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BIOPOLÍMEROS en general, Apuntes de Química Orgánica

. Son especies químicas de alto peso molecular, gran tamaño y forma predominantemente alargada que forman parte de las paredes celulares

Tipo: Apuntes

2018/2019

Subido el 30/12/2019

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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
LABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICA III
UNIVERSIDAD CENTRAL DE ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA
LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL III
NOMBRE:
SIMBAÑA DIANA
SEMESTRE: TERCER SEMESTRE
PARALELO: 1
GRUPO: GJ2
PRÁCTICA N°: 8
TEMA: BIOPOLÍMEROS
AYUDANTE DE CATEDRA: RICHARD NÚÑEZ
FECHA DE ENTREGA: 2019-01-14
Quito-Ecuador
2018-2019
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FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

LABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICA III

UNIVERSIDAD CENTRAL DE ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA

LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL III

NOMBRE:

SIMBAÑA DIANA

SEMESTRE: TERCER SEMESTRE

PARALELO: 1

GRUPO: GJ

PRÁCTICA N°: 8

TEMA: BIOPOLÍMEROS

AYUDANTE DE CATEDRA : RICHARD NÚÑEZ

FECHA DE ENTREGA: 2019 - 01 - 14

Quito-Ecuador

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

LABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICA III

TEORÍA

1. 1. Biopolímeros 1 .1.1. Definición Son sustancias poliméricas naturales. Son especies químicas de alto peso molecular, gran tamaño y forma predominantemente alargada que forman parte de las paredes celulares de células animales y vegetales así como de exoesqueletos (esqueleto exterior) de invertebrados y endoesqueletos (esqueleto interior) de vertebrados. (Iquimicos, 2014) 1 .1.2. Importancia y Uso a) Envasado de bebidas carbónicas (Polihidroxibutirato) b) Incremento del rendimiento en los pozos de extracción de crudos petrolíferos c) Implantes y prótesis en cirugía, catéteres, tubos de drenajes uretrales o traqueales, etc (Melero F, 1993) 1 .2. Proteína Las proteínas son la asociación de varios aminoácidos puestos en una cadena lineal. Contienen carbono, oxígeno, nitrógeno e hidrógeno. Los aminoácidos se unen entre sí por enlaces peptídicos, uniendo el extremo amino de uno con el extremo carboxilo de otro aminoácido. De acuerdo a la disposición de estos aminoácidos en la cadena, es decir, el orden, es como va a estar dispuesto el ADN, código genético propio de cada persona (Vallejo R, 2011) 1 .3. Leche La leche es una emulsión de grasa, proteínas, hidratos de carbono y sales minerales en agua. Que produce una sensación suave en la boca, con un especial sabor entre dulce y salado. La proteína específica y mayoritaria de la leche (80%) es la caseína. Está en suspensión formando micelas, no se coagula al calentar la leche a 100°C pero sí al bajar el pH a 4,6. El 20% restante son las proteínas del suero, lactoalbúminas y lactoglobulinas, que tienen importantes funciones inmunológicas. (SAN, 2008) 1 .3.1. Composición y pH Tabla.1. Composición de la leche Fuente: O. Moreiras, A. Carbajal, L. Cabrera, C. Cuadrado (2003) La leche es de característica cercana a la neutra. Su pH puede variar entre 6.5 y 6.65.

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1 .4. Almidón 1 .4.1. Definición y Estructura molecular Es una macromolécula que está compuesta de dos polisacáridos, la amilosa (en proporción del 25 %) y la amilopectina (75 %).El almidón es un polímero de condensación de glucosa en una proporción de átomos de C, H y O de 6:10:5 que está presente en forma granular en las semillas, tubérculos y raíces. (Mendoza M., R. Ricalde V., P.A. Hernández G,2017) Figura.1. estructura del almidón Fuente: http://libroelectronico.uaa.mx/capitulo- 12 - otras-vias/estructura-y-funcion-del.html 1 .4.2. Fuentes de obtención se obtienen de las semillas de cereales, particularmente de maíz, trigo, varios tipos de arroz y de algunas raíces y tubérculos, particularmente de patata, batata y mandioca. (QuimiNet.com, 2006) 1 .4.3. Usos no alimenticios

