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Determinação de proteínas PROFESSOR JOHAN GUSTAV CHRISTOFFER THORSAGER KJELDAHL Fazia várias pesquisas, inclusive o primeiro teste para determinar proteínas foi feito com carne; Pegou ácidos fortes e colocou na carne para digerir; Digerir, decompondo o alimento e liberar proteínas para conseguir classificar, demorou mais de duas semanas para desintegrar os alimentos; o Pensou que a carne ficou apodrecendo no organismo, porém, eles não sabiam que em nosso organismo há a presença de enzimas para acelerar o processo! Serve para determinar qualquer proteína, só não dá para separar os aminoácidos; DETERMINAÇÃO DE PROTEÍNA Determinar um elemento ou um grupo pertencente à proteína e em seguida convertemos. A conversão para conteúdo de proteína é feita através de um fator de conversão. Os elementos analisados geralmente são carbono ou nitrogênio, e os grupos são aminoácidos e ligações peptídicas. 1- ANÁLISE DE CARBONO Digestão mais fácil do que para o nitrogênio; Achavam que ocorria menores erros no resultado por causa da maior quantidade em relação ao nitrogênio; o Carbono tem em tudo: lipídeos, carboidratos, acaba sendo difícil separar; Fator de correção mais constante que para o nitrogênio; Maior dificuldade em separar os carbonos pertencentes à proteína dos carbonos de outros componentes. o Um só, hoje em dia, não faz mais teor de proteína por carbonos, porque para separar é muito mais difícil; 2. ANÁLISE DE NITROGÊNIO É a determinação mais utilizada; Considera que as proteínas têm 16% de nitrogênio em 100 g em média (vai depender do tipo de proteína); Determina o teor de nitrogênio e multiplica pelo fator de correção; O fator geral na transformação de nitrogênio para proteína é de 6,25. % de nitrogênio x 6,25 = porcentagem de proteínas CONVERSÃO DE NITROGÊNIO PARA PROTEÍNA 16 g N 100 g proteínas n g N x g proteínas FATORES DE CONVERSÃO Fatores de conversão para casos específicos, porque nem todas as proteínas têm a mesma quantidade de nitrogênio; Quando tem laudo técnico, deve ser informado o fator de conversão utilizado para proteínas! Se não falarem nada = 6,25; Trigo: 5,70; Leite: 6,38; Gelatina: 5,55; Ovos: 6.68; Soja: 6,00; Arroz: 5,95; LEGISLAÇÃO Pode ser usado um fator diferente quando estiver indicado em um Regulamento Técnico específico ou na sua ausência o fator indicado em um método de análise específico validado e reconhecido internacionalmente. Resolução - RDC nº 360, de 23 de dezembro de 2003 D.O.U de 26/12/2003 Tentaram homogeneizar isso: 5,75 proteínas vegetais; 6,38 proteínas lácteas; 6,25 proteínas da carne ou misturas de proteínas; 6,25 proteínas de soja e de milho; o Vegetais tem exceção, com tem mais proteína tem outro fator; Temos de tomar cuidado, analise sujeita a muito erro, porque tem muitas etapas; Análise realizada em duplicata é o mínimo do mínimo; MÉTODO KJELDAHL DETERMINAÇÃO ATRAVÉS DO “N” TOTAL O nitrogênio da amostra é transformado em amônia, o qual é posteriormente separado por destilação e finalmente dosado por titulação. Ocorre em 3 etapas: o Digestão, etapa mais demorada; o Destilação, para separar o nitrogênio; o Titulação, para quantificar o nitrogênio; IMPORTÂNCIA DO FATOR DE CONVERSÃO Este método determina N orgânico total, isto é, o N proteico e não proteico orgânico. o Se tiver algum outro constituinte, este é contabilizado; Porém, na maioria dos alimentos, o N não proteico representa muito pouco no total. o Por exemplo, no trigo esta razão é afetada pela