CARACTERISTICAS DE LAS ARCILLAS
Cargas y Polaridad Expandibilidad Vs No Expandibilidad Origen Formación Estructura Capacidad de Intercambio Catiónico Ph Tamaño de Partícula Secado
ORIGEN DE LAS CARGAS DE LAS L AS ARCILLAS Las cargas en las arcillas son de dos tipo:
Cargas permanentes producidas por "sustitución isomórfica" las cuales son cargas negativas (+). Cargas inducidas o dependientes del pH , entre más ácido el pH (aparato digestivo) más cargas inducidas que están en la superficie y que son cargas positivas (+).
POLARIDAD DE LAS ARCILLAS
(-) (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-) (-) POLAR (+) (-) (+) (-) (+) (-) (+) (-) (+) (-) (+) (-) DIPOLAR
Las micotoxinas son moléculas DIPOLARES, las cuales son adsor bidas por arcillas dipolares. La Aflatoxina es la unica que tiene una carga fuerte positiva, por lo tanto puede ser absorbida por la arcilla polar.C Entre las arcillas de este tipo se encuentran las caolinitas, illitas, cloritas,...
CAPAS FIJAS Y MOVILES Capas fijas (no - expandibles)
Entre las arcillas de este tipo se encuentran las caolinitas, illitas, illitas, cloritas,... No expandible: No absorbe agua ni nutrientes
Capas móvibles (expandibles)
Entre las arcillas se encuentran las montmorillonitas, esmectitas, y bentonitas. Expandible: Absorbe agua y nutrientes
ORIGEN DE LA ARCILLA TECTOSILICATO ZEOLITAS cristales volcanicos (devitrificación)
FILOSILICATO ILITAS/CLORITAS/BENTONITAS Proceso de edafización (diagenesis)
MENOS SUPERFICIE MENOS PUNTOS DE ADSORCION
MAS SUPERFICIE MAS PUNTOS DE ADSORCION
FORMACION FILOSILICATO
ESTRUCTURA DEL FILOSILICATO TRIOCTAEDRAL VS DIOCTAEDRAL No empty spaces 1. More surface of adsorption 2. No absorption water or nutrients 3. Dipolar (+) & (-)
V = Empty spaces 4. Less surface of adsorption 5. More absorption of water or nutrients 6. Polar (-)
FILOSILICATO TRIOCTAEDRAL TIPO MICA HIDRATADO VS NO HIDRATADO En las arcillas del grupo micas hidratadas aunque pueden tener una estructura trioctaedral, por tener magnesio en combinación con alto potasio le confiere una propiedad de hidratación (sepiolitas). El grupo de micas no hidratadas son auténticas arcillas trioctaedrales (2:1:1) debido al alto contenido del catión divalente magnesio (Mg2+) y bajo contenido de potasio (K1+). (Illitas y Cloritas)
CLASIFICACION DE LAS ARCILLAS GRUPO DE ARCILLAS Grupo Caolín (Caolinita, Nacrita, Anauxita, etc.) Grupo Zeolitas (Clinoptilolitas, Aragonitas, etc.)
FORMACIÓN Mg 2+ / Al 3+
FORMACIÓN Si 4+ / Al 3+
CATIONESINTERLAMINARES
TRIOCTAEDRAL
1:1 Si - Al (Isoelectricas)
Alta en magnesio Bajo en potasio
TECTOSILICATOS / DIOCTAEDRAL
1:2 Si - Al - Al (Polar, Expandible)
Alto en calcio y/o sodio
Grupo Montmorillonitas (Esméctica, Bentonitas, Beidelita, etc.)
