Alcoholes y ácidos grasos de la cera de henequén (Cuba)

Introducción

Figura 1. Foto del autor Muchos productos de fuentes agrícolas, como el maíz, la soja, la papa, el henequén pueden transformarse en productos de consumo. Los residuos agrícolas (biomasa) y otros subproductos no relacionados con la alimentación, que a menudo contienen una variedad de materiales de naturaleza similar a la celulosa, pueden proporcionar importantes materias primas alternativas. En la actualidad se obtienen millones de toneladas/año de productos a partir de materia prima vegetal, la mitad de los cuales son fibras.

Desde hace algunos años el grupo de Fibras Naturales y Tensioactivos del Centro de Estudio de Tecnologías Energéticas Renovables (CETER), ha basado sus estudios en el aprovechamiento de los desechos de la industria henequenera para la obtención de productos de interés de uso y comercial, partiendo de una utilización más eficiente de la planta de henequén. Estos estudios se han realizado con muestras obtenidas de las plantaciones de Mariel, Varadero, Cienfuegos y Limonar.

Se muestra la ubicación de las henequeneras en Cuba.

Figura 2. Localización de las henequeneras cubanas

Figuras 3 y 4. Fibras de las henequeneras de Cienfuegos y Mariel. Fotos del autor. Las plantas del género Agave tienen sus hojas cubiertas por una fina película de cera que evita la pérdida de agua. Este tipo de producto está constituido fundamentalmente por alcoholes, ésteres, ácidos grasos e hidrocarburos. En la literatura se encuentra gran cantidad de trabajos que abordan el estudio de dichas ceras por sus interesantes propiedades biológicas.

Las ceras naturales normalmente contienen más moles de ácidos que de alcoholes e invariablemente los alcoholes se encuentran combinados como ésteres. Los ácidos de menor masa molecular son los primeros en combinarse con los alcoholes de mayor peso y los ácidos de mayor masa molecular pueden quedar libres. [Ferrer y col.,2010].

El aprovechamiento de los residuales henequeneros a partir de su valor agregados puede ser una alternativa para aumentar la superficie henequenera del país y así obtener los beneficios del mercado mundial y la utilización de los subproductos que no sólo hagan rentables, sino también eficiente este cultivo.

Las plantas pertenecientes a estas familias han sido de gran atractivo como posibles fuentes para la extracción de un sinnúmero de productos que complementarían las necesidades alimenticias, textiles, estimulantes, etc.

El grupo de Fibras Naturales y Tensioactivos del CETER, CUJAE, está dedicando sus esfuerzos al desarrollo e introducción de procedimientos de producción más limpias, con énfasis en el uso racional de los recursos y en el aprovechamiento de residuales.

Figura 5. Henequenera de Mariel en la actualidad. Fotos del autor. Los nuevos productos mejorarían la competitividad del cultivo creando así, una condición favorable para las áreas aledañas a la industria henequenera y a nuestro país de manera general. [Ferrer y col.2010].

A partir de los desechos sólidos de la industria henequenera se obtiene la cera [Ferrer y col., 1998], de ella se derivan varios proyectos de investigación con propuestas de diferentes tecnologías para la obtención de productos bioactivos y tensioactivos.

La cera está constituida fundamentalmente por ésteres alquílicos producidos por esterificación de alcoholes con ácidos de la serie alifática, ambos de altas masas moleculares. Los ésteres están acompañados generalmente de alcoholes o ácidos libres y por residuos de hidrocarburos de altas masas moleculares.[Warth, 1956].

Los alcoholes y ácidos grasos son de utilidad como tensioactivos, bioactivos y además pueden obtenerse varios compuestos con posibilidades de uso en diferentes industrias entre los que se encuentran los Na-acilaminoácidos y los alquil ester aminoácidos.

Componentes de la cera de henequén

La cera de henequén ha sido obtenida de la cutícula de las hojas de la planta y además de la pulpa producto de desecho de la industria henequenera. De la mencionada cera se han separado y caracterizado alcoholes grasos, ácidos grasos e hidrocarburos.[Ravelo, 1995. Davis, 1996. Barroso, 2000, Delgado, 2000. Castillo, 2001].

