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determinación de cafeina, en la practica de laboratorio de toxicologia
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA
FACULTAD DE INGENIERIA QUÍMICA Y METALÚRGIA
ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL DE INGENIERIA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
PRÁCTICA 01
“DETERMINACIÓN DE CAFEÍNA”
ASIGNATURA :TOXICOLOGIA DE LOS ALIMENTOS (TA - 458)
DOCENTE : Ing. ORIUNDO MAMANI, Hugo
ALUMNOS :BLAS QUISPE, Wilfredo
CABALLERO GUINEA, Karen
FELICES YUPARI,Erlinda
CICLO ACADÉMICO :2013-II
GRUPO DE PRÁCTICA : Lunes 11- 2pm
AYACUCHO - PERÚ
2014
.
INTRODUCCIÓN
La cafeína se encuentra en muchas especies de plantas, donde actúa como
pesticida natural. Según ciertos estudios, los altos niveles de cafeína presentes en
plantas jóvenes que aún están desarrollando follaje pero carecen de protección
mecánica logran paralizar y matar ciertos insectos que se alimentan de la planta.
Se han encontrado también altos niveles de cafeína en los suelos alrededor de los
vástagos en los granos de café germinados. Se deduce de ello que la cafeína tiene
una función natural no sólo como pesticida natural sino también en calidad de
sustancia inhibidora de la germinación de otros granos cercanos de café dando por
lo tanto mejor oportunidad de supervivencia a las plantas en crecimiento.
Algunos fabricantes comercializan tabletas de cafeína, aduciendo que la cafeína
de calidad farmacéutica favorece la alerta mental. Estos efectos han sido sugeridos
por estudios que muestran que el uso de cafeína (ya sea en forma de tabletas o no)
origina un descenso en la sensación de fatiga y un aumento en la capacidad de
atención. Estas tabletas son comúnmente usadas por estudiantes que se preparan
para sus exámenes y por personas que trabajan o conducen durante muchas horas.
I. OBJETIVOS:
Conocer el método para la extracción de la cafeína en una muestra.
Determinar la cantidad de cafeína en nescafé instantáneo.
II. REVISION BIBLIOGRÁFICA
II.1. CAFEÍNA
La cafeína es un psicoactivo alcaloide del grupo de las xantinas, sólido
cristalino, blanco y de sabor amargo, que actúa como una droga psicoactiva,
levemente disociativa y estimulante por su acción antagonista no selectiva de
los receptores deadenosina.3 La cafeína fue descubierta en 1819 por el
químico alemán Friedrich Ferdinand Runge: fue él quien acuñó el
términoKoffein, un compuesto químico en el café, el cual pasaría
posteriormente al español como cafeína. La cafeína recibe también otros
nombres relativos a los productos que la contienen, como
la guaranina (encontrada en la guaraná), y L-teanina o teína(encontrada en
el té), las cuales contienen además algunos alcaloides adicionales como los
estimulantes cardíacos teofilina yteobromina y a menudo otros compuestos
químicos como los polifenoles, los cuales pueden formar complejos
insolubles con la cafeína. (EVA MARIA– 2011)
a. Estructura de la cafeína
Formula molecular C8H10N4O2
La cafeína puede encontrarse en cantidades variables en las semillas, las hojas y
los frutos de algunas plantas, donde actúa como un pesticida natural que paraliza y
mata ciertos insectos que se alimentan de las plantas. Es consumida por los
humanos principalmente en infusiones extraídas del fruto de la planta del café y
de las hojas del arbusto del té, así como también en varias bebidas y alimentos que
contienen productos derivados de la nuez de cola. Otras fuentes incluyen la yerba
mate, el fruto de laGuaraná y el acebo de Yaupón.