DIOCTAEDRAL
Grupo Micas – Hidratadas DIOCTAEDRAL Y/O (Sepiolitas, Vermiculitas, TRIOCTAEDRAL Atapulguita) Grupo Micas – No Hidratadas (Ilitas, Cloritas)
TRIOCTAEDRAL
2:1 Si -Al - Si (Polar, Expandible) 2:1 Si -Al - Si (Polar y/o Dipolares) (Expandible) 2:1:1 Si - Al - Si - Al (Dipolares, No expandible)
Alto en calcio y/o sodio
Alto en potasio Bajo en magnesio
Alto en magnesio Bajo en potasi
CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIONICO (CIC) CIC ARCILLAS
MEQ
CAOLINITAS
0 - 20
ILITAS / CLORITAS
20 - 60
BENTONITAS/ZEOLITAS
60 - 120
CIC Y ORIGEN DE LAS CARGAS: TIPO DE ARCILLA ILitas / Cloritas ( Micas NoHidratadas ) (Filosilicatos) (Diagénesis:Proceso deEdificación ) Montmorlinitas Bentonitas (Filosilicatos) (Diagenesis: Proceso de Edifización ) Zeolitas (Tectosilicatos) (Devitrificacion: Volcanico)
CIC MEQ
OR IGEN DE LAS CARGAS
20 - 60
Sustitución Isomórfica (-) Y Cargas Inducidas O Dependientes del Ph Roturas Superficiales (+)
60 - 100 SubstitucionIsomórfica + (-)
60 - 100 +
Substitución Isomórfica (-)
POLARIDAD
TIPO DE CAPAS
UNIDAD DE RESISTENCIA (MILIHOMS)
Dipolar
Fijas No Expandible No Absorción de Agua Y Nutrientes
1.2 – 1.4
Polar
Movible Expandible :Absorpcion de Agua Y Nutrientes
0.2 – 0.6
Polar
Movible Expandible : Absorpción de Agua Y Nutrientes
0.2 – 0.6
CIC DE ALGUNAS ARCILLAS NIVEL DE INCLUSION POR TM 5 kg
10 kg
2.5 kg
5 kg
10 kg
20 kg
CIC EN MEQ 0
20
KAOLINITAS
40
60
ILITAS Y CLORITAS
100 +
BENTONITAS ZEOLITAS
1) S - - - - - - X 3.52
3) D - - - - - -D 22.73
11) C - - - - - - - N A – D 62.32
2) S - - - - T 17.24
4) M - - - - - X P - - S 28.205) Z - - - - X 29.28 6) MYCO-AD® 39.89 7) M - - - - - D (OLD) 45.00 8) Z - - - - N 48.40 9) N - - - - - - L 59.28 10) M - - - - - D (NEW) 59.42
12) A - -- - 0 63.05 13) Z - - - - N 64.76 14) C - - - - - - - - E 75.10 15) F - - - - X 75.75 16) D - - - - - X 105.94 17) M - - - - - - B 105.94
CARACTERISTICAS DEBIDO AL PROESO DE FABRICACION pH pH Acido adsorbe en el intestino grueso pH Alcalino adsorbe en el intestino delgado Tamaño de particula < 300 mesh -> menos superficie 300 a 400 mesh -> mas superficie > 400 mesh -> Muy polvoriento: problemas respiratorios con trabajadores Temperaturas de secado Arcilla secada a 110º - 120ºC por 25 a 30 minutos se activa y pausteriza la arcilla
PERFIL QUÍMICO DE LA ARCILLA: MYCO-AD
®
CAPA CIDAD DE INTERCAMB IO CATIÓNICO
El intercambio catiónico de MYCO-AD® es 39.89 MEQ, es una combinación de dos HSCAS (silicato) y una mezcla de arcillas ILITAS y Clorita, las cuales tienen intercambio catiónico entre 20 y 60 MEQ.
NO EXPANDIBL E
MYCO-AD ® no es expandible porque su intercambio catiónico está entre 34.58 y 39.89 MEQ NO Expandible:
Menos de 60 MEQ de capacidad de intercambio catiónico Muy poca o ninguna absorción de agua No absorbe nutriente
DIPOLAR
MYCO-AD® es una arcilla dipolar, porque es Ilita / Clorita, las cuales tienen una combinación de cargas positivas y negativas que las hacen más efectivas en la retención y tienen un espectro de adsorción más amplio porque muchas toxinas tienen ambas cargas, positivas y negativas o una sola carga. TAMA ÑO DEL PORO Y ÁREA DE SUPERFICIE
®
MYCO-AD es Ilitas / Cloritas en cons ecuencia:
1) Menos CEC = Mayor superficie de actividad y más superficie de retención
TA MA ÑO DE PA RTÍCUL A El tamaño de partícula de MYCO-AD® sobrepasa el 87% por un tamiz de 325 mesh, de tal manera que está entre 300 y 400 mesh, el mejor tamaño de partícula.
p H
MYCO-AD® tiene un pH de 7.6 a 8.0, tiene un pH alcalino, en consecuencia retiene mejor en el intestino delgado. TEMPERATURA
MYCO-AD® se seca a temperaturas de 110 - 120 C, las cuales están en el rango de temperaturas que hacen la arcilla más activa.
