Los avances científicos siempre se han producido gracias a algunos personajes brillantes con grandes mentes para generar un cambio.
Esto fue lo que sucedió con Johan Kjeldah, un químico danés que logró dar con el método más eficaz para determinar la cantidad de nitrógeno presente en los compuestos orgánicos.
El método KJELDAHL, así pues, se creó en el laboratorio Carlsberg Laboratory.
Ahora bien, el descubrimiento del químico KJELDAHL, al igual que otros muchos procesos científicos, implicó una serie de pasos para poder obtener el resultado final, es decir, para captar la cantidad de proteínas presentes en una malta.
¿Qué es el método KJELDAHL?
Actualmente, el método KJELDAHL es uno de los más tradicionales con los que se determina el porcentaje de nitrógeno.
El químico Danés que generó el método pensaba que si lograba determinar la cantidad de proteína presente en un grano de malta podría dar con la fórmula exacta para fabricar una mayor cantidad de cerveza.
Pero, ¿Qué relación tiene el nitrógeno con la proteína? KJELDAHL comprendió que las proteínas son biomoléculas que contienen nitrógeno.
Por ende, para captar el porcentaje de proteína era primordial analizar, con exactitud, el nivel de nitrógeno de un compuesto.
Usos que se le da al método
El método KJELDAHL es usado en diversas áreas de la fabricación industrial, especialmente dentro de la rama alimentaria, donde se suele utilizar para calcular la cantidad de proteínas presentes en un producto.
Los productos de alimentos, cuando se someten a procesos de laboratorio, requieren de un análisis del nitrógeno, para determinar si pertenecen a un grupo orgánico o inorgánico.
Los alimentos que más se suelen analizar con los pasos descritos en este método son: la carne, el pescado, los lácteos, las verduras y las frutas.
Siguiendo con la rama alimenticia, el nitrógeno de Kjeldahl es un elemento que permite sustituir las proteínas en las muestras de los alimentos.
Para poder lograr esta sustitución de proteína por nitrógeno KJELDAHL es necesario saber la cantidad de aminoácidos nitrogenados que contiene la muestra, así como determinar el tipo de proteína.
Por otro lado, gracias a las etapas creadas por KJELDAHL, es posible, dentro de la industria medioambiental, analizar los suelos, las aguas residuales, los lodos y otros espacios con fertilizantes.
En los suelos o aguas residuales, por ejemplo, se tiene sumar el nitrógeno orgánico, el amoníaco (NH3) y el amonio (NH4+), y para calcular el porcentaje de nitrógeno total, es necesario determinar cuál es la concentración de nitrato-N, así como de nitrito-N que existe.
De hecho, se sabe que actualmente el nitrógeno KJELDAHL es un parámetro fundamental dentro del tratamiento de las aguas.
Funcionamiento
El método KJELDAHL funciona de la siguiente forma: En primer lugar, es necesario descomponer la muestra con ácido sulfúrico y siempre en compañía de un agente con funciones de reducción catalizadora, como por ejemplo, el mercurio, el selenio o el cobre.
En algunos casos, es posible, para producir un efecto intenso de ebullición en la disolución del ácido sulfúrico, utilizar una sal con características neutrales.
Así es como se logra una descomposición ideal, por medio de altas temperaturas, obteniendo como resultado final la transformación del nitrógeno en NH4+. Luego se adiciona una base resistente que libere el NH3 hacia un recipiente de colección por medio de la corriente de vapor.
El recipiente de colección es donde se almacena una cantidad medida de la disolución del ácido sulfúrico para neutralizarla con el NH3.
Además, cuando la destilación finalice, se continúa con la valoración del ácido mediante la disolución de base patrón.
La disolución base que es consumida permite alcanzar el porcentaje de NH3 y, por consecuencia, el nivel de nitrógeno. Así es como, en efecto, el nivel de nitrógeno, puede convertirse en proteína.
Ejemplo de cómo funciona el método Kjeldahl
Para comprender mejor el funcionamiento del método KJELDAHL podemos usar la siguiente muestra o ejemplo:
En el análisis del nivel de proteínas de una carne se debe primero tomar el peso.
Supongamos que esta carne pesa un total de 2,7845 g. Una vez se tiene este dato, se procede con la conversión de nitrógeno en ion amonio, por medio del tratamiento de ácido sulfúrico.
Luego se procede a recolectar, en un frasco de 50 ml, el ácido sulfúrico, es decir, un total de 1234M (esto se toma de la disolución de amoníaco destilada).
Si existe un exceso de ácido es fundamental tener 10,9 ml de hidróxido sódico para poder valorar bien la muestra.
Finalmente, al tener la disolución de hidróxido sódico, se analiza con 0.3567 g de ftalato ácido de potasio y se procede a consumir hasta obtener 12.0 ml de la muestra. Y, como resultado definitivo, se obtiene un porcentaje de proteínas en la carne del 0,864.
Partes que lo componen
Para que el método funcione correctamente es importante tener presentes 3 etapas denominadas digestión, destilación y valoración. Cada una de las partes fueron descubiertas e implementadas por el mismo Johan Kjeldahl en 1883.
Proceso de digestión
El método comienza con esta primera etapa de digestión. ¿En qué consiste? Se trata de romper cada uno de los enlaces que en la muestra aparecen como nitrógenos y transformarlos en NH4+, es decir, en iones amonio.
Luego ocurre un proceso de carbonización de la materia orgánica que culmina en la reacción química producto de la espuma negra liberada por la materia. Al finalizar, la mezcla reposa, es decir, se enfría y luego se diluye con agua.
Proceso de destilación
En el proceso de destilación se produce el amoníaco luego de que los iones amonio se añadan a una base química.
El amoníaco, en consecuencia, es trasladado hasta el vaso receptor por medio de una corriente de vapor de agua. Para lograr esto es necesaria una solución absorbente, es decir, para poder formar los iones amonio solvatados y finalizar con el proceso de destilación.
Proceso de valoración
Cuando se tienen los iones solvatados, en efecto, deben valorarse y determinarse. Esto, sin duda, se puede lograr a través de dos métodos. El método a elegir depende del tipo de solución absorbente que se haya elegido en el paso anterior.
Por ejemplo, con ácido bórico debe procederse con una valoración denominada “ácido-base” de tipo indirecta, que consiste en el uso de una solución de ácido sulfúrico estandarizada junto a una mezcla de indicadores.
Ahora bien, si en el paso anterior se hizo uso del ácido sulfúrico, el método a seguir sería una valoración indirecta por medio de una solución de hidróxido de sodio estandarizada.
El proceso final determinará el porcentaje de nitrógeno y solo podrá lograrse si se tiene en cuenta el tipo de solución receptora, además de un elemento fundamental en el proceso anterior: los factores de dilución en la destilación.
Equipos
El método KJELDAHL ha derivado en muchos equipos que hoy en día funcionan para llevar a cabo los pasos antes mencionados.
Estos se pueden utilizar en industrias de alimentos y bebidas, así como también en la rama farmacéutica, ambiental y química.
Conoce el equipo Micro Kjeldahl Digestor
Hoy en día consigues equipos, tales como el Micro Kjeldahl Digestor, capaces de obtener resultados tan precisos en recipientes de 30 0 10 mililitros.
Este producto, además, contiene calentadores con la configuración de calor infinito individual, una herramienta que permite variar el calor preciso según cada muestra.
De igual forma, no debes preocuparte por instalar micro digestores, porque es una máquina que los tiene instalados desde la fábrica.
¿Cuáles son las características del equipo Micro KJELDAHL Digestor?
En primer lugar, es un equipo que funciona para la primera etapa del método KJELDAHL. Por ende, este aparato integra un colector de cristal de seis puertos, además de un frasco y una punta dentada para la conexión a un aspirador de agua.
En otro sentido, contiene seis elementos de calentador con una capacidad de 200 vatios que tienen la capacidad de controlar la temperatura individual.
La capacidad de los controles de calor infinito es variable y tiene un rango de 20-100%.
Tiene un soporte de altura que se puede ajustar cuando se necesite el montaje del colector de vidrio.
Gracias al tablero que posee, es posible proteger el cableado, además de los controles de calor y de corrosión. Por último, la cubierta de aluminio es resistente gracias a su recubrimiento epóxico.
Conoce el equipo Kjeldahl para Digestión y Destilación
En la actualidad también es posible conseguir equipos que funcionen para realizar los dos primeros pasos del método KJELDAHL. Se trata de los aparatos con funciones combinadas.
Estos contienen ambos elementos para determinar la cantidad de nitrógeno.
Para poder funcionar correctamente tienen integrados un sistema de apoyo de acero robusto y un sistema de destilación colocado encima del de digestión. Con ellos se puede digerir y destilar hasta 12 muestras al mismo tiempo.
Características del equipo Kjeldahl para digestión y destilación
El equipo combinado para digestión y destilación integra un colector de destilación, un intercambiador de calor a contracorriente, una válvula de flujo remoto, un indicador de temperatura de fácil lectura, piezas de tubos de vidrio de borosilicato con cuellos largos, destilación eléctrica, calentadores de digestión, perillas de control individual infinito para calentadores eléctricos y colectores de humo de CPVC.