variedade, condições de crescimento e quantidade do tipo de fertilizante utilizado; DIGESTÃO (1° etapa): Uma análise que precisamos de mais cuidados; Separação: nitrogênio das proteínas: Aquecimento da amostra com ácido sulfúrico para digestão até que o carbono e hidrogênio sejam oxidados; o Concentração PA maior que tem, para oxidar todos os componentes; O nitrogênio presente de origem orgânica é convertido em amônia; o Vamos determinar na verdade a amônia no alimento; Usa-se um catalisador para acelerar o processo; Temos o suporte, os frascos, tubos Kjeldahl e os chamado blocos digestores; Essa análise tem muitas fontes de erro, então é necessário fazer duplicata, triplicata, então por isso convém usar esse equipamento (blocos digestores), pois dá para fazer maiores quantidades; Empresas que trabalham com análise fazem com maiores quantidades, o balão é como se fosse análise independente e não podemos fazer mais de uma vez; Micro kjeldahl quando a amostra é de 10 - 20 mg; Macro Kjeldahl quando a amostra é de 1-5 g; Amostra com muitas proteínas não posso pegar amostra pequena; O nitrogênio da proteína é reduzido e transformado em sulfato de amônia. Digestão com H2SO4, K2SO4 e catalisador metálico; o Degradar, carbonizar toda a amostra para liberar os componentes; o Deve haver ácido sulfúrico em excesso, pois se tiver pouco, amônia vai embora (ou seja, perdemos a amônia); Esta é uma fonte de erro!! Reações envolvidas na análise; Matéria Orgânica → H2SO4 +SO2 + CO2 + H2O + (NH4)2SO4 o O que nos interessa é o sulfato de amônia; Compostos vão sendo oxidados e libera amônia; CATALISADORES Algumas substâncias não se decompõem à temperatura normal de ebulição do H2SO4; A temperatura de ebulição do ácido sulfúrico é 180°C e precisamos de alguns catalisadores para levar a temperatura de ebulição do ácido sulfúrico; Sulfato de potássio ou de sódio (elevação do PE. do H2SO4, de 180°C para 400°C). Mesmo assim, a oxidação da matéria orgânica ainda é relativamente lenta. Catalisadores acabam elevando o ponto de ebulição para 400°C! Praticamente todos metais da tabela periódica foram testados na digestão da amostra, porém mercúrio, cobre e selênio foram os que apresentaram melhores resultados. ADIÇÃO DE SULFATO DE POTÁSSIO O excesso de sulfato de potássio pode causar decomposição por excesso de aquecimento, com perda da amônia. Se perder a amônia, aparece uns cristais e fica seco dentro do tubo; A temperatura da digestão deve ficar entre 370ºC e 410ºC. Temperatura ótima para não degradar a amônia. Trabalhamos com 380° para segurança. Poderíamos fazer com 300°C, porém ia demorar pra caramba, 410°C é o limite já pode ter perda de amônia. Não deve ultrapassar essa temperatura, se for menor que isso demora muito a análise. Pode ser acelerada pela adição de agentes catalisadores ou oxidantes. Os sais de cobre (Cu SO4.H2O) e selênio metálico são os mais comumente usados. Esses catalisadores são muito usados até hoje; COBRE É o menos eficiente de três catalisadores e só tem problema de limite de aplicação pela sua toxicidade. MERCÚRIO É melhor que o cobre como catalisador, porém é necessária uma etapa a mais no método para separar o complexo de mercúrio- amônia formado. Bem perigoso, pode entrar na corrente sanguínea e não temos mecanismo de remoção; Acelerava mais a reação e dava mais trabalho, pois o mercúrio reage com amônia e formava um complexo mercúrio-amônia e depois precisava fazer a separação desses componentes, a fonte de erro aumentava. Esta separação é feita pela