QUÍMICA DE LAS ARCILLAS Y ADSORCIÓN DE MICOTOXINAS Por: Dr. B. W. Perkins
Las arcillas están formadas por dos o más capas de óxido mineral. Estas capas son unidades paralelas apiladas de láminas de sílice y alúmina. El sílice forma láminas tetraédricas y la alúmina forma láminas octaédricas. Algunas de estas partículas de arcilla tienen la habilidad de absorber humedad y se expanden, mientras que otras no. La diferencia es consecuencia de la química de la arcilla y los elementos (cationes) que son componentes de las capas. Algunos de los enlaces son más débiles y permiten la expansión de las capas, mientras que otros son más fuertes y no permiten que las capas se vean separadas por agua entre ellas. Bentonita de sodio, una montmorillonita, es un ejemplo de una arcilla que se expande con la adición de agua. Caolinita es una arcilla no expansible, la cual tiene unidades de capas enlazadas fuertemente entre sí por enlaces de hidrógeno. Estas capas paralelas contienen grandes cant idades de aluminio y silicio. El empilado de partículas pueden ser de carga neutra, con igual número de cargas positivas y negativas, o pueden tener cargas negativas en abundancia. Cuando hay sustituciones de los elementos de estas capas o cuando capas completas se cambian, se obtienen enlaces diferentes de las capas y se forman arcillas distintas. Al sustituir un catión bivalente (Mg++ o Fe++) por un elemento trivalente (Al+++) se crea una carga negativa que puede distribuirse principalmente sobre 10 átomos de oxígeno de la superficie de cuatro de los tetraedros de sílice que están asociados a través de sus ápices con un solo octaedro en la capa. Esta distribución de las cargas negativas intensifica el carácter de la base bitrigonal de la cavidad y hace posible que se formen complejos con cationes y moléculas bipolares. Al sustituir aluminio (Al+++ por silicio (Si++++) en la lámina tetraédrica se crea una carga negativa que se distribuye principalmente sobre tres átomos de oxígeno de la superficie de un tetraedro. Complejos mucho más fuertes se forman con cationes y moléculas bipolares a causa de la ubicación de un tetraedro. Esta carga negativa se compensa por la adsorción de un catión, bien sea del interior o del exterior del empilado. Estos cationes de compensación que se adsorben en las superficies de partículas pueden ser cambiados por otros cationes. De allí que se denominan cationes intercambiables de la arcilla. La cantidad por unidad de peso de la arcilla es la Capacidad de Intercambio Catiónico (CEC) medida en miliequivalentes (Meq) por 100 gramos de arcilla seca. El siguiente orden de cationes se acepta generalmente, esta en orden de preferencia decreciente: H+>Al+++>Ca++>Mg++>K+>NH4+>Na+>Li+ Los cationes a la izquierda se reemplazan con cualquier catión a la derecha. Para reemplazar un catión a la izquierda con uno de la derecha, se requiere una concentración de cationes mucho más alta del catión a la derecha. La temperatura puede tener un efecto sobre el intercambio de cationes debido a las relaciones de la solubilidad a la temperatura. Por ejemplo, la solubilidad de sales de calcio, tales como sulfato de calcio, baja a temperaturas más altas; mientras que las sales de sodio son más solubles a altas temperaturas. Para que una partícula de arcilla adsorba o retenga moléculas orgánicas, tales como las micotoxinas de los alimentos, deben haber cargas eléctricas opuestas que la atraigan. Las arcillas con una alta capacidad de intercambio catiónico (CEC) tienen una elevado número de cargas negativas en sus superficies. Aquellas arcillas con CEC medios o bajos tienen cargas positivas y negativas mezcladas. Las partículas de arcilla pueden ser eléctricamente neutrales, con igual número de cargas positivas y negativas. Como la Aflatoxina B1 ha mostrado que se retiene con aluminosilicatos y bentonitas, los cuales contienen un elevado número de cargas negativas (alto CEC), la molécula de Aflatoxina debe contener cargas positivas o ser capaz de absorber una carga positiva. Varios de los productos de arcilla no retienen micotoxinas distintas a la
