Transcurría el año 1883 cuando en la revista alemana Zeitschrift für Analytische Chemie se publicó un artículo titulado: Nuevo método para determinar el nitrógeno en cuerpos orgánicos (Neue Methode zur Bestimmung des Stickstoffs in organischen Körpern. 22, p. 366 – 382, 1883), que tenía como autor a J. Kjeldahl.
La incorporación de esta publicación a la galería de Papers imperdibles se debe a la trascendencia de la misma con algunas características que resulta importante destacar.
Transcurridos ya 138 años desde su comunicación el método continúa vigente, habiendo recibido continuas mejoras producto del desarrollo analítico e instrumental. La determinación de nitrógeno mediante esta técnica continúa siendo el estándar de referencia en el análisis de alimentos para la determinación del contenido de proteínas y su esencia sigue invariable.
Se destaca que en su momento ningún método analítico había sido tan ampliamente adoptado en tan poco tiempo como el “método Kjeldahl” para la estimación de nitrógeno y el elevado número de citas que ha logrado. Asimismo, el reconocimiento de pares al que tuvo lugar el nombre del autor, tanto así que fue adoptado como epónimo y convertido en verbo. Rápidamente dejó de ser llamado el método para determinar el nitrógeno en cuerpos orgánicos para convertirse en el método de Kjeldahl. Al mismo tiempo, en el ambiente analítico, todos los químicos comprenden lo que significa cuando se dice que una sustancia ha sido kjeldalizada, o que uno kjeldaliza una muestra para hacer referencia al tratamiento al que se la sometió.
UN POCO DE HISTORIA
Johan Gustav Christoffer Thorsager Kjeldahl, tal su nombre completo, a la edad de 24 años se graduó en Ciencias Naturales Aplicadas en el Instituto Politécnico de Copenhague (hoy Universidad Técnica de Dinamarca). Trabajó durante dos años en el laboratorio químico de una Escuela Agrícola desde donde fue recomendado por Christen Barfoed, pionero en el desarrollo de métodos para el análisis de azúcares, para dirigir el Laboratorio de la Fundación Carlsberg, propietaria de la Compañía de Cerveza Carlsberg la que, en nuestros días, se ha constituido en uno de los principales grupos cerveceros a nivel global.
El recién creado laboratorio tenía como finalidad trabajar en problemas científicos relacionados con la elaboración de la cerveza para lo que contaba con un departamento de química y uno de fisiología.
Kjeldahl se dedicó especialmente al análisis de la cerveza y a investigaciones sobre la influencia de la temperatura y otros factores externos en la actividad de las enzimas formadoras de azúcar. Se ocupó inicialmente de las pruebas de control técnico en el contexto de la producción de cerveza y posteriormente investigó la transformación de la proteína durante la germinación de semillas para determinar el contenido de proteína del grano durante el proceso de elaboración.
El estudio de las proteínas no representaba un objetivo central en el trabajo de Kjeldahl. Más bien, su desarrollo respondió a la necesidad de contar con un método para su cuantificación, habida cuenta de que las técnicas existentes, como la desarrollada por Dumas en 1831 y Will y Varrentrapp en 1841, eran demasiado engorrosas, largas y no resultaba fácil reproducir las condiciones requeridas.
Aunque al principio fue concebido con la finalidad mencionada, rápidamente el método se aplicó a la determinación del contenido de proteínas en un gran número de productos alimenticios, muestras ambientales y otros materiales de origen animal o vegetal, así como al estudio de procesos fisiológicos permitiendo analizar cuestiones bioquímicas que antes no podían investigarse en absoluto o sólo con métodos mucho más complejos y que requerían mucho tiempo.
EL MÉTODO DE KJELDAHL CONSISTE EN TRES ETAPAS
- Digestión ácida (mineralización) de la muestra que contiene nitrógeno en un balón de digestión con cuello largo y que causa su conversión a iones NH4+. El matraz que Kjeldahl construyó en 1888 para simplificar el método y que lleva su nombre se encuentra actualmente en uso.