precipitação do mercúrio com tiossulfato de sódio ou de zinco. Acrescentava mais uma etapa, gastando mais reagente, mais tempo, com maior fonte de erro; SELÊNIO É o mais polêmico dos três catalisadores. Questão da toxicidade; É necessário em quantidades pequenas; Tem efeito mais rápido do que o mercúrio e não necessita de separação após seu uso. Pode haver perda de N se ele for utilizado em excesso ou se a temperatura de digestão não for cuidadosamente controlada. Tomar cuidado pois ele acelera muito a reação, a pro não utiliza em aula, porque se esquecer de ligar a capela pode matar todo mundo kk, é muito tóxico. As condições são mais críticasque para o mercúrio e o cobre. COMBINAÇÃO DE CATALISADORES Promove melhor efeito associativo, do que cada um dos catalisadores separadamente. O uso da mistura Hg- Cu ou Cu-Se não acarreta perda de nitrogênio, desde que a concentração do sulfato seja alta. Combinação mais comum: o 100 partes K2SO4 ou Na2SO4 o 1 parte de CuSO4.H2O o 0,8 partes de Se metálico (pó) Quem trabalha muito com proteína, eles misturam esse pó e vão vendo se dá certo, mas tem como comprar pronto essas misturas; Essas é uma das mais conhecidas, a Missouri é mais adequada para uso escolar porque não é tão tóxica; DIGESTÃO Dependendo da demanda do laboratório, posso ser um bloco digestor com mais tubos; Quando acaba a digestão, fica uma cor verde brilhante; Imagem- pesagem da amostra pastosa com o auxílio do papel manteiga; o Deixar ele bem no meio para não queimar; Geralmente, o sulfato de cobre sempre está junto nestas composições de catalisadores, então a coloração pode variar a tonalidade de verde; DESTILAÇÃO Tem uma caldeira que gera calor. o O calor da caldeira passa por um tubo interno, que vai ter contado com o tubo azul; O tubo azul é o tubo utilizado na análise. Em cima, tem um copo medidor que vai estar preenchido de base; Destilador; Controlamos temperatura e entrada de água (que enche a caldeira) o CALDEIRA SEM ÁGUA QUEIMA! o Sempre consultar o nível da caldeira. PARTE MAIS VALIOSA DO EQUIPAMENTO; Conseguimos analisar visualmente o nível da caldeira; A água serve para duas coisas: circular pelo destilador e gerar calor; DESTILAÇÃO SEPARA A AMÔNIA; A amostra é transferida para um aparelho de destilação onde acrescenta-se um excesso de hidróxido de sódio. A amônia que quando em meio ácido estava sob a forma de (NH4)2SO4 (não volátil) passa a forma de NH3, pode então ser destilada e recolhida em solução ácida. o Qual a função do hidróxido de sódio? o O hidróxido de sódio neutraliza o ácido sulfúrico, que concentração seria necessária para neutralizar o ácido? O hidróxido de sódio PA é sólido, em formato de lentilhas (então não dá para usar ele em PA); Quando fazemos uma titulação ácido base, é uma reação exotérmica (como temos em pequena quantidade, quase não é perceptível); o Se adicionássemos o hidróxido de sódio PA, a solução ficaria espirrando, por conta da reação exotérmica. Utilizamos uma concentração de 40%. o Ir dosando bem devagar, pois nesta concentração já é bem aparente a reação exotérmica; o Utilizar EPIs necessários; A amônia, quando em contado com meio ácido, ocorre a neutralização e, acaba desaprendendo a amônia, e como esta estaria volátil, acompanha os valores de água, e vai sair pelo tubo de destilação; No método original, a amônia liberada da amostra é recolhida em ácido padronizado. o Precisamos fixar para contabilizar; Na modificação, o recolhimento é feito em excesso de ácido bórico. o Recolhemos no excesso do ácido