Aflatoxina, lo cual puede ser debido a la polaridad de las cargas eléctricas en las partículas de arcilla, a la ubicación de esas cargas eléctricas o a la secuencia de las ubicaciones en la superficie de las arcillas. Para que ocurra retención impenetrable, puede requerir de múltiples puntos eléctricos para retener la molécula de micotoxina aún cuando se encuentren presentes las cargas eléctricas adecuadas. La forma de la superficie de las partículas de arcilla, el tamaño del poro, y la acidez (pH) también pueden afectar la retención.Se supone que las moléculas orgánicas más reactivas químicamente (radicales libres) que formen enlaces más estables que moléculas menos reactivas. Las arcillas tienen distintos tipos de reacciones que pueden causar adherencia de minerales o de moléculas orgánicas a las partículas de arcilla. La protonación es un tipo, en el cual la molécula orgánica acepta que un protón se convierta en básico. En la medida que el contenido de agua decrece, el protón que dona habilidades a la arcilla aumenta. El segundo tipo de interacción orgánica de la arcilla es la formación de enlaces covalentes coordinados. En este, los cationes intercambiables son del tipo de metal de transición o donadores de electrones, tales como "N" o "O" en grupos funcionales de moléculas orgánicas disponibles como de lagand que aún interactuán con moléculas polares a través de procesos de iones bipolares. El tercer tipo de interacción es el enlace de hidrógeno del cual hay varios ejemplos. Un ejemplo es el enlace catiónico-H con agua coordinada directamente con un intercambio de catión metálico. Un segundo ejemplo es cuando un catión orgánico en un intercambio de punto interactúa con otra molécula orgánica. Un tercer ejemplo es cuando un amino protonizado en un intercambio-H punto se enlaza a un grupo carbonilo. Si en lugar de un grupo carbonilo se tiene una segunda molécula del mismo amino, el protón puede ser compartido equitativamente entre los dos aminos en los que se denomina un "enlace H simétrico". El enlace de hidrógeno con oxígeno de las láminas de silicato de las arcillas minerales se ha demostrado que es una interacción punto entre orgánicos y arcillas, las cuales son relativamente débiles en comparación con las interacciones bipolares de iones. Estos enlaces son comúnmente referidos como complejos de la superficie de la esfera exterior porque tiene una molécula de agua interpuesta entre el grupo funcional y la molécula retenida. Estos complejos son menos estables que los complejos de la superficie de la esfera interna los cuales involucran enlaces iónicos o enlaces covalentes, o una combinación de ambos. El más abundante o el grupo de superficie más reactivo en las arcillas adsorbentes es el grupo de hidroxilo (oxhidrilo) expuesto en la periferia externa de la partícula mineral. Poros o cavidades se forman en las partículas de arcilla en las láminas tetraédricas por los grupos funcionales conformando un tetraedro de sílice de seis puntas. Esta cavidad de seis puntas tiene un diámetro de cerca de 0.26 nm y está rodeado de seis sets electrones orbitales de pares aislados que emanan del aro de átomos de oxígeno que los rodea. Dependiendo del tipo de arcilla y de las diferencias en la formación de la arcilla, el tamaño del poro puede variar entre 0.26 nm y 100 nm en diámetro. El tamaño del poro puede tener un efecto sobre el enlace de moléculas orgánicas al igual que el enlace de superficie.. Phillips, Kubena y Harvey publicaron un procedimiento en Poultry Science Journal en 1988 para estudios de enlaces in-vitro. Desde 1988, se han reportado varios estudios que usan este procedimiento. Este procedimiento analítico utiliza 100 mg de adsorbente por 10 ug de Aflatoxina B1 (micotoxina), una razón de 10,000 a 1. El procedimiento puede dar una indicación de la habilidad de adsorción, pero con una razón de 10,000 a 1 hay un exceso de adsorbente que no es práctica cuando se conducen estudios in-vivo. Una razón de 1,000 a 1, sería 0.25% de adsorbente y 2.5 ppm de micotoxinas en la dieta, debería proveer suficiente adsorbente por micotoxinas para la adsorción adecuada. La mezcla cuidadosa en la dieta y un elevado número de puntos de adsorción son necesarios para asegurar que el adsorbente está en contacto cercano con la micotoxinas. Cualquier producto que se utilice como adsorbente de micotoxinas debe tener un tamaño de partícula muy
pequeño para proveer de un área de superficie de adsorción grande. Es preferible que las partículas estén entre 300 y 400 mesh. Partículas menores de 500 mesh serían muy pequeñas y podrían ser un problema para su manejo en el ambiente de una fabrica de alimento y partículas mayores a 300 podrían disminuir su capacidad pues habría menos superficie de adsorción. Materiales de alto intercambio catiónico, tales como bentonita y algunas HSCAS, pueden tener efectos perjudiciales en la dieta animal. Muchas bentonitas interfieren con los procedimientos de ensayo de medicamentos para los alimentos medicados. Un elevado intercambio catiónico interferirá con la absorción de minerales en el tracto digestivo. Se ha observado que