................. 44
3.4.4. Determinacin del contenido de slidos totales. ................................................................... 44
3.4.5 Unidades experimentales del mtodo I. ................................................................................ 466
3.4.6 Soluciones de queratina al 2% (SQ2). ..................................................................................... 47
CAPTULO IV .................................................................................................................... 54
4. ANLISIS E INTERPRETACIN DE LOS RESULTADOS .................................................... 54
4.1 RESULTADOS......................................................................................................................................... 54
4.1.1 Datos de la muestra de plumas ............................................................................................... 54
4.1.2 Resultados de la caracterizacin de las soluciones en los tres mtodos. ............................... 54
4.1.3 Resultados de la comparacin entre las queratinas ............................................................... 56
4.1.4 Resultados de la caracterizacin de las soluciones de queratina .......................................... 57
4.1.5 Resultados del anlisis de varianza de los datos obtenidos . .................................................. 61
4.2 ANLISIS E INTERPRETACIN DE RESULTADOS ...................................................................... 68
4.2.1 Utilizacin de una parte de las plumas. .................................................................................. 68
4.2.2 Determinacin del mtodo adecuado para la produccin de queratinacosmtica..68
4.2.3 Efecto de la variacin de las cantidades de Na2S y H2O2. ..................................................... 69
4.2.5 Confirmacin estadstica de la relacin entre las variables usadas. ..................................... 70
4.2.6 Eleccin de la variable dependiente adecuada. ...................................................................... 70
4.2.7 Trasformacin qumica de la queratina natural. ................................................................... 70
-
viii
CAPTULO V .................................................................................................................................. 71
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................................................... 71
5.1 CONCLUSIONES. .................................................................................................................................. 71
5.2 RECOMENDACIONES.......................................................................................................................... 72
BIBLIOGRAFA ........................................................................................................................... 74
ANEXOS ......................................................................................................................................... 74
-
ix
LISTA DE TABLAS
pag.
Tabla 2.1. Valores de pKa de los grupos ionizables de las protenas. .............................................. 13
Tabla 2.2. Datos de los lquidos usados en la determinacin de la viscosidad a 20C ..................... 31
Tabla 3.1. Tratamientos del experimento de obtencin de queratina ................................................ 36
Tabla 3.2. Sumatoria de las combinaciones de tratamientos.........38
Tabla 3.3. Arreglos combinatorios.....39
Tabla 3.4. Anlisis de varianza......40
Tabla 3.5. Especificaciones de la solucin de queratina y de referencia.......45
Tabla 3.6. Datos del contenido de slidos de queratina y de referencia... .......48
Tabla 3.7. Datos del ndice refraccin, a 20C, de las soluciones y de referencia. ..49
Tabla 3.8. Datos de la densidad, a 20C, de las soluciones y de referencia. ....51
Tabla 3.9. Datos de tiempos en la determinacin de la viscosidad, a 20C,..52
Tabla 3.10. Datos de la viscosidad (), a 20C, de las soluciones de queratina....53
Tabla 4.1. Caractersticas de la solucin de queratina obtenida por el mtodo I..55
Tabla 4.2. Caractersticas de la solucin de queratina obtenida por el mtodo II.....55
Tabla 4.3. Caractersticas de la solucin de queratina obtenida por el mtodo III56
Tabla 4.4. Diferencias en las caractersticas de las soluciones de queratina.56
Tabla 4.5. Porcentaje de slidos de soluciones de queratina y de referencia....57
Tabla 4.6. ndices de refraccin (n) de soluciones de queratina y de referencia .....58
Tabla 4.7. Densidad () de soluciones de queratina y de referencia .....59
Tabla 4.8. Viscosidad (cP) a 20C de las soluciones de queratina y de referencia60
Tabla 4.9. Arreglo combinatorio axb para ndice de refraccin........61
Tabla 4.10. Resumen del ADEVA para ndice de refraccin....62
Tabla 4.11. Arreglo combinatorio axb para Densidad..63
Tabla 4.12. Resumen del ADEVA para Densidad.65
Tabla 4.13. Arreglo combinatorio axb para Viscosidad....66
Tabla 4.14. Resumen del ADEVA para Viscosidad..67
-
x
LISTA DE FIGURAS
pg.
Figura 2.1. Reaccin entre aminocidos para formar el enlace peptdico. .........................................5
Figura 2.2. Estructura primaria de las protenas ..................................................................................6
Figura 2.3. Estructura secundaria (alfa- helicoidal) de las protenas. .................................................7
Figura 2.4. Giro beta y estructura secundaria beta de las protenas. ...................................................7
Figura 2.5. Estructura terciaria de las protenas. .................................................................................8
Figura 2.6. Estructura cuaternaria de las protenas ............................................................................. 9
Figura 2.7. smosis de las protenas.. ............................................................................................... 10
Figura 2.8. Efecto Donnan ................................................................................................................ 11
Figura 2.9. Precipitacin selectiva de las protenas. .......................................................................... 11
Figura 2.10. Dipolos del agua alrededor de una protena. ............................................................. 12
Figura 2.11. Carga neta de las protenas segn el pH. .................................................................. 14
Figura 2.12. Desnaturalizacin reversible de la enzima ribonucleasa (1) y renaturalizacin (2).15
Figura 2.13 Estructura de la fibra de queratina. ............................................................................... .16
Figura 2.14 Estructura primaria de la queratina. .............................................................................. .16
Figura 2.15. Estructura secundaria, en -hlice y en hoja -plegada de la queratina.. ................... .17
Figura 2.16. Estructura terciaria de la queratina ............................................................................. .18
Figura 2.17. Viscosmetro Otswalt. .................................................................................................. .32
Figura 3.2. Variacin del ndice de refraccin de la solucin de queratina ..................................... .58
Figura 3.3. Variacin de la densidad de la solucin de queratina. .................................................... 59
Figura 3.4. Variacin de la viscosidad de la solucin de queratina ................................................. .60
-
xi
RESUMEN DOCUMENTAL
La amplia aplicacin de la queratina en los campos de la cosmetologa y de los alimentos ha
propiciado la investigacin de los procesos de produccin. La fuente natural principal de la
queratina es las plumas de aves de corral. Los procesos de produccin de la queratina cosmtica
estn patentados y por lo mismo, no se conocen las condiciones adecuadas para la obtencin de
esta calidad de queratina.
Por otro lado, en el Ecuador mensualmente se desechan 72 toneladas de plumas de pollo y se
importa grandes cantidades de productos cosmticos como cremas, gel, shampoo, locin, etc. para
el cabello que contienen queratina. (Claudio, 2009)
El objetivo principal de esta investigacin es determinar el mtodo adecuado de produccin de
queratina hidrosoluble, a partir de las barbillas de las plumas de pollo, y condiciones necesarias
para que el producto, tenga caractersticas similares a las de una queratina cosmtica, adquirida en
el comercio.
Tres mtodos diferentes se aplicaron en la obtencin de la queratina que se denominaron: mtodo
del sulfuro de sodio, mtodo del etxido de sodio y mtodo del borohidruro de sodio. Por las
ventajas encontradas se eligi al primer mtodo y en la segunda fase de la investigacin se variaron
las cantidades de Na2S y de H2O2 para determinar aquellas que producen queratina cosmtica.
Estadsticamente se demostr que la variacin de las cantidades de Na2S y de H2O2 tienen efecto
significativo en las siguientes caractersticas de la solucin de queratina: contenido de slidos,
ndice de refraccin, densidad y viscosidad.
PALABRAS CLAVE:
QUERATINA, PLUMAS DE POLLOS, PROTENAS, CONVERSIN DE RESIDUOS-
PLUMAS DE POLLO, APROVECHAMIENTO DE RESIDUOS-PLUMAS DE POLLO,
QUERATINA COSMTICA, RESIDUOS AVCOLAS
-
xii
BSTRACT
The wide application of keratin in the fields of cosmetology and food has led to the investigation of
the production processes. The main natural source of keratin is the poultry feathers. The production
processes of the cosmetic keratin are patented and therefore, no known suitable conditions for
obtaining this quality of keratin.
Meanwhile, in Ecuador monthly 72 tons of discarded chicken feathers and imported large amounts
of cosmetics such as creams, gels, shampoo, lotion, etc., containing hair keratin. (Claudio, 2009)
The main objective of this research is to determine the appropriate method of soluble keratin
production, from the chins of chicken feathers, and conditions for the product, has characteristics
similar to those of a cosmetic keratin, acquired in trade.
Three different methods were applied in the production of keratin were termed: Method sodium
sulfide, sodium ethoxide method and sodium borohydride method. The advantages found by the
first method were chosen and in the second stage of the investigation were varied amounts of Na2S
and H2O2 to determine those that produce keratin cosmetics.
Statistically showed that the variation of the quantities of H2O2 and Na2S have significant effect on
the following characteristics of the keratin solution: solids content, refractive index, density and
viscosity.
-
xiii
LUGAR DONDE SE REALIZ LA INVESTIGACIN:
Esta investigacin se realiz en los laboratorios de la Facultad de Ciencias Qumicas de la
Universidad Central del Ecuador.