En los humanos, la cafeína es un estimulante del sistema nervioso central que
produce un efecto temporal de restauración del nivel de alerta y eliminación de
la somnolencia. Las bebidas que contienen cafeína, tales como el café, el té,
algunas bebidas no alcohólicas (especialmente los refrescos de cola) y las bebidas
energéticas gozan una gran popularidad. La cafeína es la sustancia
psicoactiva más ampliamente consumida en el mundo. (CHIN JM – 2008)
b. Fuentes
Una de las fuentes primarias de cafeína en todo el mundo es el grano de café (la
semilla de la planta de café), del cual se prepara la bebida de café. El contenido de
cafeína en el café varía ampliamente dependiendo del tipo de grano de café y el
método de preparación usados; incluso los granos que se encuentran en un mismo
arbusto pueden presentar variaciones en la concentración. En general, una porción
de café varía entre 40 miligramos para un expreso de unos 30 mililitros de la
variedad arábica, hasta cerca de 100 miligramos para una taza (120 mililitros) de
café. Generalmente el café tostado tiene menos cafeína que el café claro porque el
proceso de tostado reduce el contenido de cafeína del grano. El café de la
variedad arábica normalmente contiene menos cafeína que el de la
variedad robusta. El café también contiene cantidades traza de teofilina, pero no
de teobromina. (CHIN JM – 2008)
b. Consumo de cafeína
El consumo en cantidades muy grandes puede provocar una intoxicación. Sus
síntomas son: insomnio, nerviosismo, excitación, cara rojiza, aumento de
la diuresis y problemas gastrointestinales. En algunas personas los síntomas
aparecen consumiendo cantidades muy pequeñas, como 250 mg por día. Más allá
de un gramo al día puede producir contracciones musculares involuntarias
conocidas como fasciculaciones, desvaríos, arritmia cardiaca, y agitaciones
psicomotrices. Los síntomas de la intoxicación con cafeína son similares a los
del pánico y de ansiedad generalizada, con efectos propios de drogas
disociativas como la despersonalización. La LD50 estimada de la cafeína es de 10
g, cuyo equivalente es de un promedio de 100 tazas de café.
Diversas publicaciones científicas y entidades regulatorias (EFSA. EuropeanFood
Safety Authority) advierten de que el consumo creciente de bebidas y otros
productos, con concentraciones considerables de cafeína tanto en el deporte como
en otros ámbitos, puede tener efectos negativos sobre la salud, en particular entre
niños y jóvenes.
Se debe evitar el consumo alto de la cafeína a diario. La tolerancia individual a la
cafeína puede variar para las mujeres embarazadas y los fetos en desarrollo y, los
riesgos del consumo moderado de la cafeína aún no están claros. Las mujeres en
planes de quedar embarazadas pueden concebir más rápido si limitan el consumo
de la cafeína a cantidades moderadas. Para disminuir la exposición de la cafeína a
los bebés, las mujeres que amamantan a sus bebés deben evitar el consumo alto de
la cafeína. (EVA MARIA– 2011)
Efectos
La cafeína puede llevar a:
Frecuencia cardíaca rápida
Ansiedad
Depresión
Dificultad para dormir
Náuseas
Inquietud
Temblores
La cafeína usualmente entra al sistema nervioso central a los 15 minutos de
haberla consumido. Puede aumentar levemente la presión arterial y los latidos
cardíacos. La cafeína también estimula la producción de orina y reduce los niveles
de fluidos en el cuerpo – un efecto no deseado durante el embarazo cuando la
hidratación es importante. (LINDNER.E.. – 1978)
II.2. EXTRACCIÓN DE LA CAFEÍNA
La extracción es un proceso mediante el cual una sustancia que se encuentra en
una mezcla solida o disuelta en un determinado disolvente es transferida a otro
disolvente. Las razones mas frecuentes por las que se usa una extracción son
aislar, concentrar o separar puede tratarse de un solido como de un líquido, y en
función de tener una muestra solida o liquida,
La cafeína es perfectamente soluble en agua caliente por lo q mediante un
disolvente se puede extraer eficazmente.
Disolventes mas utilizadas para la extracción son:
Los disolventes hidroxílicos asociados como metanol, etanol, acido acético
presentan un poder intermedio entre el agua y el éter o benceno. Son buenos
disolventes para los compuestos orgánicos que pueden asociarse. (EVA MARIA–
2011)
TABLA 01: Algunos disolventes utilizados para la recristalización
Fuente: (EVA MARIA– 2011)
II.3. CAFÉ
COMPOSICIÓN
Los granos de café posen mas de 2 sustancias diferentes (cafeína, minerales,
lípidos, trigonelinas, aminoácidos – proteínas, ácidos alifáticos, glicósidos y
carbohidratos) de tal manera que el café no es solo cafeína (1, 3, 7 -
trimetilxantina), sin embargo el ingrediente farmacológicamente mas activo. Las
dimetilxantinas derivadas ( tiofilina y teobramina) también se encuentran en una
variedad de especies de plantas.
El café tiene múltiples componentes. Los granos del café crudos tienen una
composición diferente entre la variedad arábica y la robusta. En la variedad
arábica, la cafeína comprende el 1.2% de la materia seca, 4.2% de minerales, de
los cuales 1.7% es potasio y 16% de lípidos.
Tabla 01: composición de los granos de café tostado medio (porcentaje en base
seca). (QUITO B. MOISES – 1989)
TABLA 02: Componentes del café
Fuente: BELITZ WERNER, 1987
Los cafés arábigos contienen de 1 a 1,5% de cafeína y los Robusta entre 1,6 a
2,7%. ... Es además un café artesanal, procesado a través del beneficio húmedo,
que ..La cantidad y la variedad de los procesos. (www.cafedecolombia.com
› Sobre el café › Un Producto Especial).
CARACTERÍSTICAS:
El café es una bebida que se obtiene de las semillas tostadas de las plantas del café
o cafetos. Los cafetos son arbustos de hoja perence de la familia de las rubeáceas.
Estos producen flores de color blanco que producen frutos de color rojizo. La
parte interior del fruto contienen dos semillas o granos de café. Hay algunas
especies de cafetos que solo producen una única semilla por fruto, se conocen
como “café periado”.
Los granos de café o semillas son la parte del fruto que contiene más cafeína.
Tabla 03: Contenido de cafeína en algunos alimentos y fármacos
Producto Cafeína por ración (mg)
Pastillas de cafeína normal 100
Chocolate 31
Café (domestico) 80 - 135
Café ( descafeinado) 5 - 15
Excedrin (pastillas) 65
Chocolate con leche (11% cacao) 10
Fuente: www.cafedecolombia.com › Sobre el café › Un Producto Especial
II.4. NESCAFÉ
También es un derivado del café pero contiene en mínima cantidad la
cafeína.
Contiene cerca de 65 mg de cafeína y 0.8 a 1 % de cafeína.
(www.cafedecolombia.com › Sobre el café › Un Producto Especial)
III. MATERIALES Y MÉTODOS
III.1. Materiales:
Muestra: nescafé
Fiolas de 100 ml
Probeta de 100 ml
Peras de decantación
Papel filtro
Embudos
Balones con tapón
MUESTRA
NESCAFÉ
III.2. Equipos:
Baño maría
Centrifuga
III.3. Reactivos:
Acetato de zinc
Acido acético
Ferrocianuro de potasio
Amoniaco
KOH al 1 %
Agua destilada
III.4. Procedimientos
Pesar 10 g de muestra.
Imagen 01:
Preparar las siguientes soluciones.
CARREZ 1. Disolver 21.9 g de acetato de zinc deshidratado en agua con 3 ml de
acido acético y enrazar a 100 ml.
CARREZ. Disolver en agua 10. 6 g de ferrocianuro de potasio trihidratado y
enrasar a 100 ml.
Colocar en una fiola de 100 ml, 20 ml de muestra y 60 ml de agua
destilada homogenizar.
Agregar 5 ml de solución de acetato de zinc (CARREZ 1). Mezclar y
añadir 5 ml de solución de ferrocianuro (CARREZ 2).mezclar y enrasar
con agua destilada y dejar en reposo por 5 minutos o más.
Filtrar o centrifugar para obtener solución libre de impurezas.
Imagen 02: Recibir el filtrado o centrifugado en probeta de 100 ml y agregarle 10 ml
de amoniaco.
Imagen 03: Colocar la muestra en el balón con tapón y extraer la cafeína mediante la
adición de cloroformo en tres etapas: con 20, 15, 5 ml de cloroformo.
Imagen 04:
En cada etapa se añade el cloroformo, se agita durante 10 a 15 minutos. Y
transfiere al embudo de decantación.
Se separa la fase clorofórmica y se continúa la extracción de otra fase con
cloroformo.
Los extractos clorofórmicos de las etapas se reúnen en el balón y se lavan
5 ml de KOH al 1 %. Agitar y separar las fases acuosas y califórnicas.
Evaporar el extracto califórnico hasta obtener 10 a 15 ml de muestra.
Colocar la muestra en la placa petri tarada y llevar a estufa a 60 ºC hasta
obtener cristales.