Figura 6. Planta de henequén del Mariel. Fotos del autor. Los hidrocarburos de mayor interés presentes en las ceras vegetales son los saturados de cadena abierta en un intervalo aproximado de diecinueve a treinta y un átomos de carbono, con la peculiaridad de que el número de átomos de carbono es impar.

Los alcoholes grasos de alto peso molecular han despertado el interés de la comunidad científica desde 1977 cuando Ries y col demostraron que el 1- triacontanol, un alcohol de 30 átomos carbono era el producto responsable del crecimiento de un campo de tomates donde se habían depositado los residuos de corte de un campo de alfalfa. Esto ha permitido que este alcohol sea ampliamente utilizado como estimulador del crecimiento vegetal en numerosos países. [Delgado, 2000 ]

Extracción de alcoholes grasos

Extraída la cera tanto de la cutícula como de la pulpa de henequén se realiza la saponificación, se separan los insaponificables y la disolución que contiene las sales de ácidos grasos. El diagrama que se sigue se muestra a continuación:

Figura 7. Diagrama de flujo para obtención de los alcoholes grasos.

Estudio de las emulsiones de alcoholes grasos.

El transporte automotor por combustión interna constituye una importante fuente de contaminación del aire en las ciudades. En las emisiones de los motores de gasolina se destacan por su magnitud compuestos tales como monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno y el tetraetilo de plomo.

Los motores de combustión diesel presentan el mayor volumen de contaminante correspondiente a óxidos de nitrógeno, hidrocarburos, partículas sólidas y monóxido de carbono. [Barroso, 2000].

Para cada tipo de motor diesel, en función de su régimen de trabajo, existe una composición óptima de emulsiones (% de emulgente y tamaño de gota), que mejora la calidad de la combustión, disminuyendo el consumo específico de diesel debido a un efecto físico de micro explosión y uno químico de catálisis, por la activación de radicales (OH- y H+).

Lo anterior repercute en un aumento de la calidad de formación de la mezcla, la mayor plenitud y velocidad de combustión, ocurriendo un cambio favorable en el balance energético del motor con una reducción de la emisión de monóxido de carbono y de gases contaminantes. La presencia de agua en el interior de la cámara disminuye la temperatura y reduce la emisión de NOx hacia la atmósfera a pesar de los excesos de aire, típicos en estos motores, evitando así una alta contaminación del medio ambiente. [Barroso, 2000].

En la actualidad el ahorro de combustible resulta un interesante tema de debate debido a las circunstancias objetivas que presenta nuestra isla relacionado con la imposibilidad de contar con elevados volúmenes de combustible; es por ello que una de las posibles alternativas de solución puede ser la utilización de combustibles emulsionados a partir de compuestos naturales, es por ello que se decide probar la utilización de los alcoholes grasos como emulgente al mezclarlo con combustibles.

Para la preparación de emulsiones agua/combustible o combustible/agua es necesario añadir agentes tensioactivos, los cuales provocan un descenso en la tensión interfacial entre los componentes poco miscibles y su estabilidad como emulsión agua /diesel.

Para analizar el comportamiento de las emulsiones utilizando los alcoholes grasos obtenidos de la saponificación de la cera de henequén, la cual presenta todos los alcoholes primarios saturados que poseen entre 26 y 34 átomos de carbono, con una mayoría de los que tienen 28, 30, 31 y 32 átomos de carbono, se realiza un diseño de experimento 32 donde se escogen como variables independientes los porcentajes de emulgente (alcohol graso) y de agua a tres niveles diferentes tomando como criterio trabajos precedentes (Bonachea, 1997. Fernández, 1997], como variable dependiente la velocidad de estratificación y se analiza en el programa estadístico de computación Statgraphics Plus 5.1. Se observa que las emulsiones de menor velocidad de estratificación son las que contienen el mayor porcentaje de alcoholes grasos (gráfico), lo cual es corroborado al hacer el análisis estadístico en la figura 1.

Gráfico 1. Velocidad de estratificción de emulsiones con alcoholes grasos

Figura 8: Superficie de respuesta estimada.