Sntesis Orgnica y Polmeros y Plsticos.
Coloideoqumica.
Anlisis Instrumental
-
1
CAPTULO I
1. INTRODUCCIN
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Desde 1970, la industria avcola ecuatoriana ha crecido de manera sostenida, debido al crecimiento
de la poblacin de nuestro pas y los cambios en su alimentacin (en promedio, cada habitante
consume 23kg de carne de pollo al ao). Ahora constituye un sector importante de la economa
nacional, debido a su relacin con otros sectores econmicos y ella se consolid como una gran
cadena agroindustrial; en la cual preocupa el problema de la emisin de grandes volmenes de
contaminantes orgnicos mal procesados y que se estn desperdiciando, como se observa a
continuacin.
Solamente en la provincia de Pichincha existen 44 plantas avcolas (Osejos, 2009), de las cuales
para este estudio se ha tomado como referencia a la planta AVCOLA GRANJA RANCHO
EDEN, de propiedad del Seor Luis Hurtado. En esta planta se faenan alrededor de 200 pollos
diarios, si un pollo de 45 das de edad, pesa 2.4 kg y el 6.5% de su peso (150g) corresponde a
plumas; En promedio, de los 200 pollos se generan 30 kg de plumas al da y se desechan alrededor
de 11000 kg de plumas al ao. Si a esta cantidad de plumas se procesa como materia prima, de ella
se obtendra alrededor de 9000 kg de queratina, ya que el 80% de su peso corresponde a esta
protena. (Osejos, 2009)
En los ltimos 5 aos, Ecuador a importado queratina cosmtica, 823.035 toneladas en 1999 a
2121.009 toneladas en el 2011, que proviene de pases como Brasil, Mxico, Colombia y
Argentina habiendo invertido aproximadamente 73millones de dlares. (Claudio, 2009).
Otro problema relacionado con la queratina se refiere a sus procesos de obtencin de queratina a
partir de las plumas, estos estn patentados y en las fuentes bibliogrficas solamente se encuentran
los aspectos generales. En los mtodos encontrados no se especifican las condiciones necesarias
para su extraccin; adems, estas condiciones son muy agresivas y producen queratina
desnaturalizada, que no tiene calidad cosmtica.
Por ltimo, se desconoce la influencia de la variacin de las condiciones del proceso de obtencin
de la queratina en los parmetros de su calidad; tales como: el porcentaje de slidos de la solucin,
su densidad, su viscosidad, el ndice de refraccin, etc.; para tener el debido control del proceso,
segn la calidad de queratina deseada.
-
2
1.2 FORMULACIN DEL PROBLEMA
En base al planteamiento anterior, el problema de esta investigacin se formula con los siguientes
interrogantes:
Qu ventajas y desventajas tiene el mtodo con sulfuro de sodio en la obtencin de queratina
cosmtica a partir de plumas gallinceas? y Cmo influye la cantidad del sulfuro de sodio y del
perxido de hidrgeno del mtodo en el ndice de refraccin, la densidad y la viscosidad de la
solucin acuosa de la queratina obtenida?
1.3 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIN
1.3.1 Objetivo General
Determinar las ventajas y desventajas del mtodo con sulfuro de sodio en la obtencin de queratina
cosmtica a partir de plumas gallinceas, y la influencia que tiene la cantidad de sulfuro de sodio y
de perxido de hidrgeno del mtodo en el ndice de refraccin, la densidad y la viscosidad de la
solucin acuosa de la queratina obtenida.
1.3.2 Objetivos Especficos
a) Obtener una muestra de las plumas gallinceas que sea representativa y que tenga las
caractersticas deseadas para la experimentacin.
b) Aplicar en el laboratorio los mtodos conocidos para la obtencin de queratina a partir de
plumas gallinceas.
c) Comparar los resultados obtenidos con cada mtodo conocido para la obtencin de queratina a
partir de plumas gallinceas, en referencia a las caractersticas de la queratina cosmtica.
d) Experimentar con el mtodo que utiliza sulfuro de sodio en la obtencin de queratina a partir de
plumas gallinceas, variando la cantidad de sulfuro de sodio y de perxido de hidrgeno en el
procedimiento y obteniendo el producto en forma de una solucin acuosa de queratina.
e) Determinar el ndice de refraccin, la densidad y la viscosidad de la solucin acuosa de la
queratina obtenida en cada unidad experimental y de una muestra comercial de queratina
cosmtica.
f) Realizar el anlisis estadstico con los resultados obtenidos en todas las unidades
experimentales.
-
3
1.4 JUSTIFICACIN E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIN
Esta investigacin se justifica porque:
a) De los mtodos conocidos para producir queratina a partir de diferentes fuentes naturales, aqu se
elegir al mtodo adecuado para obtener esta protena, de las plumas gallinceas y adicionalmente,
que la queratina tenga calidad cosmtica. Informacin que no se encuentra, en forma detallada, en
las fuentes bibliogrficas disponibles porque ha sido patentada y tiene uso restringido.
b) Aqu se conocer la influencia de las dos variables independientes principales del proceso de
produccin de la queratina (cantidad de sulfuro de sodio y cantidad d perxido de hidrgeno) en las
variables dependientes del producto (densidad, ndice de refraccin y viscosidad de la solucin
acuosa de queratina), as se establecer la mejor magnitud en el control de la calidad de la queratina
cosmtica.
Esta investigacin es importante porque sus resultados servirn para:
a) Disponer de un mtodo adecuado en la produccin de queratina cosmtica de plumas
gallinceas, donde variando la cantidad de sulfuro de sodio y de perxido de hidrgeno se obtendr
la calidad deseada de producto indicado.
b) Plantear otras investigaciones sobre la aplicacin de la queratina obtenida en varios productos
cosmticos (cremas, gel, shampoo, locin, etc. para el cabello) o en otros usos (protenas para
balanceados).
1.5 HIPTESIS
El mtodo del sulfuro de sodio si es un adecuado para la produccin de queratina cosmtica de
plumas gallinceas y las cantidades de sulfuro de sodio y de perxido de hidrgeno utilizados en el
proceso de obtencin si influyen en la densidad, ndice de refraccin y viscosidad de la solucin
acuosa de la queratina obtenida.
-
4
CAPITULO II
2. MARCO TERICO.
2.1 ANTECEDENTES.
Esta investigacin se bas en la siguiente informacin:
a) OBTENCIN DE QUERATINA DE PLUMAS DE GALLINA informe de laboratorio de
Polmeros y Plsticos, Facultad de Ciencias Qumicas de la Universidad Central del Ecuador,
realizado por Rodrguez Suly en el 2009, aplic el mtodo de sulfuro de sodio y a las condiciones
ambientales, de 10g de plumas (solamente las fibrillas) se obtienen 2,729g de queratina, como un
polvo blanco que tiene un punto de fusin de 196-200C, y da positivo en el anlisis elemental de
azufre. (Rodriguez, 2009)
b) REDUCCIN QUMICA DE PLUMAS DE AVES PARA LA OBTENCIN DE
QUERATINA HIDROLIZADA investigacin realizada por Javier Paz Rodrguez, Ingeniera
Qumica Universidad del Valle Bolivia 2009, aplic el mtodo del ataque de plumas de pollos
con cidos y bases fuertes a diferentes concentraciones. (Rodrguez, 2009)
Tambin las plumas de pollos, (barbillas ms vstagos), con el NaBH4/ THF: Agua, da un producto
blanco de fcil molienda, que al re disolverse produce cristales transparentes de consistencia dura.
Las condiciones ptimas se determinan mediante el anlisis factorial correspondiente pero se
obtiene una queratina muy desnaturalizada. (Rodrguez, 2009)
c) PROCEDIMIENTO PARA LA OBTENCION DE MICROFIBRAS DE QUERATINA A
PARTIR DE RESIDUOS GANADEROS Patente de Florido Rodrguez, Jos Luis, describe la
obtencin de productos de queratina (soluble y microfibras insolubles) a partir de residuos
ganaderos, tales como: plumas, pelo, piel, pezuas o cuernos. El procedimiento consta de una
sucesin de etapas de triturado, hidrlisis y oxidacin, con Sulfuro de sodio y Perxido de
Hidrogeno, comunes para la obtencin de ambos productos de queratina. La queratina soluble se
obtiene aplicando las tcnicas, ultrafiltracin, lavado y secado (mediante atomizacin o
liofilizacin). Esta se aplica en la industria cosmtica o de alimentos (humana o animal). Las
-
5
microfibras de queratina insolubles, por su resistencia y elasticidad se utilizan en la industria textil,
de polmeros, del papel y de biomateriales. (Florido, 2010)
2.2. FUNDAMENTO TERICO
2.2.1 Las protenas
Son biopolmeros, formados por gran nmero de unidades estructurales repetitivas, debido a su
gran tamao, cuando estas molculas se dispersan en un disolvente adecuado, forman
siempre dispersiones coloidales, con caractersticas que las diferencian de las disoluciones de
molculas ms pequeas. (Garca, 2010)
2.2.1.1. Caractersticas
Las protenas son largas cadenas de aminocidos unidas por enlaces peptdicos entre el grupo
carboxilo (-COOH) y el grupo amino (-NH2) de residuos de aminocido adyacentes.