Enfriar y pesar los cristales.
IV. RESULTADOS Y DISCUSIONES
Con la ecuación siguiente se calcula la cantidad de cafeína:
Donde:
P1: peso d cristales de cafeína en gramos
M: peso de muestra en gramos
IV.1. Resultados
Datos obtenidos en la práctica son:
Nescafé (instantáneo):
Masa café: 5.0000
Volumen del agua hervida, ml = 150
Volumen de café en análisis = 20
Masa de placa de petri, g = 49.1161
Masa de cafeína + masa placa de petri = 49.1788
CÁLCULOS:
Nescafé:
Masa cafeína, g/ 20 ml café =0.0627
Masa cafeína total proporcional al volumen, g = 0.47025
Porcentaje en peso de cafeína = 9.405
mg cafeína/ 150 ml café = 3.135
IV.2. Discusiones
La cafeína es un alcaloide que actúa como droga estimulante y
psicoactiva, se encuentra en muchas especies de plantas. La fuente
habitual de la cafeína es el café. El consumo en cantidades muy
grandes puede provocar una intoxicación. Sus síntomas son:
insomnio, nerviosismo, excitación, cara rojiza. Se debe evitar el
consumo alto de la cafeína a diario. La tolerancia individual a la
cafeína puede variar para las mujeres embarazadas y los fetos en
desarrollo lo cual reporta ( EVA MARIA– 2011)
CAFEÍNA = (P1 / M)*100
CAFEÍNA = (P1 / M)*100
Según (EVA MARIA– 2011), la extracción es aislar, concentrar o
separar puede tratarse de un solido como de un líquido, y en función
de tener una muestra sólida o líquida, la cafeína es perfectamente
soluble en agua caliente por lo q mediante un disolvente se puede
extraer eficazmente. Con los disolventes con acetato de etilo,
acetona, acido acético, etc. tal cual se realizó la extracción de la
cafeína del café con los disolventes mencionadas por el autor.
Según (QUITO B. MOISES – 1989) y (BELITZ WERNER -1987)
la cantidad de cafeína del “café“es de 1.2 % y 1.3 %
respectivamente, en la práctica realizada fue 9.405% la cual
comparando con lo reportado de los autores ya mencionadas se aleja.
Con el café (instantáneo) se realizó dicho análisis logrando obtener
los mg de cafeína como 3.135 mg los miligramos referencial o
teórico se obtuvo de varios tablas o libros lo cual nos hace un tanto
difícil la discusión puesto que encontramos diversidad de cafés que
puede depender del procesamiento industrial. Por ello decidimos
discutir con los valores cercanos.
El porcentaje de la cafeína del café procesado según reportado de
(BELITZ WERNER, 1987) es 1.2 - 2.4% el cual se muestra en la
tabla 02, el cual puede variar depende de la variedad del café, por
tanto al hacer la comparación con los % obtenidos en practica no se
diferencia mucho.
V. CONCLUSIONES
Se pudo estudiar y determinar la cantidad de la cafeína que contiene
el café (instantaneo) industrial o procesada..
Se logró conocer el método o las soluciones con la cual se puede
extraer la cafeína.
Las cantidades obtenidos de cafeína de a partir de la muestra ya
mencionada anteriormente se comparo con los datos de la
bibliografía los cuales encontrándose dentro de rango establecido.
VI. RECOMENDACIONES Se recomienda la correcta utilización, y manipulación de los equipos
o materiales.
El trabajo en equipo nos asegura una mejor interpretación de
resultados pues así corroboramos algunas ideas y dudas sobre la
práctica realizada.
VII. BIBLIOGRAFÍA
1. BELITZ WERNER, 1987,- “Química de los alimentos” ” Ed. Acribia.
España
2. EVA MARIA CARRAL MAHIA – 2011, univesidad politécnica de
catalunya “determinación analítica de la Cafeína en diferentes productos”
vol. III
3. CHIN JM - 2008 Caffeine content of brewed teas. J Anal Toxicol.
4. LINDNER.E.. – 1978 Toxicología de los alimentos . Editorial Acribia –
Zaragoza España
5. QUITO B. MOISES – 1989, toxicología de alimentos.- mimeo UNA la
Molina. Lima Perú.
INTERNET
www.cafedecolombia.com › Sobre el café › Un Producto Especial