Obtención y cuantificación de glucosamina a partir de...
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I CONGRESO NACIONAL SOBRE FUENTES ALTERNATIVAS DE ENERGÍA Y MATERIALES
“DR. ADRIAN CHAVERRI RODRÍGUEZ”
Obtención y cuantificación de glucosamina a
partir de quitosano (Heterocarpus vicarius)
asistida por microondas
Garro, R. Ballestero, R. Andrés, L. Esquivel, M. Aguilar, A. Sibaja, M.
Raúl Esteban Garro Álvarez
San José, Costa Rica
Septiembre, 2011
2
• Componente natural de las
glicoproteínas que se hallan en
las articulaciones.
• Inhibe a las enzimas
responsables (Fosfolipasa A2 y
colágeno) de la reabsorción de
dicho tejido.
• Se ha logrado demostrar que la
GA reduce significativamente el
dolor y mejora la capacidad física
en pacientes con OA en rodilla y
cadera específicamente.
Figura 1. Fórmula estructura de la GA (2-
amino-2-deoxy-D-glucopiranosa)
GLUCOSAMINA
Critical Reviews in Food Science and Nutrition [Online] 2003. 43, P. 61.
VeriMed Healthcare Network [Online]. 2010. 21. P. 2.
Figura 2. Comparación entre una rodilla con a-)
cartílago saludable contra b-) una rodilla con
cartílago erosionado.
a b
3
• La GA es un derivado del quitosano
presente en el exoesqueleto de
camarones, langostas y cangrejos.
• Es biocompatible no sólo en
animales sino que también en tejidos
vegetales, se considera prácticamente
no tóxico (LD50 = 16 g/kg en ratones) y
posee una estructura molecular
modificable.
Figura 4. Fórmula estructural del quitosano.
Figura 3. Vista lateral del camarón
camello real (Heterocarpus vicarius).
Journal of Scientific & Industrial Research [Online] 2004. 63, P. 20.
Latin American Journal of Aquatic Research [Online] 2009. P. 547.
GLUCOSAMINA (cont.)
4
• El quitosano es capaz de ser
hidrolizado (degradación hidrolítica)
debido a la presencia de enlaces
glucosídicos en la molécula.
• La mayoría de los métodos utilizan
soluciones concentradas de HCl en
caliente.
• Lo que también garantiza la
degradación del polisacárido
dependiendo de cuán drásticas sean
las condiciones de reacción
empleadas, el tiempo y el grado de
acetilación que presente el quitosano.
HIDRÓLISIS
Figura 5. Hidrólisis ácida del quitosano
Journal of Scientific & Industrial Research [Online] 2004. 63, P. 21.
5
• Si el calentamiento se asiste por
medio de microondas, la absorción
directa de energía
electromagnética en forma de
radiaciones no ionizantes aumenta
los movimientos rotacionales del
quitosano.
• Esto sumado a la presencia de un
ácido fuerte genera una mayor tasa
de enlaces glucosídicos rotos, por
consiguiente, una mayor cantidad
de GA obtenida en menor tiempo.
MICROONDAS
Figura 6. Microondas marca CEM
modelo Discover.
6
VENTAJAS
- Transferencia energética
selectiva, uniforme y volumétrica.
- El calentamiento es rápido, ya
que se alcanzan mayores
temperaturas, y por consiguiente
velocidades de reacción más
elevadas.
- El calentamiento afecta
directamente a las moléculas, lo
que asegura una reducción de las
reacciones secundarias, la
síntesis de productos más puros
y, por tanto, rendimientos más
altos. Figura 7. Comparación entre un sistema
con aplicación energética:
a-) convencional
b-) asistida con microondas.
a
b
CEM Publishing. 2002. P. 16.
Mezcla
reactivos -
disolvente
Pared del
recipiente es
transparente
a la energía
microondas
Supercalentamiento
localizado
7
- Sistema basado en la Química verde
adaptado a la sostenibilidad del medio
ambiente producto al ahorro
energético y menor consumo de
reactivos.
- En comparación con sistemas de
reacción convencionales, los asistidos
con microondas son procesos más
controlados y por ende, seguros.
- Múltiples aplicaciones: Síntesis química (polímeros, zeolitas,
péptidos, fase sólida, entre otras); Desarrollo y optimización de
procesos; Hidrólisis química.
VENTAJAS (cont.)
Journal of Scientific & Industrial Research [Online] 2004. 63, P. 20.
Latin American Journal of Aquatic Research [Online] 2009. P. 547.
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Obtención de Quitina de camarón camello real grado técnico
Purificación de Quitina de camarón camello real grado técnico
Obtención de Quitosano de camarón
camello real grado técnico
Purificación de Quitosano de
camarón camello real grado técnico
Preparación de la muestra
Caracterización del quitosano
Obtención de GA:
- Hidrólisis ácida convencional
- Hidrólisis ácida asistida con microondas
Cuantificación de GA mediante HPLC
Figura 8. Procedimiento utilizado para la obtención de GA a partir de quitosano
del camarón camello real (Heterocarpus vicarius).
ESQUEMA METODOLÓGICO
9
Figura 9. Sistema de reacción utilizado
para la hidrólisis ácida del quitosano
asistida por microondas.
Ramp time (min) 10
Hold time (min) 5
Temperatura (°C) 40
Módulo de presión Open Vessel
Potencia (KW) 30-70
Cuadro 1. Condiciones de operación
del horno de microondas.