Donde : (Niveles de las variables)

Además se observó que tanto el contenido de agua de las emulsiones como las interacciones correspondientes entre las dos variables presentan una significación muy pobre, como puede verse en la carta Pareto, por lo que en el nuevo diseño las nuevas emulsiones a preparar serían con 10 porciento de contenido de agua.

Figura 9: Carta Pareto estandarizada para la velocidad Las emulsiones obtenidas al ser observadas al microscopio se pueden clasificar en las llamadas suspoemulsiones, pues el emulgente estudiado se mantiene en suspensión en la fase continua en forma de partículas finamente divididas y distribuidas homogéneamente [Pritchard, 1996]. A estas muestras se les determinaron las viscosidades:

Tabla 1. Viscosidades de las emulsiones estudiadas.

Se observa que la viscosidad aumenta al aumentar el porcentaje de emulgente. Debido a que estas emulsiones tienen como objetivo utilizarse como combustible y las viscosidades resultan ligeramente altas para ser empleadas con este propósito, se tomó la decisión de realizar un nuevo diseño reduciendo la concentración de alcoholes grasos, y como esto traería un aumento de la velocidad de estratificación se le añadiría una determinada cantidad de coemulgente tomando como criterio literatura consultada [Bonachea , 1997].

Los coemulgentes a utilizarse fueron previamente escogidos de una muestra de seis y la concentración de agua fijada a un 10 porciento. Para la selección se tomó como criterio la solubilidad en el diesel, la estabilidad y compatibilidad con el alcohol graso, que constituye el emulgente en estudio, para ello se auxilió de la literatura consultada [Pritchard, 1996], donde se explica la importancia de coemulgentes compatibles para mantener la estabilidad de las partículas en las suspoemulsiones.

En un diseño 32, donde aceite quemado, crudo, y Synperonic A5 son representados por –1; 0 y 1, los resultados nuevamente muestran que la velocidad de estratificación disminuye con el aumento de la concentración del emulgente, las velocidades de estratificación son las menores, pero en el caso del primero las emulsiones preparadas quedaron muy viscosas, por lo que se seleccionó el aceite quemado para realizar el próximo diseño.

Figura 10: Superficie de respuesta estimada En el nuevo diseño las concentraciones de tensioactivo y cotensioactivo estudiadas fueron de 1,00; 1,25 y 1,50 porcientos para ambos. Se obtiene en el análisis que la variable de mayor incidencia en la velocidad de estratificación continúa siendo la concentración del emulgente, la del coemulgente no es una variable significativa. Figuras 11 .

Figura 11: Superficie de respuesta estimada

En el gráfico 2 se observa que la emulsión que contiene 1 porciento de tensioactivo más 1 porciento de coemulgente presenta la menor velocidad de estratificación en el tiempo estudiado.

Gráfico 2. Velocidad de estratificación de las emulsiones con alcoholes grasos. A estas emulsiones se les determinaron las viscosidades, las que se reportan en la tabla 2

Tabla 2: Viscosidades de las emulsione

La emulsión 1 presenta valores aceptables para este tipo de emulsiones agua-diesel estudiadas en la planta emulsificadora de Santa María (proyecto Sta María). La viscosidad de un combustible influye en su pulverización, con el aumento de la viscosidad del combustible la pulverización empeora, pero se aumenta la profundidad de las gotas en el aire comprimido. Altas viscosidades aumentan la resistencia al bombeo del combustible por el sistema de alimentación. Cuando la viscosidad alcanza cierta magnitud, la resistencia del sistema de alimentación crece tanto que el combustible deja de llegar a la bomba de combustible en la cantidad necesaria para garantizar el trabajo normal del motor. [Delgado, 2000].

Por lo anteriormente planteado las mejores emulsiones son las 1, 2, 4 y 7 debido a que son las que presentan los menores valores de viscosidad pero de ellas la 1 y la 2 son las que presentan mayor estabilidad en el tiempo estudiado.