  1. INDUSTRIA TEXTIL Apresto, en la industria textil como encolante de la urdimbre, aprestado y estampado de tejidos. En lavandería para almidonar tejidos blancos y darles dureza y para restaurar apariencia y cuerpo a las prendas de vestir. (almidón rendidor, 2018)
  2. industria farmacéutica y cosmética
  3. industria papelera
  4. industria de adhesivos 1 .5. Galatita Cuando se obtiene la caseína, esta se encuentra en cristales sólidos, en forma de masa, pero se separan fácilmente, es aquí donde entra el formaldehido, y donde se ve la presencia de una polimerización. Cuando de añade, el formol se une a las moléculas de caseína y la masa manipulable, se convierte en una masa rígida. Esa masa rígida es ahora un plástico conocido como galatita, también llamado hueso artificial o marfil artificial. (Valenzuela I, 2009) 1 .6. Polisacáridos 1 .6.1. Definición Los polisacáridos son una serie de biomoléculas compuestas por la unión de una considerable cantidad de monosacáridos, los cuales representan los azúcares más simples, cuya particularidad es la de no hidrolizarse, es decir, no descomponerse en otros compuestos. Su función en los organismos vivos es la de aportar reservas energéticas y estructurales.

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1 .6.2. Celulosa La celulosa es un polímero compuesto exclusivamente de moléculas de glucosa, concretamente β- glucosa. Es un homopolisacárido, presenta la siguiente formula química, (C6H10O5)n con un valor mínimo de n = 200. La celulosa es la molécula biológica orgánica más abundante, ya que constituye la pared celular de las células vegetales, es un polisacárido estructural en las plantas ya que forma parte de los tejidos de sostén. (Cegarra E, 2017) Glucógeno El glucógeno, también denominado glicógeno, es una de las moléculas de almacenamiento de energía más utilizadas por los seres vivos. Su molécula está formada por cadenas que pueden ramificarse de moléculas de glucosa. (Cegarra E, 2017) Pectina La pectina es una fibra natural que se encuentra en las paredes celulares de las plantas y alcanza una gran concentración en las pieles de las frutas. Es muy soluble en agua y se une con el azúcar y los ácidos de la fruta para formar un gel. (Cegarra E, 2017) Quitina La quitina es un polisacárido resultante de la unión entre sí de varias cadenas de N-acetil- glucosaminas, formando diminutas fibrillas. Este compuesto puede encontrarse formando parte de la pared celular de los hongos o conformando el exoesqueleto de los artrópodos (filo de invertebrados que incluye a los insectos, los crustáceos o los arácnidos, entre otros grupos), gracias a lo cual, representa el segundo polisacárido de la naturaleza en abundancia, por detrás de la celulosa. (Cegarra E, 2017) 1 .7. Disacáridos 1 .7.1. Definición Los disacáridos están formados por la unión de dos monosacáridos, generalmente hexosas y son los oligosacáridos de mayor importancia biológica y están formados por la unión de dos hexosas. Su fórmula general es C12H22O12. Las propiedades de los disacáridos son semejantes a las de los monosacáridos: son sólidos crista- linos de color blanco, sabor dulce y soluble en agua. 1 .7.2. Lactosa La lactosa es un azúcar o disacárido que está presente en toda la leche de los mamíferos: vacas, cabras, ovejas y en los humanos, y también se puede encontrar en muchos alimentos preparados. La lactosa llamada azúcar de la leche (C12, H22, O11) compuesto de glucosa y galactosa. (portal químico, 2005) Sacarosa La sacarosa es un disacárido: es decir, un hidrato de carbono que se forma a partir de la unión de dos azúcares monosacáridos. En el caso concreto de la sacarosa, los azúcares que se unen son la glucosa y la fructosa. Los cristales de sacarosa adquieren el color blanco a partir de la difracción de la luz. Por su sabor, la sacarosa es el edulcorante más popular. Esto quiere decir que se le añade sacarosa (azúcar común) a los alimentos que se desean endulzar: el café, un bizcochuelo, una fruta ácida, etc. (portal químico,

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  • Recibe su nombre del químico inglés Sir Walter Norman Haworth. La proyección de Haworth tiene las siguientes características: El carbono es el átomo implícito. En el ejemplo de la derecha, los átomos numerados del 1 al 6 son todos carbonos. El carbono 1 es conocido como carbono anomérico
  • Los átomos de hidrógeno en los carbonos son también implícitos. En el ejemplo, los carbonos 1 a 6 tienen átomos de hidrógeno no representados.Las líneas más gruesas indican los átomos más cercanos al observador, en este caso los átomos 2 y 3 (incluyendo sus correspondientes grupos - OH). Los átomos 1 y 4 estarían algo más distantes, y los restantes 5 y 6 serían los más alejados del observador. (Chemistry, 2015) Proyecciones Fisher muestran azucares en sus posiciones de silla abierta. En una proyección Fischer, el átomo de carbón de una molécula de azúcar está conectada verticalmente por líneas sólidas, mientras enlaces de carbón-oxígeno y carbón-hidrogeno son mostradas horizontalmente. Información estereoquímica es seguida por una regla simple: enlaces verticales van dentro del plano de la página, mientras enlaces horizontales van afuera del plano de la página. (Chemistry, 2015) Figura.2. Proyecciones Fuente: (Chemistry, 2015) 1 .10. Quiralidad La quiralidad es la propiedad de un objeto de no ser superponible con su imagen especular. Como ejemplo sencillo, la mano izquierdahumana no es superponible con su imagen especular (la mano derecha). Como contraejemplo, un cubo o una esfera sí son superponibles con sus respectivas imágenes especulares. (Chemistry, 2015) 2. APLICACIONES 2 .1 Productos no alimenticios a partir de Leche Fabricación de plásticos La caseína es la principal proteína de la leche, y está presente como una sal de calcio soluble (3%m/v). Precipita con la adición de ácidos, lo que posibilita su extracción. En la industria ese proceso es realizado con ácido clorhídrico o sulfúrico, o con una enzima (renina)La caseína como plástico resulta ser muy resistente al agua, tiene gran resistencia mecánica y un buen acabado por lo que se usa sobre todo como:

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  • Plástico rígido. Como por ejemplo la Galatita o marfil artificial que es un plástico termoplástico obtenido a partir de caseína y el formol y Fibras Con la caseína se pueden producir unas fibras que se usan en prendas de vestir para personas alérgicas al algodón y otros materiales textiles.
  • Láminas. Se pueden producir láminas que se usan en el embalaje como capa protectora y Plástico desechable con lo que se fabrican bandejas de comida desechables de poli estireno de caseína ya que esta tiene la propiedad de ser biodegradable.
  • Fabricación de colas: las colas naturales son aún recomendadas para algunas aplicaciones domésticas, como la adhesión de papeles o piezas de madera en la construcción de pequeños objetos. Además de una fácil preparación, la cola de caseína presenta un poder de adhesión considerable. Y fabricación de pinturas, muchas pinturas comerciales están compuestas por una suspensión de pigmentos coloridos en una sustancia que permite esparcirlas en un papel o tela. En este caso el vehículo es la caseína. PROCEDIMIENTOS: A. Extracción de caseína
  1. Calentar 100 ml de leche descremada a 50ºC.
  2. Agregar lentamente vinagre o limón, hasta que la leche cuaje.
  3. Filtrar, para separar la caseína.
  4. Lavar la caseína para retirar todo el suero y filtrar nuevamente. B. Preparación de cola
  5. Agregar 1 g de bicarbonato de sodio a la caseína.
  6. Agregar poco a poco 10 a 15 ml de agua hasta obtener la consistencia adecuada.
  7. Colocar una o dos gotas de Merthiolate como conservante.
  8. Realizar los controles correspondientes 2 .2 Productos no alimenticios a partir de Almidón INDUSTRIA FARMACÉUTICA Y COSMÉTICA Agente de dispersión de polvo y como ligante del ingrediente activo de tabletas y productos medicinales. Es polvorante, como polvo fino en la preparación de polvos faciales finos, polvos compactos y polvos nutritivos. (almidón rendidor, 2018) INDUSTRIA PAPELERA Adhesivo, para diferentes aplicaciones en la industria de papel y cartón. En la industria del papel su su función es servir como aglomerante de los componentes que forman el papel, fibra celulósica y rellenos, formando una capa superficial que reduce la pelusa y aumenta la resistencia mecánica del papel a la aspereza y plegado, aumenta la solidez y la durabilidad del papel. En las empresas productoras de cartón corrugado se utiliza para la formación del cartón ya que permite unir las láminas planas de cartón a la lámina corrugada u ondulada. (almidón rendidor, 2018) E T A P A S D E L P R O C E S O Refinado: la pasta se refina para desfibrar y cortar las fibras a fin de adaptarlas al tipo de papel deseado. De este proceso depende el grado de resistencia que tendrá el papel al doblado, reventado y rasgado. El papel puede sufrir dos tipos de refinamiento: graso o magro

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microorganismos, hongos, gusanos, insectos, etc.) que las utilizan para producir energía y crear otras sustancias como aminoácidos, nuevos tejidos o nuevos organismos. La biodegradación puede ocurrir de forma aeróbica (con oxígeno) o de forma anaeróbica (sin oxígeno). Fotodegradable .- Se tratan de materiales que por la acción de los rayos ultravioleta pierden resistencia y se fragmentan en partículas muy pequeñas. Capaz de descomponerse por la acción de la luz, especialmente por la luz ultravioleta. Los plásticos que son naturalmente fotodegradables necesitan aditivos para inhibirse de la degradación por los rayos UV. 3 .3. Si los biopolímeros resultan ser tan beneficiosos, ¿por qué cree no logran reemplazar a los plásticos comunes que se utilizan a diario? Debido a que los biopolímeros se los hacen a partir de sustancias naturales que son consumidas por El ser humano, no existe los suficientes materias naturales para hacer biopolímero y alimentar a las Personas. 3 .4. ¿Cuál es el procedimiento necesario para obtener Quitosán? ¿Considera que sería factible aplicar dicho procedimiento con base en la materia prima y producción del país? Figura.3. Esquema simplificado para la obtención de quitina y quitosano a partir de conchas de crustáceos. Fuente: http://bibliotecadigital.univalle.edu.co/bitstream/10893/4713/1/CB-0441207.pdf Pues yo si considero que sería factible la extracción del quitosan en Ecuador, específicamente en Guayaquil y toda la parte costera, debido a que somos productores y exportadores de camarones y de varios crustáceos, sería fácil la obtención de la materia prima (cascaras de los crustáceos). BIBLIOGRÁFIA

  1. Iquimicos, 2014, que es un biopolímero, recuperado de: https://iquimicas.com/que-es-un- biopolimero/

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  1. Melero F, 1993, Materiales y procesos avanzados: materiales de alta tecnología. Recuperado de: https://books.google.com.ec/books?id=79SA3wyCZUYC&pg=PA102&dq=biopolimeros& hl=es&sa=X&ved=0ahUKEwity763o- zfAhUwneAKHSoWCH0Q6AEIJzAA#v=onepage&q=biopolimeros&f=false
  2. Vallejo, R. 2011, salud y proteínas, recuperado de: https://books.google.com.ec/books?id=gJi2BgAAQBAJ&printsec=frontcover&dq=proteina
  3. s&hl=es&sa=X&ved=0ahUKEwjz3Ynfu- zfAhUhWN8KHXDmCbEQ6AEIJzAA#v=onepage&q=proteinas&f=false
  4. SAN, 2007, Sociedad argentina de nutrición: Lactios y derivados, recuperado de: http://www.sanutricion.org.ar/files/upload/files/lacteos_y_derivados.pdf
  5. Portal Lechero.com, 2018, Composición de los diferentes tipos de leche y productos, recuperado de: https://www.portalechero.com/innovaportal/v/734/1/innova.front/composicion-de-los- diferentes-tipos-de-leche-y-productos-lacteos.html
  6. QuimiNet.com, 2006, Caseína, una proteína de la leche, recuperado de: https://www.quiminet.com/articulos/caseina-una-proteina-de-la-leche-13367.htm
  7. Curioseando, 2014, ¿Qué es la desnaturalización de proteínas?, recuperado de: https://curiosoando.com/que-es-la-desnaturalizacion-de-proteinas
  8. Almidón rendidor, 2018, usos del almidón, recuperado de: https://www.almidoneselrendidor.com/temas-de-interes/usos-del-almidon/
  9. Mendoza M., R. Ricalde V., P.A. Hernández G, 2017, estructura del almidón, recuperado de: https://www.engormix.com/ganaderia-carne/articulos/estructura-almidon-t40743.htm
  10. Cegarra E, 2017, ¿Qué es la pectina y cuáles son sus propiedades?, recuperado de: https://peru.com/estilo-de-vida/vida-sana/pectina-propiedades-beneficios-salud-vida-sana- noticia- 538472
  11. Quimicas.net (2018). "Ejemplos de Coloides". Recuperado de: https://www.quimicas.net/2015/10/ejemplos-de-coloides.html
  12. Beltrán, J. (2010). extracción y caracterización de quitosano del camarón titi y su aplicación en la liberación controlada de un fármaco. Recuperado de: http://bibliotecadigital.univalle.edu.co/bitstream/10893/4713/1/CB-0441207.pdf
  13. Cutes Europe, Ltd. (2014). Elaboración del papel. Recuperado de: http://www.cutes- europe.com/vacio/papel/fabricaciondelpapel/index.html