Determinación de la concentración de cafeína en un bebida energizante

DETERMINACION DE LA CONCENTRACION DE CAFEINA EN UNA BEBIDA ENERGIZANTE (MONSTER ENERGY) POR CROMATOGRAFIA HPLC

RESUMEN Este laboratorio consistió en la determinación de la concentración de cafeína en una bebidaenergizante (MONSTER ENERGY) mediante el área de la señal cromatografíca. Para ello se realizó una curva decalibración inyectando en el HPLC muestras de cafeína de concentración conocida, obteniendocomo resultado una ecuación de la recta de: Area [μg/μL]= 28662 * (masa inyectada [mg]) + 32303 Luego utilizando los valores obtenidos en la curva de calibración se realiza la inyección en el HPLC de muestra de la bebida energizante existente en el comercio para analizar sucontenido de cafeína, obteniendo como resultados: MONSTER ENERGY 3,10 ppm en una botella de 473 ml .

PALABRAS CLAVES: cromatografía HPLC, cafeína, área, concentración.

ABSTRACT This laboratory was to determine the concentration of caffeine in an energy drink (MONSTER ENERGY) by the area of the chromatographic signal. This was achieved by injecting a calibration curve in the HPLC samples of known concentration of caffeine, resulting in a linear equation of: Area [μg/μL]= 28662 * (masa inyectada [mg]) + 32303 Then using the values obtained in the calibration curve is injected into the HPLC sample of existing energy drink trade to analyze its caffeine content, obtaining the following results: MONSTER ENERGY 3,10 ppm in a 473 ml bottle. KEYWORDS: HPLC, caffeine, area, concentration.

INTRODUCCION

El HPLC (HIGH PERFORMANCE LIQUID CROMATOGRAPHY) o Cromatografía liquida de altaresolución, es una técnica cromatográfica usada para separar componentes usando una variedad deinteracciones químicas entre el analito y la columna cromatográfica. Básicamente es un sistema compuesto de un reservorio de fase móvil, bomba, inyector, columna deseparación y detector.El analito se pasa a través de una columna de la fase estacionaria bombeando la fase móvil liquidacon alta presión. La muestra se introduce en pequeños volúmenes a la corriente de la fase móvil y allí seretarda por medio de interacciones químicas con la fase estacionaria mientras atraviesa la columna.El retardo se conoce como tiempo de retención, único para analito. Depende de la naturaleza delanalito, de la fase estacionaria y de la composición de la fase móvil.Los solutos más comunes usados en la fase móvil son combinaciones de agua purificada con líquidosorgánicos, los más comunes son Metanol y Acetonitrilo, también suelen usarse sales y bufferes paracontribuir a la separación de componentes. También se usa el ÁcidoTrifluoroacetico para actuar comoformador de pares iónicos.Estas combinaciones introducen el concepto de gradiente de elución. Consiste en la variación de lacomposición de la fase móvil, para adaptarse a los diferentes analitos y conseguir mejores resultados. Elgradiente separa la matriz del analito en función de la afinidad del analito por la composición de la fasemóvil. Cada analito tiene un gradiente de elución óptimo para obtener la máxima separación de picos enel detector.[1] Se consideran dentro del grupo de productos estimulantes o fruitivos principalmente a aquellos tales como el café, el té, el cacao, sus derivados y la yerba mate, incluyéndose también a otros como el guaraná y la cola, actualmente están comercializándose las llamadas bebidas energizantes. Estos productos con excepción del cacao y sus derivados no tienen valor alimenticio y se consumen sólo por las propiedades de ser bebidas estimulantes y en algunos casos refrescantes. Poseen ciertas características en común, son productos naturales (sin considerar las bebidas energizantes) que han sido tratados por calor para adquirir aromas característicos y contienen alcaloides tales como cafeína (1,3,7-trimetilxantina) y teobromina (3,7dimetilxantina). El contenido de cafeína es utilizado para evaluar la calidad de productos tales como café, té, cacao.