- Neutralización con un álcali fuerte para la transformación de los iones NH4+ en NH3 y destilación del mismo en un recipiente conteniendo un exceso conocido de ácido fuerte.
- Valoración por retroceso con solución de álcali estándar.
El contenido de proteína en un alimento se estima multiplicando el contenido de nitrógeno por un factor de conversión de nitrógeno a proteína, generalmente establecido en 6,25 que supone que el contenido de nitrógeno de las proteínas es del 16%. Las proteínas puras difieren en su contenido de nitrógeno debido a diferencias en la composición de sus aminoácidos por lo que se emplean distintos factores de conversión para muestras de diferente naturaleza.
Es importante destacar la política del laboratorio Carlsberg acerca de que ningún resultado de importancia teórica o práctica debía mantenerse en secreto, por lo que el método se presentó por primera vez a la Sociedad Química Danesa (Kemisk Forening) en una conferencia el 7 de marzo de 1883. En el mismo año se lo dio a conocer simultáneamente en varios informes del Laboratorio Carlsberg y fue publicado en diferentes revistas, Kjeldahl J. Neue Methode zur Bestimmung des Stickstoffs in organischen Körpern, Z Anal Chem 22, 366–382, (1883) y Kjeldahl J. New Method for the Determination of Nitrogen. Chem. News 1883d, 48 (1240), 101–102.
La determinación del nitrógeno de Kjeldahl fue mejorada rápidamente por otros científicos. En 1885, Hermann Wilfarth describió el uso de catalizadores metálicos para acelerar la reacción y Jan Willem Gunning, cuatro años después, incorporó 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, así como la disolución en ácido bórico propuesta por primera vez por Winkler. Los primeros instrumentos para llevar a cabo el método fueron introducidos en el mercado ya en 1884 por el empresario alemán Carl Heinrich Gerhardt.
El legado de J. Kejdahl y el laboratorio Carlsberg, del que fue director hasta su fallecimiento en 1900, se completa con la formación de valiosas personas que sumaron su aporte a la ciencia.
Wilhelm Johannsen, uno de los fundadores de la genética, quien en sus inicios fue ayudante en el departamento de química del Laboratorio Carlsberg y es reconocido por haber acuñado en 1909 el término gen.
Søren Peter Lauritz Sørensen fue un químico danés que formaba parte del laboratorio Carlsberg. Después del fallecimiento de J. Kjeldahl, fue invitado a ser su sucesor en la dirección del laboratorio donde llevó a cabo numerosas obras pioneras basadas en su elaborada técnica experimental en el campo de la Bioquímica. Gracias a Sørensen, el Laboratorio Carlsberg se hizo famoso como uno de los centros de estudio más productivos, atrayendo a muchos investigadores de todo el mundo. Sørensen se convirtió en un líder en la aplicación de la termodinámica a la química de proteínas. Mientras trabajó en el Laboratorio Carlsberg, estudió el efecto de la concentración de los iones sobre las proteínas y fue el introductor de la escala de pH en 1909.
La universalidad, precisión y reproducibilidad del método Kjeldahl lo han convertido en el método reconocido internacionalmente para estimar el contenido de proteínas en los alimentos y constituye el estándar con que juzgar todos los demás métodos; se emplea además para analizar suelos, aguas residuales, fertilizantes y otros materiales.
BIBLIOGRAFÍA
Una anotación sobre el método de Kjeldahl. AN REAL ACAD FARM ,Vol. 85, Nº 1 (2019), pp. 14-19.
An Overview of the Kjeldahl Method of Nitrogen Determination. Part I. Early History, Chemistry of the Procedure, and Titrimetric Finish. Critical reviews. Analytical Chemistry, 43:4, 178-223.
Kjeldahl Centenary meeting. ANAL. PROC., 1984,21, 210-220.
Néstor Raúl Pellegrino es bioquímico y doctor de la Universidad de Buenos Aires (UBA), profesor adjunto de la cátedra de Bromatología de la Facultad de Farmacia y Bioquímica (UBA)
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