Ácido gálico

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El ácido gálico (también conocido como ácido 3,4,5-trihidroxibenzoico) es un ácido trihidroxibenzoico, un tipo de ácido fenólico, que se encuentra en los cacahuetes, el zumaque, la hamamelis, las hojas de té, la corteza de roble y otras plantas.

La fórmula química del ácido gálico es C₆H₂(OH)₃COOH. Se encuentra libre y como parte de los taninos hidrolizables. Los grupos de este compuesto suelen unirse para formar dímeros como el ácido elágico. Los taninos hidrolizables se descomponen en la hidrólisis para dar el ácido y glucosa o ácido elágico y glucosa, conocidos como galotaninos y elagitaninos, respectivamente.

El ácido gálico forma ésteres intermoleculares (depsides) como los ácidos digálico y trigálico, y éter-ésteres cíclicos (depsidones).

Se utiliza comúnmente en la industria farmacéutica como patrón para determinar el contenido de fenol de diversos analitos mediante el ensayo Folin-Ciocalteau; los resultados se comunican en equivalentes de ácido gálico. Este compuesto también puede utilizarse como material de partida en la síntesis del alcaloide psicodélico mescalina.

El nombre se deriva del fruto del roble, que históricamente se utilizaban para preparar el ácido tánico. A pesar del nombre, el ácido gálico no contiene galio. Las sales y los ésteres de este compuesto se denominan «galatos».

Historia del ácido gálico

El ácido gálico es un componente importante de la tinta de hierro, la tinta estándar europea para escribir y dibujar de los siglos XII al XIX, con una historia que se extiende al imperio romano y a los Rollos del Mar Muerto.

Plinio el Viejo (23-79 d.C.) describe el uso de este ácido como un medio para detectar una adulteración del verdín y escribe que se usaba para producir tintes. Los frutos (también conocidos como manzanas de roble) de los robles se trituraban y se mezclaban con agua, produciendo ácido tánico. Luego podía mezclarse con vitriolo verde (sulfato ferroso) -obtenido al permitir que se evaporara el agua saturada de sulfato de un manantial o del drenaje de una mina- y goma arábiga de acacias; esta combinación de ingredientes producía la tinta.

El ácido gálico fue una de las sustancias utilizadas por Angelo Mai (1782-1854), entre otros de los primeros investigadores de los palimpsestos, para limpiar la capa superior del texto y revelar los manuscritos ocultos debajo. Mai fue el primero en emplearlo, pero lo hizo «con mano dura», lo que a menudo hacía que los manuscritos estuvieran demasiado dañados para su posterior estudio por otros investigadores.

Investigación moderna

Fue estudiado por primera vez por el químico sueco Carl Wilhelm Scheele en 1786. En 1818, el químico y farmacéutico francés Henri Braconnot (1780-1855) ideó un método más simple para purificar el ácido de los galatos; también fue estudiado por el químico francés Théophile-Jules Pelouze (1807-1867), entre otros.

Este compuesto también es un componente de algunas mezclas de silbatos pirotécnicos.

Biosíntesis

El ácido gálico se forma a partir del ácido 3-dehidroshikímico por la acción de la enzima shikimato deshidrogenasa para producir 3,5- didehidroshikimato. Este último compuesto se tautomeriza para formar el equivalente del ácido gálico redox, en el que el equilibrio se encuentra esencialmente en su totalidad hacia el ácido debido a la aromatización que se produce por casualidad.

Fuentes naturales

El ácido gálico se encuentra en varias plantas terrestres, como la planta parásita Cynomorium coccineum, la planta acuática Myriophyllum spicatum, y el alga verde-azulada Microcystis aeruginosa. También se encuentra en varias especies de roble, Caesalpinia mimosoides, y en la corteza del tallo de Boswellia dalzielii, entre otras. Muchos alimentos contienen varias cantidades de este ácido, especialmente frutas (incluyendo fresas, uvas, plátanos), así como tés, clavos, y vinagres. La fruta del algarrobo es una fuente rica en ácido fenólico (24-165 mg por 100 g).