10
Parámetro Valor
Tipo de columna Lc-NH2
Tipo de detector Índice de refracción (IR)
Fase móvil ACN : H2O :
CH3COONa · 3 H2O
Proporción de
fase móvil 70 : 30 : 0,25
Flujo de fase
móvil (mL · min-1) 0,550
Volumen
inyectado (L) 20
Temperatura del
auto-muestreador
y columna (ºC)
28
Temperatura del
detector (ºC) 30
Cuadro 2. Condiciones de operación del cromatógrafo líquido de alta
eficiencia para la determinación de la concentración de GA.
Figura 10. Cromatógrafo líquido de alta
eficiencia marca Ultimate modelo 3000.
11
Peso molecular viscosimétrico (±95) Da 56900
Grado de desacetilación (±0,2)% 88,4
Porcentaje de cenizas (0,03)% 1,69
Porcentaje de humedad (0,05)% 13,35
Cuadro 3. Resultados obtenidos para las
pruebas de caracterización del quitosano.
• Un alto peso molecular viscosimétrico, permite obtener mayor cantidad de
GA. Este factor depende de las condiciones de extracción del quitosano
(tiempo y temperatura de reacción, concentración de NaOH), fuente del
quitosano (hongos, crustáceos, entre otros) y tamaño de partícula.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Figura 11. Quitosano purificado.
12
• El grado de desacetilación afecta
directamente la cantidad de GA
obtenida, ya que la hidrólisis podría
promover la obtención de N-acetil
glucosamina.
• Un porcentaje de humedad tan bajo
como el logrado (< 15%), permite
predecir que la gran mayoría de
hidrólisis realizadas sean gracias a la
cantidad de ácido en el medio y no
precisamente de agua. Asimismo, un
porcentaje de cenizas bajo (< 5%) se
asocia a cantidades de impurezas en
la muestra de partida.
Figura 12. Fórmula estructural de la N-
acetil glucosamina.
Journal of Scientific & Industrial Research [Online] 2004. 63, P. 25.
0,0 1,3 2,5 3,8 5,0 6,3 7,5 8,8 10,0 11,3 12,5 13,8 15,0
-200
250
500
750
1.200GLUCOSAMINA 12 #2 [modified by Polimeros] MUESTRA 7 RI_1µRIU
min
13
Figura 13. Comparación entre cromatogramas para:
- Negro: Disolución patrón de GA a 25% m/v.
- Rojo: Hidrólisis ácida de quitosano a 7 horas de reacción en posición de reflujo.
- Verde: Hidrólisis ácida de quitosano asistida con microondas a 5 min de reacción en
posición de reflujo, 70 KW, 1 atm.
14
• Tal y como se mencionó con
anterioridad, se logran
mejores resultados si la
hidrólisis ácida del quitosano
se asiste con microondas.
• Inclusive, se constató que
manteniendo constante el
tiempo (5 min) y variando la
potencia de la radiación, se
logran mejores porcentajes de
rendimiento (Fig. 7) en un
rango bajo de potencia (30-70
KW).
3.95
4.00
4.05
4.10
4.15
4.20
4.25
4.30
4.35
4.40
20 40 60 80
Porc
enta
je d
e r
endim
iento
(%
)
Potencia (KW)
Gráfico 1. Variación del porcentaje de rendimiento
con respecto a la potencia de microondas en la
hidrólisis ácida de quitosano (Heterocarpus vicarius)
asistida con microondas.
15
• Es posible obtener GA con la hidrólisis ácida de quitosano asistida con
microondas, así como su posterior cuantificación por HPLC con los respectivos
parámetros utilizados.
• Inclusive, las cantidades de GA obtenida con el empleo de microondas fueron
mejores que la hidrólisis ácida convencional con tiempos de reacción menores.
• A pesar que los porcentajes de rendimientos son pequeños, el rango de
potencia así como el tiempo de reacción es bajo.
• Se sugiere aplicar el estudio realizado a quitosano proveniente de diferentes
fuentes (distintas especies de camarón, cangrejo, langostino, hongos, entre
otros), para determinar cuál de ellos permite extraer la mayor cantidad de GA.
Siendo deseable que el procedimiento de extracción de quitosano de su fuente
sea distinto.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
16
[1] Pech, G. Coronado, R. Diez, M.P. Renán, S. Chávez, D.D. Valoración funcional en pacientes con
osteoartrosis de rodilla tratados con glucosamina y un programa de rehabilitación. Acta Ortopédica
Mexicana [Online] 2003, 17, P. 3.
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[3] El-Saharty, Y.S. Abdel, A. High-performance liquid chromatographic determination of neutraceuticals,
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[11] Aradilla, D. Oliver, R. Estrany, F. La Química de la radiación de microondas. Rev. Técnica Industrial
[Online]. 2009. 284. Pp. 56-58.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
17
AGRADECIMIENTOS
I CONGRESO NACIONAL SOBRE FUENTES ALTERNATIVAS DE ENERGÍA Y MATERIALES
“DR. ADRIAN CHAVERRI RODRÍGUEZ”
Obtención y cuantificación de glucosamina a
partir de quitosano (Heterocarpus vicarius)
asistida por microondas
Garro, R. Ballestero, R. Andrés, L. Esquivel, M. Aguilar, A. Sibaja, M.
Raúl Esteban Garro Álvarez
San José, Costa Rica
Septiembre, 2011