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Introducción a la Bromatología
Análisis Bromatológico
INSTITUTO DE TECNOLOGÍA ORT
2009
Análisis Bromatológico – ORT 1
ANALISIS BROMATOLOGICO
TOMA DE MUESTRA
La muestra de alimento que se somete al análisis debe estar correctamente preparada y ser
representativa del lote que se inspecciona. Por lo tanto se tendrán en cuenta los siguientes recaudos:
- Toma de la muestra representativa del lote de partida: se hace al azar según normas existentes para el
producto en cuestión, extrayendo la cantidad suficiente para la realización de todos los análisis. El
procedimiento es diferente según el alimento se encuentre fraccionado (en latas, cajas, botellas) o dispuesto a
granel (en silos, tanques, bodegas de buques).
Puede servir el sistema de cuarteo o el de numeración de lotes y uso de bolillero, pero se dan casos más
complicados en lo que se necesita planes de muestreo especiales (por ejemplo: toma de muestras de aceites
que presentan sedimentos y están alojados en camiones-tanque de sección transversal elíptica o circular).
- Rotulación de muestra: debe hacerse inmediatamente, dejando constancia del Nº de la partida, procedencia,
cantidad tomada y fecha. (Muestras oficiales y contra muestras usadas en peritajes, deben sellarse para que no
puedan ser abiertas subrepticiamente.).
- Evitar alteraciones físicas , químicas y biológicas: por ejemplo: ruptura de emulsiones, oxidaciones, cambios
enzimáticos y proliferación microbiana, antes y durante el análisis. Es por esto que las carnes y verduras
deben mantenerse refrigeradas, los productos grasos protegidos del aire y de la luz y las leches tienen que ser
analizadas en el día, por ser alimentos altamente perecederos.
PREPARACION DE LA SUBMUESTRA PARA EL ANALISIS.
No existe una técnica general. Algunas ideas son las siguientes:
- Alimentos duros (ciertos quesos, chocolates) que no tienen estructura celular se rallan finalmente.
- Alimentos con estructura celular y bajo contenido acuoso (por ejemplo: granos) Se muelen en molinillos
eléctricos y el polvo resultante se mezcla en un mortero. Si es necesario se tamiza por mallas de distinta luz
para hacer una separación según tamaño de partícula. Durante la molienda no debe subir la temperatura
significativamente y se evitara perder partículas muy finamente divididas.
- Alimentos con estructura celular y alto contenido acuoso (carnes y vegetales) se deben pasar, por lo menos,
dos veces por una maquina trituradora (destrucción de la células y liberación de componentes) Se mezcla toda
la muestra, incluyendo los jugos exudados, en un mortero.
- Alimentos con partículas en suspensión (jugos de frutas, sopas, salsas) se homogeneizan agitándolos a alta
velocidad.
- Productos grasos (mantecas, mayonesas) se funden a no más de 45ºC. Si a esa temperatura se observan
partículas que enturbian al alimento, se los filtra a través de un embudo termostatizado, cuidando no romper la
emulsión.
TAMAÑO DE LA SUBMUESTRA QUE SE SOMETA AL ANALISIS.
Depende, fundamentalmente, de la homogeneidad del producto. Muestras poco homogéneas (ej:
carnes picadas) requieren técnicas macroquímicas y masas más grandes en las pesadas, para que resulten
representativas. No ocurre lo mismo con alimentos homogéneos tales como leches, harinas y jaleas.
PRECISION Y EXACTITUD REQUERIDA.
El número de análisis que es necesario efectuar para lograr un resultado confiable depende de la
homogeneidad del producto y de la precisión o repetibilidad de la técnica aplicada. Puede bastar un duplicado
o necesitarse una replicación mayor.
En cuanto a la exactitud requerida, es función de la finalidad del trabajo: si se realizan controles
rutinarios suele sacrificarse exactitud por rapidez (por ej.: en la recepción de leche de una usina láctea) puesto
que solo interesa saber si la propiedad medida cae dentro de ciertos limites o “rangos de tolerancia”.
Análisis Bromatológico – ORT 2
CONTROL DE CARACTERISTICAS SENSORIALES.
Cada alimento posee un color, olor, gusto, forma y tamaño que lo caracterizan. Modificaciones en
estas propiedades pueden indicar una mala elaboración, alteraciones, sustituciones de materias primas, etc. En
más de una oportunidad, alimentos argentinos han sido rechazados en mercados externos por no cumplir las
normas sensoriales especificadas en los contratos previos.
Existen dos metodologías para el estudio de la calidad sensorial:
1- Evaluaciones subjetivas: Realizadas por un experto o, preferiblemente, por un conjunto de personas
(panel adiestrado) que juzga la propiedad en cuestión a través de sus sentidos.
2- Determinaciones objetivas: de naturaleza física o química, cuyos resultados son independientes de la
apreciación del operador.
3- Las evaluaciones subjetivas (o “análisis sensoriales”) resultan largas, cansadoras y poco precisas,
pero reflejan bien la opinión de los consumidores. Las determinaciones objetivas son especialmente
apropiadas para controles rutinarios pues no causan fatiga, son más sencillas, rápidas y precisas.
CONTROLES DE COLOR.
Las sustancias que confieren color a los alimentos son:
A- Componentes naturalmente presentes en la materia prima (clorofilas, carotenos, antocianos,
flavonoides, mioglobinas).
B- Aditivos colorantes que se agregan de acuerdo a la legislación vigente.
C- Sustancias originadas durante la elaboración o almacenamiento del producto, por reacciones de
pardeo o de curado. Los controles objetivos de color se realizan utilizando espectrofotómetros y
colorímetros diferenciales, especialmente diseñados para expresar el color a través de tres números
relacionados con los primarios que lo componen. El análisis sensorial se basa en comparaciones
visuales contra colores patrones pintados en vidrios, cartones o modelos de cera.
CONTROL DE TEXTURA.
La textura de un alimento depende de las características estructurales que posee. Es resultado de la
disposición e interpretación de las partículas o células que lo componen, incluyendo a los productos con
estructura celular (carnes, verduras , frutas) y a las que no la poseen ( harinas, mieles. leches, vinos,
mantecas, jaleas, etc.). Hay muchísimos tipos de texturas, si bien pueden reducirse a cuatro grandes grupos
(alimentos líquidos, sólidos, plásticos y viscoelásticos). El principio que rige todo estudio o control de
texturas se basa en aplicar fuerzas de deformación al alimento y medir la resistencia que este opone. Para ello
se cuenta con prensas, émbolos, cuchillos, cizallas, etc.
CONTROL DE GUSTO.
Los gustos principales (salado, ácido, dulce y amargo) son conferidos por diversos tipos de
sustancias (sales, ácidos orgánicos, azúcares, péptidos, alcaloides, glucósidos, etc) el control objetivo se
encara, generalmente, a través de análisis químicos específicos para el componente que origina el gusto
estudiado.
CONTROL DE OLOR.
Es el más complejo de todos los análisis porque intervienen muchísimos componentes
simultáneamente, están en muy bajas concentraciones, se pierden fácilmente e interaccionan entre ellos. El
control objetivo se realiza analizando el vapor de “cabeza” del alimento en un cromatógrafo de gases.
DEFINICION DE FLAVOR.
Como la nariz y la boca se encuentran conectadas por la faringe, al comer un alimento se mezclan
gustos, olores y otras sensaciones bucales receptadas por el nervio trigémino.
Al conjunto de sensaciones gustativas, olfativas y táctiles (irritación, astringencia, calor, frio) que se
perciben al paladear un alimento, se le llama flavor.
Esta sensación, sumamente compleja, sólo puede estudiarse a través del análisis sensorial realizado
por expertos.
Análisis Bromatológico – ORT 3
CONTROLES DE TAMAÑO, FORMA Y DEFECTOS.
Son bastante sencillos. Se suelen medir diámetros, longitudes, áreas y curvaturas o se realizan
contajes de unidades rotas, quebradas, manchadas, etc. Pueden utilizarse reglas, planímetros, calibres, lupas,
dispositivos “pasa no pasa” con orificios adecuados, microscopios, etc.
C.A.A. (Código Alimentario Argentino).
Salvo algunas especificaciones concretas sobre tamaño y defectos, solo exige colores, texturas,
olores y gustos “normales” en los alimentos. Sin agregar ninguna aclaración al respecto. Deja así en manos
del elaborador la responsabilidad de establecer y mantener una determinada calidad sensorial.
METODOS ANALITICOS DE USO GENERAL.
La complejidad que se advierte en los análisis bromatológicos se debe fundamentalmente al hecho de
que los alimentos son materiales biológicos con sistemas enzimáticos y cargas microbianas que afectan su
estabilidad en mayor o menor grado. Estos productos, además, se caracterizan por presenta una gran
variabilidad en su composición. Factores tales como suelo, clima, grado de maduración, especie, raza, edad,
alimentación, etc. Influyen en la materia prima vegetal o animal y, por lo tanto, en el producto final. Es por
esta razón que no existen constantes físicas ni químicas para un determinado tipo de alimento, sólo pueden
especificarse rangos de variación de las distintas propiedades. Por ejemplo: rango de difusión, rango de índice
de yodo, rango de contenido acuoso.
A continuación se presentan los métodos comúnmente empleados en el análisis de alimentos,
subrayándose los fundamentos y aplicaciones de cada uno. Quienes estén interesados en conocer los detalles
de realización de las diversas técnicas deberán recurrir a la bibliografía especializada.
DETERMINACIONES FISICAS.
1) DENSIDAD
Se determina para controlar la genuinidad de productos generalmente líquidos (leche, vinos, aceites, etc. Ej.:
densidad de leches a 15ºC δ = 1.028-1.035) y como índice de concentración de soluciones, siempre que se
cuente con una tabla o gráfico de correlación (ej.: soluciones azucaradas o alcohólicas).
Se suele informar como “densidad relativa” utilizando un liquido de referencia, que casi siempre es agua. Por
ejemplo la expresión densidad (15/4)=1.030 significa que se ha determinado la densidad del producto a la
temperatura de 15ºC y se la divide por la del agua a 4ºC. Para errores de más menos 0.001 en la densidad, el
control de la temperatura debe estar dentro del +/- 1ºC.
TECNICAS PARA DETERMINAR LA DENSIDAD DE LOS LIQUIDOS.
• PICNOMETRIA: consiste en pesar un volumen conocido del alimento ubicado dentro de un matraz
aforado o picnómetro, usualmente de 25 ó 50ml. Algunos cuentan con salida lateral para observar
exactamente el enrase y termómetro incorporado. Es una técnica muy exacta pues asegura los
resultados en la 4ª cifra decimal. Una fuente común de error es la presencia de burbujas muy
pequeñas en el seno del líquido.
• BALANZA DE MOHR-WESTPHAL: La determinación se basa en el principio de Arquímedes que
establece que le empuje recibido por un cuerpo que se sumerge es igual al peso del líquido
desplazado. Requiere mayor volumen de muestra y no se recomienda para alimentos muy viscosos
no con alta concentración de componentes volátiles. Es una técnica más rápida que la picnometría y
de buena exactitud. Consiste en emplear una balanza que en el extremo de uno de sus brazos tiene
colgado un buzo y está perfectamente equilibrado. Cuando el buzo se introduce completamente en la
probeta que contiene el líquido a estudiar, se restablece el equilibrio por medio de pesas que dan el
valor de la densidad del producto a la temperatura de trabajo.
• HIDROMETRIAS: Se trabaja con cuerpos flotantes convenientemente lastrados para el rango de
densidad a medir. Esta técnica se basa, también, el principio de Arquímedes: cuanto más se sumerge
el flotador menor es la densidad del líquido. Es muy rápida pero es menos exacta que las anteriores,
Análisis Bromatológico – ORT 4
y requiere un volumen mayor de muestra (el diámetro de la probeta que contiene la muestra debe ser
por lo menos, el doble del diámetro del hidrómetro o flotador). Se trabaja a temperatura normalizada.
Ejemplos: los “alcoholímetros” están diseñados para medir concentración de alcohol, por lo que la
escala del vástago del flotador da, directamente, el porcentaje de dicho componente.
Los “lactodensímetros” tienen una escala numerada de 20 a 40 para cubrir el rango de densidad de
las leches.
Los “sacarómetros” miden concentración de soluciones azucaradas en escalas Balling o Brix
(porcentajes de sacarosa correspondientes a mediciones de densidad hechas a 15ºC o 17.5ºC
respectivamente).
Las concentraciones de componentes medidas con hidrómetros son sólo aproximaciones.
TECNICAS PARA DETERMINAR DENSIDADES DE SOLIDOS:
Son menos precisas que las usadas para líquidos debido a la dificultad en medir el volumen del
alimento sólido.
- INMERSION DE LIQUIDOS: el método se basa en que cuando un sólido ni flota ni se hunde
completamente en un líquido, tiene la misma densidad que ese fluido. Se procede colocando la muestra dentro
de un recipiente al que se agrega una mezcla de dos líquidos miscibles (por ej.: agua y etanol) que no la
disuelven ni la disgreguen. Se van cambiando las proporciones de esa mezcla hasta observar que la muestra se
mantiene a una profundidad media. Obviamente, se debe conocer la densidad de la mezcla líquida. Es un
método bastante exacto. Otra variante consiste en sumergir la muestra, previamente pesada, en un liquido
inerte colocado en una probeta; el volumen del sólido es igual al volumen del líquido desplazado, con lo cual
se puede hacer el calculo masa/volumen = densidad.
- DENSIDAD APARENTE: en muchos casos (fruta, granos) basta con obtener un valor aproximado de la
densidad, sin necesidad de medir exactamente el volumen de la muestra. En el caso de granos de cereales, se
procede a llenar con ellos una probeta de 100ml. Y luego pesar ese volumen de granos, haciendo el cálculo
m/100 = densidad. Si se trata de frutas pequeñas, se pesa el contenido de un cajón y se divide el volumen de
ese cajón. La densidad de un pan puede conocerse, aproximadamente, sumergiendo la muestra, previamente
pesada, en una probeta llena de semillitas muy pequeñas (por ej.: nabo); el aumento de volumen en la probeta
(V) equivale al de la muestra del pan, por lo tanto
δ = m/V.
En los tres casos mencionados no se tiene en cuenta el volumen del aire ubicado entre los granos o las
frutas, de allí el nombre de densidad “aparente” o “bruta”.
2) INDICE DE REFRACCION.
Se mide para estudiar la genuinidad de ciertos alimentos (aceites, mieles) y para efectuar controles
rápidos en procesos de elaboración. Por ejemplo, la hidrogenación de un aceite o la concentración de una
mermelada se controlan con mediciones refractométricas puesto que hay una relación lineal entre el índice de
refracción (IR) y el índice de yodo de un aceite, y entre el IR y la concentración de sólidos solubles en una
mermelada.
Se trabaja con refractómetros tipo Abbé a temperatura normalizada y sobre soluciones límpidas. En alimentos
que presentan materia en suspensión (ej.: puré de tomate) se hace necesaria una previa centrifugación para
separar la fase sólida. Si se trata de grasas se procede a fundirlas y se hace la lectura a 40ºC (con equipo
termostatizado).
Algunos refractómetros tienen una escala sacarométrica que expresa, aproximadamente, el porcentaje de
sólidos solubles presentes en soluciones azucaradas ( la escala está calibrada con soluciones de sacarosa
pura).
3) RANGO DE FUSION.
Se determina para controlar la genuinidad de ciertos productos, especialmente, la de alimentos grasos;
sirve también como índice digestibilidad de las grasas, pues ambas propiedades están directamente
relacionadas.
Análisis Bromatológico – ORT 5
Como las grasas naturales están compuestas por una mezcla de triglicéridos y otras sustancias, no tienen
punto de fusión definidos. El C.A.A. especifica temperaturas máximas de fusión del capilar para las diferentes
grasas.
Se emplea la técnica del capilar o la platina de calentamiento eléctrico gradual.
4) ROTACION OPTICA.
Se utiliza para cuantificar sustancias óptimamente activas presentes en los alimentos: aminoácidos,
ácidos ( láctico y tartárico), aceites esenciales, azúcares, etc., a partir de la ecuación :
ά = ά especifico x 1 x c (a temperatura y longitud de onda normalizado).
ά = ángulo de rotación de la luz polarizada;
1= longitud atravesada por la luz;
c = concentración de la sustancia activa.
El instrumento empleado es un polarímetro con una fuente de luz monocromática.
5) VISCOSIDAD.
Se determina en alimentos líquidos o semilíquidos pues su magnitud sirve como:
a) Indice de movilidad del alimento (importante en las operaciones de transporte por cañería, filtración
y llenado de envases).
b) Indice de despolarización de proteínas, almidones y otras macromoléculas.
c) Indice de calidad sensorial (la viscosidad es un atributo de la textura) los métodos empleados para
medir viscosidades varían según el alimento presente flujo newtoniano (vinos, aceites, soluciones
azucaradas) o no newtonianos (sopas, salsas, purés, cremas). Recordemos que en estos últimos los
valores de viscosidad varían si se los agita o mueve a mayor o menor velocidad.
TECNICAS
- FLUJO A TRAVES DE UN TUBO CAPILAR: sirve para alimentos newtonianos de baja viscosidad (ej:
viscosímetro Ostwald). Se expresa el resultado en forma relativa o absoluta (ecuación de Poiseulle).
- CAIDA DE ESFERA: aplicable a alimentos más viscosos (hasta 3x106
poise), newtonianos o no. Se mide el
tiempo que tarda una pequeña esfera, de diámetro y peso estándar, en pasar por dos marcas. Ese tiempo es
proporcional a la viscosidad. El resultado se informa como viscosidad relativa a la del agua o, si es aplicable
la ecuación de Stokes, como viscosidad absoluta.
- METODOS ROTACIONALES: sirven para todo tipo de alimento. Los hay de copa rotante, en los que gira
el recipiente que contiene la muestra hasta imprimir un torque en un cilindro interior concéntrico (ej.: Mac
Michael; Rotavisco) y están los de eje giratorio: el eje se introduce en el alimento girando a velocidad
constante, pero debido a la resistencia que le opone el fluido, disminuye su velocidad en forma proporcional a
la viscosidad del alimento (ej.: Brookfield).
- METODOS EMPIRICOS: expresan los resultados en unidades arbitrarias, que dependen del equipo
utilizado. Ejemplos:
a) tiempo de caída a través de un orificio (grados Ford, Saybolt, redwood).
b) distancia cubierta por la muestra al deslizarse un determinado tiempo en un plano horizontal
(consistómetro de Bostwick).
6) TENSION SUPERFICIAL
Se mide la fuerza de atracción que ejercen las partículas internas de un fluido sobre las que se encuentran
en la superficie. Esto sirve para estudiar las propiedades espumígenas y emulsionantes de ciertos alimentos
(leche, huevo) y de aditivos alimentarios tensioactivos.
El equipo que suele utilizarse es el tensiómetro de Du Nouy, consta de un anillo de alambre de platino
que se coloca rasante sobre la superficie del alimento; por medio de un engranaje el anillo se eleva lentamente
arrastrando una delgada lámina de fluido. En un dado momento, el anillo se desprende del liquido: a mayor
altura alcanzada por el anillo, menor tensión superficial.
7) CONDUCTIVIDAD DE ELECTROLITOS
Análisis Bromatológico – ORT 6
Su determinación sirve para cuantificar componentes conductores del alimento (agua + sales inorgánicas)
y puede ser usada como índice de genuinidad, por ejemplo, adulteración de vinos con ácidos inorgánicos y de
pureza, por ejemplo, contenido de minerales en azúcares.
Es un método rápido, sensible, pero poco exacto, además influye en el resultado la textura que presente el
alimento.
El instrumente usado es un puente de Wheatstone: se coloca la muestra en una celda de dimensiones
conocidas y se aplica una corriente alternada para evitar polarizaciones en electrodos.
Conductancia equivalente = Conductividad especifica x 1000
Concentración expresada en normalidad
8) POTENCIAL HIDROGENO (pH).
Se controla con el equipo correspondiente o usando indicadores de pH y soluciones patrones. Es un
importante índice de estabilidad del alimento pues condiciona:
- la actuación de microbios y enzimas.
- Reacciones químicas (pardeos, hidrólisis)
- Alteraciones físicas (coagulaciones)
También se lo mide para controlar operaciones y procesos tecnológicos:
- panificación
- gelificación de pectinas en las jaleas.
- preparación de aislados proteicos.
- curado de carnes.
9) FOTOMETRIAS
Los métodos fotométricos miden la cantidad de luz que es:
- reflejada por los alimentos sólidos. Espectrofotométricas.Colorimétricas.
- Transmitida por alimentos transparentes Espectrofotométricas. Colorimétricas.
- Dispersadas por alimentos translúcidos (nefelometrías)
- Absorbida por una suspensión (turbidimetrías)
De esta manera pueden cuantificarse componentes, medir el color de un alimento o hacer controles de
genuinidad.
COLORIMETRIAS VISUALES: por ser subjetivas tienen baja precisión. Se utiliza la luz blanca (400-
800nm) y se hacen comparaciones contra colores patrones que están pintados sobre papeles, plásticos o
vidrios (ej: tintometro de Lovibond; Discos giratorios de Munsell)
ESPECTOFOTOMETRIAS: emplean radiaciones con longitudes de onda seleccionadas por medio de prismas
o filtros. Pueden hacerse “barridos” en diversas zonas del espectro:
- zona U.V. (50-400nm): por ejemplo detecciones de dienos y trienos conjugados en aceites;
cuantificación de lisina disponible (como dinitrofenilderivados).