bórico, formando borato de amônia; O borato de amônia formado é que vai ser titulado com um ácido padronizado. Esta modificação é vantajosa no sentido de que será necessário somente uma solução padronizada. Nem a quantidade (cerca de 50 mL), nem a concentração (cerca de 4%) de ácido bórico necessitam ser precisas. o Não precisa ser uma quantidade exata. Reações Envolvidas: (NH4)2SO4 + 2NaOH → 2 NH4OH + Na2SO4 NH4OH → NH3 + H2O NH3 é recolhido em um recipiente contendo H3BO3 com indicador (vermelho de metila e verde de bromocresol). NH3 + H3BO3 → NH4H2BO3 (Borato de Amônia) Utilizamos 2 indicadores de uma vez! O ácido bórico vai reagir com amônia, formando o borato de amônia. Como eu sei que acabou a destilação? Destilar até dobrar o valor no erlen em mais um pouco, ou seja, uns 220 mL; Início: vermelho (pH ácido); Final: verde (pH alcalino); No erlen, colocamos 100 mL de ácido bórico na concentração de 4% (pode ser 2 %, mas para garantir que não tenha merda, melhor 4%); 100 mL dá para reagir com a amônia e sobra! O objetivo do ácido bórico é apenas recolher a amônia; A haste do destilado deve ficar mergulhada no ácido bórico, para a amônia não se perder; TITULAÇÃO - DIRETA Usa-se ácido bórico para recolher a amônia. Ocorre a formação de borato de amônia. A amônia é titulada diretamente por um ácido forte padronizado que desloca a amônia da molécula de borato. o Geralmente utiliza-se HCL 0,1 N com fator de correção; REAGENTE PADRONIZADO; O cálculo neste caso é direto, sendo o número de equivalentes do ácido consumido igual ao número de equivalentes da amônia. O ácido bórico empregado não é padronizado e seu volume não precisa ser conhecido exatamente. o Pois na titulação com HCL, ele dissocia esse sal. Amônia vai para o ambiente e muda a coloração; o N início da destilação, a solução estará cm uma coloração vermelha, ao final da destilação, fica verde. Ao final da titulação, é esperado a cor vermelha de volta, pois o pH fica ácido. Vermelho menos intenso; o Lembrando que no erlen vai ter 220 mL aproximadamente; Na teoria, se não temos um destilador, podemos criar um! INDICADOR UTILIZADO Misturam-se 30 mL de solução alcóolica de verde bromocresol a 0,1% e 20 mL de solução alcoólica de vermelho de metila a 1% Manual de instruções- destilador Componentes do destilador: 1 - Copo medidor- onde vai o hidróxido de sódio; 2 - Torneira dosadora 3 - Piloto de aquecimento- lâmpada que quando o aquecimento ta aquecendo, este acende 4 - Piloto do nível- da caldeira 5 - Controle de aquecimento 6 - Ligar o aquecimento- botão para ligar 7 - Liga o nível- quando a caldeira está com nível baixo (luz apaga), a água é desviada para lá, quando a caldeira atinge o nível adequado, acende uma luz, e devemos desligar a entrada de água, para não transbordar; 8 - Liga/desliga geral- ligamos assim que ligamos o equipamento; 9 - Adaptador do tubo - aqui encaixamos o tubo muito bem para não vazar os vapores 10 - Janela do nível- consegue visualizar o nível da caldeira de 2 maneiras: pela janela e pela lâmpada apagada. TOMAR CUIDADO PARA NÃO QUEIMAR A CALDEIRA; 11 - Tubo da amostra- tubo de kjeldahl. 