Análisis de ácido gálico

El procedimiento de determinación de ácido gálico en una muestra a menudo requiere un proceso de múltiples pasos, cuya elección depende del tipo de matriz de muestra y la técnica final de ensayo. A continuación, se presentan algunos procedimientos de pretratamiento comunes para diferentes tipos de muestra:

• Plantas y residuos agrícolas: secados, molidos o homogeneizados y pasados por tamices para obtener un polvo uniformemente fino. También es posible utilizar muestras de plantas frescas, pero el alto contenido de humedad puede interferir con algunos solventes durante la extracción.
• Tabletas u otras muestras sólidas: trituradas con molinillos o cuchillos.
• Muestras líquidas (bebidas, vinos, muestras biológicas): mezcladas, filtradas y/o centrifugadas a fondo antes de los pasos de preparación adicionales, que a menudo implican hidrólisis con HCl a temperatura ambiente o superior.

Técnicas de Aislamiento

Existen muchas técnicas diferentes utilizadas para aislar ácido gálico, incluyendo enfoques clásicos y otros más avanzados. A continuación, se presentan algunas condiciones representativas de aislamiento de GA:

• Enfoques clásicos: destilación, maceración, extracción por reflujo, extracción reactiva, extracción asistida por enzimas o membranas de poliamida.
• Técnicas más nuevas y avanzadas: extracción asistida por ultrasonidos, extracción asistida por microondas y técnicas más simples y miniaturizadas como LLME, SPE o MSPD.

Métodos de Extracción

La extracción es el método más comúnmente utilizado para aislar GA. Hay dos categorías principales de esta técnica: extracción líquido-líquido (LLE) y extracción sólido-líquido (SLE). Se pueden dividir en técnicas de extracción convencionales, como LLE y extracción bajo reflujo o maceración, y modernas, tanto sofisticadas como simplificadas.

La maceración es la técnica de extracción clásica más comúnmente aplicada. Generalmente, requiere largos tiempos de extracción y grandes cantidades de solventes orgánicos. El tiempo de maceración depende del tipo de matriz de la planta y, en general, cuanto más dura sea la matriz, más largo será el tiempo de maceración. Para aumentar la eficiencia de la maceración, se somete la misma porción de material vegetal a varios ciclos de extracción, generalmente de 2 a 3 ciclos, cada vez con una porción fresca del solvente. Otra solución aplicada es el uso de ultrasonidos y/o un agitador magnético. Para aumentar la selectividad de los macerados obtenidos, los científicos a veces utilizan LLE o extracción inversa, donde agregan una pequeña cantidad de agua/solvente orgánico al extracto orgánico/acuoso resultante y repiten el proceso de extracción con un extractante dado o purifican el extracto mediante extracción en fase sólida (SPE).

Extracción bajo Reflujo

La extracción bajo reflujo es una técnica clásica utilizada para obtener GA de matrices de plantas. Este método implica calentar la mezcla de muestra y solvente a una temperatura más alta, lo que reduce el tiempo de extracción. Sin embargo, es importante tener en cuenta que la exposición prolongada a altas temperaturas puede provocar la pérdida de analitos, aumentar el consumo de energía y los costos, y tener impactos ambientales negativos por la eliminación de productos químicos.

Importancia de la Eliminación de Solventes Orgánicos

Es crucial asegurarse de que se eliminen todos los solventes orgánicos residuales del producto final, especialmente en aplicaciones alimentarias y farmacéuticas. Incluso pequeñas cantidades de solventes orgánicos pueden ser problemáticas y representar un riesgo para la salud humana. Por lo tanto, es importante utilizar técnicas de purificación adecuadas para eliminar cualquier solvente residual del ácido gálico extraído.

Técnicas tradicionales

Las técnicas tradicionales de extracción de ácido gálico tienen ciertas desventajas, pero todavía se aplican comúnmente debido a su simplicidad. Sin embargo, es necesario considerar el uso de nuevas técnicas de extracción más ecológicas y respetuosas con el medio ambiente. Estas técnicas innovadoras incluyen, entre otras, la extracción asistida por ultrasonidos, la extracción asistida por microondas o el procedimiento MSPD.

Ventajas de las nuevas técnicas

Al reducir el uso de solventes orgánicos tóxicos, estas técnicas podrían mejorar la calidad de los extractos. Además, el procedimiento MSPD permite el estudio adecuado de la composición de las plantas. Esto se debe al hecho de que no induce ningún proceso de transformación y / o degradación en las sustancias analizadas, y permite determinar la concentración real de los compuestos fenólicos a los que pertenece el ácido gálico.

Implementación de las nuevas técnicas

Como consecuencia, estas técnicas de extracciónmodernas pueden implementarse tanto a escala industrial como de laboratorio.

Extracción asistida por ultrasonidos

La extracción asistida por ultrasonidos (UASE) ofrece una alternativa a las técnicas convencionales de extracción. El proceso utiliza el fenómeno de cavitación, generando macroturbulencias, colisiones intermoleculares de alta velocidad y perturbaciones en las partículas microporosas de materiales naturales, lo que acelera la difusión y mejora la transferencia de masa. Debido a la posibilidad de utilizar este fenómeno para acortar el tiempo de extracción y aumentar el rendimiento de los compuestos termosensibles a temperaturas de procesamiento más bajas, existe un interés creciente en el uso de ultrasonidos para la extracción de plantas.

Optimización del proceso de extracción

La optimización tiene en cuenta la frecuencia de ultrasonidos, la amplitud, el número de ciclos de extracción, el tiempo de exposición y la potencia nominal de salida. Otra ventaja de UASE, igualmente importante, es el bajo costo del equipo necesario para esta técnica,ya que el proceso se realiza en la mayoría de los casos en baños ultrasónicos que se encuentran en todos los laboratorios. La facilidad de uso y seguridad también añaden atractivo a este enfoque.

Ejemplos de extracción

Por ejemplo, en un estudio se utilizó el proceso UASE para extraer ácido gálico de residuos de Triphala fermentados de Aspergillus niger, utilizando agua desionizada como medio de extracción a 30 °C. Se demostró que a 40kHz de frecuencia ultrasónica, el rendimiento de extracción de ácido gálico, en comparación con los rendimientos de extracción sin asistencia ultrasónica, aumentó de 0,25 ± 0,03 a 1,26 ± 0,25 mg/g con un tiempo de extracción más corto, de 60 a 30 minutos. En otro estudio se examinaron los mejores parámetros de UASE para el ácido gálico de Chromolaena sp., y se demostró que un tiempo de sonificación de 80 minutos con una potencia del 90% proporciona el rendimiento máximo del compuesto.

Extracción asistida por microondas

En otra aproximación, el proceso SLE de ácido gálico se mejoró mediante calentamiento por microondas, basado en la absorción directa de energía de microondas por dipolos e iones y su conversión en energía térmica a medida que las microondas atraviesan el medio. En otras palabras, la polaridad de las moléculas dentro de las muestras sólidas causa resistencia al movimiento o fricción entre ellas, lo que produce calor que afecta a las células vegetales y causa la extracción de sustancias.

Factores que afectan la extracción

En MASE, la eficacia de la extracción puede verse afectada por la frecuencia y potencia de las microondas, la duración de la irradiación, el contenido de humedad y el tamaño de partícula de las muestras vegetales, el tipo y concentración de solvente, la relación sólido-líquido, la temperatura de extracción y el número de ciclos de extracción. De estos factores, el solvente se considera uno de los parámetros más importantes, que afecta no solo la solubilidad de los compuestos sino también la absorción de energía de microondas.

Hay pocos trabajos dedicados a la aplicación de la técnica MASE para la extracción de ácido gálico de sólidos. En uno de ellos se encontró que el ácido gálico se extraía rápidamente de la corteza de Acacia arabica utilizando un 20% de MeOH. En otro estudio, se aplicó con éxito MASE para extraer ácido gálico de las hojas de un híbrido de Eucalyptus.

Métodos cromatográficos de determinación de ácido gálico

Como se mencionó anteriormente, la cromatografía es actualmente el método preferido para la determinación directa de ácido gálico en varios tipos de muestras.

La técnica de separación analítica más utilizada es la cromatografía líquida (LC), tanto en forma de cromatografía de columna como de cromatografía planar. En el primer caso, la fase estacionaria está en forma de columna empacada, en la que todo el volumen del tubo está lleno de un sorbente. En el segundo, a diferencia de la cromatografía de columna, la fase estacionaria se coloca en un plano, a menudo sobre un soporte de lámina de aluminio.

La información sobre el uso de la cromatografía de gases (GC) para el análisis de ácido gálico también se puede encontrar en la literatura. Sin embargo, la GC requiere tanto alta volatilidad como estabilidad térmica de los compuestos a analizar. El cumplimiento de estos requisitos está asociado con la necesidad de cambiar las propiedades de los compuestos probados en el procedimiento de derivatización aplicado durante la etapa de preparación de la muestra para el análisis, lo que por supuesto complica y extiende aún más el tiempo de análisis.

Para más información Gallic acid – Phytochemicals

• Propiedades de alcoholes y fenoles
• Reacción de Reimer–Tiemann
• Trans-resveratrol
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