- zona I.R. (2-15 micrones): Por ejemplo detección de dobles enlaces “trans” en grasas modificadas;
cuantificación de agua.
- Zona visible (400-800nm): cuantificación de diversos componentes de los alimentos a través de
derivados coloreados; por ejemplo, ácido sórbico (como compuesto malonil-tiobarbitúrico);
aminoácidos (previa reacción con ninhidrina); amoniaco (con reactivo de Nessler).
FOTOMETRIA DE LLAMA (o de emisión)
Sirve para detectar metales alcalinos y alcalinotérreos con electrones excitables. La longitud de onda
de la radiación emitida por la sustancia permite su identificación.
ABSORCION ATOMICA
En este caso se mide la radiación absorbida por el componente al excitarse.
Pueden analizarse 60 elementos.
Su empleo será útil para estudiar la pureza de los aditivos, controlar especificaciones toxicológicas
(el C.A.A. fija, por ejemplo, máximos para contenidos de Pb, Cu, Se, As) y conocer el aporte de
oligoelementos de los diversos alimentos .
Análisis Bromatológico – ORT 7
FLUOROMETRIA.
Se mide la luz secundaria (radiación de fluorescencia) de la solución estudiada, empleando fuentes
luminosas muy potentes (lámparas de Hg o Xe). El equipo es un espectrofotómetro con accesorio para medir
fluorescencia.
Se utiliza para la determinación de tiamina (Vit. B1), riboflavina (Vit.B2), clorofila, porfirinas, trazas
de boro, aluminio, estaño y compuestos aromáticos cancerígenos relacionados con el 3,4,benzopireno.
CROMATOGRAFIAS.
Se utilizan para fraccionar, identificar y cuantificar componentes de los alimentos.
Ejemplos de aplicación:
-Sobre papel (tal cual o en fase invertida): azúcares.
-En capa delgada (TLC): esteroles, aminoácidos, vitaminas.
-En columna: pigmentos.
-En fase gaseosa (GLC clásica o con columna capilar): aromas, composición acídica de una grasa.
-En fase liquida a alta presión (HPLC): colorantes, aceites esenciales, antioxidantes, vitaminas, triglicéridos.
La HPLC además de ser altamente sensibles resulta ideal para analizar compuestos termolábiles y de baja
volatilidad.
RESONANCIA MAGNETICA NUCLEAR.
Se mide la energía que absorbe la muestra cuando se la somete a radiofrecuencias en un campo
magnético de gran intensidad. En el análisis de alimentos se usan equipos de baja frecuencia (menos de 60
MHz) para determinar el contenido de agua o de aceites sobre muestras íntegras. Es un método no destructivo,
exacto y muy rápido.
El método se basa en que los protones de los componentes en estado líquido tienen mayor frecuencia
de resonancia y dan bandas estrechas. En cambio los otros componentes no son distinguibles.
Aplicaciones: Análisis de agua en frutas desecadas, granos, leche en polvo y azúcares. Análisis de
lípidos en chocolates y oleaginosas.
METODOS REOLOGICOS.
Reología es la rama de la física que estudia la deformación de los cuerpos cuando son sometidos a
algún tipo de fuerza. La resistencia que ofrece el producto depende de su microestructura y, por lo tanto, de su
textura.
Los equipos empleados en las reometrías son muy variados, desde simples agujas que caen y
penetran en la muestra hasta complicados viscosímetros y prensas.
Aplicación:
- Medición de elasticidad y resistencia de una masa para panificación.
- Medición de terneza de carnes.
- Estudio de la untabilidad de mantecas.
- Medición de la elasticidad de una jalea.
ELECTROFORESIS.
En alimentos, su aplicación esta generalmente restringida al análisis de proteínas. Se estudia la
movilidad de estas moléculas cuando están cargadas y bajo el influjo de un campo eléctrico. Las diferentes
velocidades de migración permiten su fraccionamiento e identificación.
Aplicación:
- Cambios en la albúmina de huevo almacenados (electroforesis sobre papel).
- Diferenciación de quesos según su patrón de pépticos (electroforesis sobre gel de
poliacrilamida).
- Identificación de pescados (electroforesis sobre agar gel).
- Separación de histamina e histidina .
ANALISIS QUIMICO
ANALISIS BASICO O ELEMENTAL DE UN ALIMENTO
Sirve para orientar en cuanto a la composición de un producto desconocido.
Análisis Bromatológico – ORT 8
Incluye las siguientes determinaciones:
Proteínas + grasa + agua + fibra (X) + cenizas.
(X) conjunto de sustancias no digeribles, presentes en alimentos vegetales.
Por diferencia a 100, se calculan los hidratos de carbono restantes y una pequeña cantidad de otros
componentes no nitrogenados (alcoholes, ácidos orgánicos, pigmentos, etc.). Los errores cometidos en las 5
determinaciones nombradas, repercuten en el % de carbohidratos. Después de este estudio previo, se encaran
los análisis con mayor rigurosidad.
Para empezar, conviene presentar dos expresiones de resultados comúnmente usadas en alimentos.
EXPRESION DEL CONTENIDO DE UN COMPONENTE EN FORMA “BRUTA”:
Significa que el valor obtenido no representa exactamente la cantidad de la sustancia analizada,
debido a la presencia de interferencias en el método analítico empleado, dosaje incompleto o uso de factores
de conversión no totalmente adecuados. Ej.: proteína “bruta”; almidón “bruto”; fibra “cruda”.
EXPRESION DE CONCENTRACIONES EN “BASE SECA”:
A veces es necesario independizar los resultados obtenidos del contenido acuoso presente en la
muestra, sobre todo si ésta ,toma o pierde agua fácilmente según sea la humedad relativa ambiente. Entonces
se expresa en % de los diversos componentes descontando la cantidad de agua que tiene el alimento.
Los valores en “base seca” son, obviamente, mayores que los informados respecto al producto “tal
cual” (base húmeda).
METODOS ANALITICOS PARA LOS DISTINTOS COMPONENTES DE LOS ALIMENTOS.
CONTENIDO ACUOSO.
FINALIDADES DEL ANALISIS:
1. Determinar la composición del alimento y su valor nutritivo.
2. Tener idea de la estabilidad del mismo frente a alteraciones enzimáticos, microbiológicas,
químicas y físicas.
3. Obtener índices de textura, por ejemplo, en productos “crackers”.
4. Controlar si la humedad del material es la óptima para determinadas operaciones
tecnológicas, por ejemplo: molienda de granos.
5. Detectar adulteraciones en miel, manteca, chacinados, etc.
FORMÁS EN QUE SE ENCUENTRA EL AGUA EN LOS ALIMENTOS
1. AGUA LIBRE O “DISPONIBLE”.
Tiene propiedades semejantes a la del agua pura (punto de fusión: 0ºC, punto de ebullición 100ºC) y
se elimina con relativa facilidad. Actúa como solvente, medio de dispersión y reactante, interviene en el
desarrollo microbiano y en actividades enzimáticas. Por lo tanto influye marcadamente en la estabilidad del
alimento.
Puede encontrarse, por ejemplo:
- Absorbida superficialmente (sal ó azúcar humedecidos y agrumados). Depende de la humedad
ambiente y es de fácil eliminación.
- Retenida estéricamente por fibras, membranas o en macrocapilares. La disgregación final del
material (ruptura de células en el caso que existan) facilita su liberación.
2- AGUA LIGADA.
Presenta propiedades de congelación, evaporación, capacidad como solvente, etc. diferentes a las del
agua libre. Se distinguen dos tipos:
Análisis Bromatológico – ORT 9
- Agua fuertemente ligada (Tipo I) por puentes de hidrogeno de alta energía a grupos polares de
diversos componentes del alimento (proteínas, almidones, azúcares, otros) conformando una
monocapa molecular alrededor de ellos. No tiene ninguna capacidad para actuar como solvente o
reactivo y no puede congelar. La energía de absorción de esta monocapa es muy alta lo que explica
que su extracción sea sumamente difícil.
En este grupo suelen incluirse al agua de cristalización de sales y azúcares, presentes en algunos
alimentos (por ejemplo: monohidrato de glucosa en mieles)
- Agua débilmente ligada (Tipo II): se trata de moléculas de agua que se fijan a solutos por puente de
hidrogeno y en sucesivas capas, cada vez con menor intensidad de atracción. También pueden estar
atrapadas en microcapilares de diámetros inferiores a un micrón.
El punto de congelación y la capacidad para evaporar y actuar como solvente están sensiblemente
reducidos respecto a los del agua libre. La retención del agua ligada está influenciada por muchos
factores, entre los que se encuentran la temperatura, el pH y la presencia de electrolitos.
ACTIVIDAD ACUOSA
La mayor o menor disponibilidad de agua en los alimentos puede medirse a través del parámetro aW
= actividad acuosa. Se define en el equilibrio y a una dada temperatura como:
aW = Pv del agua en el alimento varía entre 0 y 1
Pv del agua pura
Alimentos con aW menor que 0,25 solo contienen agua del Tipo I, correspondiente a la monocapa.
Aquellos con aW entre 0,25 y 0,80 presentan agua de Tipo I y II, y cuando aW es mayor que 0,8 coexisten
moléculas de agua libre (considerada como de Tipo III) y ligada.
Es muy difícil cuantificarlas por separado. La aplicación de calor permite la evaporación del agua
libre pero, según sea la temperatura, también pueden perderse moléculas de H2O ligadas no muy
intensamente.Se recurre entonces a métodos basados en la no congelación del agua ligada: crioscopia,
colorimetría y dilatometría, pero no son análisis que se efectúen rutinariamente.
METODOS PARA DETERMINAR CONTENIDO ACUOSO
Los comúnmente empleados son: 1) Secado
2) Arrastre con solventes inmiscibles
3) Eléctricos
4) Químicos
Los métodos 2 y 4 se llaman “directos”; 1 y 3 miden agua “indirectamente”. Las técnicas analíticas
no suelen dosar el agua total, sino la que se libera en las condiciones del ensayo, por lo tanto, es
imprescindible que estén normalizadas y sean citadas al informar los resultados.
CRITERIO DE SELECCION DEL METODO
Se basa en la exactitud y precisión buscadas, en el porcentaje de agua presente, en la estabilidad de los
otros componentes del alimento y en la rapidez requerida.
- Si existen otras sustancias volátiles (alcoholes, esencias) no puede usarse (1) salvo que el resultado
se informe como “perdida por calentamiento”.
- Si hay azúcares, temperaturas altas producen deshidratación de los mismos y errores por exceso
(sobre todo si hay levulosa). Si los azúcares son reductores y hay otros componentes con grupos
amino, pueden reaccionar y liberar agua. En ambos casos habrá que evitar sobrepasar los 60-70°C.
Se puede trabajar con estufas, pero a presión reducida.
- Si hay sustancias sumamente termolábiles (Ej: bicarbonato de sodio) se seca a temperatura ambiente.
- En presencia de grasas existe el peligro de incorporación de oxígeno, obteniéndose resultados con
errores por defecto. En este caso puede usarse una estufa pero con ambiente libre de oxígeno (en
vacío o con nitrógeno).
- Si el contenido acuoso es muy pequeño convienen los métodos químicos (más exactos)
- Si importa más la rapidez que la exactitud (controles de rutina) se recurre a los métodos eléctricos.
Análisis Bromatológico – ORT 10
DETALLES DE LAS TECNICAS
1) SECADO EN ESTUFAS
a) A 100-105°C Y PRESION ATMOSFERICA HASTA PESO CONSTANTE. Es un método largo
que puede requerir 5 ó más horas. Se acelera usando estufas de aire forzado y agregando piedra
pómez o arena para aumentar la superficie de evaporación y evitar formación de costras de azúcares
o de proteínas coaguladas. Conviene revolver periódicamente con una varilla.
b) SECADO A TEMPERATURA Y TIEMPO NORMALIZADOS. Ej: 130°C, 1 hora en harina de
trigo. La determinación es mucho más rápida y resulta apropiada para los controles rutinarios. Estas
condiciones de secado provocan parcial oxidación de las grasas y deshidratación de azúcares, y
quizás una perdida no total de humedad. Lo cierto es que estos fenómenos se compensan de manera
que el resultado concuerda con el del secado clásico. Debido a las alteraciones mencionadas, la
muestra no sirve paras otras determinaciones, salvo la de cenizas.
c) SECADO EN ESTUFA DE VACIO. El cuerpo de la misma esta conectado a una bomba capaz de
mantener un vacío equivalente a menos de 50-100 mmHg. La muestra permanece 4 horas antes de
hacer la primera pesada, para lo cual se hace entrar lentamente aire seco y se restablece la presión
atmosférica. Generalmente se termostatiza la estufa a 60-70°C para evitar alteraciones de
componentes sensibles y así se usa como método de referencia para secado de alimentos. Se puede
llevar al muestra a peso constante o trabajar a temperatura y tiempos normalizados.
Aplicación: productos grasos, cárneos, azucarados.
d) SECADO POR RADIACION INFRARROJA Y VACIO. Es muy rápido (aproximadamente 15
minutos) pero exige una calibración previa contra un método de referencia para fijar las condiciones
de la operación en cada alimento. Es útil para controles rutinarios (granos, harinas).
La muestra que no debe tener más de 15 mm de espesor, se coloca a una determinada distancia de la
lámpara IR, dentro de una balanza especialmente diseñada. Se produce una rápida penetración de
calor (los filamentos de la lámpara se calientan a ~700°C) y la disminución de peso por evaporación
se lee directamente en el visor.
SECADO CON AGENTES DESHIDRATANTES
Se recurre a ellos cuando no pueden aplicarse temperaturas superiores a la ambiente. Ej: harinas
leudantes y polvos para hornear, ricos en NaHCO3 y muy termolábiles. Requieren mucho tiempo y no son
precisos. El secado de carne molida puede llevar 1 semana; en general, se deja la sustancia en el desecador
con ácido sulfúrico y en vacío por lo menos 24 hs.
2) METODO POR ARRASTRE CON SOLVENTE INMISCIBLE
Se mide directamente el volumen de agua separado de la muestra por arrastre continuo con solvente
inmiscible en ella. Dura aproximadamente 4 hs. y se emplea en harinas, sopas en polvo, mantecas, vegetales
deshidratados y especias (las esencias volátiles quedan disueltas en el solvente y no interfieren). Si la muestra
posee bajo contenido acuoso se pesa mayor cantidad, de manera de obtener 2 a 4 ml de agua. Se la coloca en
un balón cubriéndola con el solvente previamente saturado en agua. El equipo se completa con una trampa
especialmente diseñada (puede ser la de Dean-Stark), un refrigerante y un medio calefactor (ej, un baño de
aceite). Se calienta suavemente (2 gotas/seg. de reflujo) hasta recoger la mayor parte de agua, luego se duplica
la velocidad. El arrastre se da por terminado cuando la capa superior (solvente) luce transparente o cuando
durante 30 minutos no se ven cambios en el volumen de agua de la trampa. Se deja unas horas para que la
línea de separación sea nítida y se hace la lectura. El resultado suele expresarse en gr. de agua por 100 gr de
alimento (con densidad del agua = 1). En el caso de usa solventes con densidad mayor que 1 se trabaja con
otros diseños de trampas.
- CRITERIO DE SELECCION DE SOLVENTE
El punto de ebullición del solvente influye sobre la temperatura del sistema y sobre el tiempo que
requiere la determinación. Si el solvente tiene punto de ebullición menor que el del agua, los vapores se
enriquecen en él y se necesita mayor tiempo para separar todo el agua.
Análisis Bromatológico – ORT 11
Por lo dicho, convienen solventes con P.Eb. ~100°C: tolueno (111°C, δ=0,867), tetracloroetileno (121°C,
δ = 1.62), m-xileno (139°C, δ = 0.868).
Cuando los alimentos poseen cantidades de azúcares que posibilitan errores por exceso (debido a
deshidrataciones), se trabaja con solventes de P.Eb. menores que el del agua, aunque el análisis resulte
largo: benceno (80°C, δ =0.879), tetracloruro de carbono (76.7°C, δ =1.59).
Usos: ajos, cebollas y morrones, todos deshidratados.
- VENTAJAS DEL METODO POR ARRASTRE
El equipo es sencillo y económico y la determinación resulta más rápida que un secado a peso constante.
Notas: el baño de aceite u otro medio calefactor (nunca fuego directo) evita alteraciones en alimentos
termolábiles, porque distribuye parejamente el calor. Además es un medio de precaución frente a roturas
e incendios (algunos solventes son inflamables).
3) METODOS ELECTRICOS
Son muy rápidos (aprox. 20 segundos) y sensibles, pero no exactos. Forzosamente deben calibrarse
con porcentajes de agua conocidos en base a muestras que previamente fueron analizadas con métodos
referenciales. En la determinación influyen: contenido en minerales, temperatura, textura, distribución de la
humedad en el alimento.
Usos: granos, harinas (se las presiona, dentro de un recipiente, logrando un determinado espesor).
a) Conductancia: solamente se mide agua libre, o sea la que actúa como electrolito. Un grano de cereal
con 14% de agua tiene conductividad 7 veces mayor que uno de 13%; uno de 15% tiene
conductividad 50 veces mayor que el de 13%. Estos valores demuestran la alta sensibilidad de la
técnica conductimétrica.
b) Capacitancia: es más exacta que la anterior pues influye menos en la forma en que se distribuye el
agua en el alimento. Se coloca la muestra en un campo electrostático alterno (o sea entre las
armaduras de un condensador) y se mide su constante dieléctrica. El agua presenta un valor muy
superior al de los otros componentes. La determinación incluye agua libre y combinada. Existen
equipos nuevos, no destructivos que dosan 0-35% de agua con error del 1% en cereales y
oleaginosas.
4) METODOS QUIMICOS
Son muy exactos y rápidos y no requieren calentamiento de la muestra. Se aplican en alimentos
termolábiles o cuando el contenido acuoso es muy bajo: leche en polvo, cafés, vegetales y frutas
deshidratadas, chocolate, aceites.
Existen varias técnicas: la del carburo de calcio se basa en medir la presión del acetileno formado al
reaccionar Cl2Ca con el agua del alimento. En la Bryan Smith el cloruro de acetileno, en presencia de agua,
libera acético, el cual es titulado.
La más empleada en alimentos es la de Karl Fischer :
Reacción: se basa en la reducción de Yodo con anhídrido sulfuroso, que sólo ocurre en presencia de
agua:
I2 + SO2+CH3OH + H2O piridina 2 IH + CH3HSO4
La piridina actúa como intermediario formando sales (C5HN.IH; C5H5N.SO3). El metanol es el
solvente de la reacción (puede sustituirse por formamida o metilcelosolve).
Estas 4 sustancias forman el reactivo de Karl Fischer, un poderoso deshidratante que debe estar
convenientemente protegido de la humedad ambiente. Para minimizar las perdidas de I2 suelen mantenerse
por separado I2/CH3OH y SO2/piridinas, hasta el momento de uso.
Técnica: Es una volumetría. El alimento, bien disgregado, se disuelve o suspende en el solvente,
dentro de un frasco tapado en el que calza la bureta. El punto final puede detectarse visualmente (color
marrón de I2 en exceso o decoloración, titulando por retorno con agua). Para mayor precisión, o cuando el
alimento tiene color (ej. Café) se realiza una titulación potenciométrica.
Análisis Bromatológico – ORT 12
Cálculos: no puede aplicarse la estequiometría de la reacción porque no se dosa el 100% de agua.
Para los cálculos se usa el factor K.F. que se halla valorando el reactivo con cantidades conocidas de agua,
por ejemplo: 5mgr de agua = 1ml de reactivo. Debido a su inestabilidad, es necesario valorarlo diariamente.
Notas: Interfieren aldehídos y cetonas (con metanol forman acetales y agua, por lo tanto, hay que
sustituir el solvente), sustancias que reducen al I2 (por ejemplo, ácido ascórbico) y algunos compuestos
inorgánicos (óxidos metálicos, carbonatos y bicarbonatos).
Si el alimento no es soluble en metanol, se lo sustituye por formamida.
EXTRACTO SECO
Es el residuo que queda luego de eliminar a 100-105ºC las sustancias volátiles.
Salvo cuando están presentes otros componentes evaporables (esencias, alcoholes, etc.) o alterables,
se cumple: % sólidos totales + % agua = 100.
Se suele determinar para controlar la genuinidad de alimentos con alto porcentaje de agua, ejemplo:
leches, vinos, vinagres, jugos, puré de tomates.
En algunos casos interesa conocer la fracción soluble en agua del extracto seco (el C.A.A. exige por
ejemplo un valor mínimo de sólidos solubles para jaleas y mermeladas).
TECNICAS.
a) Evaporación hasta llegar a peso constante: el análisis se efectúa en forma similar al mencionado para
determinar contenidos acuosos por secado en estufa. Por este método, las leches deben dar un
mínimo de 8.25 % de extracto seco libre de grasa.
b) Evaporación durante tiempo normalizado: se recurre a esta técnica cuando existen componentes que
sufren alteraciones o perdidas parciales por calentamiento. La determinación es, además, más rápida.
En el análisis de extracto seco de vinos hay parcial evaporación de glicerina, oxidación de taninos y
caramelización de azúcares; por eso se calienta a B.M. 80 minutos y se completan 30 minutos más en
estufa a 100-105ºC.
Notas:
En los alimentos líquidos, con alto porcentaje de agua, se elimina la mayor cantidad de la misma por
calentamiento al aire (baño maría o baño de arena) para evitar saturar la estufa con vapores.
Los extractos secos de vino son muy higroscópicos debido a la glicerina; deben resguardarse
convenientemente y se pesan en cuanto llegan a temperatura ambiente.
c) Refractometría: Para algunos alimentos se han confeccionado tablas de correlación entre sólidos
solubles determinados por secado en estufa de vacío y lecturas refractométricas. Incluso existen
correlaciones de extracto seco total vs. Índices de refracción en ciertos alimentos fluidos.
Como la técnica refractométrica es sumamente rápida, resulta muy útil para acelerar los controles de rutina
pero los resultados tienen menor exactitud.
Nota:
La muestra que se coloca en el refractómetro no debe ser turbia; si es necesario se la centrifuga para
separar los sólidos dispersos.
Análisis Bromatológico – ORT 13
MATERIAS MINERALES – CENIZAS
Todos los alimentos contienen minerales en pequeñas concentraciones.
Los cationes y aniones más abundantes son K+
, Na+
, Ca++
, Mg++
, SO4
=
, Cl-
, CO3
=
, y H2PO4
-
.
Finalidades de los análisis:
1) Conocer valores nutritivos del alimento.
2) Determinar genuinidad (Ej: máximo de cenizas en dulce de leche)
3) Detectar contaminaciones químicas (Hg, As, Pb, Se, etc.).
4) Obtener índices de contaminación microbiana (NO3
-
, NO2
-
, en aguas)
5) Clasificar ciertos alimentos según su pureza (harinas, azúcares).
Además de los minerales presentes en las materias primas, se agregan otros durante la elaboración para
que cumplan diversas funciones tecnológicas:leudantes,saborizantes,conservantes,mejoradores, estabilizantes,
texturizantes.
A veces se encara el análisis particular de algún anión, catión o sal, químicamente o por absorción
atómica (Ej: KBrO3, NaCl, NaNO2, Hg, Pb, As).
Generalmente se realiza la cuantificación total de las sustancias minerales por oxidación de la materia
orgánica a temperatura superior a 500°C. El residuo de esta incineración o calcinación recibe el nombre de
“cenizas”. Se reserva la denominación “sustancias minerales” para aquellas que se encuentras en el alimento
tal cual, previa incineración.
Cambios producidos al calcinar :
Durante la calcinación ocurren una serie de transformaciones y volatilizaciones que hacen que la
composición de las cenizas difiera de las “sustancias minerales” pre-existentes:
- Sales y ácidos orgánicos pasan a carbonatos, óxidos y CO2.
- Compuestos orgánicos azufrados y nitrogenados dan los óxidos correspondientes a sulfatos y nitratos (si hay
suficientes como para retenerlos)
- Sustancias fosforadas orgánicas e inorgánicas, se transforman en pirofosfato.
- Haluros, sulfuro y algunos carbonatos pueden volatilizarse. Los cloruros lo hacen por encima de los 550°C,
el CO3K2 a partir de los 700°C.
- Fosfatos y carbonatos pueden reaccionar entre sí.
Disminución de las volatilizaciones
Se consigue trabajando a T > 500° C ó agregando fijadores alcalinos para los haluros (por Ej.
Na2CO3) o fijados ácidos para el K2CO3 (por Ej. Humectando antes y durante la calcinación con H2SO4 10%).
Aceleradores:
Como la determinación lleva mucho tiempo, se puede acelerar la incineración agregando sustancias
oxidantes H2O2, o NH4NO3 que no dejan residuos) o elevando la temperatura; pero a costa de perder
minerales volátiles.
Como la temperatura de trabajo influye sobre la composición y cantidad de las cenizas obtenidas, se la debe
informar junto con el resultado.
TECNICAS
a) Incineración hasta peso constante
- Etapa de carbonización: para evitar la ignición repentina de la muestra y la proyección del material
fuera de la cápsula, se calienta primero sobre mechero. (Si el alimento es líquido se incluye un paso
previo de evaporación suave sobre baños de agua o arena para que no haya salpicaduras). Cuando
comienza la oxidación de los componentes orgánicos hay un desprendimiento brusco de vapores de CO2
y H2O, principalmente. Luego se reduce considerablemente y queda un residuo negro carbonoso.
-Etapa de calcinación en la mufla: la muestra se oxida completamente y deja un residuo blanco, salvo que
existan sales coloreadas (por ej. de manganeso). Si se observan puntos carbonosos persistentes, se debe a
que están cubiertos por sales que impiden su contacto con el aire, En este caso el residuo se humedece
con agua, se rapa con una varilla, evapora suavemente con rotación de la cápsula y nuevamente se
introduce en la mufla.
Análisis Bromatológico – ORT 14
b) Incineración durante un tiempo normalizado
Es una técnica más rápida, aplicable a controles de calidad rutinarios. En harina de trigo, por ejemplo. Se
calcina 1 hora a 900 °C en cápsula de platino; como hay una baja concentración de cloruros, las pérdidas
por volatilización no son significativas.
ESTUDIOS REALIZABLES SOBRE LAS CENIZAS
1) Determinación de cenizas insolubles en agua: Es útil para evidenciar fraudes en productos vegetales
pues se altera la relación cenizas insolubles/cenizas solubles correspondientes al alimento. En grutas
o en hojas de té agotados, por ejemplo el cociente aumenta. La técnica incluye agregar agua a las
cenizas, hervir y filtrar por papel de filtro que no deje residuo. Se calcina nuevamente y pesa
(“cenizas insolubles en agua”)
2) Cenizas insolubles en HCl 10%: Miden el contenido de silicatos presentes en los alimentos
accidentalmente (por contaminación) o intencionalmente, por ejemplo: arne, arcilla, talco o piedritas
en legumbres, yerba mate o especias.
Se humedecen las cenizas con ácido clorhídrico concentrado hasta insolubilizar los silicatos, se
extrae varias veces con el mismo ácido pero diluído, se filtra por papel sin cenizas y se calcina
nuevamente.
3) Alcalinidad de las cenizas: Es un estudio que no se hace comúnmente. Debido a la presencia de
carbonatos y óxidos, las cenizas de frutas y verduras tienen reacción alcalina, mientras que las de
carnes y ciertos cereales son ácidas .
Alteraciones en los valores de alcalinidad correspondientes a cada alimento son indicadoras de
fraudes. Ejemplos: el agregado de ácidos orgánicas diminuye la alcalinidad de las cenizas de vino; la
adulteración de leches con NaHSO3 la aumenta.
La determinación se realiza agregando un exceso medido de H2SO4 valorado.
El ácido reacciona con los componentes básicos y el exceso se titula con NaOH frente a indicador
que vira al pH correspondiente al alimento, para llevar las sales a formas similares a las que
normalmente se encuentras en él.
Cenizas libres de NaCl: Se informan en alimentes sazonados con sal común. Ej.: conservas de
tomate, carnes curadas.
Las cenizas se utilizan muchas veces para la determinación de componentes individuales: fosfatos,
calcio, hierro, cloruros, etc.
Análisis Bromatológico – ORT 15
LIPIDOS
Finalidades de los análisis
1) Estudiar el valor nutritivo del alimento.
2) Estudiar su genuinidad (Ej: mínimo en leche 3%, máximo en hamburguesas 20%).
3) Determinar rendimientos en materias primas oleaginosas.
Las técnicas clásicas se basan en separar la grasa del alimento y luego cuantificarla.
Según la forma en que se encuentren los lípidos en el alimento se utilizan los siguientes métodos de
trabajo:
I) Extracción directa con solvente orgánico: es el procedimiento empleado en la mayoría de los casos.
II) Separación luego de un tratamiento previo: permite destruir o disolver otros componentes que ligan o
emulsifican fuertemente a los lípidos. Ej: leche y derivados, ciertos productos cárneos (salchichas de
Viena).
I) EXTRACCION DIRECTA
a) Por digestión de una pequeña cantidad de muestra en un gran volumen de solvente: es rápido pero no extrae
el 100% de la grasa (ej: separación de la mayor parte de la grasa de un dulce de leche).
b) Por extracción continua (Twisselmann) o semicontinua (Soxhlet) en equipos especiales y a temperatura
ambiente: el solvente cumple ciclos sucesivos de evaporación, condensación y pasaje por la muestra
(colocada en un cartucho o paquete) extrayendo cada vez mayor cantidad de lípidos. Luego de 4-8 horas, el
material suele quedar “agotado” y la grasa disuelta se pesa, después de evaporar el solvente. Es un método
exacto y preciso pero muy largo.
* La cantidad y composición de los lípidos extraídos dependen del solvente usado; tiene que ser informado
junto con el resultado del análisis.
SOLVENTES COMUNES
- Eter de petróleo (mezcla de hidrocarburos. P.Eb. 40-60°): extrae sólo lípidos neutros (glicéridos, ácidos
grasos de cadena larga, sustancias insaponificables).
Puede perder fracciones más volátiles durante la extracción e ir cambiando su composición.
- Eter etílico (P.Eb. 35°): solvente muy eficiente de lípidos totales (polares tales como fosfolípidos o ácidos
grasos cortos y no polares). Pero absorbe hasta un 10% de agua, extrayendo componentes hidrosolubles
(azúcares, sales). Es peligroso a más de 35°C (ignición-explosión). Se lo seca y destila antes de usarlo para
eliminar peróxidos.
- Hexano técnico (P.Eb.≈ 70°; no es puro): disuelve lípidos neutros. Es más económico que los anteriores y de
uso muy extendido.
- Mezcla de solventes: se pueden preparar mezclas de polaridad adecuada para la grasa que se desea extraer.
Ej. CH3OH (2:1) (Solvente de Folch) y Cl2CH : CH3OH : H2O (Lyons-Lippert) se usan en productos cárneos
y frutas; disuelven bien las lipoproteínas.
PREPARACION DE LA MUESTRA:
-Para facilitar la penetración del solvente y el contacto con la grasa, es imprescindible moler bien la muestra
(sobre todo si tiene estructura celular) en molinos eléctricos, hasta que las partículas pasen por un tamiz de
abertura normalizada.
- Si la humedad es elevada también hay que secarla para evitar emulsiones y extracción de sustancias
hidrosolubles (especialmente si se usan solventes más polares).
- Cuando los lípidos están combinados con azúcares o proteínas, se digiere previamente la muestra con
etanol/ClH (digestión ácida a temperatura ambiente una noche, ó a 80°C,1 hora) y luego se extrae con
solvente (por ejemplo: harina de trigo)
NOTAS
- Para evitar el arrastre mecánico de partículas de la muestra, se la empaqueta o coloca en un cartucho con
tapón de algodón.
- Si el extracto graso no es bien límpido debe secarse con agente deshidratante (Na2SO4 anhidro) en pequeña
cantidad para que no absorba grasa.
Análisis Bromatológico – ORT 16
II) SEPARACIÓN DE LÍPIDOS CON TRATAMIENTO PREVIO
Cuando los lípidos están fuertemente emulsionados por fosfolípidos, proteínas y otros componentes,
una extracción directa con solventes no es efectiva para aislarlos. Se procede entonces a eliminar previamente
esas sustancias.
a) Método de Gerber:
Se aplica especialmente en leches. La grasa resulta alterada parcialmente y no tiene gran exactitud
(+ 0,05%) pero resulta apropiado para los controles rutinarios que se hacen en las usinas lácteas por ser
rápido.
Fundamento: Se destruye la membrana de los glóbulos grasos y se solubilizan todos los componentes
del alimento (menos los lípidos) con H2SO4 90% (δ= 1,82). La concentración de este reactivo es crítica pues a
menor densidad la grasa no se libera en su totalidad, y a mayor densidad se altera demasiado.
La materia orgánica no lipídica se carboniza parcialmente y queda disuelta en la solución sulfúrica,
separándose de la fase grasa por su mayor densidad.
TECNICA
Se trabaja con un recipiente especialmente diseñado por Gerber, llamado “butirómetro”. En él se
introducen 11,00 ml. de leche medidos exactamente, alcohol amílico y ácido sulfúrico y se agita
enérgicamente hasta que no se observen partículas blancas (se eleva la temperatura del sistema). Para que la
grasa se mantenga fundida se centrifuga la emulsión caliente, lográndose la separación de la fase lipídica en
3-5 minutos.
La lectura volumétrica se hace a temperatura normalizada (60°), observado la escala graduada del
butirómetro, la que expresa el resultado en gramos de grasa / 100 ml de leche. (Para obtener el resultado en
gramos/ 100 gramos, se parte de 10,75 ml de leche, existiendo pipetas aforadas especiales para esa finalidad.
(IRAM 9011).
- Finalidad del agregado de alcohol amílico: Como todo alcohol, ayuda a romper la emulsión.
Además, por su densidad se ubica en la interfase lípidos/solución sulfúrica (forma un éster sulfúrico)
mejorando la visión de la lectura volumétrica y protegiendo a las grasa de una carbonización más intensa.
Los lípidos separados por el método de Gerber están parcialmente alterados por el SO4H2 e incluyen
productos de degradación de azúcares y derivados del amílico. No pueden usarse para estudios posteriores.
Dispositivos parecidos al butirómetro de Gerber se emplean en la determinación de grasa en
derivados lácteos (butirómetro de Van Gulick) y en productos cárneos.
b)Método de Rosse-Gottlieb
Se utiliza como método de referencia (exactitud + 0,01%). La grasa se cuantifica
gravimétricamente y no sufre alteraciones, por lo que puede someterse a estudios posteriores.
FUNDAMENTO: Emplea una serio de reactivos y solventes con la finalidad de separar los componentes
lipídicos en una fase etérea. Se agregas en el siguiente orden y agitando luego de cada adición:
1) Hidróxido de amonio: Disuelve proteínas y aumenta la solubilidad de los fosfolípidos. Si hay ácidos
grasos libres quedan salificados.
2) Etanol: Deshidrata y ayuda a romper la emulsión.
3) Eter de etílico: Disuelve todos los lípidos presentes, pero también parte de agua, componentes
hidrosolubles (lactosa, sales, etc.) y etanol.
4) Eter de petróleo: Se mezcla con el éter etílico y expulsa la fase hidroalcohólica miscible en el éter
etílico. No puede usarse solamente éter de petróleo porque no disuelve los lípidos polares.
Se deja reposar 30 minutos - 2 horas para que haya una buena separación de las fases; se decanta la
etérea, evapora, seca y pesa.
La técnica se lleva a cabo en recipientes apropiados: tubo de Mojonnier, probeta con tapa o ampolla de
decantación (si el alimento es líquido).
Se aplica en leches fluidas, en polvo, condensadas, en dulce de leche, helados y cremas. Puede usarse
rojo congo para teñir la capa acuosa y observar mejor la línea de separación entre las dos fases.
Análisis Bromatológico – ORT 17
METODOS FISICOS
Para la determinación rápida de lípidos, en ciertos alimentos se emplean análisis físicos tales como:
-Resonancia magnética nuclear (aplicable en granos oleaginosos, sin necesidad de molienda previa)
-Turbidimetría (el Milko Tester cuantifica porcentajes de grasa en leches luego de anular la
interferencia causada por la suspensión proteica).
Extractor Soxhlet. Tubo Mojonnier
Análisis Bromatológico – ORT 18
DETERMINACION DE SUSTANCIAS NITROGENADAS
El nitrógeno puede encontrarse en los alimentos como:
a) Proteínas, péptidos y aminoácidos.
b) Compuestos básicos volátiles: amoníaco, sales de amonio, aminas.
c) Compuestos básicos fijos (especialmente en carnes): urea, creatina, creatinina, purinas,
hipoxantina, etc.
d) Nitrógeno inorgánico: nitratos y nitritos.
Las determinaciones analíticas de estos diversos tipos de sustancias nitrogenadas permiten estudiar el
valor nutritivo del alimento, medir grados de actividad proteolítica, controlar la genuinidad del producto,
obtener un índice rápido de contaminación microbiana, cumplir con normas toxicológicas en cuanto a
contenidos de nitritos y nitratos, deducir el grado de impurificación de aguas con materia orgánica.
DETERMINACION DE NITROGENO TOTAL
En los análisis de rutina se suele determinar el conjunto de sustancias nitrogenadas, expresando los
resultados en “porcentaje de nitrógeno total” o como “porcentaje de proteínas” puesto que es el componente
nitrogenado que suele predominar en los alimentos.
METODO DE DUMAS
Incluye todas las formas de nitrógeno orgánico e inorgánico. Se basa en la pirólisis del producto a
700-800°C, con óxido cúprico como catalizador. Los óxidos de nitrógeno que se forman son reducidos a N2
sobre una espiral de cobre, cuantificándolo por cromatografía gaseosa.
Existen analizadores automáticos que utilizan este método y determinan porcentajes de C, S, H, O,
N, S, y P en pocos minutos, pero solamente son apropiados para alimentos homogéneos.
METODO DE KJELDAHL
Es uno de los más empleados en Química Analítica. Se basa en la oxidación de la materia orgánica
con ácido sulfúrico concentrado, quedando el nitrógeno retenido en forma amoniacal. No dosa nitratos y
nitritos pues en las condiciones del ensayo se volatilizan como ácidos nítrico y nitroso. Tampoco incluye
hidracinas y azocompuestos (se descomponen y liberan N2) pero esto último no es importante en alimentos.
La muestra a analizar, conteniendo 30-40mg de nitrógeno, se coloca en un balón de cuello alargado
(diseñado así para evitar pérdidas por proyección) junto con las siguientes sustancias:
- Ácido sulfúrico concentrado en cantidad suficiente para oxidar toda la materia orgánica y fijar el amoníaco
como sulfato ácido de amonio. Para acortar el tiempo y completar la oxidación (sobre todo si el alimento tiene
mucha fibra o proteínas ricas en histidina y triptofano), se incluye un catalizador (modificación de Wilfarth) y
elevador de temperatura (modificación de Gunning).
- Catalizador: sulfato de cobre, con dióxido de titanio.
- Elevador de temperatura: Con la finalidad de facilitar las reacciones, se agrega sulfato de sodio o potasio en
cantidad apropiada. Al calentar la mezcla, la temperatura del sistema puede llegar a los 390°C, completándose
la oxidación en aproximadamente 3 horas. (La temperatura crítica de la descomposición del amoníaco es
418°C).
ETAPA DE DIGESTION: Durante la digestión sulfúrica hay cabonización y desprendimiento violento de
vapores (CO2, H2O, SO2) que provocan proyecciones de la muestra y formación de espuma. La materia
orgánica se oxida a expensas de la reducción del sulfúrico. Al final, la ebullición se aplaca y la solución se
torna límpida (en el caso de haber empleado CuSO4 como catalizador, tendrá tono celeste).
El calentamiento se prolonga un tiempo para asegurar el ataque completo de los componentes más
resistentes y se da por terminada la digestión.
ETAPA DE DESTILACION: Una vez que la solución se enfría (pueden precipitar cristales de KHSO4) se
agrega agua cuidadosamente y, ya en el equipo de destilación, se alcaliniza con NaOH concentrado, para
liberar el NH3 retenido como (NH4)2SO4 o (NH4HSO4):
(NH4)2SO4 + 2 NaOH Na2SO4 + 2 NH4OH
Análisis Bromatológico – ORT 19
Se destila un volumen de agua fijado por las normas que asegura el total arrastre del amoníaco. Este
compuesto es recogido en y un exceso medido de ácido valorado (por ej. SO4H2 0,1 N), titulándose el
sobrante con NaOH 0,1 N, frente a indicador que vira en zona ácida (rojo de metilo o su mezcla con verde de
bromocresol que permite ver un punto final más definido a pH 5,1).
También se pede recoger el destilado sobre solución saturada de ácido bórico (en suficiente exceso
como para fijar todo el amoníaco):
H3BO3 + NH4OH H2O + NH4H2BO3 (sal neutra)
El borato de amonio se titula con HCl 0,1 N frente a indicador de pH 5
NH4 H2BO3 + HCl NH4Cl + H3BO3
El empleo de ácido bórico reduce la volatilidad del amoníaco de la solución y disminuye los errores
de lecturas volumétricas pues se usa una sola medición con bureta.
EXPRESION DE LOS RESULTADOS
La masa de nitrógeno presente en la muestra se calcula a partir del número equivalentes de HCl
valorado que han reaccionado con el amoníaco destilado:
N° eq. HCl = N° eq. N = masa de N/14
El resultado se expresa en “gramos de N total por 100 gramos de muestra”.
Como generalmente interesa conocer el porcentaje de proteínas en el alimento (pues es el
componente nitrogenado predominante) es necesario aplicar un factor de conversión.
Para calcular ese factor debe conocerse la cantidad de nitrógeno que está presente en 100 gr. de
proteínas del alimento.
Por ej.: la proteína principal de la leche es la caseína. Aislada y analizada, mostró poseer 15,67 % de
nitrógeno.
Si en un derivado lácteo se cuantifican A gramos de nitrógeno total, el porcentaje proteico se calcula
así:
15.67 g. Nitrógeno ______están en _____100 gr proteínas
A g. “ ______ “ ______ A x 100 = A x 6.38 gr de proteínas
15.67
6.38 es el factor de conversión de N total a N de proteínas en alimentos lácteos.
Cada tipo de alimento tiene su propio factor de conversión según las proteínas, que contenga, por ej:
carne (N X 6,25); harina (N X 5,70); gelatina (N X 5,55); huevos (N x 6,68).
Para los alimentos en los que aún no se han aislado y analizado sus proteínas, se aplica el “factor
general” de conversión N x 6,25.
PROTEINA BRUTA
Como al dosar nitrógeno total por el método de Kjeldahl se incluyen sustancias que no son proteicas
(nitrógeno de bases volátiles y de bases fijas, por ejemplo), cuando se hace la conversión a “porcentaje de
proteínas” tal como se explicó arriba, se cometen errores por exceso. Si además no se emplea el verdadero
factor de conversión que corresponde al alimento analizado,, se está informando un valor aproximado de
proteína, por eso el resultado se expresa como “proteína bruta”.
Análisis Bromatológico – ORT 20
CONSIDERACIONES GENERALES
-El método de Kjeldahl es empleado como “método de referencia” dentro del análisis de sustancias
nitrogenadas totales.
-Para muestras homogéneas pude aplicarse el microanálisis con balones pequeños y soluciones 0,01N de
ácido y base, acortándose el tiempo de realización.
-Actualmente existen equipos automáticos que aceleran considerablemente la etapa de destilación y permiten
el análisis simultáneo de muchas muestras.(La técnica clásica requiere aproximadamente cuatro horas en
total).
-Si se desea incluir la valoración de nitritos y nitratos, es necesario agregar, junto con el sulfúrico
concentrado, un componente aromático fácilmente nitrable (fenol, ácido salicílico) de manera de fijarlos. Se
calienta un tiempo suavemente y luego se adiciona Zn/HCl para reducir los grupos NO2
–
y NO3
–
a
aminoderivados, que son sustancias dosadas por el métodos de Kjeldahl.
-Los vapores de SO2 son muy tóxicos; se trabaja bajo campana o con trampas aspirantes no metálicas.
-Debe realizarse un blanco para descontar el nitrógeno que pueden aportar las drogas empleadas.
METODOS ESPECTROFOTOMETRICOS
Determinan el contenido aproximado de proteínas en forma muy rápida, siendo necesaria una previa
correlación con el método de referencia para cada producto. Son apropiados para alimentos homogéneos;
están estrictamente normalizados u requieren poca cantidad de muestra.
I) METODO DE UDY
Dosa proteínas y aminoácidos libres. Se basa en la reacción de los grupos NH3
+
con colorantes ácidos
sulfónicos (naranja G o negro amido) a pH=2 y en la precipitación de esos compuestos.
Se lee la absorción del colorante a 470 nm antes de agregar la muestra y luego de ocurrida la
reacción (previa separación del precipitado). La disminución de la absorción en la solución coloreada
sobrenadante, es proporcional a la cantidad de proteólisis o combinación de los grupos aminos con azúcares
reductores, los resultados serán erróneos.
II)METODO DE BIURET
Se basa en la reacción de los enlaces peptídicos con CuSO4 en medio básico leyéndose la absorción del
complejo violáceo que se forma.
Análisis Bromatológico – ORT 21
DETERMINACION DE AMINOACIDOS TOTALES
Se realiza sobre extractos acuosos desproteinizados con Cl3COOH.
El resultado se informa en “miligramos de nitrógeno en aminoácidos por 100 gramos de alimento”.
I) METODO DEL FORMOL O DE SORENSEN
Se basa en el bloqueo de los grupos amino y en la titulación del ácido débil resultante con NaOH
(fenolftaleína como indicador).
Tanto la muestra como el formol deben estar neutralizados. Si hay amoníaco o aminas presentes se
volatilizan previamente en medio básico.
II) METODO DE NINHIDRINA
1) Técnica volumétrica a pH 2,5. Es muy específica.
El CO2 se valora recogiendo sobre hidróxido de bario. Los cetoácidos interfieren, por eso se los
descompone antes en caliente.
2) Técnica colorimétrica a pH 7
Esta reacción es usada en los analizadores automáticos para estudiar la composición en aminoácidos
de una proteína. Se la inyecta previamente hidrolizada y una columna de intercambio iónico fracciona los
diferentes aminoácidos. A medida que eluyen fluyen reaccionan con la ninhidrina y pasan al
espectrofotómetro. El gráfico obtenido se llama amono-grama.
El tono y la intensidad del color violáceo varían para cada aminoácido, que dificulta el análisis.
Otros fraccionamientos y dopajes pueden lograse cromatografiando sobre papel o placa delgada. En
caso de usar la CGL es necesario esterificar los grupos carboxilos y acilar los aminos para obtener derivados
volátiles estables.
También existen métodos biológicos, largos y poco precisos, para los diferentes aminoácidos, basado
en el crecimiento de microbios que los utilizan específicamente.
FINALIDADES DEL ANALISIS DE AMINOACIDOS
- Estudiar el valor nutritivo de un alimento.
- Calcular el grado de hidrólisis de una proteína.
- Hacer controles de genuinidad (por Ej: en jugos de fruta se exige un valor mínimo de prolina).
- Obtener un índice rápido de actividad microbiana (por ej: las carnes rojas aptas para el consumo
contienen menos de 200 mg. De N de aminoácidos; las de pescado menos de 100).
DETERMINACION DE NITROGENO BASICO VOLATIL (N.b.v.)
Sirve como índice de estado higiénico de alimentos que contienen proteínas puesto que por acción
microbiana los aminoácidos producen NH3 y diversas aminas volátiles .
Se analizan por arrastre con vapor de agua en media básico suave para evitar la hidrólisis de
proteínas y la formación de CO2 y bases volátiles a partir de los aminoácidos; se usan OMg, Ca(OH)2 o buffer
adecuado para pH 7,2-7,4.
Ácidos volátiles o aminoácidos libres no interfieren porque quedan retenidos en el medio alcalino.
Se recoge un determinado volumen del destilado sobres exceso medido de ácido valorado o solución
saturada de ácido bórico. La titulación se realiza con indicador de pH ≈5 para no hidrolizar las sales de
amonio formadas, expresándose el resultado final en “mg de N básico volátil por 100g. de alimento”.
La determinación es rápida y sencilla, pero para confirmar la ausencia de gérmenes
patógenos se necesita un análisis microbiológico.
El C.A.A. fija un máximo de 30 mg Nbv en carnes aptas para el consumo, basado en la correlación existente
con las características sensoriales percibidas en carnes de pescado (más ricas en Nbv).
Análisis Bromatológico – ORT 22
Carne cruda Aceptabilidad N b.v.
Vacuna Fresca 13
“ Aceptable <17
Pescado Fresco <20
“ Aceptable 20-30
“ Alterado >30
DISCRIMINACION DE LAS BASES VOLATILES
En las carnes rojas el Nbv total es un buen índice general de contaminación, pero en los pescados las
bases volátiles que caracterizan cada fase de descomposición son diferentes.
Así es que en el perdido fresco predominan las aminas secundarias, en el de putrefacción incipiente
las aminas terciarias y en el netamente descompuesto el amoníaco.
El análisis de los distintos componentes del Nbv se hace tomando 3 alícuotas del destilado que se
recoge sobres el ácido sulfúrico valorado:
-Alícuota A: Se titula y determina el contenido de Nbv total.
-Alícuota B: Se agrega NaNO2/CH3COOH que reacciona con el amoniaco, las aminas primarias y
secundarias:
NH3 + NO2H NO2NH4+ N2 + H2O
R1NH2+ NO2H ROH + H2O +N2
R1R2NH+ NO2H H2O + R1R2N - N = 0
Las aminas terciarias se destilan (previa alcalinización del medio) y se dosan tal como se explicó para
Nbv (R1R2R3N).
- Alícuota C: Se agrega exceso de formol, el cual sólo reacciona con el amoníaco (en el destilado no hay
aminoácidos):
2 (NH4)2SO4 + 6 H2C=O N4(CH2)6 + 6 H2O + 2 H2SO4
Se titula el SO4H2 que se formó y en base a él se calcula la concentración e NH3.
A - ( B + C ) = Aminas primarias y secundarias
DETERMINACION DE NITRITOS Y NITRATOS
La reacción de Griess-Ilosva se utiliza para dosar nitritos:
Como el color de la solución va en aumento, está normalizado el tiempo al que se debe hacer la
lectura especrofotométrica.
Para altas concentraciones de NO2
-
obtenida antes de pasar la muestra por columna de cadmio.
DETERMINACION DE AMONIACO
Suele hacerse una colorimetría con el reactivo de Nessler:
-
OH
2 NH2 + 2 (HgI2.2IK) 2 IK + NH4I + I3Hg2NH2
-------castaño--------
El color resultante se compara contra soluciones patrones o se mide espectrofotométricamente.
Análisis Bromatológico – ORT 23
HIDRATOS DE CARBONO
Los hidratos de carbono son los constituyentes más abundantes y ampliamente distribuidos de los
alimentos.
En plantas y animales hay monosacáridos desde triosas hasta heptulosas, paro la gran mayoría están
en cantidades del orden de trazas. Algunos de éstos son importantes en el metabolismo, pero rara vez lo son
en el análisis de alimentos. Los de importancia en nutrición, composición y análisis de alimentos son pocos.
D-glucosa (dextrosa)
Hexosas D-fructosa (levulosa)
Monosacáridos D-manosa
D-galactosa
Pentosas L-arabinosa
Los más abundantes son glucosa y fructosa que se encuentras especialmente en frutas y miel aunque
también están ampliamente distribuidos en plantas y animales, libres y combinados. De menor importancia
son los restantes: Los tres son componentes de polisacáridos y galactosa también forma parte de lactosa.
Galactosa y manosa difícilmente se encuentren libres.
sacarosa
Disacáridos lactosa
maltosa
Oligosacáridos celobiosa
Trisacáridos rafinosa
Entre los oligosacáridos se destaca la sacarosa por su amplia distribución y abundancia. Se la
encuentra principalmente en frutos, miel, caña de azúcar, remolacha azucarera. Lactosa sólo está en la leche
de casi todos los mamíferos. Maltosa y celobiosa son productos de degradación enzimática de los
oligosacáridos almidón y celulosa, respectivamente. Rafinosa se halla especialmente en raíces y tubérculos.
Los polisacáridos de importancia en alimentos pueden dividirse en dos amplios grupos:
Celulosa Almidón
Estructurales Nutrientes
Hemicelulosas Glucógeno
Los estructurales forman parte de las estructuras rígidas de las plantas.
Las hemicelulosass son heteropolisacáridos de naturaleza y composición diversas que pueden estar
formados por 2 a 4 azúcares diferentes.
Almidón y glucógeno forman parte de la reserva metabólica de vegetales y animales,
respectivamente.
MÉTODOS DE ANALISIS DE HIDRATOS DE CARBONOS
MÉTODOS FISICOQUÍMICOS
a) Refractometría
b) Densimetría
c) Polarimetría
Análisis Bromatológico – ORT 24
Refractometría
El índice de refracción de una solución de azúcar tiene relación directa con la concentración (p/v).
Dentro de cierto rango la relación es lineal, pero existen tablas que relacionan ambos valores en un rango más
amplio.
Los índices de refracción de los azúcares son bastante similares, de modo que aún en una mezcla es
posible conocer con bastante exactitud la concentración de azúcares en una solución.
La refractometría en un método rápido y sencillo que se utiliza en la industria especialmente para
control de elaboración en la planta. La expresión de resultados es arbitraria: en un azúcar o en sólidos
solubles. El uso principal es comparativo.
Densimetría
Tiene las mismas características que la refractometría. Industrialmente los resultados se expresan en
“°Brix” , escala que indica el % en peso de sacarosa en la solución a una temperatura prefijada (17,5°C).
Polarimetría
Por ser los hidratos de carbono sustancias óptimamente activas, se puede utilizar este método para su
dopaje en solución.
Esquemáticamente los elementos fundamentales de un polarímetro son:
D
B A F C E
A (POLARIZADOR): Es un prisma de Nicol que polariza la luz monocromática proveniente de la
fuente luminosa B.
C (ANALIZADOR): Es un prima de Nicol giratorio unido a un disco (D) dividido en grados y
fracciones.
Se considera que ambos prismas están cruzados cuando el observador (E) no ve la luz.
La muestra en solución (tubo F) se coloca entre ambos prismas, Si la sustancia en F tiene actividad
óptica el analizados no estará cruzado con respecto al nuevo plano de polarización y el observador verá luz.
Par cruzar el analizador frente al nuevo plano se lo gira hasta oscuridad.
El ángulo girado (que se lee en D) es la actividad óptica de la sustancia.
Si el giro se realizó hacia la derecha es dextrorrotatoria, en el caso opuesto es levorrotatoria.
Hay muchos modelos de polarímetros adecuados a diferentes usos y de variada precisión; ejemplo:
espectropolarímetros en los que la intensidad de la luz se mide por medio de celdas fotoeléctricas. Los
sacarímetros son polarímetros especialmente diseñados para la medición de concentración de sacarosa pura.
Los tubos en que se coloca la muestra deben cumplir ciertos requisitos.
Los más importantes:
- Extremos paralelos entre sí y perpendiculares al eje del tubo.
- Longitud exacta (la exactitud exigida depende de la precisión del polarímetro).
- Obturadores de cierre de vidrio incoloro, sin tensiones, de actividad óptica nula.
Determinación
Las mediciones polarimétricas son exactas con tal que:
- La solución esté clara e incolora o levemente coloreada.
- La concentración de azúcares esté en el rango óptimo.
- La solución no contenga interferentes óptimamente activos.
-
Análisis Bromatológico – ORT 25
La magnitud de la rotación angular producida por una sustancia ópticamente activa depende de:
1) La naturaleza de la sustancia ópticamente activa.
2) La cantidad de esa sustancia que se encuentre en el camino óptico. Esto depende de:
a) La concentración de la sustancia en la solución.
b) La longitud del camino óptico.
La rotación angular producida por una sustancia ópticamente activa puede expresarse como:
α = k . c . l (1)
donde: c: concentración de la sustancia en la solución (g/ml)
l: longitud del camino óptico (dm)
k: es un coeficiente de proporcionalidad denominado poder rotatorio específico, que se escribe [α].
Este coeficiente no es constante, varía con muchos factores, entre ellos:
3) Longitud de onda de la luz usada.
4) Temperatura.
Para especificar en qué condiciones se realiza la medición se escribe:
[α]T
λ
Habitualmente la medición se hace a 20°C con luz monocromática correspondiente a la línea D del
Na. Entonces se expresa:
[α]20
D
de (1) k= α [α]20
D = α
c l 1 (g/ml). 1 (dm)
Se define el poder rotatorio específico de una sustancia ópticamente activa como la rotación
producida por 1 g de sustancia disuelta en 1 ml de solución a 20°C en un tubo de 1 dm de longitud a la
longitud e onda de la línea D del Na. Expresando la concentración en g/100 ml:
[α]20
D = α = α 100
g/100 ml. x 1(dm) g. x 1(dm)
En los polarímetros clásicos se usan frecuentemente tubos de 2 dm de longitud. En este caso, para
independizarse de 1, se usa ſ, que es el poder rotatorio específico de 1g de sustancia en 100 ml de solución en
un tubo de 2 dm.
[α]20
D = ρ x 100 ρ = [α]20
D
(1 g/100 ml) x 2dm 50
Factores que inciden en el poder rotatorio específico
1) Concentración de la sustancia ópticamente activa. Las variaciones dependen del azúcar. Ejemplo:
% Sacarosa Glucosa Maltosa Fructosa Lactosa
Azúcar
Invertido
5 66.50 52.60 138.4 -89.4 52.55 -1.98
10 66.50 52.75 138.3 -90.7 “ -2.00
15 66.55 52.90 138.2 -92.0 “ -2.02
20 66.55 53.10 138.1 -93.3 “ -2.03
30 66.50 53.50 137.9 -95.9 “ -
40 66.35 54.05 - -98.4 “ -
50 66.10 54.75 - - “ -
Algunos como fructosa, varían mucho, otros como lactosa se mantienen constantes en un amplio
rango de variación de la concentración. Libros especializados proveen tablas y fórmulas para conocer el valor
correcto de [α]20
D según la concentración de trabajo. Los valores tabulados en manuales y libros generales
corresponden a una concentración de aproximadamente 10%. Si hay más de un azúcar presente la
concentración considerada es la de los azúcares totales.
Análisis Bromatológico – ORT 26
2) Temperatura. También en este caso el efecto es diferente según el azúcar. Algunos [α] sufren modificación
importante al variar la temperatura, ej. fructosa, otros se mantienen prácticamente constantes en rangos tan
amplios como 20 a 100°C, ej. glucosa. También en este caso hay tablas de [α] para los distintos azúcares
según la temperatura. Para pequeñas diferencias de temperatura puede aplicase la siguiente fórmula:
[α]T
D = [α]20
D + γ ( T - 20 )
donde γ es el coeficiente de variación del ángulo de rotación por g de sustancia óptimamente activa y por ° de
temperatura para el azúcar correspondiente. Para algunos azúcares γ varía con la concentración.
3) Solvente. La rotación específica varía con el solvente en distinto grado de azúcar. De modo que si no se usa
una solución acuosa, como es lo habitual, debe especificarse que solvente se usó y utilizarse para el cálculo el
[α] correspondiente.
4) Sustancias no óptimamente activas.
-Sales tales como cloruros, nitratos, sulfatos, fosfatos, acetatos y citratos alcalinos y algunos alcalinotérreos,
así como algunos ácidos (p. ej. HCl), producen modificaciones en el [α]20
D (generalmente disminución). El
efecto se debe, probablemente, a su alto grado de solvatación, que se asemejaría a un aumento en la
concentración de azúcar.
- Los hidróxidos alcalinos y alcalinotérreos y las sales de reacción alcalina producen disminución del [α]20
D
de la mayoría de los azúcares por reordenamientos en la molécula y formación de complejos azúcar-álcali
8reacciones químicas).
- Los ácidos y sales ácidas afectan a los disacáridos produciendo hidrólisis en distinto grado.
La magnitud del efecto depende de la naturaleza y concentración de las sustancias o óptimamente activas.
5) Mutarrotación. Algunos azúcares (ej. glucosa) tienen dos formas estereoisómeras de distinta actividad
rotatoria. Sólo una de ellas se separa por cristalización. En solución el poder rotatorio varía hasta alcanzar el
equilibrio. A fin de obtener resultados reproducibles la medición debe realizarse después de alcanzado este
punto. Esto requiere esperar varias horas o aplicar uno de los siguientes métodos: hervir la solución unos
minutos (desaconsejable por posibles modificaciones en los azúcares) o agregar una gota de amoníaco o unos
cristales de carbonato de sodio. En cualquiera de esta formas se alcanza el equilibrio instantáneamente.
Métodos polarimétricos para análisis de azúcares en presencia de otras sustancias óptimamente activas.
Hidrólisis ácida o enzimática, según convenga (la hidrólisis ácido es menos selectiva). Se aplica
cuando el azúcar a dosar es un disacárido. Se mide antes y después de hidrólisis. Ej. Sacarosa en presencia de
monosacáridos:
Antes de hidrólisis sacarosa + monosacáridos L1 = cs . ρs + Lm
Donde:
L: lectura polarimétrica
c: concentración (g/100ml)
s: sacarosa
m: monosacáridos
Después de hidrólisis azúcar invertido + monosacáridos L2 = cai . ρ ai + Lm
L2 - L1 = cai . ρai - cs . ρs (1)
La relación entre las concentraciones de un disacárido y su producto de hidrólisis es la relación de
sus pesos moleculares:
cai = 2 x 180 = 1,053 cai = 1,053 cs
cs 342
quedando la ecuación (1)
L2 - L1 = cs (1,053 ρai - ρs) cs = L2 - L1 .
1,053 ρai - ρs
Análisis Bromatológico – ORT 27
Variación de temperatura. Sirve para dosar un azúcar cuyo [α]T
D varía con la temperatura. Según la
ecuación de variación del poder rotatorio específico con la temperatura:
[α]T
D = [α]20
D + γ ( T - 20 )
Sacando γ de tablas
LT = L20 + γ g ( T - 20 ) g = LT - L20 .
γ ( T - 20 )
Considerando que la L de las otras sustancias óptimamente activas al no variar con la temperatura:
L´T - L´20 = 0
La fructosa es bastante interesante porque a una temperatura entre 85 y 90 °C (según la
concentración) tiene el mismo [α]D que la glucosa, pero de signo opuesto. A esa temperatura el [α]D del azúcar
invertido es 0. Para trabajos de rutina se toma 87 °C como temperatura de anulación.
Polarización después de fermentación específica por levaduras.
Se usan levaduras específicas para fermentar los azúcares cuyo dopaje no interesa. Es un método
delicado ya que las cepas de levadura deben estar muy puras.
Destrucción de la actividad óptica de azúcares reductores.
Por calentamiento con Ba(OH)2 o etilendiamina se destruyen los azúcares reductores, dosándose
posteriormente los no reductores (ej. sacarosa) por polarimetría.
Resolución de mezclas de azúcares por polarimetría.
El número de ecuaciones independientes debe ser igual al número de azúcares a dosar en la mezcla.
Para conseguir estas ecuaciones es necesario producir alguna modificación en el sistema. Ejemplos:
a) glucosa (x) + sacarosa (y) hidrólisis ácida
L1 = x ρx + y ρy
L2 = x ρx + y . 1,053 ρai
b) lactosa (x) + sacarosa (y) hidrólisis enzimática con invertasa
L1 = x ρx + y ρy
L2 = x ρx + y . 1,053 ρai
c) maltosa (x) + sacarosa (y) hidrólisis ácida y polarización después de inversión a
87°C
L1 = x ρx + y ρy
L2 = x 1,053 ρglu
METODOS QUIMICOS POR OXIDACION
1. Con CuSO4 en medio alcalino
2. Con K3Fe(CN)6 en medio alcalino
3. Yodometría de aldosas
4. Cerimetría
Análisis Bromatológico – ORT 28
1) Oxidación con CuSO4 en medio alcalino
Probablemente no hoy otro método analítico que se haya usado con tantas modificaciones como éste.
La reacción básica fue propuesta por Trommer en 1841. La modificación que actualmente se usa es la de
Fehling-Soxhlet.
Cuando cualquier monosacárido es sometido a la acción de un medio alcalino ocurren
isomerizaciones a través de l a formación de 1,2-enodioles.
La composición final de la mezcla depende del azúcar inicial y de la concentración y naturaleza del
álcali, Si el contacto sigue, hay corrimiento de la doble ligadura formándose los 2,3 y 3,4-enodioles.
En presencia de un agente oxidante como el CuSO4, los enedioles, fuertemente reductores, reducen el
Cu++
formándose Cu2O insoluble con ruptura de los enedioles por la doble ligadura. Los posibles productos
de oxidación son, entonces, muchos:
además de los ácidos glucónicos correspondientes. Los productos de ruptura pueden, a su vez, enolizarse y
oxidarse. Se tiene así un sistema complejo de enolizaciones y oxidaciones simultáneas. La reacción no es
estequiométrica.
Los productos de oxidación de azúcares son variables, y por lo tanto, también la cantidad de Cu++
que se reduce según la temperatura de reacción, el tiempo de contacto y la naturaleza y concentración del
álcali. Para obtener resultados reproducibles en necesario normalizar las condiciones.
Los azúcares dosables por este método se denominan reductores: son los que poseen el carbonilo
libre. Lo son todos los monosacáridos y algunos oligosacáridos, tales como maltosa, lactosa y celobiosa. No
lo son sacarosa y rafinosa.
Como el Cu++
en medio alcalino precipita como CuO, se agrega a los dos reactivos principales un
complejante sque mantenga el Cu++
en solución. El más usado es el tartrato de sodio y potasio que forma con
Cu++
el ino cupritartrato, el que una vez neutralizado es soluble. Este reactivo (CuSO4 + tartrato de sodio y
potasio + NaOH en exceso) es conocido como el de Fehling-Soxhlet.
Normalización
1) Naturaleza y concentración de álcali
Para monosacáridos NaOH e KOH son equivalentes. Para disacáridos no.
El más usado es el NaOH debido a que las características del precipitado de Cu2O son mejores
cuando se usa este álcali.
Suele usarse también Na2CO3, NaHCO3 y su mezcla cuando se requiere un medio alcalino más
suave, por ejemplo para muestras con elevado contenido de sacarosa, azúcar no reductor que en medio
alcalino fuerte puede sufrir reordenamiento y adquirir poder reductor.
Los resultados obtenidos con los distintos álcalis son diferentes por lo que se importante saber que
medio se usó.
La variación de la más de Cu2O con la concentración de NaOH puede representase así:
Cu2O
1.6N [NaOH]
Por lo que es importante usar la concentración de álcali prefijada para obtener resultados reproducibles.
2) Temperatura.
La velocidad de reacción aumenta con la temperatura llegando a un máximo a 80°C. Por razones
prácticas se utiliza la temperatura de ebullición, fácil de reproducir y mantener.
3) Tiempo de reacción.
Comprende el tiempo que se necesita para alcanzar la temperatura de ebullición y el de reacción a
esa temperatura. Ambos se fijan previamente.
Valoración
Siendo tantos y tan diversos los productos formados por oxidación de azúcar, lo más práctico es
valorar el Cu2O formado o medir la cantidad de solución de azúcar necesaria para reducir todo el Cu2+
.
Análisis Bromatológico – ORT 29
Métodos volumétricos
-En Argentina, la Dirección Nacional de Química usa una modificación del Fehling:
Fehling-Causse-Bonnans, en que al reactivo clásico se agrega K4Fe(CN)6 para mantener el Cu+
en
solución. Se titula el reactivo a ebullición con la solución de azúcar. Para sensibilizar el punto final se
adiciona azul de metileno cerca del mismo.
En este método el tiempo de reacción está determinado por la velocidad de agregado de la solución al
reactivo. Para fijar esta velocidad se titula previamente el reactivo con solución patrón del azúcar en que se
expresarán los resultados, regulándose el goteo de modo de consumir la cantidad prefijada por el método, de
solución de azúcar. La valoración de la muestra se realiza a la misma velocidad (utilizando la misma bureta).
El cálculo se basa en la comparación con la solución patrón. El volumen gastado debe ser cercano al usado
con el patrón para que los resultados sean válidos.
-El método volumétrico más importante es el de Laney Eynon. También en este caso se titula el
reactivo con la muestra, pero agregando casi todo el volumen a temperatura ambiente. Esto mejora la
reproducibilidad de los resultados. El cálculo de la concentración se hace recurriendo a la tabla
correspondiente al método.
Métodos gravimétricos
Se agrupan en este rubro todos los métodos en que la medición se realiza sobre el precipitado de
Cu2O, aunque no se utilice gravimetría.
El más directo y muy utilizado es el Munson y Walter, en que se recoge el precipitado de Cu2O en un
crisol de Gooch tarado que se pesa una vez seco. Para calcular la concentración de azúcar se recurre a la tabla
del método en que de la masa de Cu2O precipitada se obtiene la masa de azúcar original. La tabla está
dividida en varias columnas que corresponden a diferentes azúcares, ya que masas iguales de distintos
azúcares precipitan diferentes cantidades de Cu2O. Un esquema de la tabla es:
Cu2O mg glucosa azúcar invertido Azúcar invertido + sacarosa
x mg sac y mg sac z mg sac
lactosa Lactosa + sacarosa
10
12
14
16
18
Si hay más de un azúcar en un azúcar en la solución los resultados pueden expresarse en el que está
en mayor proporción o elegir uno arbitrariamente ya sea que este o no presente. Generalmente los azúcares
reductores se expresan en glucosa. Este método es bastante exacto si el precipitado de Cu2O está bastante
puro. Si en el precipitado hay impurezas en cantidades no despreciables este método sirve.
Si las impurezas son de naturaleza orgánica pueden eliminarse por calcinación del precipitado con
oxidación del Cu2O a CuO. No conviene utilizar este compuesto directamente para la valoración porque es
higroscópico y, además, la oxidación del Cu2O no siempre es completa. Entonces se reduce en corriente de H2
a Cu0
, que se pesa
Calcin. H2
Cu2O CuO Cu° pesada
(0) (red)
Si no hay impurezas orgánicas puede disolverse el precipitado en HNO3 que lo oxida a Cu2+
, el que
puede valorarse por yodometría o por complejometría con EDTA usando murexida u otro indicador apropiado
o por deposición electrolítica (reducción a Cu0
que se pesa).
Análisis Bromatológico – ORT 30
Cu2O + Fe2+
H+
Cu2+
+ Fe2+
Fe2+
+ MnO4
-
Fe3+
+ Mn2+
También puede utilizarse el método de Bertrand disolviendo el precipitado de Cu2O en solución de
Fe2 (SO4)3 en medio ácido. El Fe2+
formado se valora con KMnO4.
Para pequeñas cantidades de
azúcar es más apropiado el método Shaffer-Somogyi, porque ó se separa el precipitado de Cu2O por filtración
como en los métodos anteriores sino que se disuelve y ocurre la reacción en el mismo recipiente. La reacción
transcurre en medio CO3
2-
/CO3H-
y el reactivo contiene KIO3. Una vez transcurrida la reacción principal:
se acidifica la solución y agrega K2C2O4 y KI (el K2C2O4 compleja al Cu2+
en exceso). En medio ácidos e
genera I2 por reacción entre IO3
-
y I-
:
El I2 reacciona con el Cu+
:
valorándose el exceso de I2 con S2O3
2-
. Para saber que cantidad de I2 reaccionó, es necesario conocer
exactamente la concentración de KIO3 (patrón) en la solución inicia lo realizar un blanco paralelo.
Estos son los métodos más usados, aunque hay otras modificaciones: por ejemplo, el uso de citrato
en lugar de tartrato como complejante de Cu2+
; Na2CO3 en vez de NaOH como medio alcalino; el método de
Sichert Bleyer usa Cu(AcO)2 en vez de CuSO4 para diferenciar mono y disacáridos ya que estos no son
oxidados apreciablemente por el reactivo.
En cada método se indica cual es l atabla a utilizar para la cuantificación.
Oxidación con K3Fe(CN)6 en medio alcalino
El fundamento de este método es igual al anterior. El agente oxidante es, en este caso, K3Fe(CN)6 y
el medio alcalino lo da el Na2CO3.
La reacción no es estequiométrica, el método está rigurosamente normalizado y para el cálculo se
recurre a la tablar respectiva.
Fe(CN)6
3-
+ azúcar Fe(CN)6
4-
+ productos de oxidación
IO3
-
+ I-
I2
Cu+
+ I2 ( I2 + S2O3
2-
I-
+ S4O6
2-
)
Cu2O
HNO3
Cu2-
I-
EDTA
Complejo
Cu0
pesada
deposición
electrolítica
Azúcar + Cu2+
½ alcalino
Cu2O + productos de oxidación
I2 + Cu+
I-
+ Cu2+
Na2CO3
Análisis Bromatológico – ORT 31
Se puede valorar el exceso de Fe(CN)6
3-
ó el Fe(CN)6
4-
formado. Un ejemplo de esto último es la
valoración como azul de Prusia. Pero son más usados los métodos en que se valora el exceso de Fe(CN)6
3-
. El
más importante es el que usa KI:
La reacción transcurre en presencia de Zn2+
que forma un complejo con el Fe(CN)6
4-,
el que precipita
volcando el equilibrio de la reacción hacia la derecha. El I2 formado se titula con Na2S2O3.
La ventaja del ferricianuro con respecto al del cúprico es que todas las reacciones ocurren ene l
mismo recipiente y que el ferrocianuro formado es más estable que el Cu2O., por lo tanto, la reacción es
reproducible y adecuad apara determinaciones de rutina. La desventaja es que no es un método tan específico
como el del Cu+2
ya que el ferricianuro pude ser reducido poro tras sustancias además de azúcares. Es
especialmente utilizado para dosaje de pequeñas cantidades de maltosa en hidrolizados de almidón., inclusive
en la determinación de actividad diastásica en harinas.
Yodometría de aldosas
Se basa en la oxidación de aldosas con NaIO proveniente del a reacción entre I2 e NaOH. La reacción
es prácticamente estequeométrica y cuantitativa si ser espetan las condiciones fijadas. La interferencia de
cetosas es mínima. La secuencia de reacciones es:
I2 + 2 NaOH NaIO + NaI + H2O
RCHO + NaIO + NaOH RCOONa + NaI + H2O
Una vez transcurrida la reacción principal, se acidifica el medio y el NaIO en exceso vuelve a formar I2
NaIO + NaI + H2SO4 I2 + Na2SO4 + H2O
El I2 se titular con S2O3
-2
. Paralelamente se realiza un blanco con los reactivos para conocer la
cantidad original de I2. Este ese el único medio posible debido a la inestabilidad de las soluciones de I2 que
impide conocer su concentración exacta.
Para valorar aldosas pro este método es necesario que no estén presentes sustancias que puedan
reacciona con I2, ejemplo, etanol, acetona, manitos, glucosa, lactosa, urea, formiato, etc.
Las condiciones a respetar son:
-Las soluciones de I2 e NaOH deben conservarse en frascos distintos y agregarse directamente a la muestra. Si
se mezclan previamente ocurre:
3 NaIO NaIO3 + 2 NaI
NaIO3 no oxida al os azúcares. Una pequeña cantidad de NaIO3 no molesta porque el acidificador
vuelve a formar I2
NaIO3 + 5 NaI + 3 H2SO4 3 I2 + 3 Na2SO4 + 3 H2O
El riesgo al mezclar previamente las soluciones es la formación de una cantidad importante de iodato con la
consiguiente pérdida de NaIO activo.
-Las cantidades de I2 e NaOH deben estar en relación estequiométrica. Si el I2 está en exceso hay riesgo de
oxidación de grupos alcohólicos terminales (error por exceso). Si ese l álcali el que está en exceso puede
haber parcial reordenamiento de cetosas (error por exceso). Esta última reacción es rápida por lo que
conviene, además, agregar el I2 en primer término para que en ningún momento esté el álcali en exceso.
Pueden evitarse muchos de los inconvenientes del método utilizando cloramina T y KI como reactivos.
2 K3Fe(CN)6 + 2 KI 2 K4Fe(CN)6 + I2
Análisis Bromatológico – ORT 32
En medio débilmente alcalino la cloramina T libera NaClO el que por reacción con KI da KIO, que es el
agente oxidante
La oxidación de aldosas procede lentamente y se minimiza el peligro de las reacciones laterales.
Cerimetría
Los métodos perimétricos son de dos tipos:
-Titulación de azúcares reductores con Ce(ClO4)4 usando nitroferroína como indicador.
-Ebullición con Ce(SO4)2 en H2SO4 diluído y titulación del exceso de Ce4+
por retorno con sales de Fe2+
En estas condiciones:
Glucosa ------------------ HCOOH
Fructosa------------------ HCOOH + CO2
Si se agregan iones Cr5+
también la glucosa libera CO2.
Resolución de mezclas de azúcares
Para resolver, al menos teóricamente, mezclas de azúcares pueden combinarse varios métodos de
modo de lograr el número de ecuaciones independientes requerido por el número de azúcares a valorar. En la
práctica, no siempre es posible resolverlo en forma tan simple. Veremos en un ejemplo laposible combinación
de polarimetría, yodometría de aldosas y un método de oxidación con Cu2+
.
Glucosa (x) + Maltosa (y) + Sacarosa (z)
Las ecuaciones que pueden plantearse son:
P1 = x * ſx + y * ſy + z * ſz
H+
) P2 = x * ſx + y * 1,053 * ſglu + z * 1,053 * ſai
H+
) T= 87° P3 = x * ſx + y * 1,053 * ſglu
I1 = x + PMx / PMy * y (1)
H+
) I2= x + 1,053 * y + ½ * 1,053 * z (2)
F1= x + y (3)
H+
) F2 = x + 1,053 * y + 1,053 * z
1. Es necesario multiplicar “y” por la relación de PM ya que la mása de la glucosa y maltosa que
reaccionan con un mol de yodo depende de sus respectivos pesos moleculares.
2. Después de hidrólisis de sacarosa reacciona con yodo sólo la glucosa.
3. Esta ecuación no tiene utilidad práctica ya que las masas de CuO2 generadas por un monosacárido y
un disacárido son muy diferentes lo que impide todo cálculo. Si bien después de inversión hay
diferentes monosacáridos presentes el error es mucho menor (si bien persiste) porque las masas de
CuO2 generadas por distintos monosacáridos no son demasiado diferentes.
De todos modos, la aplicación de estas fórmulas para resolver mezclas de varios azúcares no es posible
en la práctica porque la acumulación de errores experimentales hace que los resultados obtenidos carezcan de
validez.
METODOS COLORIMÉTRICOS
NaClO + KI NaCl + KIO
Ce4+
+ Fe2+
Fe3+
+ Ce2+
Análisis Bromatológico – ORT 33
Entre los numerosos métodos colorimétricos para análisis cuali y cuantitativo de azúcares, los más
usados son los de antrona/H2SO4 y fenol/ H2SO4.
Ambos se basan en la formación de una sustancia coloreada por reacción de productos de
deshidratación de azúcares formados por la acción de ácido sulfúrico concentrado con alguno de los reactivos
mencionados.
Pueden ser usados para detección cualitativa de azúcares en microcantidades y en cromatografía, y
para dosaje cuantitativo.
Fenol da color azul con prácticamente todos los azúcares, incluyendo algunos derivados. Antrona da
color azul verdoso con algunos azúcares, especialmente hexosas.
METODOS ENZIMATICOS
Un inconveniente de los métodos vistos hasta ahora es la falta de especificidad para el dosaje de
azúcares en particular. Esto puede lograrse con métodos enzimáticos.
Ventajas: especificidad por su capacidad para reaccionar con un componente individual en una
mezcla. Esto evita separaciones trabajosas y prolongadas. Sensibilidad que permite el dosaje de bajas
concentraciones y el uso de pequeñas cantidades de muestra; condiciones suaves de reacción que permiten el
dosaje exacto de sustancias lábiles.
Inconvenientes: presencia de contaminantes en la muestra pueden inhibir la enzima, así como de
inhibidores competitivos (de estructura similar a la de la enzima pero sin actividad biológica); la pureza de la
enzima es crucial; la inestabilidad de la enzima si no se la usa y mantiene en condiciones apropiadas.
El uso de enzimas en el análisis de alimentos fue limitado hasta hace 20-25 años por la dificultad de
preparación de las enzimas y el elevado costo de las enzimas purificadas. Actualmente, se desarrollaron
nuevos métodos que facilitan el uso de las enzimas purificadas y el costo se ha visto reducido por la
preparación de enzimas inmovilizadas.
Algunos ejemplos de su uso en la valoración de azúcares:
- Glucosa:
Glucosa + H2O + O2
glucosa oxidasa
ácido glucónico + H2O2
H2O2 + leuco-cromogeno peroxidasa
cromógeno + H2O
Glucosa + fructosa:
Glucosa + ATP hexoquinasa
glucosa-6-P + ADP
Fructosa + ATP hexoquinasa
fructosa-6-P + ADP
Glucosa-6-P + NADP+ glucosa-6-P dehidrogenasa
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  • 1. Introducción a la Bromatología Análisis Bromatológico INSTITUTO DE TECNOLOGÍA ORT 2009
  • 2. Análisis Bromatológico – ORT 1 ANALISIS BROMATOLOGICO TOMA DE MUESTRA La muestra de alimento que se somete al análisis debe estar correctamente preparada y ser representativa del lote que se inspecciona. Por lo tanto se tendrán en cuenta los siguientes recaudos: - Toma de la muestra representativa del lote de partida: se hace al azar según normas existentes para el producto en cuestión, extrayendo la cantidad suficiente para la realización de todos los análisis. El procedimiento es diferente según el alimento se encuentre fraccionado (en latas, cajas, botellas) o dispuesto a granel (en silos, tanques, bodegas de buques). Puede servir el sistema de cuarteo o el de numeración de lotes y uso de bolillero, pero se dan casos más complicados en lo que se necesita planes de muestreo especiales (por ejemplo: toma de muestras de aceites que presentan sedimentos y están alojados en camiones-tanque de sección transversal elíptica o circular). - Rotulación de muestra: debe hacerse inmediatamente, dejando constancia del Nº de la partida, procedencia, cantidad tomada y fecha. (Muestras oficiales y contra muestras usadas en peritajes, deben sellarse para que no puedan ser abiertas subrepticiamente.). - Evitar alteraciones físicas , químicas y biológicas: por ejemplo: ruptura de emulsiones, oxidaciones, cambios enzimáticos y proliferación microbiana, antes y durante el análisis. Es por esto que las carnes y verduras deben mantenerse refrigeradas, los productos grasos protegidos del aire y de la luz y las leches tienen que ser analizadas en el día, por ser alimentos altamente perecederos. PREPARACION DE LA SUBMUESTRA PARA EL ANALISIS. No existe una técnica general. Algunas ideas son las siguientes: - Alimentos duros (ciertos quesos, chocolates) que no tienen estructura celular se rallan finalmente. - Alimentos con estructura celular y bajo contenido acuoso (por ejemplo: granos) Se muelen en molinillos eléctricos y el polvo resultante se mezcla en un mortero. Si es necesario se tamiza por mallas de distinta luz para hacer una separación según tamaño de partícula. Durante la molienda no debe subir la temperatura significativamente y se evitara perder partículas muy finamente divididas. - Alimentos con estructura celular y alto contenido acuoso (carnes y vegetales) se deben pasar, por lo menos, dos veces por una maquina trituradora (destrucción de la células y liberación de componentes) Se mezcla toda la muestra, incluyendo los jugos exudados, en un mortero. - Alimentos con partículas en suspensión (jugos de frutas, sopas, salsas) se homogeneizan agitándolos a alta velocidad. - Productos grasos (mantecas, mayonesas) se funden a no más de 45ºC. Si a esa temperatura se observan partículas que enturbian al alimento, se los filtra a través de un embudo termostatizado, cuidando no romper la emulsión. TAMAÑO DE LA SUBMUESTRA QUE SE SOMETA AL ANALISIS. Depende, fundamentalmente, de la homogeneidad del producto. Muestras poco homogéneas (ej: carnes picadas) requieren técnicas macroquímicas y masas más grandes en las pesadas, para que resulten representativas. No ocurre lo mismo con alimentos homogéneos tales como leches, harinas y jaleas. PRECISION Y EXACTITUD REQUERIDA. El número de análisis que es necesario efectuar para lograr un resultado confiable depende de la homogeneidad del producto y de la precisión o repetibilidad de la técnica aplicada. Puede bastar un duplicado o necesitarse una replicación mayor. En cuanto a la exactitud requerida, es función de la finalidad del trabajo: si se realizan controles rutinarios suele sacrificarse exactitud por rapidez (por ej.: en la recepción de leche de una usina láctea) puesto que solo interesa saber si la propiedad medida cae dentro de ciertos limites o “rangos de tolerancia”.
  • 3. Análisis Bromatológico – ORT 2 CONTROL DE CARACTERISTICAS SENSORIALES. Cada alimento posee un color, olor, gusto, forma y tamaño que lo caracterizan. Modificaciones en estas propiedades pueden indicar una mala elaboración, alteraciones, sustituciones de materias primas, etc. En más de una oportunidad, alimentos argentinos han sido rechazados en mercados externos por no cumplir las normas sensoriales especificadas en los contratos previos. Existen dos metodologías para el estudio de la calidad sensorial: 1- Evaluaciones subjetivas: Realizadas por un experto o, preferiblemente, por un conjunto de personas (panel adiestrado) que juzga la propiedad en cuestión a través de sus sentidos. 2- Determinaciones objetivas: de naturaleza física o química, cuyos resultados son independientes de la apreciación del operador. 3- Las evaluaciones subjetivas (o “análisis sensoriales”) resultan largas, cansadoras y poco precisas, pero reflejan bien la opinión de los consumidores. Las determinaciones objetivas son especialmente apropiadas para controles rutinarios pues no causan fatiga, son más sencillas, rápidas y precisas. CONTROLES DE COLOR. Las sustancias que confieren color a los alimentos son: A- Componentes naturalmente presentes en la materia prima (clorofilas, carotenos, antocianos, flavonoides, mioglobinas). B- Aditivos colorantes que se agregan de acuerdo a la legislación vigente. C- Sustancias originadas durante la elaboración o almacenamiento del producto, por reacciones de pardeo o de curado. Los controles objetivos de color se realizan utilizando espectrofotómetros y colorímetros diferenciales, especialmente diseñados para expresar el color a través de tres números relacionados con los primarios que lo componen. El análisis sensorial se basa en comparaciones visuales contra colores patrones pintados en vidrios, cartones o modelos de cera. CONTROL DE TEXTURA. La textura de un alimento depende de las características estructurales que posee. Es resultado de la disposición e interpretación de las partículas o células que lo componen, incluyendo a los productos con estructura celular (carnes, verduras , frutas) y a las que no la poseen ( harinas, mieles. leches, vinos, mantecas, jaleas, etc.). Hay muchísimos tipos de texturas, si bien pueden reducirse a cuatro grandes grupos (alimentos líquidos, sólidos, plásticos y viscoelásticos). El principio que rige todo estudio o control de texturas se basa en aplicar fuerzas de deformación al alimento y medir la resistencia que este opone. Para ello se cuenta con prensas, émbolos, cuchillos, cizallas, etc. CONTROL DE GUSTO. Los gustos principales (salado, ácido, dulce y amargo) son conferidos por diversos tipos de sustancias (sales, ácidos orgánicos, azúcares, péptidos, alcaloides, glucósidos, etc) el control objetivo se encara, generalmente, a través de análisis químicos específicos para el componente que origina el gusto estudiado. CONTROL DE OLOR. Es el más complejo de todos los análisis porque intervienen muchísimos componentes simultáneamente, están en muy bajas concentraciones, se pierden fácilmente e interaccionan entre ellos. El control objetivo se realiza analizando el vapor de “cabeza” del alimento en un cromatógrafo de gases. DEFINICION DE FLAVOR. Como la nariz y la boca se encuentran conectadas por la faringe, al comer un alimento se mezclan gustos, olores y otras sensaciones bucales receptadas por el nervio trigémino. Al conjunto de sensaciones gustativas, olfativas y táctiles (irritación, astringencia, calor, frio) que se perciben al paladear un alimento, se le llama flavor. Esta sensación, sumamente compleja, sólo puede estudiarse a través del análisis sensorial realizado por expertos.
  • 4. Análisis Bromatológico – ORT 3 CONTROLES DE TAMAÑO, FORMA Y DEFECTOS. Son bastante sencillos. Se suelen medir diámetros, longitudes, áreas y curvaturas o se realizan contajes de unidades rotas, quebradas, manchadas, etc. Pueden utilizarse reglas, planímetros, calibres, lupas, dispositivos “pasa no pasa” con orificios adecuados, microscopios, etc. C.A.A. (Código Alimentario Argentino). Salvo algunas especificaciones concretas sobre tamaño y defectos, solo exige colores, texturas, olores y gustos “normales” en los alimentos. Sin agregar ninguna aclaración al respecto. Deja así en manos del elaborador la responsabilidad de establecer y mantener una determinada calidad sensorial. METODOS ANALITICOS DE USO GENERAL. La complejidad que se advierte en los análisis bromatológicos se debe fundamentalmente al hecho de que los alimentos son materiales biológicos con sistemas enzimáticos y cargas microbianas que afectan su estabilidad en mayor o menor grado. Estos productos, además, se caracterizan por presenta una gran variabilidad en su composición. Factores tales como suelo, clima, grado de maduración, especie, raza, edad, alimentación, etc. Influyen en la materia prima vegetal o animal y, por lo tanto, en el producto final. Es por esta razón que no existen constantes físicas ni químicas para un determinado tipo de alimento, sólo pueden especificarse rangos de variación de las distintas propiedades. Por ejemplo: rango de difusión, rango de índice de yodo, rango de contenido acuoso. A continuación se presentan los métodos comúnmente empleados en el análisis de alimentos, subrayándose los fundamentos y aplicaciones de cada uno. Quienes estén interesados en conocer los detalles de realización de las diversas técnicas deberán recurrir a la bibliografía especializada. DETERMINACIONES FISICAS. 1) DENSIDAD Se determina para controlar la genuinidad de productos generalmente líquidos (leche, vinos, aceites, etc. Ej.: densidad de leches a 15ºC δ = 1.028-1.035) y como índice de concentración de soluciones, siempre que se cuente con una tabla o gráfico de correlación (ej.: soluciones azucaradas o alcohólicas). Se suele informar como “densidad relativa” utilizando un liquido de referencia, que casi siempre es agua. Por ejemplo la expresión densidad (15/4)=1.030 significa que se ha determinado la densidad del producto a la temperatura de 15ºC y se la divide por la del agua a 4ºC. Para errores de más menos 0.001 en la densidad, el control de la temperatura debe estar dentro del +/- 1ºC. TECNICAS PARA DETERMINAR LA DENSIDAD DE LOS LIQUIDOS. • PICNOMETRIA: consiste en pesar un volumen conocido del alimento ubicado dentro de un matraz aforado o picnómetro, usualmente de 25 ó 50ml. Algunos cuentan con salida lateral para observar exactamente el enrase y termómetro incorporado. Es una técnica muy exacta pues asegura los resultados en la 4ª cifra decimal. Una fuente común de error es la presencia de burbujas muy pequeñas en el seno del líquido. • BALANZA DE MOHR-WESTPHAL: La determinación se basa en el principio de Arquímedes que establece que le empuje recibido por un cuerpo que se sumerge es igual al peso del líquido desplazado. Requiere mayor volumen de muestra y no se recomienda para alimentos muy viscosos no con alta concentración de componentes volátiles. Es una técnica más rápida que la picnometría y de buena exactitud. Consiste en emplear una balanza que en el extremo de uno de sus brazos tiene colgado un buzo y está perfectamente equilibrado. Cuando el buzo se introduce completamente en la probeta que contiene el líquido a estudiar, se restablece el equilibrio por medio de pesas que dan el valor de la densidad del producto a la temperatura de trabajo. • HIDROMETRIAS: Se trabaja con cuerpos flotantes convenientemente lastrados para el rango de densidad a medir. Esta técnica se basa, también, el principio de Arquímedes: cuanto más se sumerge el flotador menor es la densidad del líquido. Es muy rápida pero es menos exacta que las anteriores,
  • 5. Análisis Bromatológico – ORT 4 y requiere un volumen mayor de muestra (el diámetro de la probeta que contiene la muestra debe ser por lo menos, el doble del diámetro del hidrómetro o flotador). Se trabaja a temperatura normalizada. Ejemplos: los “alcoholímetros” están diseñados para medir concentración de alcohol, por lo que la escala del vástago del flotador da, directamente, el porcentaje de dicho componente. Los “lactodensímetros” tienen una escala numerada de 20 a 40 para cubrir el rango de densidad de las leches. Los “sacarómetros” miden concentración de soluciones azucaradas en escalas Balling o Brix (porcentajes de sacarosa correspondientes a mediciones de densidad hechas a 15ºC o 17.5ºC respectivamente). Las concentraciones de componentes medidas con hidrómetros son sólo aproximaciones. TECNICAS PARA DETERMINAR DENSIDADES DE SOLIDOS: Son menos precisas que las usadas para líquidos debido a la dificultad en medir el volumen del alimento sólido. - INMERSION DE LIQUIDOS: el método se basa en que cuando un sólido ni flota ni se hunde completamente en un líquido, tiene la misma densidad que ese fluido. Se procede colocando la muestra dentro de un recipiente al que se agrega una mezcla de dos líquidos miscibles (por ej.: agua y etanol) que no la disuelven ni la disgreguen. Se van cambiando las proporciones de esa mezcla hasta observar que la muestra se mantiene a una profundidad media. Obviamente, se debe conocer la densidad de la mezcla líquida. Es un método bastante exacto. Otra variante consiste en sumergir la muestra, previamente pesada, en un liquido inerte colocado en una probeta; el volumen del sólido es igual al volumen del líquido desplazado, con lo cual se puede hacer el calculo masa/volumen = densidad. - DENSIDAD APARENTE: en muchos casos (fruta, granos) basta con obtener un valor aproximado de la densidad, sin necesidad de medir exactamente el volumen de la muestra. En el caso de granos de cereales, se procede a llenar con ellos una probeta de 100ml. Y luego pesar ese volumen de granos, haciendo el cálculo m/100 = densidad. Si se trata de frutas pequeñas, se pesa el contenido de un cajón y se divide el volumen de ese cajón. La densidad de un pan puede conocerse, aproximadamente, sumergiendo la muestra, previamente pesada, en una probeta llena de semillitas muy pequeñas (por ej.: nabo); el aumento de volumen en la probeta (V) equivale al de la muestra del pan, por lo tanto δ = m/V. En los tres casos mencionados no se tiene en cuenta el volumen del aire ubicado entre los granos o las frutas, de allí el nombre de densidad “aparente” o “bruta”. 2) INDICE DE REFRACCION. Se mide para estudiar la genuinidad de ciertos alimentos (aceites, mieles) y para efectuar controles rápidos en procesos de elaboración. Por ejemplo, la hidrogenación de un aceite o la concentración de una mermelada se controlan con mediciones refractométricas puesto que hay una relación lineal entre el índice de refracción (IR) y el índice de yodo de un aceite, y entre el IR y la concentración de sólidos solubles en una mermelada. Se trabaja con refractómetros tipo Abbé a temperatura normalizada y sobre soluciones límpidas. En alimentos que presentan materia en suspensión (ej.: puré de tomate) se hace necesaria una previa centrifugación para separar la fase sólida. Si se trata de grasas se procede a fundirlas y se hace la lectura a 40ºC (con equipo termostatizado). Algunos refractómetros tienen una escala sacarométrica que expresa, aproximadamente, el porcentaje de sólidos solubles presentes en soluciones azucaradas ( la escala está calibrada con soluciones de sacarosa pura). 3) RANGO DE FUSION. Se determina para controlar la genuinidad de ciertos productos, especialmente, la de alimentos grasos; sirve también como índice digestibilidad de las grasas, pues ambas propiedades están directamente relacionadas.
  • 6. Análisis Bromatológico – ORT 5 Como las grasas naturales están compuestas por una mezcla de triglicéridos y otras sustancias, no tienen punto de fusión definidos. El C.A.A. especifica temperaturas máximas de fusión del capilar para las diferentes grasas. Se emplea la técnica del capilar o la platina de calentamiento eléctrico gradual. 4) ROTACION OPTICA. Se utiliza para cuantificar sustancias óptimamente activas presentes en los alimentos: aminoácidos, ácidos ( láctico y tartárico), aceites esenciales, azúcares, etc., a partir de la ecuación : ά = ά especifico x 1 x c (a temperatura y longitud de onda normalizado). ά = ángulo de rotación de la luz polarizada; 1= longitud atravesada por la luz; c = concentración de la sustancia activa. El instrumento empleado es un polarímetro con una fuente de luz monocromática. 5) VISCOSIDAD. Se determina en alimentos líquidos o semilíquidos pues su magnitud sirve como: a) Indice de movilidad del alimento (importante en las operaciones de transporte por cañería, filtración y llenado de envases). b) Indice de despolarización de proteínas, almidones y otras macromoléculas. c) Indice de calidad sensorial (la viscosidad es un atributo de la textura) los métodos empleados para medir viscosidades varían según el alimento presente flujo newtoniano (vinos, aceites, soluciones azucaradas) o no newtonianos (sopas, salsas, purés, cremas). Recordemos que en estos últimos los valores de viscosidad varían si se los agita o mueve a mayor o menor velocidad. TECNICAS - FLUJO A TRAVES DE UN TUBO CAPILAR: sirve para alimentos newtonianos de baja viscosidad (ej: viscosímetro Ostwald). Se expresa el resultado en forma relativa o absoluta (ecuación de Poiseulle). - CAIDA DE ESFERA: aplicable a alimentos más viscosos (hasta 3x106 poise), newtonianos o no. Se mide el tiempo que tarda una pequeña esfera, de diámetro y peso estándar, en pasar por dos marcas. Ese tiempo es proporcional a la viscosidad. El resultado se informa como viscosidad relativa a la del agua o, si es aplicable la ecuación de Stokes, como viscosidad absoluta. - METODOS ROTACIONALES: sirven para todo tipo de alimento. Los hay de copa rotante, en los que gira el recipiente que contiene la muestra hasta imprimir un torque en un cilindro interior concéntrico (ej.: Mac Michael; Rotavisco) y están los de eje giratorio: el eje se introduce en el alimento girando a velocidad constante, pero debido a la resistencia que le opone el fluido, disminuye su velocidad en forma proporcional a la viscosidad del alimento (ej.: Brookfield). - METODOS EMPIRICOS: expresan los resultados en unidades arbitrarias, que dependen del equipo utilizado. Ejemplos: a) tiempo de caída a través de un orificio (grados Ford, Saybolt, redwood). b) distancia cubierta por la muestra al deslizarse un determinado tiempo en un plano horizontal (consistómetro de Bostwick). 6) TENSION SUPERFICIAL Se mide la fuerza de atracción que ejercen las partículas internas de un fluido sobre las que se encuentran en la superficie. Esto sirve para estudiar las propiedades espumígenas y emulsionantes de ciertos alimentos (leche, huevo) y de aditivos alimentarios tensioactivos. El equipo que suele utilizarse es el tensiómetro de Du Nouy, consta de un anillo de alambre de platino que se coloca rasante sobre la superficie del alimento; por medio de un engranaje el anillo se eleva lentamente arrastrando una delgada lámina de fluido. En un dado momento, el anillo se desprende del liquido: a mayor altura alcanzada por el anillo, menor tensión superficial. 7) CONDUCTIVIDAD DE ELECTROLITOS
  • 7. Análisis Bromatológico – ORT 6 Su determinación sirve para cuantificar componentes conductores del alimento (agua + sales inorgánicas) y puede ser usada como índice de genuinidad, por ejemplo, adulteración de vinos con ácidos inorgánicos y de pureza, por ejemplo, contenido de minerales en azúcares. Es un método rápido, sensible, pero poco exacto, además influye en el resultado la textura que presente el alimento. El instrumente usado es un puente de Wheatstone: se coloca la muestra en una celda de dimensiones conocidas y se aplica una corriente alternada para evitar polarizaciones en electrodos. Conductancia equivalente = Conductividad especifica x 1000 Concentración expresada en normalidad 8) POTENCIAL HIDROGENO (pH). Se controla con el equipo correspondiente o usando indicadores de pH y soluciones patrones. Es un importante índice de estabilidad del alimento pues condiciona: - la actuación de microbios y enzimas. - Reacciones químicas (pardeos, hidrólisis) - Alteraciones físicas (coagulaciones) También se lo mide para controlar operaciones y procesos tecnológicos: - panificación - gelificación de pectinas en las jaleas. - preparación de aislados proteicos. - curado de carnes. 9) FOTOMETRIAS Los métodos fotométricos miden la cantidad de luz que es: - reflejada por los alimentos sólidos. Espectrofotométricas.Colorimétricas. - Transmitida por alimentos transparentes Espectrofotométricas. Colorimétricas. - Dispersadas por alimentos translúcidos (nefelometrías) - Absorbida por una suspensión (turbidimetrías) De esta manera pueden cuantificarse componentes, medir el color de un alimento o hacer controles de genuinidad. COLORIMETRIAS VISUALES: por ser subjetivas tienen baja precisión. Se utiliza la luz blanca (400- 800nm) y se hacen comparaciones contra colores patrones que están pintados sobre papeles, plásticos o vidrios (ej: tintometro de Lovibond; Discos giratorios de Munsell) ESPECTOFOTOMETRIAS: emplean radiaciones con longitudes de onda seleccionadas por medio de prismas o filtros. Pueden hacerse “barridos” en diversas zonas del espectro: - zona U.V. (50-400nm): por ejemplo detecciones de dienos y trienos conjugados en aceites; cuantificación de lisina disponible (como dinitrofenilderivados). - zona I.R. (2-15 micrones): Por ejemplo detección de dobles enlaces “trans” en grasas modificadas; cuantificación de agua. - Zona visible (400-800nm): cuantificación de diversos componentes de los alimentos a través de derivados coloreados; por ejemplo, ácido sórbico (como compuesto malonil-tiobarbitúrico); aminoácidos (previa reacción con ninhidrina); amoniaco (con reactivo de Nessler). FOTOMETRIA DE LLAMA (o de emisión) Sirve para detectar metales alcalinos y alcalinotérreos con electrones excitables. La longitud de onda de la radiación emitida por la sustancia permite su identificación. ABSORCION ATOMICA En este caso se mide la radiación absorbida por el componente al excitarse. Pueden analizarse 60 elementos. Su empleo será útil para estudiar la pureza de los aditivos, controlar especificaciones toxicológicas (el C.A.A. fija, por ejemplo, máximos para contenidos de Pb, Cu, Se, As) y conocer el aporte de oligoelementos de los diversos alimentos .
  • 8. Análisis Bromatológico – ORT 7 FLUOROMETRIA. Se mide la luz secundaria (radiación de fluorescencia) de la solución estudiada, empleando fuentes luminosas muy potentes (lámparas de Hg o Xe). El equipo es un espectrofotómetro con accesorio para medir fluorescencia. Se utiliza para la determinación de tiamina (Vit. B1), riboflavina (Vit.B2), clorofila, porfirinas, trazas de boro, aluminio, estaño y compuestos aromáticos cancerígenos relacionados con el 3,4,benzopireno. CROMATOGRAFIAS. Se utilizan para fraccionar, identificar y cuantificar componentes de los alimentos. Ejemplos de aplicación: -Sobre papel (tal cual o en fase invertida): azúcares. -En capa delgada (TLC): esteroles, aminoácidos, vitaminas. -En columna: pigmentos. -En fase gaseosa (GLC clásica o con columna capilar): aromas, composición acídica de una grasa. -En fase liquida a alta presión (HPLC): colorantes, aceites esenciales, antioxidantes, vitaminas, triglicéridos. La HPLC además de ser altamente sensibles resulta ideal para analizar compuestos termolábiles y de baja volatilidad. RESONANCIA MAGNETICA NUCLEAR. Se mide la energía que absorbe la muestra cuando se la somete a radiofrecuencias en un campo magnético de gran intensidad. En el análisis de alimentos se usan equipos de baja frecuencia (menos de 60 MHz) para determinar el contenido de agua o de aceites sobre muestras íntegras. Es un método no destructivo, exacto y muy rápido. El método se basa en que los protones de los componentes en estado líquido tienen mayor frecuencia de resonancia y dan bandas estrechas. En cambio los otros componentes no son distinguibles. Aplicaciones: Análisis de agua en frutas desecadas, granos, leche en polvo y azúcares. Análisis de lípidos en chocolates y oleaginosas. METODOS REOLOGICOS. Reología es la rama de la física que estudia la deformación de los cuerpos cuando son sometidos a algún tipo de fuerza. La resistencia que ofrece el producto depende de su microestructura y, por lo tanto, de su textura. Los equipos empleados en las reometrías son muy variados, desde simples agujas que caen y penetran en la muestra hasta complicados viscosímetros y prensas. Aplicación: - Medición de elasticidad y resistencia de una masa para panificación. - Medición de terneza de carnes. - Estudio de la untabilidad de mantecas. - Medición de la elasticidad de una jalea. ELECTROFORESIS. En alimentos, su aplicación esta generalmente restringida al análisis de proteínas. Se estudia la movilidad de estas moléculas cuando están cargadas y bajo el influjo de un campo eléctrico. Las diferentes velocidades de migración permiten su fraccionamiento e identificación. Aplicación: - Cambios en la albúmina de huevo almacenados (electroforesis sobre papel). - Diferenciación de quesos según su patrón de pépticos (electroforesis sobre gel de poliacrilamida). - Identificación de pescados (electroforesis sobre agar gel). - Separación de histamina e histidina . ANALISIS QUIMICO ANALISIS BASICO O ELEMENTAL DE UN ALIMENTO Sirve para orientar en cuanto a la composición de un producto desconocido.
  • 9. Análisis Bromatológico – ORT 8 Incluye las siguientes determinaciones: Proteínas + grasa + agua + fibra (X) + cenizas. (X) conjunto de sustancias no digeribles, presentes en alimentos vegetales. Por diferencia a 100, se calculan los hidratos de carbono restantes y una pequeña cantidad de otros componentes no nitrogenados (alcoholes, ácidos orgánicos, pigmentos, etc.). Los errores cometidos en las 5 determinaciones nombradas, repercuten en el % de carbohidratos. Después de este estudio previo, se encaran los análisis con mayor rigurosidad. Para empezar, conviene presentar dos expresiones de resultados comúnmente usadas en alimentos. EXPRESION DEL CONTENIDO DE UN COMPONENTE EN FORMA “BRUTA”: Significa que el valor obtenido no representa exactamente la cantidad de la sustancia analizada, debido a la presencia de interferencias en el método analítico empleado, dosaje incompleto o uso de factores de conversión no totalmente adecuados. Ej.: proteína “bruta”; almidón “bruto”; fibra “cruda”. EXPRESION DE CONCENTRACIONES EN “BASE SECA”: A veces es necesario independizar los resultados obtenidos del contenido acuoso presente en la muestra, sobre todo si ésta ,toma o pierde agua fácilmente según sea la humedad relativa ambiente. Entonces se expresa en % de los diversos componentes descontando la cantidad de agua que tiene el alimento. Los valores en “base seca” son, obviamente, mayores que los informados respecto al producto “tal cual” (base húmeda). METODOS ANALITICOS PARA LOS DISTINTOS COMPONENTES DE LOS ALIMENTOS. CONTENIDO ACUOSO. FINALIDADES DEL ANALISIS: 1. Determinar la composición del alimento y su valor nutritivo. 2. Tener idea de la estabilidad del mismo frente a alteraciones enzimáticos, microbiológicas, químicas y físicas. 3. Obtener índices de textura, por ejemplo, en productos “crackers”. 4. Controlar si la humedad del material es la óptima para determinadas operaciones tecnológicas, por ejemplo: molienda de granos. 5. Detectar adulteraciones en miel, manteca, chacinados, etc. FORMÁS EN QUE SE ENCUENTRA EL AGUA EN LOS ALIMENTOS 1. AGUA LIBRE O “DISPONIBLE”. Tiene propiedades semejantes a la del agua pura (punto de fusión: 0ºC, punto de ebullición 100ºC) y se elimina con relativa facilidad. Actúa como solvente, medio de dispersión y reactante, interviene en el desarrollo microbiano y en actividades enzimáticas. Por lo tanto influye marcadamente en la estabilidad del alimento. Puede encontrarse, por ejemplo: - Absorbida superficialmente (sal ó azúcar humedecidos y agrumados). Depende de la humedad ambiente y es de fácil eliminación. - Retenida estéricamente por fibras, membranas o en macrocapilares. La disgregación final del material (ruptura de células en el caso que existan) facilita su liberación. 2- AGUA LIGADA. Presenta propiedades de congelación, evaporación, capacidad como solvente, etc. diferentes a las del agua libre. Se distinguen dos tipos:
  • 10. Análisis Bromatológico – ORT 9 - Agua fuertemente ligada (Tipo I) por puentes de hidrogeno de alta energía a grupos polares de diversos componentes del alimento (proteínas, almidones, azúcares, otros) conformando una monocapa molecular alrededor de ellos. No tiene ninguna capacidad para actuar como solvente o reactivo y no puede congelar. La energía de absorción de esta monocapa es muy alta lo que explica que su extracción sea sumamente difícil. En este grupo suelen incluirse al agua de cristalización de sales y azúcares, presentes en algunos alimentos (por ejemplo: monohidrato de glucosa en mieles) - Agua débilmente ligada (Tipo II): se trata de moléculas de agua que se fijan a solutos por puente de hidrogeno y en sucesivas capas, cada vez con menor intensidad de atracción. También pueden estar atrapadas en microcapilares de diámetros inferiores a un micrón. El punto de congelación y la capacidad para evaporar y actuar como solvente están sensiblemente reducidos respecto a los del agua libre. La retención del agua ligada está influenciada por muchos factores, entre los que se encuentran la temperatura, el pH y la presencia de electrolitos. ACTIVIDAD ACUOSA La mayor o menor disponibilidad de agua en los alimentos puede medirse a través del parámetro aW = actividad acuosa. Se define en el equilibrio y a una dada temperatura como: aW = Pv del agua en el alimento varía entre 0 y 1 Pv del agua pura Alimentos con aW menor que 0,25 solo contienen agua del Tipo I, correspondiente a la monocapa. Aquellos con aW entre 0,25 y 0,80 presentan agua de Tipo I y II, y cuando aW es mayor que 0,8 coexisten moléculas de agua libre (considerada como de Tipo III) y ligada. Es muy difícil cuantificarlas por separado. La aplicación de calor permite la evaporación del agua libre pero, según sea la temperatura, también pueden perderse moléculas de H2O ligadas no muy intensamente.Se recurre entonces a métodos basados en la no congelación del agua ligada: crioscopia, colorimetría y dilatometría, pero no son análisis que se efectúen rutinariamente. METODOS PARA DETERMINAR CONTENIDO ACUOSO Los comúnmente empleados son: 1) Secado 2) Arrastre con solventes inmiscibles 3) Eléctricos 4) Químicos Los métodos 2 y 4 se llaman “directos”; 1 y 3 miden agua “indirectamente”. Las técnicas analíticas no suelen dosar el agua total, sino la que se libera en las condiciones del ensayo, por lo tanto, es imprescindible que estén normalizadas y sean citadas al informar los resultados. CRITERIO DE SELECCION DEL METODO Se basa en la exactitud y precisión buscadas, en el porcentaje de agua presente, en la estabilidad de los otros componentes del alimento y en la rapidez requerida. - Si existen otras sustancias volátiles (alcoholes, esencias) no puede usarse (1) salvo que el resultado se informe como “perdida por calentamiento”. - Si hay azúcares, temperaturas altas producen deshidratación de los mismos y errores por exceso (sobre todo si hay levulosa). Si los azúcares son reductores y hay otros componentes con grupos amino, pueden reaccionar y liberar agua. En ambos casos habrá que evitar sobrepasar los 60-70°C. Se puede trabajar con estufas, pero a presión reducida. - Si hay sustancias sumamente termolábiles (Ej: bicarbonato de sodio) se seca a temperatura ambiente. - En presencia de grasas existe el peligro de incorporación de oxígeno, obteniéndose resultados con errores por defecto. En este caso puede usarse una estufa pero con ambiente libre de oxígeno (en vacío o con nitrógeno). - Si el contenido acuoso es muy pequeño convienen los métodos químicos (más exactos) - Si importa más la rapidez que la exactitud (controles de rutina) se recurre a los métodos eléctricos.
  • 11. Análisis Bromatológico – ORT 10 DETALLES DE LAS TECNICAS 1) SECADO EN ESTUFAS a) A 100-105°C Y PRESION ATMOSFERICA HASTA PESO CONSTANTE. Es un método largo que puede requerir 5 ó más horas. Se acelera usando estufas de aire forzado y agregando piedra pómez o arena para aumentar la superficie de evaporación y evitar formación de costras de azúcares o de proteínas coaguladas. Conviene revolver periódicamente con una varilla. b) SECADO A TEMPERATURA Y TIEMPO NORMALIZADOS. Ej: 130°C, 1 hora en harina de trigo. La determinación es mucho más rápida y resulta apropiada para los controles rutinarios. Estas condiciones de secado provocan parcial oxidación de las grasas y deshidratación de azúcares, y quizás una perdida no total de humedad. Lo cierto es que estos fenómenos se compensan de manera que el resultado concuerda con el del secado clásico. Debido a las alteraciones mencionadas, la muestra no sirve paras otras determinaciones, salvo la de cenizas. c) SECADO EN ESTUFA DE VACIO. El cuerpo de la misma esta conectado a una bomba capaz de mantener un vacío equivalente a menos de 50-100 mmHg. La muestra permanece 4 horas antes de hacer la primera pesada, para lo cual se hace entrar lentamente aire seco y se restablece la presión atmosférica. Generalmente se termostatiza la estufa a 60-70°C para evitar alteraciones de componentes sensibles y así se usa como método de referencia para secado de alimentos. Se puede llevar al muestra a peso constante o trabajar a temperatura y tiempos normalizados. Aplicación: productos grasos, cárneos, azucarados. d) SECADO POR RADIACION INFRARROJA Y VACIO. Es muy rápido (aproximadamente 15 minutos) pero exige una calibración previa contra un método de referencia para fijar las condiciones de la operación en cada alimento. Es útil para controles rutinarios (granos, harinas). La muestra que no debe tener más de 15 mm de espesor, se coloca a una determinada distancia de la lámpara IR, dentro de una balanza especialmente diseñada. Se produce una rápida penetración de calor (los filamentos de la lámpara se calientan a ~700°C) y la disminución de peso por evaporación se lee directamente en el visor. SECADO CON AGENTES DESHIDRATANTES Se recurre a ellos cuando no pueden aplicarse temperaturas superiores a la ambiente. Ej: harinas leudantes y polvos para hornear, ricos en NaHCO3 y muy termolábiles. Requieren mucho tiempo y no son precisos. El secado de carne molida puede llevar 1 semana; en general, se deja la sustancia en el desecador con ácido sulfúrico y en vacío por lo menos 24 hs. 2) METODO POR ARRASTRE CON SOLVENTE INMISCIBLE Se mide directamente el volumen de agua separado de la muestra por arrastre continuo con solvente inmiscible en ella. Dura aproximadamente 4 hs. y se emplea en harinas, sopas en polvo, mantecas, vegetales deshidratados y especias (las esencias volátiles quedan disueltas en el solvente y no interfieren). Si la muestra posee bajo contenido acuoso se pesa mayor cantidad, de manera de obtener 2 a 4 ml de agua. Se la coloca en un balón cubriéndola con el solvente previamente saturado en agua. El equipo se completa con una trampa especialmente diseñada (puede ser la de Dean-Stark), un refrigerante y un medio calefactor (ej, un baño de aceite). Se calienta suavemente (2 gotas/seg. de reflujo) hasta recoger la mayor parte de agua, luego se duplica la velocidad. El arrastre se da por terminado cuando la capa superior (solvente) luce transparente o cuando durante 30 minutos no se ven cambios en el volumen de agua de la trampa. Se deja unas horas para que la línea de separación sea nítida y se hace la lectura. El resultado suele expresarse en gr. de agua por 100 gr de alimento (con densidad del agua = 1). En el caso de usa solventes con densidad mayor que 1 se trabaja con otros diseños de trampas. - CRITERIO DE SELECCION DE SOLVENTE El punto de ebullición del solvente influye sobre la temperatura del sistema y sobre el tiempo que requiere la determinación. Si el solvente tiene punto de ebullición menor que el del agua, los vapores se enriquecen en él y se necesita mayor tiempo para separar todo el agua.
  • 12. Análisis Bromatológico – ORT 11 Por lo dicho, convienen solventes con P.Eb. ~100°C: tolueno (111°C, δ=0,867), tetracloroetileno (121°C, δ = 1.62), m-xileno (139°C, δ = 0.868). Cuando los alimentos poseen cantidades de azúcares que posibilitan errores por exceso (debido a deshidrataciones), se trabaja con solventes de P.Eb. menores que el del agua, aunque el análisis resulte largo: benceno (80°C, δ =0.879), tetracloruro de carbono (76.7°C, δ =1.59). Usos: ajos, cebollas y morrones, todos deshidratados. - VENTAJAS DEL METODO POR ARRASTRE El equipo es sencillo y económico y la determinación resulta más rápida que un secado a peso constante. Notas: el baño de aceite u otro medio calefactor (nunca fuego directo) evita alteraciones en alimentos termolábiles, porque distribuye parejamente el calor. Además es un medio de precaución frente a roturas e incendios (algunos solventes son inflamables). 3) METODOS ELECTRICOS Son muy rápidos (aprox. 20 segundos) y sensibles, pero no exactos. Forzosamente deben calibrarse con porcentajes de agua conocidos en base a muestras que previamente fueron analizadas con métodos referenciales. En la determinación influyen: contenido en minerales, temperatura, textura, distribución de la humedad en el alimento. Usos: granos, harinas (se las presiona, dentro de un recipiente, logrando un determinado espesor). a) Conductancia: solamente se mide agua libre, o sea la que actúa como electrolito. Un grano de cereal con 14% de agua tiene conductividad 7 veces mayor que uno de 13%; uno de 15% tiene conductividad 50 veces mayor que el de 13%. Estos valores demuestran la alta sensibilidad de la técnica conductimétrica. b) Capacitancia: es más exacta que la anterior pues influye menos en la forma en que se distribuye el agua en el alimento. Se coloca la muestra en un campo electrostático alterno (o sea entre las armaduras de un condensador) y se mide su constante dieléctrica. El agua presenta un valor muy superior al de los otros componentes. La determinación incluye agua libre y combinada. Existen equipos nuevos, no destructivos que dosan 0-35% de agua con error del 1% en cereales y oleaginosas. 4) METODOS QUIMICOS Son muy exactos y rápidos y no requieren calentamiento de la muestra. Se aplican en alimentos termolábiles o cuando el contenido acuoso es muy bajo: leche en polvo, cafés, vegetales y frutas deshidratadas, chocolate, aceites. Existen varias técnicas: la del carburo de calcio se basa en medir la presión del acetileno formado al reaccionar Cl2Ca con el agua del alimento. En la Bryan Smith el cloruro de acetileno, en presencia de agua, libera acético, el cual es titulado. La más empleada en alimentos es la de Karl Fischer : Reacción: se basa en la reducción de Yodo con anhídrido sulfuroso, que sólo ocurre en presencia de agua: I2 + SO2+CH3OH + H2O piridina 2 IH + CH3HSO4 La piridina actúa como intermediario formando sales (C5HN.IH; C5H5N.SO3). El metanol es el solvente de la reacción (puede sustituirse por formamida o metilcelosolve). Estas 4 sustancias forman el reactivo de Karl Fischer, un poderoso deshidratante que debe estar convenientemente protegido de la humedad ambiente. Para minimizar las perdidas de I2 suelen mantenerse por separado I2/CH3OH y SO2/piridinas, hasta el momento de uso. Técnica: Es una volumetría. El alimento, bien disgregado, se disuelve o suspende en el solvente, dentro de un frasco tapado en el que calza la bureta. El punto final puede detectarse visualmente (color marrón de I2 en exceso o decoloración, titulando por retorno con agua). Para mayor precisión, o cuando el alimento tiene color (ej. Café) se realiza una titulación potenciométrica.
  • 13. Análisis Bromatológico – ORT 12 Cálculos: no puede aplicarse la estequiometría de la reacción porque no se dosa el 100% de agua. Para los cálculos se usa el factor K.F. que se halla valorando el reactivo con cantidades conocidas de agua, por ejemplo: 5mgr de agua = 1ml de reactivo. Debido a su inestabilidad, es necesario valorarlo diariamente. Notas: Interfieren aldehídos y cetonas (con metanol forman acetales y agua, por lo tanto, hay que sustituir el solvente), sustancias que reducen al I2 (por ejemplo, ácido ascórbico) y algunos compuestos inorgánicos (óxidos metálicos, carbonatos y bicarbonatos). Si el alimento no es soluble en metanol, se lo sustituye por formamida. EXTRACTO SECO Es el residuo que queda luego de eliminar a 100-105ºC las sustancias volátiles. Salvo cuando están presentes otros componentes evaporables (esencias, alcoholes, etc.) o alterables, se cumple: % sólidos totales + % agua = 100. Se suele determinar para controlar la genuinidad de alimentos con alto porcentaje de agua, ejemplo: leches, vinos, vinagres, jugos, puré de tomates. En algunos casos interesa conocer la fracción soluble en agua del extracto seco (el C.A.A. exige por ejemplo un valor mínimo de sólidos solubles para jaleas y mermeladas). TECNICAS. a) Evaporación hasta llegar a peso constante: el análisis se efectúa en forma similar al mencionado para determinar contenidos acuosos por secado en estufa. Por este método, las leches deben dar un mínimo de 8.25 % de extracto seco libre de grasa. b) Evaporación durante tiempo normalizado: se recurre a esta técnica cuando existen componentes que sufren alteraciones o perdidas parciales por calentamiento. La determinación es, además, más rápida. En el análisis de extracto seco de vinos hay parcial evaporación de glicerina, oxidación de taninos y caramelización de azúcares; por eso se calienta a B.M. 80 minutos y se completan 30 minutos más en estufa a 100-105ºC. Notas: En los alimentos líquidos, con alto porcentaje de agua, se elimina la mayor cantidad de la misma por calentamiento al aire (baño maría o baño de arena) para evitar saturar la estufa con vapores. Los extractos secos de vino son muy higroscópicos debido a la glicerina; deben resguardarse convenientemente y se pesan en cuanto llegan a temperatura ambiente. c) Refractometría: Para algunos alimentos se han confeccionado tablas de correlación entre sólidos solubles determinados por secado en estufa de vacío y lecturas refractométricas. Incluso existen correlaciones de extracto seco total vs. Índices de refracción en ciertos alimentos fluidos. Como la técnica refractométrica es sumamente rápida, resulta muy útil para acelerar los controles de rutina pero los resultados tienen menor exactitud. Nota: La muestra que se coloca en el refractómetro no debe ser turbia; si es necesario se la centrifuga para separar los sólidos dispersos.
  • 14. Análisis Bromatológico – ORT 13 MATERIAS MINERALES – CENIZAS Todos los alimentos contienen minerales en pequeñas concentraciones. Los cationes y aniones más abundantes son K+ , Na+ , Ca++ , Mg++ , SO4 = , Cl- , CO3 = , y H2PO4 - . Finalidades de los análisis: 1) Conocer valores nutritivos del alimento. 2) Determinar genuinidad (Ej: máximo de cenizas en dulce de leche) 3) Detectar contaminaciones químicas (Hg, As, Pb, Se, etc.). 4) Obtener índices de contaminación microbiana (NO3 - , NO2 - , en aguas) 5) Clasificar ciertos alimentos según su pureza (harinas, azúcares). Además de los minerales presentes en las materias primas, se agregan otros durante la elaboración para que cumplan diversas funciones tecnológicas:leudantes,saborizantes,conservantes,mejoradores, estabilizantes, texturizantes. A veces se encara el análisis particular de algún anión, catión o sal, químicamente o por absorción atómica (Ej: KBrO3, NaCl, NaNO2, Hg, Pb, As). Generalmente se realiza la cuantificación total de las sustancias minerales por oxidación de la materia orgánica a temperatura superior a 500°C. El residuo de esta incineración o calcinación recibe el nombre de “cenizas”. Se reserva la denominación “sustancias minerales” para aquellas que se encuentras en el alimento tal cual, previa incineración. Cambios producidos al calcinar : Durante la calcinación ocurren una serie de transformaciones y volatilizaciones que hacen que la composición de las cenizas difiera de las “sustancias minerales” pre-existentes: - Sales y ácidos orgánicos pasan a carbonatos, óxidos y CO2. - Compuestos orgánicos azufrados y nitrogenados dan los óxidos correspondientes a sulfatos y nitratos (si hay suficientes como para retenerlos) - Sustancias fosforadas orgánicas e inorgánicas, se transforman en pirofosfato. - Haluros, sulfuro y algunos carbonatos pueden volatilizarse. Los cloruros lo hacen por encima de los 550°C, el CO3K2 a partir de los 700°C. - Fosfatos y carbonatos pueden reaccionar entre sí. Disminución de las volatilizaciones Se consigue trabajando a T > 500° C ó agregando fijadores alcalinos para los haluros (por Ej. Na2CO3) o fijados ácidos para el K2CO3 (por Ej. Humectando antes y durante la calcinación con H2SO4 10%). Aceleradores: Como la determinación lleva mucho tiempo, se puede acelerar la incineración agregando sustancias oxidantes H2O2, o NH4NO3 que no dejan residuos) o elevando la temperatura; pero a costa de perder minerales volátiles. Como la temperatura de trabajo influye sobre la composición y cantidad de las cenizas obtenidas, se la debe informar junto con el resultado. TECNICAS a) Incineración hasta peso constante - Etapa de carbonización: para evitar la ignición repentina de la muestra y la proyección del material fuera de la cápsula, se calienta primero sobre mechero. (Si el alimento es líquido se incluye un paso previo de evaporación suave sobre baños de agua o arena para que no haya salpicaduras). Cuando comienza la oxidación de los componentes orgánicos hay un desprendimiento brusco de vapores de CO2 y H2O, principalmente. Luego se reduce considerablemente y queda un residuo negro carbonoso. -Etapa de calcinación en la mufla: la muestra se oxida completamente y deja un residuo blanco, salvo que existan sales coloreadas (por ej. de manganeso). Si se observan puntos carbonosos persistentes, se debe a que están cubiertos por sales que impiden su contacto con el aire, En este caso el residuo se humedece con agua, se rapa con una varilla, evapora suavemente con rotación de la cápsula y nuevamente se introduce en la mufla.
  • 15. Análisis Bromatológico – ORT 14 b) Incineración durante un tiempo normalizado Es una técnica más rápida, aplicable a controles de calidad rutinarios. En harina de trigo, por ejemplo. Se calcina 1 hora a 900 °C en cápsula de platino; como hay una baja concentración de cloruros, las pérdidas por volatilización no son significativas. ESTUDIOS REALIZABLES SOBRE LAS CENIZAS 1) Determinación de cenizas insolubles en agua: Es útil para evidenciar fraudes en productos vegetales pues se altera la relación cenizas insolubles/cenizas solubles correspondientes al alimento. En grutas o en hojas de té agotados, por ejemplo el cociente aumenta. La técnica incluye agregar agua a las cenizas, hervir y filtrar por papel de filtro que no deje residuo. Se calcina nuevamente y pesa (“cenizas insolubles en agua”) 2) Cenizas insolubles en HCl 10%: Miden el contenido de silicatos presentes en los alimentos accidentalmente (por contaminación) o intencionalmente, por ejemplo: arne, arcilla, talco o piedritas en legumbres, yerba mate o especias. Se humedecen las cenizas con ácido clorhídrico concentrado hasta insolubilizar los silicatos, se extrae varias veces con el mismo ácido pero diluído, se filtra por papel sin cenizas y se calcina nuevamente. 3) Alcalinidad de las cenizas: Es un estudio que no se hace comúnmente. Debido a la presencia de carbonatos y óxidos, las cenizas de frutas y verduras tienen reacción alcalina, mientras que las de carnes y ciertos cereales son ácidas . Alteraciones en los valores de alcalinidad correspondientes a cada alimento son indicadoras de fraudes. Ejemplos: el agregado de ácidos orgánicas diminuye la alcalinidad de las cenizas de vino; la adulteración de leches con NaHSO3 la aumenta. La determinación se realiza agregando un exceso medido de H2SO4 valorado. El ácido reacciona con los componentes básicos y el exceso se titula con NaOH frente a indicador que vira al pH correspondiente al alimento, para llevar las sales a formas similares a las que normalmente se encuentras en él. Cenizas libres de NaCl: Se informan en alimentes sazonados con sal común. Ej.: conservas de tomate, carnes curadas. Las cenizas se utilizan muchas veces para la determinación de componentes individuales: fosfatos, calcio, hierro, cloruros, etc.
  • 16. Análisis Bromatológico – ORT 15 LIPIDOS Finalidades de los análisis 1) Estudiar el valor nutritivo del alimento. 2) Estudiar su genuinidad (Ej: mínimo en leche 3%, máximo en hamburguesas 20%). 3) Determinar rendimientos en materias primas oleaginosas. Las técnicas clásicas se basan en separar la grasa del alimento y luego cuantificarla. Según la forma en que se encuentren los lípidos en el alimento se utilizan los siguientes métodos de trabajo: I) Extracción directa con solvente orgánico: es el procedimiento empleado en la mayoría de los casos. II) Separación luego de un tratamiento previo: permite destruir o disolver otros componentes que ligan o emulsifican fuertemente a los lípidos. Ej: leche y derivados, ciertos productos cárneos (salchichas de Viena). I) EXTRACCION DIRECTA a) Por digestión de una pequeña cantidad de muestra en un gran volumen de solvente: es rápido pero no extrae el 100% de la grasa (ej: separación de la mayor parte de la grasa de un dulce de leche). b) Por extracción continua (Twisselmann) o semicontinua (Soxhlet) en equipos especiales y a temperatura ambiente: el solvente cumple ciclos sucesivos de evaporación, condensación y pasaje por la muestra (colocada en un cartucho o paquete) extrayendo cada vez mayor cantidad de lípidos. Luego de 4-8 horas, el material suele quedar “agotado” y la grasa disuelta se pesa, después de evaporar el solvente. Es un método exacto y preciso pero muy largo. * La cantidad y composición de los lípidos extraídos dependen del solvente usado; tiene que ser informado junto con el resultado del análisis. SOLVENTES COMUNES - Eter de petróleo (mezcla de hidrocarburos. P.Eb. 40-60°): extrae sólo lípidos neutros (glicéridos, ácidos grasos de cadena larga, sustancias insaponificables). Puede perder fracciones más volátiles durante la extracción e ir cambiando su composición. - Eter etílico (P.Eb. 35°): solvente muy eficiente de lípidos totales (polares tales como fosfolípidos o ácidos grasos cortos y no polares). Pero absorbe hasta un 10% de agua, extrayendo componentes hidrosolubles (azúcares, sales). Es peligroso a más de 35°C (ignición-explosión). Se lo seca y destila antes de usarlo para eliminar peróxidos. - Hexano técnico (P.Eb.≈ 70°; no es puro): disuelve lípidos neutros. Es más económico que los anteriores y de uso muy extendido. - Mezcla de solventes: se pueden preparar mezclas de polaridad adecuada para la grasa que se desea extraer. Ej. CH3OH (2:1) (Solvente de Folch) y Cl2CH : CH3OH : H2O (Lyons-Lippert) se usan en productos cárneos y frutas; disuelven bien las lipoproteínas. PREPARACION DE LA MUESTRA: -Para facilitar la penetración del solvente y el contacto con la grasa, es imprescindible moler bien la muestra (sobre todo si tiene estructura celular) en molinos eléctricos, hasta que las partículas pasen por un tamiz de abertura normalizada. - Si la humedad es elevada también hay que secarla para evitar emulsiones y extracción de sustancias hidrosolubles (especialmente si se usan solventes más polares). - Cuando los lípidos están combinados con azúcares o proteínas, se digiere previamente la muestra con etanol/ClH (digestión ácida a temperatura ambiente una noche, ó a 80°C,1 hora) y luego se extrae con solvente (por ejemplo: harina de trigo) NOTAS - Para evitar el arrastre mecánico de partículas de la muestra, se la empaqueta o coloca en un cartucho con tapón de algodón. - Si el extracto graso no es bien límpido debe secarse con agente deshidratante (Na2SO4 anhidro) en pequeña cantidad para que no absorba grasa.
  • 17. Análisis Bromatológico – ORT 16 II) SEPARACIÓN DE LÍPIDOS CON TRATAMIENTO PREVIO Cuando los lípidos están fuertemente emulsionados por fosfolípidos, proteínas y otros componentes, una extracción directa con solventes no es efectiva para aislarlos. Se procede entonces a eliminar previamente esas sustancias. a) Método de Gerber: Se aplica especialmente en leches. La grasa resulta alterada parcialmente y no tiene gran exactitud (+ 0,05%) pero resulta apropiado para los controles rutinarios que se hacen en las usinas lácteas por ser rápido. Fundamento: Se destruye la membrana de los glóbulos grasos y se solubilizan todos los componentes del alimento (menos los lípidos) con H2SO4 90% (δ= 1,82). La concentración de este reactivo es crítica pues a menor densidad la grasa no se libera en su totalidad, y a mayor densidad se altera demasiado. La materia orgánica no lipídica se carboniza parcialmente y queda disuelta en la solución sulfúrica, separándose de la fase grasa por su mayor densidad. TECNICA Se trabaja con un recipiente especialmente diseñado por Gerber, llamado “butirómetro”. En él se introducen 11,00 ml. de leche medidos exactamente, alcohol amílico y ácido sulfúrico y se agita enérgicamente hasta que no se observen partículas blancas (se eleva la temperatura del sistema). Para que la grasa se mantenga fundida se centrifuga la emulsión caliente, lográndose la separación de la fase lipídica en 3-5 minutos. La lectura volumétrica se hace a temperatura normalizada (60°), observado la escala graduada del butirómetro, la que expresa el resultado en gramos de grasa / 100 ml de leche. (Para obtener el resultado en gramos/ 100 gramos, se parte de 10,75 ml de leche, existiendo pipetas aforadas especiales para esa finalidad. (IRAM 9011). - Finalidad del agregado de alcohol amílico: Como todo alcohol, ayuda a romper la emulsión. Además, por su densidad se ubica en la interfase lípidos/solución sulfúrica (forma un éster sulfúrico) mejorando la visión de la lectura volumétrica y protegiendo a las grasa de una carbonización más intensa. Los lípidos separados por el método de Gerber están parcialmente alterados por el SO4H2 e incluyen productos de degradación de azúcares y derivados del amílico. No pueden usarse para estudios posteriores. Dispositivos parecidos al butirómetro de Gerber se emplean en la determinación de grasa en derivados lácteos (butirómetro de Van Gulick) y en productos cárneos. b)Método de Rosse-Gottlieb Se utiliza como método de referencia (exactitud + 0,01%). La grasa se cuantifica gravimétricamente y no sufre alteraciones, por lo que puede someterse a estudios posteriores. FUNDAMENTO: Emplea una serio de reactivos y solventes con la finalidad de separar los componentes lipídicos en una fase etérea. Se agregas en el siguiente orden y agitando luego de cada adición: 1) Hidróxido de amonio: Disuelve proteínas y aumenta la solubilidad de los fosfolípidos. Si hay ácidos grasos libres quedan salificados. 2) Etanol: Deshidrata y ayuda a romper la emulsión. 3) Eter de etílico: Disuelve todos los lípidos presentes, pero también parte de agua, componentes hidrosolubles (lactosa, sales, etc.) y etanol. 4) Eter de petróleo: Se mezcla con el éter etílico y expulsa la fase hidroalcohólica miscible en el éter etílico. No puede usarse solamente éter de petróleo porque no disuelve los lípidos polares. Se deja reposar 30 minutos - 2 horas para que haya una buena separación de las fases; se decanta la etérea, evapora, seca y pesa. La técnica se lleva a cabo en recipientes apropiados: tubo de Mojonnier, probeta con tapa o ampolla de decantación (si el alimento es líquido). Se aplica en leches fluidas, en polvo, condensadas, en dulce de leche, helados y cremas. Puede usarse rojo congo para teñir la capa acuosa y observar mejor la línea de separación entre las dos fases.
  • 18. Análisis Bromatológico – ORT 17 METODOS FISICOS Para la determinación rápida de lípidos, en ciertos alimentos se emplean análisis físicos tales como: -Resonancia magnética nuclear (aplicable en granos oleaginosos, sin necesidad de molienda previa) -Turbidimetría (el Milko Tester cuantifica porcentajes de grasa en leches luego de anular la interferencia causada por la suspensión proteica). Extractor Soxhlet. Tubo Mojonnier
  • 19. Análisis Bromatológico – ORT 18 DETERMINACION DE SUSTANCIAS NITROGENADAS El nitrógeno puede encontrarse en los alimentos como: a) Proteínas, péptidos y aminoácidos. b) Compuestos básicos volátiles: amoníaco, sales de amonio, aminas. c) Compuestos básicos fijos (especialmente en carnes): urea, creatina, creatinina, purinas, hipoxantina, etc. d) Nitrógeno inorgánico: nitratos y nitritos. Las determinaciones analíticas de estos diversos tipos de sustancias nitrogenadas permiten estudiar el valor nutritivo del alimento, medir grados de actividad proteolítica, controlar la genuinidad del producto, obtener un índice rápido de contaminación microbiana, cumplir con normas toxicológicas en cuanto a contenidos de nitritos y nitratos, deducir el grado de impurificación de aguas con materia orgánica. DETERMINACION DE NITROGENO TOTAL En los análisis de rutina se suele determinar el conjunto de sustancias nitrogenadas, expresando los resultados en “porcentaje de nitrógeno total” o como “porcentaje de proteínas” puesto que es el componente nitrogenado que suele predominar en los alimentos. METODO DE DUMAS Incluye todas las formas de nitrógeno orgánico e inorgánico. Se basa en la pirólisis del producto a 700-800°C, con óxido cúprico como catalizador. Los óxidos de nitrógeno que se forman son reducidos a N2 sobre una espiral de cobre, cuantificándolo por cromatografía gaseosa. Existen analizadores automáticos que utilizan este método y determinan porcentajes de C, S, H, O, N, S, y P en pocos minutos, pero solamente son apropiados para alimentos homogéneos. METODO DE KJELDAHL Es uno de los más empleados en Química Analítica. Se basa en la oxidación de la materia orgánica con ácido sulfúrico concentrado, quedando el nitrógeno retenido en forma amoniacal. No dosa nitratos y nitritos pues en las condiciones del ensayo se volatilizan como ácidos nítrico y nitroso. Tampoco incluye hidracinas y azocompuestos (se descomponen y liberan N2) pero esto último no es importante en alimentos. La muestra a analizar, conteniendo 30-40mg de nitrógeno, se coloca en un balón de cuello alargado (diseñado así para evitar pérdidas por proyección) junto con las siguientes sustancias: - Ácido sulfúrico concentrado en cantidad suficiente para oxidar toda la materia orgánica y fijar el amoníaco como sulfato ácido de amonio. Para acortar el tiempo y completar la oxidación (sobre todo si el alimento tiene mucha fibra o proteínas ricas en histidina y triptofano), se incluye un catalizador (modificación de Wilfarth) y elevador de temperatura (modificación de Gunning). - Catalizador: sulfato de cobre, con dióxido de titanio. - Elevador de temperatura: Con la finalidad de facilitar las reacciones, se agrega sulfato de sodio o potasio en cantidad apropiada. Al calentar la mezcla, la temperatura del sistema puede llegar a los 390°C, completándose la oxidación en aproximadamente 3 horas. (La temperatura crítica de la descomposición del amoníaco es 418°C). ETAPA DE DIGESTION: Durante la digestión sulfúrica hay cabonización y desprendimiento violento de vapores (CO2, H2O, SO2) que provocan proyecciones de la muestra y formación de espuma. La materia orgánica se oxida a expensas de la reducción del sulfúrico. Al final, la ebullición se aplaca y la solución se torna límpida (en el caso de haber empleado CuSO4 como catalizador, tendrá tono celeste). El calentamiento se prolonga un tiempo para asegurar el ataque completo de los componentes más resistentes y se da por terminada la digestión. ETAPA DE DESTILACION: Una vez que la solución se enfría (pueden precipitar cristales de KHSO4) se agrega agua cuidadosamente y, ya en el equipo de destilación, se alcaliniza con NaOH concentrado, para liberar el NH3 retenido como (NH4)2SO4 o (NH4HSO4): (NH4)2SO4 + 2 NaOH Na2SO4 + 2 NH4OH
  • 20. Análisis Bromatológico – ORT 19 Se destila un volumen de agua fijado por las normas que asegura el total arrastre del amoníaco. Este compuesto es recogido en y un exceso medido de ácido valorado (por ej. SO4H2 0,1 N), titulándose el sobrante con NaOH 0,1 N, frente a indicador que vira en zona ácida (rojo de metilo o su mezcla con verde de bromocresol que permite ver un punto final más definido a pH 5,1). También se pede recoger el destilado sobre solución saturada de ácido bórico (en suficiente exceso como para fijar todo el amoníaco): H3BO3 + NH4OH H2O + NH4H2BO3 (sal neutra) El borato de amonio se titula con HCl 0,1 N frente a indicador de pH 5 NH4 H2BO3 + HCl NH4Cl + H3BO3 El empleo de ácido bórico reduce la volatilidad del amoníaco de la solución y disminuye los errores de lecturas volumétricas pues se usa una sola medición con bureta. EXPRESION DE LOS RESULTADOS La masa de nitrógeno presente en la muestra se calcula a partir del número equivalentes de HCl valorado que han reaccionado con el amoníaco destilado: N° eq. HCl = N° eq. N = masa de N/14 El resultado se expresa en “gramos de N total por 100 gramos de muestra”. Como generalmente interesa conocer el porcentaje de proteínas en el alimento (pues es el componente nitrogenado predominante) es necesario aplicar un factor de conversión. Para calcular ese factor debe conocerse la cantidad de nitrógeno que está presente en 100 gr. de proteínas del alimento. Por ej.: la proteína principal de la leche es la caseína. Aislada y analizada, mostró poseer 15,67 % de nitrógeno. Si en un derivado lácteo se cuantifican A gramos de nitrógeno total, el porcentaje proteico se calcula así: 15.67 g. Nitrógeno ______están en _____100 gr proteínas A g. “ ______ “ ______ A x 100 = A x 6.38 gr de proteínas 15.67 6.38 es el factor de conversión de N total a N de proteínas en alimentos lácteos. Cada tipo de alimento tiene su propio factor de conversión según las proteínas, que contenga, por ej: carne (N X 6,25); harina (N X 5,70); gelatina (N X 5,55); huevos (N x 6,68). Para los alimentos en los que aún no se han aislado y analizado sus proteínas, se aplica el “factor general” de conversión N x 6,25. PROTEINA BRUTA Como al dosar nitrógeno total por el método de Kjeldahl se incluyen sustancias que no son proteicas (nitrógeno de bases volátiles y de bases fijas, por ejemplo), cuando se hace la conversión a “porcentaje de proteínas” tal como se explicó arriba, se cometen errores por exceso. Si además no se emplea el verdadero factor de conversión que corresponde al alimento analizado,, se está informando un valor aproximado de proteína, por eso el resultado se expresa como “proteína bruta”.
  • 21. Análisis Bromatológico – ORT 20 CONSIDERACIONES GENERALES -El método de Kjeldahl es empleado como “método de referencia” dentro del análisis de sustancias nitrogenadas totales. -Para muestras homogéneas pude aplicarse el microanálisis con balones pequeños y soluciones 0,01N de ácido y base, acortándose el tiempo de realización. -Actualmente existen equipos automáticos que aceleran considerablemente la etapa de destilación y permiten el análisis simultáneo de muchas muestras.(La técnica clásica requiere aproximadamente cuatro horas en total). -Si se desea incluir la valoración de nitritos y nitratos, es necesario agregar, junto con el sulfúrico concentrado, un componente aromático fácilmente nitrable (fenol, ácido salicílico) de manera de fijarlos. Se calienta un tiempo suavemente y luego se adiciona Zn/HCl para reducir los grupos NO2 – y NO3 – a aminoderivados, que son sustancias dosadas por el métodos de Kjeldahl. -Los vapores de SO2 son muy tóxicos; se trabaja bajo campana o con trampas aspirantes no metálicas. -Debe realizarse un blanco para descontar el nitrógeno que pueden aportar las drogas empleadas. METODOS ESPECTROFOTOMETRICOS Determinan el contenido aproximado de proteínas en forma muy rápida, siendo necesaria una previa correlación con el método de referencia para cada producto. Son apropiados para alimentos homogéneos; están estrictamente normalizados u requieren poca cantidad de muestra. I) METODO DE UDY Dosa proteínas y aminoácidos libres. Se basa en la reacción de los grupos NH3 + con colorantes ácidos sulfónicos (naranja G o negro amido) a pH=2 y en la precipitación de esos compuestos. Se lee la absorción del colorante a 470 nm antes de agregar la muestra y luego de ocurrida la reacción (previa separación del precipitado). La disminución de la absorción en la solución coloreada sobrenadante, es proporcional a la cantidad de proteólisis o combinación de los grupos aminos con azúcares reductores, los resultados serán erróneos. II)METODO DE BIURET Se basa en la reacción de los enlaces peptídicos con CuSO4 en medio básico leyéndose la absorción del complejo violáceo que se forma.
  • 22. Análisis Bromatológico – ORT 21 DETERMINACION DE AMINOACIDOS TOTALES Se realiza sobre extractos acuosos desproteinizados con Cl3COOH. El resultado se informa en “miligramos de nitrógeno en aminoácidos por 100 gramos de alimento”. I) METODO DEL FORMOL O DE SORENSEN Se basa en el bloqueo de los grupos amino y en la titulación del ácido débil resultante con NaOH (fenolftaleína como indicador). Tanto la muestra como el formol deben estar neutralizados. Si hay amoníaco o aminas presentes se volatilizan previamente en medio básico. II) METODO DE NINHIDRINA 1) Técnica volumétrica a pH 2,5. Es muy específica. El CO2 se valora recogiendo sobre hidróxido de bario. Los cetoácidos interfieren, por eso se los descompone antes en caliente. 2) Técnica colorimétrica a pH 7 Esta reacción es usada en los analizadores automáticos para estudiar la composición en aminoácidos de una proteína. