Separar los lípidos de la leche

Question

Estoy tratando de desarrollar un procedimiento para probar el porcentaje de masa de lípidos en la leche (actualización: homogeneizada). No es necesario que sea muy preciso, sólo una aplicación interesante de los principios químicos. Mientras buscaba las formas tradicionales de comprobarlo, me encontré con el método Babcock, que consiste en verter ácido sulfúrico concentrado en la leche, calentarla y centrifugar la muestra. Según Wikipedia, "la clave de este proceso es que todo lo que hay en la leche, excepto la grasa, se disuelve en el ácido sulfúrico".

Los lípidos de están rodeados por lo que es similar a una membrana celular. La grasa es una emulsión con estos tensioactivos que la mantienen en el agua. Los otros componentes de la leche son agua, micelas coloidales, que mantienen otras proteínas (que no me interesan). Mi pregunta es, cómo disuelve el ácido sulfúrico "todo lo demás" ? En un procedimiento biológico que conozco para romper las membranas celulares, se utiliza alcohol isopropílico. La membrana celular en ese caso se rompe cuando el alcohol se comporta como un surfactante hacia los triglicéridos individuales. Sin embargo, el ácido sulfúrico no tiene una región no polar, así que ¿cómo funciona para disolver la membrana de fosfolípidos?

Muchos recursos de Internet sobre este tema no están escritos desde una perspectiva química. Además, parecen confundir los haces de lípidos con las demás partículas coloidales.

Además, ¿por qué no calentar fuertemente la leche (por ejemplo, con un mechero Bunsen) para romper la proteína, o añadirle electrolitos, como es una forma habitual de separar los coloides?

Answer 1

La leche es mayoritariamente agua, y al diluirla (a grandes rasgos) con ácido sulfúrico a una concentración de ~50% de leche y 50% de ácido sulfúrico se obtendrá una solución muy ácida, pero todavía acuosa. Podemos examinar el comportamiento probable de otros componentes de la leche utilizando principios químicos básicos.

• Azúcares . La leche es rica en una variedad de di- y oligo-sacáridos como el epónimo lactosa así como muchas otras moléculas más complejas :

  [Los oligosacáridos libres son componentes naturales de la leche de todos los mamíferos placentarios. La leche humana contiene entre 7 y 12 g/l de oligosacáridos, por lo que la fracción de oligosacáridos es un componente principal de la leche humana. En comparación con la leche humana, la concentración de oligosacáridos en la leche de los mamíferos domésticos más relevantes es menor en un factor de 10 a 100].

  Afortunadamente, el efecto del ácido sulfúrico sobre los azúcares es fácil de predecir: simplemente permanecerán disueltos en la solución acuosa. La hidrólisis de los azúcares es posible, pero no se producirá en gran medida sin calentamiento o incubación prolongada.

• Proteínas . La leche contiene miles de proteínas únicas. Sin embargo, las proteínas más predominantes son, con mucho, las llamadas caseínas . Las caseínas son moléculas relativamente hidrofóbicas, ricas en prolina, y en la leche están presentes como pequeños agregados -un coloide- de moléculas. La adición de ácido sulfúrico desnaturalizar la caseína. Como resultado, es probable que las moléculas de caseína se adhieran entre sí y formen un pellet centrifugable que va al fondo de un tubo de centrífuga después del centrifugado. Las proteínas contienen aminoácidos unidos mediante enlaces de amida que es poco probable que se hidrolice en el ácido, a menos que se utilicen temperaturas muy altas o tiempos de incubación muy largos.

• Fosfolípidos . Fosfolípidos en la leche incluye glicerofosfolípidos y esfingolípidos. Los lípidos polares desempeñan un papel importante en la estabilización de las emulsiones de triglicéridos (grasas) que mantienen la grasa en solución. Lo hacen formando bicapas y otras estructuras en la superficie de las microgotas de triglicéridos. Para realizar este trabajo, los fosfolípidos tienen un fosfato grupo de cabeza unido a una cola de ácido graso. La parte grasa del fosfolípido se adhiere al triglicérido y el grupo de cabeza polar interactúa con la solución acuosa. La polaridad del grupo de cabeza puede ajustarse en función del pH. Con un pH neutro o ligeramente ácido, los grupos de cabeza de fosfato están cargados (negativamente), lo que refuerza en gran medida su propensión a interactuar con el agua y mantener la estabilidad de la emulsión.

  Los fosfolípidos pueden ser parcialmente hidrolizados por el ácido, pero sin temperaturas muy altas o una incubación prolongada, la mayoría de las moléculas permanecerán intactas.

  Las condiciones de acidez fuerte que surgen al añadir $\ce{H2SO4}$ protonará estos grupos de cabeza, neutralizando la carga negativa y debilitando enormemente sus propiedades emulsionantes.

• Triglicéridos. Los triglicéridos son las moléculas que aportan la mayor parte del contenido graso de la leche. Son triacilgliceroles. A diferencia de los fosfolípidos, no tienen grupos de cabeza polares, por lo que no se disuelven en agua. Querrían formar una fase aceitosa separada del agua (al igual que la mezcla de aceite vegetal y agua), pero el hecho de que suelen estar unidos en pequeñas gotas por fosfolípidos impide esta separación. Como los aceites de triglicéridos son menos denso que el agua, si alguna vez tuvieran la oportunidad de fusionarse en gotas grandes, subirían a la parte superior de la leche. Esto ocurre cuando la nata se separa de forma natural de la leche fresca (cruda), pero en la leche homogeneizada, las gotas son forzadas artificialmente a tamaños mucho más pequeños, lo que impide que las gotas se fusionen o suban.

  Tras la acidificación, la pérdida de la actividad tensioactiva de los fosfolípidos rompe la estabilidad de las gotitas de grasa, lo que les permite coalescer rápidamente, por lo que suben a la parte superior del tubo, un proceso que sólo se acelera con la centrifugación.

  La hidrólisis de los triglicéridos en el ácido es posible, pero poco probable. Además de la incubación prolongada requerida o de las altas temperaturas, hay que tener en cuenta que la fase separada de los triglicéridos no está en realidad muy expuesta a la solución ácida.

Answer 2

Al añadir ácido sulfúrico, los fosfolípidos se hidrolizan en ácido glicerofosfórico y ácido graso, disolviendo así la membrana de los glóbulos de grasa y liberando el triacilglicerol.

Además, añadir H2SO4 a la leche es muy exotérmico (lo que ayuda a la disolución total del sólido no graso) porque reacciona con la lactosa (azúcar de la leche) con una reacción de deshidratación.