Modulación de las propiedades superficiales y magnéticas de nanopartículas de MnFe₂O₄ funcionalizadas con caseína para la adsorción y recuperación de carotenoides
Ochoa-Viñals, Nayra¹; Alonso-Estrada, Dania¹˒²; Martínez-Dena, Daniel¹; Ramos-González, Rodolfo³; García-Cruz, Ariel¹; Torres Rosabal, Dailyn¹; Michelena-Álvarez, Georgina Lourdes⁴; Martínez-Hernández, José Luis¹; Iliná, Anna¹*
¹ Cuerpo Académico de Nanobiociencia, Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Autónoma de Coahuila, Blvd. V. Carranza e Ing. José Cárdenas V., Col. República, C.P. 25280, Saltillo, Coahuila, México. ² Centro de Investigación en Química Aplicada, Blvd. Enrique Reyna Hermosillo No. 140, C.P. 25294, Saltillo, Coahuila, México. ³ SECIHTI – Universidad Autónoma de Coahuila, Grupo de Investigación en Nanobiociencia, Facultad de Ciencias Químicas, Blvd. V. Carranza e Ing. José Cárdenas V., Col. República, C.P. 25280, Saltillo, Coahuila, México. ⁴ Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar (ICIDCA), Vía Blanca No. 804 y Carretera Central, C.P. 11000, La Habana, Cuba.
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Abstract
La funcionalización superficial de nanomateriales magnéticos constituye una estrategia para modular sus propiedades interfaciales y su afinidad por moléculas de interés, conservando su respuesta magnética, lo que facilita su recuperación mediante separación sólido–líquido. En este trabajo se evaluó el efecto de la funcionalización con caseína sobre las propiedades estructurales, superficiales y magnéticas de nanopartículas de MnFe₂O₄ recubiertas con quitosano (Cas@CSMNP), así como su desempeño como material adsorbente magnetorrecuperable de carotenoides producidos por Rhodotorula toruloides. La caracterización estructural confirmó la fase espinela de MnFe₂O₄ tras la modificación superficial, el análisis por FTIR mostró bandas características de amida asociadas a la incorporación de caseína. La funcionalización provocó un incremento del diámetro hidrodinámico medio de 80 a 209 nm. La magnetización disminuyó de 30 a 18 emu/g tras la funcionalización, un comportamiento asociado a la incorporación del recubrimiento orgánico no magnético. El desempeño de Cas@CSMNP como adsorbente se evaluó a 10, 25, 30 y 40 °C, utilizando una concentración inicial de carotenoides de 0.00952 ± 0.00108 mg/mL y una concentración de MNP de 50 mg/mL. La adsorción fue rápida durante los primeros 10 min y alcanzó el equilibrio a los 40 min. El proceso mostró dependencia de la temperatura, alcanzándose una capacidad máxima de adsorción de 0.2382 ± 0.0139 mg/g a 25 °C, seguida de una disminución a temperaturas superiores. El modelo cinético de pseudo-segundo orden se ajustó mejor a los datos experimentales, mientras que el equilibrio de adsorción fue descrito mejor por la isoterma de Langmuir, lo cual es consistente con la interacción de los carotenoides con una población finita de sitios superficiales. Los resultados muestran que la funcionalización de MnFe₂O₄ modula sus propiedades interfaciales, de adsorción y magnéticas. Su rápida adsorción y separación magnética la convierten en una plataforma prometedora para la recuperación sostenible de compuestos de interés.
Keywords: MnFe₂O₄; funcionalización superficial; adsorción