Johan Kjeldahl

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Johan Gustav Christoffer Thorsager Kjeldahl (16 de agosto de 1849 – 18 de julio de 1900), fue un químico danés que desarrolló un método para determinar la cantidad de nitrógeno en ciertos compuestos orgánicos mediante una técnica de laboratorio que se denominó método Kjeldahl en su honor.

Kjeldahl se ocupó principalmente del metabolismo del azúcar y las proteínas en las plantas y del desarrollo y perfeccionamiento de los métodos de análisis químico. Desde 1876 hasta su muerte, dirigió el departamento químico del Laboratorio Carlsberg en Copenhague y se hizo famoso por desarrollar un método para medir el contenido de nitrógeno o proteína de las muestras orgánicas.

Este método, conocido como determinación del nitrógeno Kjeldahl o Kjeldahlometría, encontró una aceptación prácticamente universal en la química analítica poco después de su introducción. Particularmente en el campo de la química alimentaria, se ha establecido hasta el día de hoy como un estándar de referencia para la determinación del contenido de proteínas. Por su trabajo, Johan Kjeldahl fue aceptado en la Real Academia Danesa de Ciencias y en la Academia de Ciencias de Christiania, entre otras, y se le concedió la Cruz de Caballero de la Orden de Dannebrog.

Biografía

Educación de Johan Kjeldahl

Johan Kjeldahl nació en 1849 en Jægerspris, en la isla de Zelanda, como hijo del médico de distrito y más tarde consejero de justicia Jørgen Pedersen Kjeldahl (1805-1899) y su esposa Johanne Georgine, de soltera Lohmann (1810-1910). Asistió a la Escuela Secundaria Estatal de Roskilde hasta 1867 y luego estudió en el Instituto Politécnico (Polyteknisk Læreanstalt) de Copenhague, actualmente la Universidad Técnica de Dinamarca, donde se graduó en 1873 con el examen estatal como candidato en ciencias naturales aplicadas. Luego trabajó durante dos años en el laboratorio químico de la Escuela Superior Agrícola (Landbohøjskole) de Frederiksberg como asistente de Christen Thomsen Barfoed, que se dedicaba principalmente al análisis químico y que había publicado la obra Barfoed’s Probe zur Unterscheidung zwischen Monosacchariden und Di-, Oligo- oder Polysacchariden en 1873.

Trabajo en el laboratorio de Carlsberg

En mayo de 1875, después de que Barfoed lo recomendara al fundador de la cervecería de Carlsberg, Jacob Christian Jacobsen, Johan Kjeldahl se trasladó al Laboratorio Carlsberg, que se creó ese mismo año y donde dirigió el departamento de química desde octubre de 1876 hasta su muerte. Aquí se ocupó inicialmente de las pruebas de control técnico en el contexto de la producción de cerveza, pero más tarde se centró en cuestiones científicas. Entre sus estudiantes se encontraba el botánico y fisiólogo Wilhelm Johannsen, que trabajó en el laboratorio de Carlsberg desde 1881.

Dado que Johan Kjeldahl era extremadamente crítico con su propia investigación y exigente en cuanto a la verificación y validación de sus resultados, publicó muy pocos trabajos, especialmente en las últimas etapas de su carrera. Además, en los últimos años de su vida sufrió depresiones ocasionales, lo que provocó interrupciones en su trabajo debido a repetidas curas de descanso. Permaneció soltero toda su vida y, de acuerdo con la tradición histórica, fue considerado tímido y modesto y amigable y servicial con sus colegas.

Muerte

Johan Kjeldahl murió en julio de 1900, aproximadamente un mes antes de cumplir 51 años, mientras se bañaba en Tisvilde, un centro vacacional y de recreo en la costa danesa de Kattegat. Su sucesor en el laboratorio de Carlsberg fue Søren Sørensen, quien dirigió el departamento de química hasta 1938.

Trabajo científico de Kjeldahl

Estudios sobre la producción de cerveza

En sus primeros años en el Laboratorio Carlsberg, Johan Kjeldahl se dedicó especialmente al análisis de la cerveza y el mosto de cerveza, así como a las investigaciones sobre la influencia de la temperatura y otros factores externos en la actividad de las enzimas formadoras de azúcar. En 1878, 1879 y 1881 publicó tres trabajos sobre este tema en los informes del laboratorio (Meddelelser fra Carlsberglaboratoriet), en los que describía, entre otras cosas, una mejora de la titulación con la solución de Fehling utilizada para la detección de azúcar. Su labor en materia de enzimas, que en un principio estaba orientada principalmente a las aplicaciones, también lo llevó a realizar estudios fisiológicos de plantas sobre el metabolismo de los carbohidratos y a investigar la enzima invertasa, que en ese momento se llamaba «Invertin» y a veces también se denominaba «sacarasa».

Determinación del nitrógeno según Kjeldahl

Johan Kjeldahl se dio a conocer en particular por su determinación del nitrógeno Kjeldahl, que presentó en 1883 y que desarrolló a partir de 1881 para investigar la transformación de la proteína durante la germinación de las semillas de las plantas y para poder determinar el contenido de proteína del grano durante el proceso de elaboración de la cerveza. De acuerdo con el requisito del personal del Laboratorio Carlsberg de que ningún resultado de importancia teórica o práctica debe mantenerse en secreto, presentó por primera vez el método a la Sociedad Química Danesa (Kemisk Forening) en una conferencia el 7 de marzo de 1883, y en el mismo año lo publicó simultáneamente en los informes del Laboratorio Carlsberg y en el Journal of Analytical Chemistry.

Además de su aplicación original, el método permitió la determinación del contenido de proteínas en un gran número de productos alimenticios, muestras ambientales y otro material de prueba de origen animal o vegetal. Poco después de su introducción, también permitió investigar cuestiones bioquímicas sobre el recambio de proteínas en los organismos vivos, que antes no podían investigarse en absoluto o sólo con métodos mucho más complejos y que requerían mucho tiempo. Por ejemplo, otros científicos pudieron demostrar con la ayuda de este método que las proteínas de origen fisiológico prácticamente no contienen grupos azoicos, nitro y nitroso.

La base de esta prueba fue que, a diferencia del nitrógeno de los grupos amino, el nitrógeno contenido en estos grupos funcionales no puede ser convertido directamente con el ácido sulfúrico en sulfato de amonio, el primer paso en la determinación del nitrógeno de Kjeldahl, sino que debe ser reducido de antemano, y que una reducción anterior no produjo ninguna o sólo pequeñas diferencias en el contenido de nitrógeno medido.

La determinación del nitrógeno de Kjeldahl fue después mejorada rápidamente por otros científicos. Por ejemplo, en 1885 Hermann Wilfarth describió el uso de catalizadores metálicos para acelerar la reacción y Jan Willem Gunning cuatro años después la adición de sulfato de potasio. En los decenios siguientes, aparecieron varios miles de publicaciones sobre nuevas optimizaciones, como el uso de una temperatura de reacción más alta y adaptaciones a materiales de muestra específicos. Los primeros instrumentos para llevar a cabo el método fueron introducidos en el mercado ya en 1884 por el empresario alemán Carl Heinrich Gerhardt de Bonn.

Otros trabajos

El propio Johan Kjeldahl utilizó el método que había desarrollado para medir el nitrógeno sólo ocasionalmente, según su concepción, y no realizó estudios sistemáticos de la química de las proteínas, pero en los años siguientes se ocupó principalmente de la investigación de la hidrólisis del almidón. Además, describió la influencia del oxígeno como una importante fuente de error en la determinación de los azúcares por reducción de las soluciones de sal de cobre. A través de este trabajo, contribuyó a revisar los datos conocidos en ese momento sobre las propiedades reductoras de varios carbohidratos. En estudios posteriores, investigó la capacidad de rotación óptica de las proteínas vegetales y también demostró que el amino alcohol colina es un componente de la cerveza.

Recepción y legado

Importancia de la obra de Johan Kjeldahl

El método de medición del nitrógeno desarrollado por Johan Kjeldahl ha encontrado una aplicación casi universal en un período de tiempo muy corto debido a su amplia aplicabilidad, la simplicidad del aparato utilizado y su alta precisión y reproducibilidad. Por consiguiente, el método se considera una importante contribución al desarrollo de la química orgánica a finales del siglo XIX y, en esa época, en el ámbito de la química fisiológica o la química clínica, permitía, entre otras cosas, determinar con precisión el contenido de proteínas de los fluidos corporales para la investigación de cuestiones patofisiológicas y de diagnóstico.

Las ventajas más importantes de este método en comparación con otros métodos utilizados en esa época, como los métodos de combustión de Jean-Baptiste Dumas y Anselme Payen y el método Will-Varrentrapp de Heinrich Will y Franz Varrentrapp, demostraron su solidez frente a las influencias perturbadoras y el corto tiempo necesario, lo que permitió un rendimiento de muestras correspondientemente alto. La determinación de nitrógeno de Kjeldahl sigue siendo el estándar de referencia en el análisis de alimentos para la determinación del contenido de proteínas. Hoy en día, los análisis de rutina pueden realizarse automáticamente y con un grado de estandarización correspondientemente alto utilizando equipo técnico apropiado y reactivos listos para usar.

Además del método desarrollado por Johan Kjeldahl, el frasco de vidrio para la digestión de materiales orgánicos diseñado por él para su desempeño lleva su nombre. Su nombre también ha entrado en el uso científico en el mundo anglosajón en forma de kjeldahl/ kjeldahlizar una muestra o la muestra fue kjeldahled/ kjeldahlizada como un verbo para describir el tratamiento de una muestra según su método. Del mismo modo, en alemán se utilizan las palabras Kjeldahlisierung o kjeldahlisieren como términos técnicos.

Premios y reconocimientos

Johan Kjeldahl fue admitido en la Real Academia Danesa de Ciencias en 1890 y en la Academia Noruega de Ciencias en Christiania en 1892 y fue nombrado profesor titular en el mismo año. La Universidad de Copenhague le concedió un doctorado honoris causa en 1894, y también le concedió la Cruz de Caballero de la Orden de Dannebrog (para el año del premio ver Notas de Literatura).

Obras (selección)

    Estudios sobre los carbohidratos en la cebada y la malta, con especial atención a la presencia de azúcar de caña. En: Meddelelser fra Carlsberglaboratoriet. 1/1881. S. 339–379

    Nuevo método para la determinación del nitrógeno en los cuerpos orgánicos. En: Journal for Analytical Chemistry. 22(1)/1883. S. 366–382

    Estudios sobre el comportamiento de los tipos de azúcar hacia las soluciones de cobre. En: Meddelelser fra Carlsberglaboratoriet. 4/1895. S. 1–62

    Sobre la determinación de los tipos de azúcar. Wiesbaden 1896

Fallecimiento de Kjeldahl

En el obituario de Johannsen y en la Enciclopedia Biográfica de los Científicos, se da un ataque al corazón como causa exacta de la muerte mientras se bañaba en Tisvilde, mientras que en la revista de Burns y en el artículo de Hugh A. McKenzie, se da un derrame cerebral. Según la necrología, la Cruz de Caballero de la Orden de Dannebrog se concedió en 1892, mientras que según el artículo de Burns se concedió en 1898. El Nordisk familjebok y el Dansk biografisk Lexikon no contienen más información sobre ninguno de los dos aspectos.

Para más información Johan Gustav Christoffer Thorsager Kjeldahl – Oxford Reference

• Balón de Kjeldahl
• Megafactorias: Heineken
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• Cerveza, antibióticos y egipcios