Estructura química de la cafeína (1,3,7-trimetilxantina)

La cafeína estimula el sistema nervioso central y el músculo cardíaco y relaja el músculo liso, especialmente la fibra muscular bronquial, y actúa sobre el riñón causando diuresis. La cafeína también provoca un ligero aumento de la tasa del metabolismo basal e incrementa la capacidad para el esfuerzo muscular. Ejerce un efecto fortalecedor y estimulante sobre diversas funciones como la resistencia física, el trabajo individual o el manejo de equipos cuando estas funciones se ven disminuidas por efecto de la fatiga. La dosis considerada como terapéutica de cafeína para un adulto es de aproximadamente 180 mg. La cafeína se ha asociado con la hiperactividad en niños causada por el consumo de bebidas que la contienen. Para determinar el contenido de cafeína existen procedimientos clásicos que por lo general se basan en una extracción seguida de la determinación de nitrógeno por Kjeldahl; también es posible realizar la medida espectrofotométrica UV. Los métodos modernos se basan en separaciones cromatográficas entre los que tiene especial relevancia la cromatografía líquida de alta performance (HPLC).[2]

. METODOLOGIA En la parte experimental se utilizó distintas soluciones a diferentes concentraciones (0, 10, 20, 30, 40,50 y 100 ppm) de cafeína y luego se inyectaron en el HPLC para obtener la curva de calibración absoluta. Se toman aproximadamente 20 ml de muestra se agita constantemente con una agitador de vidrio hasta desaparecer las burbujas producidas por el gas de la bebida. Luego se lleva al equipo de ultra sonido durante 15 minutos para eliminar por completo el gas de la bebida, seguidamente se toma una alícuota de 3 ml se lleva a u balón de 25 ml y se afora con una solución de 80:20 Agua HPLC y Etanol la fase móvil antes de inyectar en el cromatógrafo se realiza una filtración al vacíoutilizando un filtro de membrana de poro de 4,5μm; posteriormente se toma una alícuota de 2 mlcon una jeringa que tiene un filtro de GD/X, 13 mm se deposita en un vaso de precipitado, posteriormente se

toma una alícuota de 15 μL con una micro jeringa para cromatografía, y finalmente se inyectan en la columna estacionaria del cromatógrafo HPLC.

RESULTADOS Y ANALISIS Tabla N01: Datos curva de calibración patrón cafeína Conc.(ppm) 0 10 20 30 40 50 100

Área 0 591990 641765 930582 1135890 1405082 2927006

CONCENTRACION (ppm) Vs AREA y = 28662x + 32303 R² = 0.9972

3500000 3000000

AREA

2500000 2000000 1500000 1000000 500000 0 0

20

40

60

80

CONCENTRACION CAFEINA (ppm)

Grafica N01: Curva de calibración patrón cafeina

100

120

Cálculos: Teniendo en cuenta la curva de calibración y la lectura de la dilucion correspondiente de la muestra, el resultado final se expresa en g de cafeína por 100 g de producto, según la legislación vigente. A=axc+b Ecuación de la curva de calibración A = área c = concentración de cafeína de la solución inyectada (mg/l) a = pendiente de la curva de calibración b = ordenada al origen de la curva de calibración

Despejando tenemos que:

Por lo tanto:

25,84 ppm

=3,10 ppm cafeína

Por ende:

V = volumen final de la solución

f = factor corrección de volumen de acuerdo a las diluciones realizadas m = masa o volumen inicial del producto analizado (según Tabla

Este estudio describe la cuantificación de cafeína presente en la bebida energizante MONSTER ENERGY de 473 ml de contenido;analizado por HPLC. La longitud de UV-Vis se fijó a 254 nm para cafeína. Bajo las condiciones de HPLC utilizadas obtuvo un tiempo de retención para la cafeína de 0,5341 min. La identificación de los picos de cafeína se logró por comparación de tiempos de retención con patrones cafeína. El análisis por HPLC es muy usado y ampliamente respaldado, de modo que entrega valores sólidos y confiables, por lo cual los errores están directamente relacionados con la manipulación, preparación e inyección de las muestras, debido a esto es que para entregar un análisis optimo es que se deben realizar varias inyecciones de las muestras y obtener valores de un mismo rango para asegurar un resultado reproducible. La concentración decafeína en la bebida energizante fue determinada con base a las diluciones realizadas para preparar patrones y utilizando la curva de calibración estándar de cafeína (r2= 0.9972, grafica 1).

CONCLUSIONES: La cuantificación de cafeína en la bebida energizantefue posible determinarla en las condiciones probadas, en tiempos cortos, con una buena resolución, precisión y exactitud. El HPLC es uno de los métodos analíticos más usados en la industria farmacéutica por lo que eluso y manejo de los estudiantes les abre

BIBLIOGRAFIA [1]GÓMEZ-ULLATE; SERRANO ÁLVAREZ. Cromatografía principios y aplicaciones [En línea]: http://es.scribd.com/doc/11642417/Cromatografia-Fundamentosy-Aplicaciones

[2]Departamento de Química Orgánica-Area Bromatología Facultad de Ciencias Exactas y Naturales Universidad de BuenosAaires Trabajos prácticos-laboratorio [En linea]: http://www.qo.fcen.uba.ar/Cursos/TecnoIII/guia.pdf

[3]