Por hidrlisis, las molculas de protena se dividen en numerosos compuestos relativamente
simples, de masa molecular pequea, que son las unidades fundamentales constituyentes de la
macromolcula, estas unidades son los aminocidos, de los cuales existen veinte especies diferentes
y que se unen entre s mediante enlaces peptdicos. Cientos y miles de estos aminocidos pueden
participar en la formacin de la gran molcula polimrica de una protena. (Garca, 2010).
2.2.1.2. Estructura.
La organizacin de una protena viene definida por cuatro niveles estructurales
denominados: estructura primaria, estructura secundaria, estructura terciaria y estructura
cuaternaria. Cada una de estas estructuras informa de la disposicin de la anterior en el espacio.
(Garca, 2010)
Figura 2.1. Reaccin entre aminocidos para formar
el enlace peptdico.
NH2-CH-C-OH + NH-CH-C-OH
R O OR'
NH2-CH-C-NH-CH-C-OH+H
2O
R R'O O
H
-
6
a) Estructura primaria.- La estructura primaria es la secuencia de aminocidos de la protena.
Nos indica qu aminocidos componen la cadena polipeptdica y el orden en que dichos
aminocidos se encuentran. La funcin de una protena depende de su secuencia y de la forma que
sta adopte.
b) Estructura secundaria.- La estructura secundaria es la disposicin de la secuencia de
aminocidos en el espacio. Los aminocidos, a medida que van siendo enlazados durante la sntesis
de protenas y gracias a la capacidad de giro de sus enlaces, adquieren una disposicin espacial
estable, la estructura secundaria.
Existen dos tipos de estructura secundaria:
La estructura alfa-hlice.- Esta estructura se forma al enrollarse helicoidalmente sobre s misma
la estructura primaria. Se debe a la formacin de enlaces de hidrgeno entre el -C=O de un
aminocido y el -NH- del cuarto aminocido que le sigue.
Figura 2.2. Estructura primaria de las protenas.
Nota: (Bentez, 2008)
Gly=Glicina
Ile= Isoleucina
Val= Valina
Cys=Cistena
Glu=cido Glutmico
Gln= Glutamina
Ala=Alanina
Ser=Serina
Leu=Leucina
Asp=cido Aspartico
Arg=Arginina
Cys=Cistena
Pro=Prolina
Lys=Lisina
Phe=Fenilalanina
Tyr=Tirosina
His=Histidina
Lys=Lisina
Asn=Aspargina
-
7
La estructura beta.-En esta disposicin los aminocidos no forman una hlice sino una cadena
en forma de zigzag, denominada disposicin en lmina plegada. Esta estructura secundaria
presenta la queratina de la seda o fibrona.
El giro beta permite un cambio de direccin de la cadena peptdica, necesario para que adopte una
estructura ms compacta y las hebras beta estn representadas como flechas, conectadas a travs
de dobleces y giros beta.
c) Estructura terciaria.- Esta corresponde a la disposicin de la estructura secundaria de un
polipptido al plegarse sobre s misma originando una conformacin globular, la que facilita
la solubilidad en agua y as realizar funciones de transporte, enzimticas, hormonales, etc.
Figura 2.4. Giro beta y estructura secundaria beta de las protenas.
Nota: (Bentez, 2008)
Figura 2.3. Estructura secundaria (alfa- helicoidal) de las protenas.
Nota: (Bentez, 2008)
-
8
Esta conformacin globular se mantiene estable gracias a la existencia de enlaces entre los
radicales R de los aminocidos. Los varios tipos de enlaces son:
Unin disulfuro entre los radicales de aminocidos que tienen azufre.
Puentes de hidrgeno.
Unin inica.
Interacciones hidrfobas.
Figura 2.5. Estructura terciaria de las protenas.
d) Estructura cuaternaria.- Esta corresponde al complejo proteico, formado por enlaces dbiles
(no covalentes) de varias cadenas polipeptdicas con estructura terciaria. Cada una de las cadenas
polipeptdicas recibe el nombre de protmero.
El nmero de protmeros vara desde dos, (como en la hexoquinasa); cuatro (como en
la hemoglobina), o muchos, (como la cpsida del virus de la poliomielitis, que tiene sesenta
unidades proteicas).
Figura 2.5. Estructura terciaria de las protenas.
Nota: (Genoma, 2010)
-
9
La estructura anterior corresponde a la molcula de hemoglobina. Formada por dos cadenas de -
hemoglobina y dos cadenas de -hemoglobina. Cada cadena transporta una molcula de oxgeno.
(Genomasur, 2010)
2.2.1.3 Propiedades fsicas.
Desde el punto de vista bioqumico, las propiedades de las protenas son: (a) propiedades osmticas
(b) precipitacin selectiva (c) la capacidad amortiguadora y (Kerstetter, 2005).
a) Propiedades Osmticas.- Como todo soluto molecular o inico, las protenas ejercen un
efecto osmtico cuando existen barreras que limitan su libre difusin, como puede ser una
membrana semipermeable, que permite el paso del agua, pero no de los solutos.
Figura 2.6. Estructura cuaternaria de las protenas
Figura 2.7. Estructura cuaternaria de las protenas
Nota: (Genoma, 2010)
-
10
El valor de la presin osmtica se puede calcular mediante la frmula de Van't Hoff: = cRT,
donde es la presin osmtica, c es la concentracin, R es la constante de los gases y T es la
temperatura absoluta.
En el caso de las protenas, el efecto osmtico se ampla por otros dos factores: a) la presin por el
agua de hidratacin que forma la envoltura acuosa de las protenas y b) la presin por el exceso de
iones debido al efecto Donnam, que se explica a continuacin.
Las protenas se comportan como polianiones, cuyas cargas estn neutralizadas por los contra iones
Na o K. Las membranas biolgicas son permeables a estos iones, con lo cual su concentracin a
ambos lados de la membrana se equilibra.
La existencia de protenas en slo uno de los compartimentos provoca la retencin permanente de
iones difusibles en ese lado de la membrana, lo que incrementa el efecto osmtico.
Figura 2.8. smosis de las protenas.
Nota: (Dvorkin, 2010)
Molcula de agua
Molcula de protena
Membrana semipermeable
-
11
Al efecto osmtico conjunto de las protenas, se denomina presin coloidosmtica que es el
resultado de:
la presin osmtica (que slo depende del nmero de partculas)
la presin provocada por el agua de hidratacin
la presin provocada por el exceso de iones debido al efecto Donnan.
b) Precipitacin selectiva.- En disolucin acuosa, los residuos hidrofbicos de las protenas
globulares se acumulan en el interior de la estructura, mientras que en la superficie aparecen
diversos grupos con carga elctrica, que variar en funcin del pH del medio.
Los dipolos del agua se orientan alrededor de los grupos cargados en funcin de la carga elctrica
de cada grupo, de tal manera que la protena presenta una capa formada por el agua de hidratacin,
que es el agua retenida por las cargas elctricas presentes en la superficie de las protenas.
Figura 2.10. Precipitacin selectiva de las protenas.
Nota: (Dvorkin, 2010)
Figura 2.9. Efecto Donnan
Nota: (Dvorkin, 2010)
Grupo R hidroflico
Grupo R hidrofbico
-
12
Los aminocidos polares sin carga tambin se disponen en la superficie, donde interaccionan con
el agua mediante puentes de hidrgeno.
Cualquier factor que modifique la interaccin de una protena con el disolvente disminuir su
estabilidad en disolucin y provocar su desnaturalizacin y precipitacin. As, la desaparicin
total o parcial de la envoltura acuosa, la neutralizacin de las cargas elctricas de tipo repulsivo o
la ruptura de los puentes de hidrgeno facilitarn la agregacin intermolecular y provocarn la
precipitacin. En muchas ocasiones, la formacin de agregados fuertemente hidrofbicos impide
su renaturalizacin, y hacen que el proceso sea irreversible.
Sin embargo, en algunos casos, la desnaturalizacin es reversible, ya que la estructura primaria
contiene la informacin necesaria y suficiente para recuperar la estructura tridimensional nativa.
Esta propiedad es de gran utilidad durante los procesos de aislamiento y purificacin de protenas.
Como no todas las protenas reaccionan de igual forma ante un cambio en las condiciones del
medio donde se encuentra disuelta, es posible provocar la precipitacin selectiva de protenas. Las
protenas precipitadas se separan fcilmente de las dems protenas y, si el proceso es reversible,
se puede renaturalizar la protena para que vuelva a adoptar su estructura nativa.
Los dos mtodos ms utilizados para provocar la precipitacin selectiva (y reversible) de las
protenas son:
Cambios en la fuerza inica: para ello se utiliza sulfato amnico, urea o cloruro
de guanidinio
Cambios en la polaridad del disolvente para ello se utiliza etanol o acetona.
Figura 2.11. Dipolos del agua alrededor de una protena.