Otros usos de los alcoholes grasos

Los productos útiles que se han obtenido directa o indirectamente de las plantas han demostrado la importancia que tienen para el hombre y brindan una gran posibilidad de uso en la terapéutica y la atención primaria de salud a nivel mundial. De acuerdo con los reportes [Lishtvan, 1987 y Belkevich, 1989] sobre las propiedades farmacológicas como cicatrizante y antiinflamatorio de la cera de turba, donde abundan un gran contenido de ácidos grasos y alcoholes de alto peso molecular; se ha evaluado la actividad antiinflamatoria de la cachaza, la cera de caña y sus extractos, ya que todos estos compuestos también se caracterizan por su contenido en ésteres, ácidos grasos y alcoholes de alto peso molecular.

En el trabajo sobre la actividad antiinflamatoria de extractos de derivados de la caña de azúcar [Tillán, 2002], fueron empleadas ratas Wistar con edema agudo de la pata inducido por inyección subplantar de carragenina para evaluar la actividad antiinflamatoria de extracto etanólico de la cera de caña seco, extracto etanólico de la cera de caña extraído en diferentes proporciones, extracto etanólico obtenido de la cachaza, cera cruda y aceite de cachaza. Tanto la cera cruda como los extractos etanólico secos y los frescos mostraron disminución significativa del edema de la pata de la rata inducido por carragenina. Los resultados anteriores indicaron que las sustancias antiinflamatorias se encuentran en mayor proporción en la cera y es posible utilizarla para obtener éstas.

Una mezcla de alcoholes grasos saturados de elevado peso molecular (C24-C34) aislada y purificada de la cera de abejas y denominado D002 [Marrero, 2008] también ha mostrado efectos antiulcerosos, antiinflamatorios y antioxidantes.

Recientemente se han descubierto principios activos en los frutos de la planta Sabal, palmerita-palmito de Sierra-Serenoa y se utilizan en varios preparados farmacéuticos pues contienen diversos fitosteroles, alcoholes grasos alifáticos de alto peso molecular, todos ellos de acción antiinflamatoria sobre la próstata, ya que su acción, de tipo hormonal, impide la proliferación de los andrógenos sobre el tejido prostático y útil en caso de hipertrofia o de adenoma de próstata, detiene el crecimiento de la glándula y reduce las molestias urinarias propias del síndrome prostático, además favorece la diuresis. [www.infojardin.net/fichas/plantas-medicinales/serenoa-repens.htm].

De esta misma planta, se plantea [Marrero, 2012] un nuevo extracto lipídico a partir de los frutos de la palma real cubana que ha mostrado ser efectivo en modelos experimentales de hiperplasia prostática y mostrado efectos antioxidantes y antiinflamatorios. El D004 presenta un contenido total de alcoholes entre 0,18 y 5,10 %. Esta fracción está compuesta principalmente por 1-octacosanol, 1-triacontanol y 1-hexacosanol.

El trabajo de Pérez y col.[en revisión] se refiere a la hiperplasia prostática benigna, enfermedad común en hombres a partir de los 50 años de edad, que consiste en el crecimiento benigno e incontrolado de la glándula prostática y produce diversos síntomas del tracto bajo urinario. Los resultados hasta el presente indican que el D-004 es seguro y bien tolerado.

La búsqueda de nuevas fuentes de obtención de estos compuestos con actividad biológica es tarea de muchos investigadores, ejemplo de esto es el fármaco cubano [Laguna, 1995] conocido en gran parte del mundo por las siglas PPG, que tiene como principio activo una mezcla de alcoholes alifáticos primarios superiores (denominada policosanol) de cadena lineal que poseen 24, 26, 27, 28, 29, 30, 32 y 34 átomos de carbono. Estos alcoholes, en una proporción determinada, le confieren a la mezcla propiedades biológicas específicas, entre ellas, la actividad hipercolesterolémica y de reducción del nivel de lipoproteínas de baja densidad (LDL). También se ha estudiado las potencialidades de estos compuestos, especialmente del triacontanol, como reguladores de crecimiento vegetal y se han obtenido buenos resultados en algunos cultivos como es el caso del arroz.