12 - Macaco suporte 13 - Mesa de destilado Tomada 220V Dreno- se a caldeira está suja, conseguimos tirar o pino; Preparar a caldeira- quando ligamos a chave geral→ luz acesa- nível da caldeira adequado; Sempre ler as instruções antes: Tópico g (inexistente)- no manual, não está escrito que precisamos ligar o aquecimento. EXERCÍCIO 1. Na determinação de proteína de uma amostra de bolo de chocolate, obtendo-se os seguintes valores: Volume de HCl 0,1N gasto na titulação = 6,80 mL; Dados: N = 14 Peso da amostra 1 = 0,2234 g Qual o teor de proteína? Vai ficar vermelho rosadinho, depois da titulação fica verde e depois volta a ficar vermelho Se o exercício não der o fator de correção, colocamos 1! Como queremos encontrar o nitrogênio; Neq ácido = Neq base f. Na.Va=mNPmN mN- massa de nitrogênio PmN- peso molecular nitrogênio PmN= 14 (sempre) 0,1.6,80.10-3= mN/ 14 mN= 0,00952g(no peso de amostra) mN= 0,00952g ----------> 0,2234g x---------------> 100g x=4,26% Como transformar essa porcentagem em proteína? x=4,26% x 6,25 = 26,63% de proteína 2. Na determinação de proteína de uma amostra, obtendo-se os seguintes valores: Volume de HCl 0,1 N gasto na titulação = 3,7 mL; Dados: N= 14 Peso da amostra: I= 0,2555 g Qual o teor de proteína? Neq ácido = Neq base f. Na.Va=mNPmN mN- massa de nitrogênio PmN- peso molecular nitrogênio PmN= 14 (sempre) 0,1.3,70.10-3= mN/ 14 mN= 0,00518g(no peso de amostra) mN= 0,00518g ----------> 0,2555g x---------------> 100g x=2,03% Como transformar essa porcentagem em proteína? x=2,03% x 6,25 = 12,7% de proteína Experimento: digestão das proteínas Nossa opçãoé usar o tubo Kjeldahl; Colocamos a amostra dentro deste tubo, com o catalisador e ácido sulfúrico; Ligamos o bloco digestor (220V); A princípio, este bloco digestor foi feito para ficar fora da capela, pois há um encaixe de um caninho para utilizar a circulação de água. 1. Pesar a amostra; Amostra escolhida: farinha de trigo, geralmente tem mais de 10% de proteína; Faremos a análise em duplicata; Utilizou o micro Kjeldahl; o Se a amostra tiver pouca proteína tenho de fazer 1 a 5 g (macro Kjeldahl); Pesar em balança analítica, anotando todas as casas decimais pois dá muita diferença; Adição de amostra no tubo: Devemos garantir que o tubo esteja bem seco, para que não fique amostra grudada no fundo; Na hora da pesagem, podemos utilizar o auxílio do papel manteiga, e colocar junto para realizar a análise (para amostras pastosas); o O papel não tem quantidades significativas de nitrogênio, então este se decompõe completamente no ácido sulfúrico; 2. Adicionamos o ácido sulfúrico dependendo da quantidade de amostras; Geralmente 10 a 15 ml de ácido sulfúrico para evitar perda da amostra; Quantidade não é tão rígida; Dependendo da amostra já esquenta o tubo; Ficar de olho na cor; o Vai escurecendo, ficando um marrom! Sem o catalisador; o Teria que usar temperaturas abaixo de 180°C sem o catalizador; 3. Adição do catalisador; Temos algumas opções; o Em pastilhas, parece uma bala; Aumenta a temperatura do ácido sulfúrico (de ebulição), aumentamos a temperatura e aceleramos o processo para degradar os componentes; o Por isso precisamos do excesso de ácido sulfúrico, para reagir totalmente com amônia; o A temperatura de ebulição é 400°C, mas usamos por volta de 380°C para não ter risco de perdas; o O vidro de kjeldahl tem sílica e resistência a essas temperatura, mas devemos ir ligando e aumentando paulatinamente para não quebrar o vidro; 4. Colocar no bloco digestor e deixar lá. Mesmo com o catalisador, geralmente demora mais de um dia; Mesmo sendo feito para ficar fora da capela é mais seguro que fique lá dentro; Deixar a temperatura constante por mais tempo possível para acelerar o processo; Equipamento para controlar a temperatura, sobe gradativamente; Vai ficar bem preto. Vai digerindo até a solução ficar totalmente límpida, translúcida; Quando está quente a solução fica