Nota: (Dvorkin, 2010)
Protena
Dipolo de
agua
-
13
c) Capacidad Amortiguadora.- Esta propiedad se debe a la existencia de (a) los grupos
ionizables de las cadenas laterales de los aminocidos Asp, Glu, Lys, Arg, His, Tyr, Cys; y (b) los
grupos COOH y NH2 terminales. Por este motivo, las protenas poseen un considerable poder
amortiguador en una amplia zona de pH. Aunque cada aminocido tiene unos grupos ionizables
con unas constantes de ionizacin (pKa) caractersticas, el valor de dichas constantes puede verse
ligeramente modificado por el entorno proteico.
Tabla 2.1. Valores de pKa de los grupos ionizables de las protenas.
Grupo ionizable Equilibrio de disociacin pKa* tpico
Carboxilo terminal COOH COO-+ H
+
3,1
cidos asprtico y
glutmico. COOH COO
-+ H
+
4,4
Histidina N+ NHCH2+
H N NH
CH2+
+ H+
6,5
Amino terminal NH3+
H NH2H + H+
8,0
Cistena SH2 SH
-
+ H+
8,5
Tirosina OHCH3 O-
+ H+
10,0
Lisina NH3+
H NH2H + H+
10,0
Arginina NH3
2+
NH2
NH2
NH2+
NH2
NH2 + H+
12,0
Nota: * Los valores de pKa dependen de la temperatura, de la fuerza inica y del micro entorno del grupo ionizable.
Nota: (Dvorkin, 2010)
El grupo imidazol del aminocido histidina es el principal responsable del poder amortiguador de
las protenas a pH fisiolgico, ya que su pKa est prximo a 7. Cuando el pH es bajo, los grupos
ionizables estn protonados, y la carga neta de la protena es de signo positivo. Cuando el pH es
alto, los grupos ionizables estn desprotonados, y la carga neta es de signo negativo. Entre ambas
zonas, habr un pH en el que la carga neta de la protena es nula y se denomina pH isoelctrico o
punto isoelctrico (pI), y es caracterstico de cada protena. Por tanto:
Cuando el pH es igual al pI, la carga neta de una protena es cero
A valores de pH por debajo del pH isoelctrico la carga neta de la protena es positiva
-
14
A valores de pH por encima del pH isoelctrico, la carga neta de la protena es negativa
Cuando el pH del medio es igual al punto isoelctrico (pI), la solubilidad de una
protena es mnima ya que, al no haber carga neta, desaparecen las repulsiones
electrostticas que podran impedir la agregacin y precipitacin de las molculas de
protena.
En funcin del punto isoelctrico se pueden distinguir:
Protenas cidas: son las que tienen un punto isoelctrico bajo (como la pepsina), y a
pH fisiolgico estarn cargadas negativamente.
Protenas bsicas: son las que tienen un punto isoelctrico alto (como las histonas) y a
pH fisiolgico estarn cargadas positivamente.
La mayora de las protenas intracelulares tienen carga negativa, ya que su pH es menor que el pH
fisiolgico (que est prximo a 7). (Figura 11).
pH bajo: carga neta
positiva
pI: carga neta nula
pH alto: carga neta
negativa.
Figura 2.12. Carga neta de las protenas segn el pH.
Nota: (Dvorkin, 2010)
-
15
2.2.1.4 Propiedades qumicas.
a) Desnaturalizacin y renaturalizacin
La desnaturalizacin de una protena se refiere a la
ruptura de los enlaces que mantenian sus estructuras
cuaternaria, terciaria y secundaria, conservndose
solamente la primaria. En estos casos las protenas se
transforman en filamentos lineales y delgados que se
entrelazan hasta formar compuestos fibrosos e insolubles
en agua. Los agentes que pueden desnaturalizar a una
proteina pueden ser: calor excesivo; sustancias que
modifican el pH; alteraciones en la concentracin; alta
salinidad; agitacin molecular; etc... El efecto ms
visible de ste fenmeno es que las proteinas se hacen
menos solubles o insolubles y que pierden su actividad
biolgica.
La mayor parte de las protenas experimentan
desnaturalizaciones cuando se calientan entre 50 y 60
C; otras se desnaturalizan tambin cuando se enfrian
por debajo de los 10 a 15 C.
La desnaturalizacin puede ser reversible
(renaturalizacin) pero en muchos casos es irreversible.
(Kerstetter, (2005) ).
2.2.2 Queratina
Protena que se presenta en forma de microfibrillas, como si fuesen una maroma o cuerda. Las
protenas siempre estn formadas por cadenas de aminocidos que se enlazan entre s formando
fibrillas.
Est muy extendida en la naturaleza: adems de encontrarse en la piel, pelo y uas, se encuentra
adems en la lana, las plumas, pezuas, cuernos, etc.
Figura 2.13. Desnaturalizacin
reversible de la enzima ribonucleasa
(1) y renaturalizacin (2)
Nota: (Gonzalez, 2010)
-
16
La queratina est compuesta bsicamente por un aminocido de alto contenido de azufre. Las
queratinas duras contienen entre un 15 o un 18% de azufre, mientras que las blandas slo tienen
entre un 2 y un 4%.
2.2.2.1 Estructura
a) Estructura primaria.-Esta es fundamental para la forma tridimensional de la protena,
cualquier modificacin en la secuencia de aminocidos podra ocasionar un cambio en la estructura
tridimensional y afectar la funcin biolgica. (Chamizo J. 1994).
Figura 2.15 Estructura primaria de la queratina.
Nota: (Bentez, 2008)
F
Figura 2.14 Estructura de la fibra de queratina.
Nota: (Dvorkin, 2010)
-
17
Los aminocidos ms abundantes presentes en la queratina son: Glicina 21,5% (Gli), Fenilalanina
3,9% (Fen), Alanina 11% (Ala), cido asprtico 9,3% (Asp), Cistena 12,2% (CiSH), Lisina 7,3%
(Lis), Prolina 2,3% (Pro), Valina 4,2% (Val), Leucina 3.2% (Leu), Isoleucina 1,2% (Ile) Treonina
4,8%(Tre), Otras.19, 1%.
b) Estructura secundaria.- A medida que la cadena de aminocidos de queratina se va
ensamblando, empiezan a tener lugar interacciones entre los diversos aminocidos de la cadena.
Pueden formarse puentes de hidrgeno, entre el hidrgeno del amino de un aminocido y el
oxgeno del carboxilo de otro.
Figura 2.16. Estructura secundaria, en -hlice y en hoja -plegada, de la queratina.
Nota: (Bentez, 2008)
c) Estructura terciaria.- Debido a la interaccin de los grupos R de los aminocidos, la cadena
polipeptdica se pliega determinando una intrincada estructura tridimensional.
-
18
Figura 2.17. Estructura terciaria de la queratina
Nota: (Bentez, 2008)
Los protmeros de queratina se unen entre s para formar dmeros. El dmero es el primer precursor
de la gran molcula de la queratina en el que entran en juego varias protenas. La unin no tiene
lugar de cualquier manera, sino de una forma muy concreta: una subunidad cida se unir con una
subunidad bsica. De esta forma, la macromolcula acabar teniendo la misma proporcin de
subunidades bsicas que de subunidades cidas.
Posteriormente, dos dmeros se unirn entre s para formar tetrmeros. Multitud de tetrmeros se
unen entre s, unos detrs de otros, dando lugar a los protolamentos, varios protolamentos se
unen entre si, en grupos de unos cuatro protolamentos, formando una protobrilla, a partir de
estas protobrillas bien cohesionadas se formarn las grandes molculas de queratina unindose
muchas subunidades y torsionndose formando un trenzado.
2.2.2.2 Reacciones qumicas de la queratina:
La queratina presenta propiedades exclusivas como protena debido a la presencia de enlaces tales
como:
Enlaces amdicos: Unen un aminocido con otro para formar la cadena principal, son muy
slidos y solo se rompen con soluciones acuosas concentradas de cidos y bases fuertes.
PROTMERO
Una espiral de -HLICE
D PROTMERO
Par de espirales
PROTOFILAMENTO
Unin de pares de espirales
PROTOFIBRILLA
Unin de de tres ms
espirales.
-
19
Puentes salinos: se forman entre los grupos de cidos y bsicos de las cadenas laterales.
Cuando estos grupos sobrantes no forman enlace amdico, estn cerca uno del otro, se
origina una atraccin entre sus cargas o atracciones electromagnticas.
Enlaces di sulfuro: es la unin que existe entre los dos tomos de azufre de la molcula de
cistina. Esta unin es fuerte y en la molcula de alfa-queratina suele existir un puente de
este tipo cada cuatro vueltas de la espiral.
Puentes de hidrgeno: se originan por la atraccin de tomos con polaridad negativa al
hidrgeno con polaridad positiva. Por estos puentes las cadenas no son rectilneas sino
helicoides, girando sobre s misma como una cinta enrollada. Esta es la alfa-queratina.