Siguiendo esta línea de trabajo se plantea que el extracto de hueso de dátil contiene 7 sustancias con propiedades de anti envejecimiento. Estas sustancias activas son: fitosteroles, fitoesteroides, ácido ursólico, isoflavonas, policosanoles, provitamina A y vitamina E.[http://www.infarma.es/web/infarma-2013 ] Los policosanoles o alcoholes grasos de cadena larga más abundantes en el hueso de dátil son el hexacosanol (26 C) y el octacosanol (28 C). Ambos alcoholes presentan propiedades regeneradoras, suavizantes y mejoran la comunicación celular, por lo que refuerzan la capacidad regeneradora y de anti envejecimiento de este bioactivo.

El extracto de hueso de dátil se ha ensayado en la zona del contorno de los ojos en un grupo de 10 voluntarias, de edades comprendidas entre 48 y 58 años. Las voluntarias aplicaron 2 veces al día, en un lado del rostro, una crema formulada al 2,5% del producto comercial, mientras que en el otro lado aplicaron una crema placebo. El estudio se prolongó durante 5 semanas, con controles periódicos semanales. Al inicio y al final del estudio se realizaron fotografías de la zona tratada para evaluar la eficacia del producto.

Figura 12. Foto de paciente en estudio Aspecto inicial y final del contorno del ojo de una voluntaria del estudio. Se observa una mejoría apreciable de las arrugas en el lado en el que se aplicó la crema con extracto de hueso de dátil (fotos inferiores) con respecto a la crema placebo (fotos superiores).

En el trabajo de diploma [Ravelo, 1995] Estudio preliminar para la obtención de componentes de la cera de la hoja de henequén, se utilizó la cromatografía de gases, para determinar la composición de una fracción de alcoholes de alta masa molecular obtenida de hojas de Henequén (Agave fourcroydes) y encontraron que el octacosanol y el 1- triacontanol son los componentes mayoritarios, acompañados de sus homólogos de 26 a 36 átomos de carbono, estos resultados fueron corroborados posteriormente [Méndez , 2003].

El material insaponificable de la cera incluye todas aquellas sustancias que permanecen insolubles en agua después de la saponificación. Esta materia insaponificable consiste fundamentalmente en alcoholes e hidrocarburos.

La mayoría de las ceras vegetales y animales producen entre un 35-55 por ciento de alcoholes en el insaponificable. Los alcoholes superiores de cadena normal parecen ser los que más abundan en la mayoría de las ceras vegetales.

Ácidos grasos

Otros de los componentes de la cera son los ácidos grasos, que se obtienen también de la saponificación de esta última pero estos se encuentran en los jabones de potasio que se obtiene al final de la reacción.

SOLUBILIDAD Y FORMULACIÓN DE EMULSIONES. Se probó la solubilidad en diferentes solvente en dependencia del grado de polaridad de los mismos, atendiendo a que los ácidos grasos tienen en su estructura una cadena hidrocarbonada no polar y un grupo COOH con características polares. La influencia de este grupo frente al tamaño de la cadena, es despreciable por lo que la solubilidad en ellos fue muy baja. En el caso del benceno aunque es apolar, al ser aromático no permite una fácil disolución de los ácidos grasos.

Con relación a los coemulgentes, se disuelven parcialmente en el aceite de naranja, por la estructura similar, pero la solubilidad mayor la presentan en el crudo Varadero que posee un 28% de asfaltenos.

En el caso de los Na-acilaminoácidos solo se disolvieron parcialmente en el crudo Varadero, comportamiento asociado a la complejidad estructural de la molécula. Estos ensayos se realizaron en caliente a una temperatura aproximada de 80ºC.

A partir de los resultados obtenidos en los ensayos de solubilidad se formularon las emulsiones de los ácidos grasos y de los Na-acilaminoácidos. Para los primeros, las emulsiones resultaron homogéneas y estables, reportándose en la tabla los porcentajes que mejores resultaron brindaron.

Tabla 3. Concentraciones en las emulsiones de ácidos grasos.

Para estos niveles se determinó durante 24 horas la velocidad de estratificación, a partir de la variación de nivel del anillo en el tiempo, la que se reporta en la tabla.

Para las combinaciones correspondientes a 0.3% de ácidos grasos, se forma una emulsión que separa agua, comportamiento que pudiera estar asociado a una cantidad insuficiente de producto.

Tabla 4. Valores de altura y velocidad de estratificación en la emulsiones 1

Tablas 5. Valores de altura y velocidad de estratificación en la emulsiones 2

Según los valores de altura del anillo y considerando que la altura total de la emulsión es de 45 mm, la emulsión 1 muestra un 17.1% de separación de combustible, mientras que para la 2 es de 20.9%, valores que evidencian la formación de buenas emulsiones.

Se muestran los gráficos de velocidad de estratificación vs. Tiempo que reflejan una tendencia a la estabilidad de la emulsión a medida que transcurre el tiempo.[ Barroso 2000].

Las curvas se ajustaron a un modelo matemático polinomial cúbico dando excelentes resultados.

Este comportamiento se manifiesta en ambas emulsiones.

En tres días posteriores en la observación de la altura del anillo no hubo cambios significativos, lo que demuestra una emulsión estable.

Tiempo (min.) Gráfico 3. Velocidades de estratificación de la emulsión 1

Gráfico 5. Velocidades de estratificación de la emulsión 2.

Modelo matemático ajustado.

Viscosidad

Se determinaron los valores de viscosidad a las emulsiones formadas a partir de los ácidos grasos y al combustible diesel.

En la tabla se reportan los valores promedios de tales viscosidades.

Tabla 6. Valores de viscosidad a 40ºC.

Los valores de viscosidades obtenidos se encuentran dentro de los rangos permisibles (4- 8cP), es por ello que las emulsiones formuladas podrían probarse en motores diesel.

Según los valores de altura del anillo y considerando que la altura total de la emulsión es de 45 mm, la emulsión 1 muestra un 17.1% de separación de combustible, mientras que para la 2 es de 20.9%, valores que evidencian la formación de buenas emulsiones.

Para el caso de las emulsiones a partir de los Na-acilaminoácidos se observó la rotura de la emulsión (separación de agua), este comportamiento se atribuye a la presencia de sales de estos, compuestos que presentan una estructura cargada, lo que los hace ser empleados en emulsiones directas. [Barroso, 2000].

Utilización de los componentes obtenidos de la cera de henequén

ALQUIL ÉSTERES AMINOÁCIDO Los Alquil ésteres Aminoácido son productos que se obtienen por reacción de sustitución de un aminoácido con los alcoholes grasos de la cera.

A partir de los alcoholes grasos de la cera de henequén, se sintetizaron los alquil ésteres de aminoácidos, por reacción con varios aminoácidos. [Castillo, 2001].

Oa-ALQUIL ÉSTER AMINOÁCIDOS8 AMINOÁCIDOS Los aminoácidos son estructuras básicas de las proteínas y están unidos entre sí a través de enlaces peptídicos. Los más corrientes en las proteínas son 20 y su estructura se muestra en la Figura 1.

Figura 13: Estructura general de los aminoácidos.

Basándose en la naturaleza iónica de la cadena lateral R, los aminoácidos pueden clasificarse en neutros (débilmente hidrófobos, hidrófobos y aromáticos), ácidos y básicos.

Los aminoácidos son materias primas de gran interés para la preparación de tensoactivos del tipo lipoaminoácido o lipopéptido. Un lipoaminoácido puede definirse como una molécula anfífila que contiene un residuo de aminoácido en la parte hidrófila y como mínimo una cadena hidrocarbonada en la parte hidrófoba. Dada la naturaleza dual de una molécula de aminoácido en principio se pueden obtener muchos tipos de derivados por reacción de un aminoácido con ácidos grasos, ésteres grasos, aminas grasas y alcoholes grasos5 .

La cadena hidrocarbonada puede introducirse al aminoácido a través de enlaces acilo, éster, alquilo, o amida. En función de la naturaleza del residuo lateral del aminoácido y del tipo de modificación los N-acilaminoácidos pueden ser aniónicos, catiónicos, anfóteros y no iónicos .

Los tensoactivos obtenidos a partir de aminoácidos presentan un residuo del mismo en la molécula hidrofílica, donde un radical amino o un radical carboxílico es sustituido por un radical hidrofóbico y la alcalinidad o la acidez es baja, en este caso se encuentran dos variedades, los aminoácidos N-acilados, los que son fundamentalmente surfactantes aniónicos y los hidrolizados de proteínas que son de gran importancia. [Takehara, 1989].

Otra línea de trabajo se ocupa de la obtención de tensoactivos derivados de aminoácidos, alternativos de los convencionales y que cumplen con requisitos fundamentales entre otros: multifuncionabilidad, baja toxicidad y procedencia de materiales naturales. Nueva variante de aprovechamiento la constituye la utilización de los residuales de la fabricación de aceite comestible. Además, son biodegradables. La biodegradación es un proceso que realizan las bacterias que están presentes en la naturaleza. Las bacterias son microorganismos que pueden metabolizar un compuesto químico y convertirlo en un compuesto menos complejo por medio de reacciones enzimáticas. En presencia de oxígeno los productos finales obtenidos son el dióxido de carbono, agua y óxidos de otros elementos, cuyos efectos desaparecen del medio ambiente.

Se presenta a continuación, el diagrama de obtención de los Oa-alquilésteres aminoácidos

Las sustancias nitrogenadas son muy numerosas y variadas. Anteriormente se las clasificaba según su comportamiento frente a diferentes agentes precipitantes: caseína, globulina, albúmina, proteosa-peptona y sustancias nitrogenadas no proteicas. Estas sustancias aparecen resumidas en tres métodos de fraccionamiento en el laboratorio, así como un procedimiento práctico que puede utilizarse también para dicho fraccionamiento. Estos procedimientos no llevan a la obtención de cuerpos puros, sino a fracciones complejas.

Un ácido carboxílico puede ser transformado en compuestos que se conocen como derivados de estos ácidos, esto se realiza mediante un mecanismo general de sustitución nucleofílica trigonal o por variantes del mismo. El ataque nucleofílico va dirigido hacia el carbono carbonílico que es un carbono deficiente de electrones. Se produce la transferencia electrónica del doble enlace hacia el átomo de oxígeno formándose el intermediario tetraédrico. Este pierde el grupo hidroxilo retornándose finalmente a un compuesto de estructura sp2.

El proceso es algunas veces catalizado por un ácido fuerte que protona al oxígeno carboxílico o también se forma previo al ataque nucleofílico alguna entidad más reactiva por coordinación con el oxígeno hidroxílico.

La sustitución nucleofílica constituye una reacción importante de los derivados de los ácidos carboxílicos. Esta reacción se verifica en dos etapas, en la primera tiene lugar el ataque de un nucleófilo sobre el carbono carbonílico, se presenta un estado de transición en el que se está formando el nuevo enlace con el nucleófilo, aumenta la carga negativa en el oxígeno carbonílico y el conjunto va adquiriendo estructura tetraédrica, hasta alcanzarla plenamente en un intermediario tetraédrico. En la segunda etapa, tiene lugar la expulsión del grupo originalmente unido al carbono carbonílico y se llega al nuevo producto que posee nuevamente estructura trigonal. La velocidad total de la reacción depende de las dos etapas descritas, aunque la primera es la más importante.

La hidrólisis de cualquiera de los derivados de ácidos vuelve a producir el ácido carboxílico, así, al hidrolizar cloruros de ácidos, anhídridos, ésteres y amidas podemos llegar a obtener el ácido carboxílico.

La hidrólisis es una reacción de sustitución nucleofílica típica de los derivados de ácido y puede realizarse en medio neutro, ácido o alcalino.

Aminoácidos empleados en la síntesis de Oa- alquil ester aminoácido y la relación aminoácido/alcohol graso.

Tabla 7. Aminoácidos y relación aminoácido/alcohol graso para la síntesis de Oa- alquil ester aminoácido

Del producto de la reacción de los alcoholes grasos de la cera de henequén obtenido con el hidrolizado de caseína se obtiene un espectro infrarroja donde se obtienen las señales de los grupos característicos de este tipo de compuestos.

Para un estudio preliminar cualitativo con el Alquil ester del hidrolizado de caseína en emulsiones directas, se han utilizado varios solventes como fases oleosas (aceite de oliva, glicerina, n-decanol, citronela, aceite de coco). Para ello fue necesario probar la solubilidad de este producto en los mismos, obteniéndose los resultados que se explican a continuación:

· El aceite de coco, n-decanol, la citronela, y la glicerina se disuelven al calentarse sin llegar a temperaturas cercanas a la ebullición y cuando se va enfriando se solidifica el producto por lo que para realizar la emulsión debe calentarse previamente.

· El aceite de naranja se disuelve en caliente y cuando se enfría a concentraciones altas la solución se pone turbia.

Las emulsiones realizadas abarcaron concentración desde 0,01 hasta un 1% para todos los solventes y los resultados obtenidos se describen a continuación:

· De forma general, con todos los solventes a concentraciones altas no se lograron las emulsiones, separándose inmediatamente las fases.

· Con la glicerina, a todas las concentraciones probadas, no se lograron las emulsiones.

· Con el n-decanol y la citronela a concentraciones bajas entre 0,01 y 0,1% se lograron emulsiones mientras estuvo caliente, al enfriarse se separaron las fases.

· Con el aceite de coco, a concentraciones bajas desde 0,01 hasta 0,1%; se obtienen emulsiones lechosas blancas estables alrededor de 3 días, luego se separaron en dos tipos de emulsiones, una más densa, de mayor concentración de fase oleosa, que la otra.

· Con el aceite de naranja se obtuvieron resultados similares al de coco, siendo las emulsiones estables durante 7 días aproximadamente aun a concentraciones más bajas (alrededor de 0,001%).

Para comprobar estos resultados, en las emulsiones de aceite de naranja, se realizó la determinación de la tensión interfacial en el rango de concentraciones utilizadas, las cuales se midieron en un equipo KRUUSS-K8 a la temperatura ambiente, los resultados obtenidos se muestran en el siguiente gráfico.

Figura 15. Tensión interfacial contra concentración Como se observa las menores tensiones interfaciales corresponden a las concentraciones alrededor de 0,1 % lo que está de acuerdo a los resultados obtenidos en cuanto a la estabilidad de las emulsiones preparadas.

Se prepararon también emulsiones inversas al 10% en agua utilizando aceite de naranja, citronela y n-decanol como fase dispersante, los resultados mostraron que se formaban emulsiones con características lechosas pero de poca estabilidad en el tiempo.

N-acil aminoácidos

Las sales del ácido N-acilglutámico son generalmente conocidas como agentes tensioactivos que tienen un radical acilo de largas cadenas de átomos de carbono como un grupo lipofílico y la sal de un ácido carboxílico como grupo hidrofílíco. Es conocido que las sales de los N-acilaminoácidos generalmente tienen buena solubilidad y detergencia y que son compuestos suaves, no irritantes para la piel y algunos de ellos son antimicrobianos. Los N-acilsarcosinatos son surfactantes muy conocidos y han sido utilizados como dentrífugos por su acción contra las caries. Los derivados obtenidos por acilación de hidrolizados de proteínas son también conocidos como agentes suaves y no irritantes para la piel, es por ello que podrían ser sintetizados a partir de la obtención de cera de los desechos de la industria henequenera.

Características de los na-acilaminoácidos

CLASIFICACIÓN DE LOS Na-ACILAMINOÁCIDOS. La estructura de los Na-acilaminoácidos se caracteriza por una parte hidrófoba formada por:

· Una cadena hidrocarbonada saturada o insaturada, generalmente lineal de 10 a 18 átomos de carbono.

· Una parte hidrófila formada por el grupo carbonilo de un aminoácido y su cadena lateral la cual puede ser a su vez hidrófoba o hidrófila.

· Un grupo amida entre la parte hidrófila y la parte hidrófoba denominado por Brockerhoff "el cinturón de hidrógeno" ya que presenta una elevada afinidad para formar puentes de hidrógeno dando lugar a compuestos más solubles y de un comportamiento diferente al que presentan las sales de los ácidos grasos.

Un átomo de carbono asimétrico a causa de la estructura propia del aminoácido que da lugar a tensoactivos quirales, los cuales en algunos casos manifiestan una capacidad de interacción molecular estéreo selectiva observándose diferencias en la concentración micelar crítica, solubilidad, etc., según se trate del enantiómero puro o del racémico. [Takehara, 1989].