cae la absorción de calcio y fósforo y que la densidad de hueso se reduce cuando algunos adsorbentes de micotoxinas se incluyen en la dieta de aves. La absorción de trazas minerales (zinc, manganeso, cobre y hierro), puede reducirse por un producto de elevado intercambio catiónico en la dieta. Fuentes de minerales orgánicos (quelatos) pueden evitar este tipo de interferencia. Algunas compañías que mercadean productos adsorbentes de micotoxinas para alimentos afirman que su producto tiene la habilidad de adsorber micotoxinas porque se categorizó entre productos que han tenido éxito con datos de adsorción en animales. Esta extrapolación no puede suponerse como verdadera. Hay muchos productos de aluminosilicatos de sodio y calcio hidratados (HSCAS). Las arcillas no se desempeñan de la misma manera en la adsorción de micotoxinas del alimento. Una de las grandes compañías del ramo ha hecho pruebas de campo y ha probado muchos productos de arcilla y encontró amplias diferencias en su habilidad de adsorber micotoxinas específicas. La única información de importancia para el usuario de este tipo de productos es la información de pruebas en el animal de un producto específico de su habilidad de adsorber una micotoxinas específica. La revisión de la literatura sobre las micotoxinas ocratoxina y tricoticenos, demuestra que no hay productos que tengan eficacia en adsorberlas. Únicamente un producto tiene datos universitarios que demuestran que adsorbe ocratoxina y es un trabajo que no se ha publicado. El cuadro 1 muestra un análisis de varios productos que han sido utilizados para adsorber micotoxinas. Estos productos se presentan en orden de capacidad de intercambio catiónico (CEC) general por tipo de producto. Los he categorizado por productos de CEC menor de 30, productos con CEC entre 35 y 55 y aquellos productos con CEC de 60 o más. Muchos de los productos con CEC mayor de 65 son bentonitas de sodio y potasio. Productos con 35 y 60 generalmente son productos de HSCAS. Productos con CEC menores de 29 tienen un contenido proporcional menor de calcio, magnesio, o sodio. Como comparación suelos de buena cosecha tiene un CEC de 7 a 10, mientras que suelos excelentes tienen un CEC de 14 a 16. Algunos productos con CEC por debajo de 20 es posible que no sean en su totalidad productos de arcilla. Algunos de los productos bajo prueba dieron resultados CEC menores de 20 meg no parecen ser buenos adsorbentes de micotoxinas. Se ha demostrado, en dos pruebas de campo, que dos productos con CEC bajo (<20 meg) no adsorben vomitoxina. Un producto con CEC de 20 a 25 adsorbió cero Aflatoxina en una prueba de laboratorio. Las micotoxinas en las dietas de animales pueden tener efectos desbastadores en el desempeño de los animales. La adsorción de partículas de arcilla a moléculas orgánicas (micotoxinas) es un proceso complejo. La utilización de productos de arcilla con altos CEC, puede tener consecuencias nutricionales no deseadas para el animal al adsorber componentes minerales de la dieta, tales como trazas minerales. Investigación sobre productos con elevados CEC demuestran que no adsorben micotoxinas distintas a la Aflatoxina, mientras que productos con un bajo CEC muestran una baja habilidad de adsorción de Aflatoxina y otras micotoxinas. La adsorción de múltiples micotoxinas se ha demostrado en pruebas universitarias con uno solo de los productos en el mercado.
BIBLIOGRAFÍA 1. Interaction of Soil Minerals with Natural Organics and Microbes, pp 59-75, P. M. Huang and M. Schnitzer, Soil Science Society of America, Inc. Number 17, Madison, WI, 1986. 2. Ion Exchange and Interparticle Forces Between Clay Surfaces, R.M. Pashley and J.P. Quirk, Soil Sci. Soc. Am. J. 53:1660-1667, 1989 3. Soil Biochemistry Volume 9, pp 25-29, G. Stotzky and Jean-Marc Bollag, Markel Dekker, Inc. New York, 1996. 4. Soil Biochemistry Volume 6, pp 29-41, Jean-Marc Bollag and G. Stotzky, Markel Dekker, Inc. New York, 1990. 5. Soil Components - Inorganic Components Volume 2, pp 156-183, John Gieseking, SpringerVerlag, New York, 1975. 6. Soil Minerology, U. Schmidhalter, G. Kahr, M.Evequoz, C. Studer, and J.J. Oertli, Soil Sci. Soc. Am. J. 58:1829-1837, 1994. 7. The Chemistry of Soils, pp 23-39, Garrison Sposito, Oxford University Press, 1989. 8. The Chemistry of Soils, pp 127-145, Garrison Sposito, Oxford University Press, 1989. 9. The Chemistry of Soil Constituents, pp 46-53, D.J. Greenland and M. H. B. Hayes, John Wiley, New York, 1978. 10. The Surface Chemistry of Soils, pp 1-23, Garrison Sposito Oxford University Press, 1984.
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