Estas uniones son dbiles en relacin a la unin de los aminocidos y se rompen con
facilidad, cuando se mojan con agua, o por estiramiento. Las cadenas que toman as una
forma aplanada o estirada, esta forma es la beta-queratina que no es estable y el cabello
tiende a recuperar la posicin alfa-queratina. (Wilkins, Moore, & Rodriguez, 1990).
a) Hidrlisis de la queratina.-La queratina con agua da una hidrlisis de los enlaces disulfuro de
la cistena para producir la cistena (tiol) y cido sulfnico.
b) Reduccin de la queratina con sulfuro de sodio.- Con el Na2S se favorece la degradacin de la
queratina, mediante las siguientes reacciones consecutivas:
Cuando el Na2S se disuelve en agua, se produce el NaHS y el medio es bsico.
Na2S + H2O Na (HS) +Na (OH)
CH CH
C
NH
S SCH2 CH2
=O C = O
NH
Cistna
+ H2O CH
C
NH
SHCH2
= O
+ CH
C
NH
SOHCH2
=
Cistena cido sulfnico
-
20
El NaHS reduce la cistina a cistena.
+ 2 Na (HS)
Tambin el NaHS reduce a los cidos sulfnicos, ayudando a la hidrlisis.
+ 2 Na (HS)
El NaHS propicia al equilibrio siguiente, pero como el H2S es gas y sale del sistema, el equilibrio
se desplaza hacia la derecha, produciendo un mayor gasto del NaHS.
+ Na (HS)
Adems, el medio bsico favorece la siguiente neutralizacin.
+ Na (OH)
Por otro lado, la presencia de la base hidrxido da otras reacciones, que corresponden al
mecanismo de Swan, en el rompimiento de los grupos disulfuro de la queratina.
CH CH
C
NH
S SCH2 CH2
= O C
NH
=O
Cistina
CH
C
NH
SHCH2
=O
Cistena
+ NaS - S
Na
Cistina
2
Sulfano
CH
C
NH
SOHCH2
= O
cido Sulfnico
CH
C
NH
SHCH2
=O
Cistena Sulfano
CH
C
NH
SHCH2
= O
Cistena
CH
C
NH
S NaCH2
=O
+-
+ H2S
CH
C
NH
SHCH2
= O
+ H2O CH
C
NH
S NaCH2
= O
+-
+ NaS - S
Na
-
21
CH CH
C
NH
S SCH2 CH2
= O C=O
NH
Na (OH)
Por lo tanto, como los puentes de disulfuro forman los retculos entre las cadenas polipeptdicas, la
estructura reticulada de la queratina es insoluble en agua. Con la solucin acuosa de Na2S se
generan tres maneras de romper los puentes de disulfuro, ya indicados, estos son: a) Mediante
reduccin con NaHS; b) Por accin del agua, sea por hidrlisis; c) reaccin cido-base con el
NaOH generado en la hidrlisis del Na2S. (OF1, 1996).
c) Reduccin de la queratina con el etxido de sodio.-El sodio reacciona con el etanol absoluto
de forma controlada produciendo hidrgeno gaseoso, el cual es el agente reductor, de los grupos
disulfuro de la queratina.
CH3 - CH2 OH + Na CH3 - CH2 O Na + H2
C CH
C
NH
S SCH2 CH2
= O C = O
NH
-Na
+
C CH
C
NH
S SCH2 CH2
=O C=O
NH
-Na
+ + C
C
NH
CH2
= O
- CHS S CH2
C =O
NH
Na+
+
Unin inestable
+ H2O
C
C
NH
CH2
= O
Residuo de cido
aminoacrlico Anin de cistena
CHCH2
C =O
NH
Na+
S +S
-
22
Al igual que el NaOH el etxido de sodio, que es una base, ms fuerte, puede producir las
reacciones del mecanismo de Swan, del rompimiento de los enlaces disulfuro, indicados a
continuacin:
CH
CH2
S
S
CH2
CH
HN C
O
NHC
O
H2
[O]
CH
CH2
SH
CH2
CH
HN C
O
NHC
O
SH
CH2
CH NHC
O
S Na
CH
CH2
S Na
HN C
O
d) Reduccin de la queratina con borohidruto de sodio.- El borohidruro de sodio (NaBH4)
reacciona con el agua liberando hidrgeno.
NaBH4 + 4H2O Na [B (OH)3] + 4H2
NaBH4 + 4H2O Na [B (OH)4] + 4H2
El hidrgeno generado reacciona con los grupos disulfuro de la queratina, en la forma indicada
anteriormente.
CH
CH2
S
S
CH2
CH
HN C
O
NHC
O
H2
[O]
CH
CH2
SH
CH2
CH
HN C
O
NHC
O
SH
CH2
CH NHC
O
S Na
CH
CH2
S Na
HN C
O
e) Oxidacin de la cistena y de la cistina.- Varios productos oxidantes se pueden emplear para la
modificacin de enlaces en las protenas pero slo, el perxido de hidrgeno (H2O2) ha prevalecido
2C2H5 - O Na
H
Cistina Cistena
+ 2C2H5 O H
Aniones de la cistena
+ 2C2H5 O H
2NaOH
H
-
23
CH CH
C
NH
S SCH2 CH2
=O C =O
NH
CH CH
C
NH
S SCH2 CH2
=O C =O
NH
sobre los dems, porque su accin se manifiesta nicamente sobre el enlace disulfuro y no modifica
la longitud y composicin de las cadenas polipeptdicas.
La oxidacin con H2O2 se realiza en medio alcalino (el ms corriente) o en medio cido (es
necesaria la ausencia de impurezas metlicas, por su efecto cataltico en la descomposicin del
perxido). (Gacn Guilln, 1976).
El grupo sulhidrilo (-SH) de la cistena es muy reactivo. La reaccin ms comn es una oxidacin
reversible que forma un disulfuro. La oxidacin de dos molculas que contiene cistena forma
cistina, que contienen el enlace disulfuro. El enlace puede producirse en una nica cadena para
formar un anillo o entre dos cadenas separadas para formar un puente intermolecular. Los puentes
disulfuro ayudan a estabilizar muchos polipptidos y protenas. (Wikipedia, 2012).
Luego el grupo disulfuro de la queratina puede ser oxidado de varias maneras.
+ H2O
Cistena
CH
C
NH
SHCH2
= O
+ H2O2
Cistina
2 +
Cistina
C
CH SO S
C
CHCH2 CH2
= O
NH
=O
NH
Derivado del cido tiosulfnico.
[O]
[H]
[O] [H]
NH
CH SO2 S
NH
CHCH2 CH2
C=O C=O
Derivado del cido tiosulfnico.
[O]
[H] NH
C=O
CH SO2 SO
NH
CHCH2 CH2
C=O
-
24
Para la obtencin de queratina de uso cosmtico, la oxidacin debe producirse solamente hasta el
grupo sulfxido.
2.2.2.3 Aplicaciones de la queratina
En cosmetologa
La queratina es parte de muchos tratamientos cosmticos capilares, protege el interior del cabello,
influye en el color y en el brillo, que le afectan los factores mecnicos, qumicos o ambientales.
Estos modifican la estructura del cabello convirtindolo en frgil quebradizo y poroso, la queratina
puede evitar el deterioro del cabello por la continua exposicin a estos factores. (Wilkins, Moore,
& Rodriguez, 1990).
En la industria textil
La queratina, se usa como material de refuerzo en la fabricacin de polmeros industriales, tales
como: los polietilenos y los polipropilenos, en la produccinde pasta de papel o cartn y la
fabricacin de biomateriales o materiales biomdicos, entre otros.
En la industria alimenticia.
La queratina, que contiene las plumas, es un recurso alimenticio potencial. Luego de un proceso
hidroltico, de estos residuos, ellos se transformarn en una protena digestible, que es util como
concentrado proteico para rumiantes, ya que optimiza el ndice de crecimiento del ganado de
engorde y tambin suple las necesidades de protena en ganado lechero. Como se extrae de una
fuente natural, no
Sulfinilsulfona.
NH
CH SO2 SO2
NH
CHCH2 CH2
C=O C=O
[O] [H]
Disulfona.
-
25
contiene toxinas e inhibidores del crecimiento, pueden ser usada en dietas balanceadas sin
limitaciones nutricionales.
En la industria agrcola.
La queratina, presente en las plumas es un recurso adecuado para la elaboracin del Compost
(proceso de degradacin microbiolgico aerobio de materiales orgnicos realizado en condiciones
controladas, en el que debido a la actividad microbiana se obtiene un abono orgnico) que en
conjunto con una mezcla de materiales fecales, orina, tierra y restos vegetales permiten el proceso
de compostaje, permitiendo que la queratina lentamente se degrade y se convierta en una sustancias
de fcil biodegradacin, contribuyendo al desarrollo de los microorganismos que enriquecern el
suelo con nitrgeno y fsforo. (Carlosama, 2010).
2.2.3 Reductores de la queratina y oxidantes de disulfuros y tioles.
2.2.3.1 Reductores de disulfuros.
a) Sulfuro de sodio (Na2S).- Sustancia cristalina incolora con buena solubilidad en el agua y mala
solubilidad en la mayora de los disolventes orgnicos, con excepcin de la glicerina. Agente
queratoltico efectivo para el reblandecimiento de protenas, tales como la queratina presente en las
plumas.