meio esverdeada e ao esfriar fica levemente azulada por causa do sulfato de cobre; Ela aumentou até 160°C, ela vai chegar até 380°C; O vidro é próprio para aquecimento. Catalisador- usa uma quantidade bem pequena aumentar o ponto de ebulição de 180° para 400°C, conciliando o aquecimento da amostra com o poder do ácido sulfúrico para reação com o nitrogênio; A imagem da solução preta- proteína foi carbonizada. Na imagem do meio, há a fumaça branca, como mencionado acima; A imagem da solução verde- proteína foi digerida. Destilação Não podemos esperar muito para destilar, pois pode ocorrer a formação de cristais e perde de nitrogênio; Colocar 2 dedos de água destilada (ir limpando as paredes do tubo); o Estamos colocando água no ácido, reação vai aquecer! o Fazemos isso para diluir um pouco o ácido! Verificar se a torneirinha do copo dosador está fechada para adicionar o hidróxido de sódio; o Adicionar mais ou menos na metade do copo; Encaixa o tubo no equipamento Adicionar Ácido bórico→ 100 mL; o Não precisa de um volume específico, deve ser suficiente para a haste ficar submersa; Colocar gotinhas do indicador, verde de bromocresol e vermelho de metila, umas 6/7; o Por que quando dilui fica muito clarinho (neste caso, o indicador estava muito diluído); Abrir a chave para neutralizar a amostra com o ácido; o Tomar cuidado, pois é uma reação exotérmica; o Se a reação for muito intensa, pode correr que os vapores sejam direcionados para a caldeira, e perdemos a amostra; o Ir abrindo e fechando a torneira, para neutralizar; o Sabemos que foi totalmente neutralizado quando a solução ficou com coloração preta! o Como é só uma amostra que vamos fazer, podemos jogar todo o reagente (base) na solução para neutralizar; Devemos limpar o copo dosador com água destilada, pois estamos trabalhando com uma base forte. Essa água cai no tubo. Ligar o aquecimento; Junto com o vapor de água, vai arrastar a amônia, e esta vai reagir com a solução do erlen. Paramos a destilação quando o volume no erlen dobrar; Não podemos chegar em um aquecimento muito intenso! O vapor é empurrado pelas bolinhas fragmentadoras; Abaixar o erlen; E depois desligar o aquecimento. o Se deixar esfriar com a haste dentro do erlen, pode ocorrer de refluxar (voltar para a solução no tubo); O indicador da prof estava meio zuado, o que fez com que a solução dentro do erlen ficasse amarelada ao final da destilação. Mas não tem problema! Ela vai corrigir adicionado mais indicador; Esperar o tubo esfriar um pouco para desconectar e retirá-lo do destilador; o A solução deve ser descartada de maneira adequada! Titulação Ácido clorídrico (HCL)- 01 N o Fator de correção (fa)- 1,0298 Fazer a titulação com o ácido na bureta! o Fazer a lavagem na bureta (passar o ácido uma vez para ambientação); Foi 25 ml de ácido, e não virou ainda; Adicionou 50 mL e não virou. Algum reagente estava estranho. O normal era ficar vermelho ao final da titulação (voltar para a cor vermelha inicial): Vamos realizar o cálculo inverso, para saber quando gastaríamos de reagente; Quantidade de proteína na farinha: 10g de proteína em 100 g de farinha Ne ácido = Neq Nitrogênio Na.Fa.Va=mN/14 Fator de conversão farinha = 5,75 mN.5,75 = 10 mN= 1,7391 Na aula passada, pesamos 0,4503 g de farinha de trigo para realizar a digestão! 1,7391 g ---- 100g mN ---- 0,4503 g mN = 0,00783g 0,1.1,0298.Va=0,00783/14 Va= 5,43 x 10³ L Va = 5,43mL Sempre que fomos fazer, chamar um técnico e ter manual!
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