Cuando se disuelve en agua da soluciones fuertemente alcalinas (NaOH). Si est expuesto al aire
hmedo, el Na2S ( sus hidratos) emiten sulfuro del hidrgeno (gas txico), con olor a huevos
putrefactos; en contacto con el aire o la luz se oscurece. (Favela, 2012)
Como el azufre, es menos electronegativo que el oxgeno y sus electrones externos estn ms
esparcidos: los tomos de azufre forman enlaces de hidrgeno ms dbiles que con el oxgeno.
El Na2S reduce a los di sulfuros mediante las reacciones:
Na2S + H2O NaHS + Na(OH)
R S S R + NaHS 2 R SH + Na2S2
R SH + NaHS R SNa + H2S
R SH + NaOH R SNa + H2O
-
26
El sulfuro de sodio se utiliza en la preparacin de cremas depilatorias. (Publicacion textil, 2007).
b) Etxido de sodio (C2H5 O Na).- Esta sustancia se obtiene mediante la reaccin del etanol
(que acta como cido) con sodio (metlico) para generar gas hidrgeno.
CH3 CH2 OH + Na CH3 CH2 O Na
+
H2
En esta reaccin de oxidacin-reduccin, el metal es oxidado y el in hidrgeno (protn) es
reducido. (Alonso, 2007, p. 22)
El etxido de sodio, como es una base ms fuerte que los hidrxidos, reacciona con el agua para
formar el hidrxido de sodio. (McMurry, 2007, p. 167)
CH3 CH2 O Na
+ H2O CH3 CH2 OH + NaOH
El etxido de sodio reacciona con el grupo tiol para producir etanol y la sal correspondiente.
R SH + CH3 CH2 O Na R S Na + CH3 CH2 OH
c) Boro hidruro de sodio (NaBH4).- Compuesto inorgnico slido, en forma granulada (polvo) de
color blanco, es un agente reductor ms selectivo y menos energtico que el NaAlH4, en ter es
insoluble, es soluble en agua y en alcoholes, aunque reacciona con ellos con relativa lentitud (se
acelera si se aade una base fuerte) formando hidrgeno (riesgo de explosin), es estable hasta los
300 C.
NaBH4 + 4 H2O B (OH)3 + NaOH + 4 H2
Los compuestos hidroxlicos, como alcoholes o cidos carboxlicos, tambin reaccionan lentamente
en forma similar.
NaBH4 + 4 C2H5OH B (O - C2H5)3 + Na O - C2H5 + 4 H2
B (O - C2H5)3 + Na O - C2H5 Na [B(O- C2H5)4]
Etanol Sodio metlico Etxido de Sodio Gas Hidrgeno
Etxido de Sodio Agua Etanol Hidrxido de Sodio
-
27
Los disulfuros orgnicos son reducidos por el NaBH4 mediante las siguientes reacciones:
4 R-S-S-R + NaBH4 4 R-SH + Na [B(R-S) 4]
Na [B(R-S) 4] + H2O 4 R-SH + Na OH + B (OH) 3
B (OH) 3 + Na OH Na [B (OH) 4] cido Brico Borato de sodio
La reaccin total es la siguiente:
4 R-S-S-R + NaBH4 + H2O 8 R-SH + Na [B (OH) 4]
2.2.3.2 Oxidantes de disulfuros y tioles.
Perxido de hidrgeno (H2O2).- A temperatura ambiente es un lquido incoloro con sabor amargo.
Pequeas cantidades de perxido de hidrgeno gaseoso se encuentran naturalmente en el aire. El
perxido de hidrgeno es inestable y se descompone lentamente en oxgeno y agua con liberacin
de calor. Su velocidad de descomposicin puede aumentar mucho en presencia de ciertos
catalizadores. Aunque no es inflamable, es un agente oxidante potente que puede
causar combustin espontnea cuando entra en contacto con materia orgnica o algunos metales,
como el cobre, la plata o el bronce. (Escobedos Cisneros, 2007)
Como el H2O2, es un lquido altamente polar, fuertemente enlazado con el hidrgeno, tal como el
agua, es un lquido ligeramente ms viscoso que ste. Es conocido por ser un poderoso oxidante.
Totalmente miscible en agua, e inmiscible con la mayora de disolventes orgnicos.
El perxido de hidrogeno es empleado en procesos de oxidacin, ya que provee fcilmente tomos
de oxgeno. Con molculas que tienen enlaces sulfuros, los convierte a azufre a pH cido, mientras
a pH alcalino (superiores a 8) forma sulfato, es decir que, es un fuerte oxidante en medio cido y,
en menor medida en medio bsico.
El poder oxidante del perxido de hidrgeno, es mayor conforme aumente su concentracin, y esta
manera la tendencia del pH final de la solucin es a disminuir.
-
28
R- S - R + H2O2 R - S - R
R - S - R + H2O2 R - S - R
o
o
o
Los tioles se oxidan con H2O2 para formar disulfuros, mediante la reaccin:
Otro tipo de oxidacin de los grupos tiol con H2O2 es para producir cido sulfnico.
Este producto es el resultado de un proceso de oxidacin, que se realiza en las siguientes etapas.
Los enlaces peptdicos prximos a un grupo sulfnico son menos estables a la hidrlisis.
El H2O2 al 30%, en medio cido, oxida un sulfuro a sulfxido a 25C y hasta sulfona a 100C.
(Fessenden, 1993).
2.2.4 Magnitudes de las soluciones.
ndice de refraccin
El fenmeno de la refraccin consiste en el cambio de direccin, que experimenta la luz al pasar de
un medio a otro, debido a un cambio en su velocidad de propagacin. Este cambio de velocidad se
debe a la interaccin entre el campo elctrico de la radicacin y los electrones de enlace del medio.
Mientras ms concentrada esta una solucin, con slidos disueltos, cambia ms la direccin de la
luz. Se ha establecido un ndice para cada uno de estos ngulos de refraccin, y se puede utilizar
este "ndice de refraccin" para identificar o evaluar una muestra de lquido dada. (Maquimsa,
2012)
El valor del ndice de refraccin "n" es adimensional y mayor que la unidad, es una constante
caracterstica de cada medio: (Hatschek, 1998), y se expresa con la siguiente frmula.
25C
100C
R-SH + 2H2O2 R-SO3H + H2O
R-SH R-S-OH R-S-OH
O
R-S-OH
O
O
[O] [O] [O]
[H] [H] [H]
Tiol c. sulfnico c. sulfnico c. sulfnico
2 R-SH + H2O2 R-S-S-R + H2O
-
29
Donde:
(3x108 m/s)
El ndice de refraccin de una sustancia a una longitud de onda determinada, se define como el
cociente entre el seno del ngulo de incidencia (sen i1) y el seno del ngulo de refraccin (sen i2):
El ndice de refraccin de una sustancia aumenta con la longitud de onda de la radiacin y
disminuye con la temperatura.
es til para valorar la pureza de un compuesto y para el anlisis cuantitativo de mezclas, la
composicin de una solucin se puede determinar, ya que existe una variacin lineal entre el ndice
de refraccin y su concentracin. (Mauri, Llobat, & Herrez, 2010)
Donde:
Los valores del ndice refraccin especificado para una solucin acuosa de queratina de uso
comercial es de: 1.400-1.4350, (Phitother, 2006).
-
30
Densidad
Es la magnitud que expresa la relacin entre la masa y el volumen de un cuerpo. Se expresa con la
frmula:
Donde:
.
La densidad de una solucin aumenta conforme aumenta la masa del soluto.
Para determinar la concentracin de una sustancia en una solucin, conociendo ndice de refraccin
de la solucin y la densidad del disolvente, se puede utilizar la siguiente ecuacin: (E. Solano Oria,
1991).
Donde:
Los valores de la densidad especificada para una solucin acuosa de queratina de uso comercial es
de: 1.1500-1.200g/mL. (Phitother, 2006)
Viscosidad
Es la resistencia de un lquido a fluir. A medida que aumentan las fuerzas intermoleculares aumenta
la viscosidad y el lquido fluir ms lentamente. Cuanto ms concentrado es un lquido mayor es su
viscosidad. (Hatschek, 1998).
-
31
D Donde:
: esfuerzo cortante [mPa].
: Viscosidad [mPas]
D: velocidad de deformacin [s-1
]
Las unidades de viscosidad ms utilizadas son los milipascales por segundo [mPas] y
centiPoise[cp].
Se debe tener en cuenta que: 1000mPas = 1 Pas
1 cp = 1 mPas
1 Poise = 1 g/cms
Las sustancias que forman puentes de hidrgeno, tienen generalmente viscosidades altas, cuanto
ms larga sea la molcula.
La viscosidad tiene que ver con la facilidad con que las molculas individuales del lquido pueden
moverse unas respecto de otras. Por lo tanto, dependen de las fuerzas de atraccin entre las
molculas y de la existencia de estructuras caractersticas que hacen que las molculas se enreden.
Los fluidos cosmticos comerciales deben presentar valores entre 1. 00-1,850 cps. (Proquimsa
S.A., 2007).
Tabla 2.2 Datos de los lquidos usados en la determinacin de la viscosidad a 20C
LQUIDO Densidad (g/mL) Viscosidad (cP) Tiempo(seg)
Acetato de etilo* 0,902 0,45 7,4
Metanol* 0,792 0,59 7,8
Nota: Adaptado: Merck, (2012).* Hoja de seguridad: Acetato de Etilo. pp 25,
*Hoja de seguridad: Metanol pp 89.
.
-
32
La frmula para determinar la viscosidad del lquido problema es:
Donde:
.
Figura 2.17 Viscosmetro Otswalt.
Nota: (Dean, 2011)
-
33
Si los lquidos conocidos son:
Acetato de etilo (1)
Metanol (2)
Al reemplazar los datos del acetato de etilo en frmula (2) se tiene:
Despejando la primera constante, luego de hacer los clculos en cada trmino, queda:
Despus de reemplazar los datos del metanol y la constante anterior en frmula (3):
[
] (
)
)
Despejando la segunda constante y haciendo los clculos, se obtienen:
Reemplazando (5) en (4) y calculando, da:
Reemplazando los valores de las constantes de (5) y (6), en la formula (1) queda:
( )
(7)
Con esta frmula se calcula la viscosidad de cada solucin de queratina luego de la
determinacin de su densidad y tiempo de paso por el viscosmetro.
-
34
CAPITULO III
3. METODOLOGA
3.1 TIPO DE INVESTIGACIN.
Esta investigacin es de tipo experimental, ya que se realizaron varios experimentos variando las
condiciones del proceso de produccin de la queratina y en la caracterizacin de los productos
obtenidos, que son necesarios para la hiptesis.
La investigacin realizada es cuantitativa, porque se han relacionado las cantidades de sulfuro de
sodio y de perxido de hidrgeno, con las magnitudes de ndice de refraccin, densidad, y
viscosidad, con las que se valoran a las soluciones acuosas de queratina obtenidas.
El proceso de obtencin de la queratina cosmtica a partir de plumas gallinceas, se realiz en el
Laboratorio de Polmeros y plsticos de la Facultad de Ciencias Qumicas de la Universidad
Central del Ecuador. La determinacin de las magnitudes de ndice de refraccin, densidad, y
viscosidad, de las soluciones de queratina obtenidas en las diferentes unidades experimentales, se
realiz en el laboratorio de Coloideoqumica de la misma Facultad.
3.2. POBLACIN Y MUESTRA
En esta investigacin no se hace referencia a una poblacin determinada, ni a una muestra de la
misma, sino a experimentos de laboratorio.
3.3. DISEO EXPERIMENTAL
Para demostrar que la variacin de la cantidad de sulfuro de sodio y de perxido de hidrgeno tiene
influencia significativa en la densidad, ndice de refraccin y viscosidad de las soluciones acuosas
de queratina obtenidas, se aplic el siguiente diseo experimental. (Gutierrez, 2004)
3.3.1 Tipo de Diseo.
Como se desea estudiar la influencia de dos variables independientes, la cantidad de sulfuro de
sodio y la cantidad de perxido de hidrgeno, en una variable dependiente (densidad o ndice de
refraccin o viscosidad de la solucin acuosa de la queratina obtenida) se eligi el diseo
completamente al azar con arreglo factorial AXB.
Caractersticas del experimento:
-
35
Como sin sulfuro de sodio no se obtuvieron soluciones de queratina, se descartaron los tres
primeros tratamientos y quedan los siguientes datos:
Tratamientos =9
Repeticiones =3
Unidades experimentales= 27
3.3.1 .1 Variables Independientes:
En el proceso de produccin de la queratina, se consideran las siguientes variables.
Cantidad de sulfuro de sodio.
En los niveles:
A1= 1,0 g
A2= 3,0g
A3=4,0g
Cantidad de perxido de hidrgeno. (30vol)
En los niveles:
B1=1,0 mL
B2=2,5 mL
B3= 4,0 mL.
3.3.1.2 Variable dependiente.
Esta es una de las magnitudes con las que se valoran a las soluciones acuosas de queratina
obtenidas. Para determinar la mejor variable dependiente, se eligieron tres posibilidades:
ndice de Refraccin.
Densidad.
Viscosidad.
Los tratamientos se resumen en la siguiente tabla:
-
36
Tabla 3.1 Nueve tratamientos del experimento de obtencin de queratina por el mtodo del sulfuro de sodio
B
A B1 B2 B3
A1 A1 B1 A1 B2 A1 B3
A2 A2 B1 A2 B2 A2 B3
A3 A3 B1 A3 B2 A3 B3
Nota: A: Cantidad de sulfuro de sodio.
B: Cantidad de perxido de hidrgeno. (30vol)
Cada uno de los nueve tratamientos se repiti tres veces, luego en total se utilizaron 27 unidades
experimentales, en las cuales se determinaron el ndice de refraccin, la densidad y la viscosidad de
la solucin de queratina obtenida.
En el diseo factorial AxB se estudi los factores A, B y AB. Por lo tanto, se establecieron los tres
pares de hiptesis siguientes: (Saltos, 1993)
Hiptesis nula de los efectos:
Ho: Efecto A=0 Ho: Efecto B=0 Ho: Efecto AB=0
Hiptesis alternativa de los efectos:
HA: Efecto A0 HA: Efecto B0 HA: Efecto AB0
3.3.2 Hiptesis estadstica.
Segn lo indicado, las hiptesis para del trabajo experimental, debido al efecto de los dos factores y
de su interaccin, son las siguientes:
a) Hiptesis nula:
Factor A.
El factor A no tiene efecto significativo en la variable dependiente.
Factor B.
-
37
El factor B no tiene efecto significativo en la variable dependiente.
Interaccin Factor A con factor B.
La interaccin de los factores A y B no tiene efecto significativo en la variable dependiente o no
existe interaccin de los factores A y B.
b) Hiptesis alternativa:
Factor A.
El factor A si tiene efecto significativo en la variable dependiente.
Factor B.
El factor B si tiene efecto significativo en la variable dependiente.
Interaccin Factor A con factor B.
La interaccin de los factores A y B si tiene efecto significativo en la variable dependiente.
3.3.3 Clculos
a) ADEVA. (Saltos, Diseo experimental, 1993)
Elaborando una tabla de anlisis de varianza, donde el conjunto de respuestas experimentales se
consider como una matriz o tabla de doble entrada. Aqu las combinaciones de los tratamientos
estn dispuestas en filas y las replicaciones en columnas. Hecho esto, se calcul la sumatoria total y
el promedio de estas combinaciones.
-
38
Tabla 3.2. Sumatoria de las combinaciones de tratamientos.
Combinaciones de
tratamientos
Repeticiones Sumatoria
Yij R1 R2 R3
A1B1 Y111 Y112 Y113 Y11
A1B2 Y121 Y122 Y123 Y12
A1B3 Y131 Y132 Y133 Y13
A2B1 . . . Y21
A2B2 Y221 Y222 Y223 .
A2B3 . . . .
A3B1 . . . .
A3B2 . . . .
A3B3 Y331 Y332 Y333 .
Total de repeticiones YK Y..1 Y..2 Y..3 Y....
Nota:: (Saltos, Diseo experimental, 1993)
La tabla anterior contiene los valores necesarios para el clculo de los siguientes parmetros.
Factor de correccin
Suma de cuadrados totales
( )
Suma de cuadrados de los tratamientos
(
)
Suma de cuadrados del error experimental
-
39
En el desarrollo del clculo del diseo experimental, tambin es importante una matriz que
contenga los totales de los tratamientos. As se facilita el clculo de las sumas de cuadrados de los
efectos A, B y la interaccin AB, que resultan de la subdivisin de la suma de cuadrados de los
tratamientos.
Tabla 3.3. Arreglos combinatorios
Factores Factor B
B1 B2 B3 Total Yi..
Factor A
A1 Y11. Y12. Y13. Y1..
A2 Y21. . . Y2..
A3 Y31. . . Y3..
Total Y.j. Y.1. Y.2. . Y
Nota: Yes la suma de todas las observaciones Yi..es el total en el nivel i del factor A Y.j.es el total en el nivel j del factor B
Nota: (Saltos, Diseo experimental, 1993)
Suma de cuadrados total del factor A
Suma de cuadrados del factor B
Suma de cuadrados de la interaccin AxB.
Con todos los valores calculados de las sumas de cuadrados se elabor la tabla de anlisis de
varianza, siguiente:
-
40
Tabla 3.4. Anlisis de varianza
ANOVA
F.V SC g.l C.M F.cal. F.tab
Total SCT abn-1 SCT/(abn-1) CMT/CME.E g.l.T/g.l.E.E
Tratamientos SCTr ab-1 SCTr/ (ab-1) CMTr/ CME.E g.l.Tr/g.l.E.E
F.A SCA a-1 SCA/ (a-1) CMA/ CME.E g.l.A/g.l.E.E
F.B SCB b-1 SCB/( b-1) CMB/CME.E g.l.B/g.l.E.E
I.AxB SCAXB (a-1)(b-1) SCAXB/(a-1)(b-
1)
CMIAXB/
CME.E g.l.AxB/g.l.E.E
E.E SCEE ab(n-1) SCEE/ ab(n-1)
Nota: F.V es la fuente de variacin g.l. grados de libertad para cada efecto.
C.M es el cuadrado medio de los efectos. E.E error experimental del anlisis
Ftab. Estadstico de prueba tabulado Fcal. Estadstico de prueba calculado.
Nota: (Saltos, Diseo experimental, 1993)
En base a los resultados de tabla se realiz el anlisis del estadstico de prueba para aceptar o
rechazar las hiptesis de trabajo.
b) Estadstico de prueba (F)
El resultado del cociente de los cuadrados medios de los distintos efectos con respecto al cuadrado
del error experimental y se le denomina estadstico de prueba con distribucin F.
El resultado experimental se compara con el valor terico, que est tabulado en la tabla de valores
de significancia, para este fin al 5% y al 1% (ANEXO 1). Estos valores se encuentran en las tablas
de F, se ubica en la fila de los grados de libertad del efecto y en la columna se busca el valor
correspondiente a los grados de libertad del error experimental. Una vez hecho esto se procede a
encontrar los valores que corresponden a dichas coordenadas.
c) Criterios de Decisin.
Est en funcin del resultado de anlisis de varianza al establecer la comparacin entre los valores
de F calculada y tabulada.
Entonces si Fcal. Ftab. Se rechaza la hiptesis nula y se acepta la hiptesis alternativa.
-
41
3.4 TCNICAS E INSTRUMENTOS DE LA INVESTIGACIN.
3.4.1 Obtencin de la muestra de plumas de gallinceas.
En la GRANJA AVCOLA RANCHO EDEN, ubicada en el sector de Pedro Vicente Maldonado,
de las aves (de 2 meses de edad y faenadas para su industrializacin), se desprendieron las plumas,
cuando ellas son sumergidas en agua caliente (a 50-60C) por 3 a 5 minutos.
Con la cantidad de plumas obtenidas en un da de produccin, mediante un proceso de mezclado y
cuarteo se obtiene una muestra representativa de 5 kg, la cual se seca a temperatura ambiente por
48 horas. Las plumas secas de la muestra son cortadas manualmente con una tijera, para separar las
barbillas de los raquis (eje o tubo central). Los raquis se desechan y se utiliza solamente las
barbillas. A esta muestra de barbillas de plumas, aqu se denomina las plumas.
3.4.2 Lavado y secado de las plumas:
Las plumas se adicionan a un recipiente de plstico con suficiente agua, la agitacin es manual y
ocasional. Despus de 6 horas de lavado se desecha el agua sucia, usando una cesta o malla
adecuada, y se repite de igual manera por dos veces ms. Finalmente, las plumas hmedas son
extendidas en papel aluminio y son secadas en una estufa calentando a 50oC por 48 horas. Las
plumas secas se guardan dentro de una funda plstica.
3.4.3 Mtodos de obtencin de las soluciones de queratina (SQ1).
En esta investigacin se aplicaron tres mtodos, que se diferencian aqu con los nombres de las
sustancias reductoras. Estos son los siguientes: mtodo del sulfuro de sodio, mtodo del etxido de
sodio y mtodo del borohidruro de sdio.
3.4.3.1 Mtodo I o del sulfuro de sodio
a) Sustancias y reactivos.
Sulfuro de sodio (Na2S.9H2O)
Procedencia: (M&B, 2012)
Slido blanco de olor a huevo putrefacto.
Peso molecular: 240,2 g/mol
Densidad a 20C: 1,85 g/cm
Solubilidad: Soluble en Agua (pH alcalino)
Riesgos de exposicin: Por descomposicin o contacto con cido puede
liberar sulfuro de hidrogeno altamente toxico. Es irritante y corrosivo.
-
42
Perxido de hidrgeno (30v). (Carloerbareagent, 2010)
Procedencia: (Carloerbareagent, 2010)
Lquido, incoloro y oxidante fuerte corrosivo.
Densidad: 1,4 g/cm3
Peso molecular: 34,0147 g/mol
Punto de fusin: -26 C
Punto de ebullicin: 107 C
Solubilidad: Miscible con agua.
pH (30vol.): 2-4.
Agua destilada.
Agua destilada en el laboratorio de Anlisis instrumental de la Facultad de Ciencias Qumica
de la Universidad central del Ecuador.
cido sulfrico (95-97%).
Procedencia: (Merck, 2012):
Lquido aceitoso incoloro, inodoro, pero concentrado es sofocante e
higroscpico.
Densidad: 1,84 g/cm3 (conc=98%)
Solubilidad: soluble en agua y alcohol etlico (descompone este ltimo).
Riesgos de exposicin: no es inflamable, ni combustible. Es corrosivo e
irritante en contacto con mucosas.
Hidrxido de sodio.
Procedencia: (Merck, 2012)
Slido blanco inodoro.
Solubilidad: soluble en agua, alcohol y glicerol.
Riesgos de exposicin: corrosivo, higroscpico, reacciona con cidos y
otros materiales. Puede ocasionar irritacin.
b) Procedimiento: A un frasco de polietileno seco (de boca ancha, con tapa de rosca y de un
litro de capacidad) se adiciona 5 g de plumas y 50mL de solucin acuosa de 3g de sulfuro de sodio.
El frasco con la mezcla anterior se tap y se sujet sobre una plataforma mvil, donde la mezcla se
agit por un da a temperatura ambiente.
-
43
La suspensin obtenida se filtr (con papel cualitativo), el filtrado se recogi en otro frasco de
vidrio (de boca ancha con tapa y de 500mL de capacidad), luego se adiciona 2.5mL de perxido de
hidrgeno de 30V. El recipiente se tap y se agit en la plataforma mvil por 50 minutos, a
temperatura ambiente. Luego la mezcla anterior se acidific hasta pH 4.8, adicionando cido
sulfrico al 20%. La suspensin formada se decant por 48 horas y se filtr con papel cualitativo.
El slido se lav con 50mL de agua destilada, la mezcla del filtrado y el agua del lavado se
neutraliz con hidrxido de sodio diluido (hasta pH 7) y se dej en reposo por 48 horas. Luego se
filtr la suspensin, el slido se lav con 50mL de agua destilada, el filtrado se agit por 2 horas y
se decant por 1 da. Hecho esto, se filtra la suspensin (en papel cualitativo) y el filtrado se afor a
200mL. Esta es la solucin acuosa de queratina obtenida. (Florido, 2010)
3.4.3.2 Mtodo II o del etxido de sodio.
a) Sustancias y reactivos.
Etanol absoluto.
Procedencia: (Carloerbareagenti, 2010)
Lquido claro, incoloro, de olor y sabor caractersticos.
Densidad a 25C: 0,787 g/cm3
Punto de Ebullicin: 78.3C
Solubilidad: soluble en agua, ter y cloroformo.
Riesgos de exposicin: altamente inflamable.
Sodio metlico.
Procedencia: (Merck, 2012)
Solido blando, olor plateado, que se vuelve gris al exponerse al aire
Punto de fusin: 97.8 C
Densidad a 20C: 0,968 g/cm3
Riesgos: producto inflamable, porque produce hidrgeno al contacto con
agua.
a) Procedimiento: A un frasco de polietileno seco (de boca ancha, con tapa de rosca y de un
litro de capacidad) se adicionaron 60mL de etanol absoluto y 2 g de sodio. Luego de que reaccion
el sodio, a la solucin de etxido de sodio se adicion 5 g de plumas. La agitacin inicial de la
mezcla es manual y luego en la plataforma mvil por 24 horas, a temperatura ambiente.
(Rodrguez, 2009). Hecho esto, se filtr la suspensin (en papel cuantitativo) y el filtrado se afor a
200mL con agua. Esta es la solucin acuosa de queratina obtenida.
-
44
3.4.3.3 Mtodo III o del borohidruro de sodio.
a) Sustancias y reactivos.
Borohidruto de sodio.
Procedencia: (Carloerbareagent, 2010)
Slido, Blanco, Inodoro
Densidad a 20C: 1,07 g/cm
Solubilidad en agua a 20C: 550 g/l
pH: 11
Tetrahidrofurano.
Procedencia: (Carloerbareagent, 2010)
Punto de ebullicin: 85C
Lquido no autoinflamable.
Peligro de explosin: porque puede formar perxidos explosivos.
Densidad a 20C: 0,92 g/cm
Solubilidad en agua: poco miscible.
Agua destilada.
Agua obtenida del laboratorio de Anlisis Instrumental de la Facultad de Ciencias
Qumica de la Universidad central del Ecuador.
b) Procedimiento: a un frasco de vidrio pyrex (de 100 mL de capacidad, dotada de tapa) se
adicion 5g de plumas, y la solucin de 0,1 g de NaBH4 en la mezcla de 4mL de THF y 6mL
H2O. El contenido reaccion a 18 C por 24 h. La suspensin final se filtr, (en papel
cuantitativo) y el filtrado se afor a 200mL con agua. Esta es la solucin acuosa de queratina
obtenida. (Rodrguez, 2009).
3.4.4. Determinacin del contenido de slidos totales en las soluciones de queratina
obtenidas (SQ1).
a) Las soluciones de queratina: esta determinacin se real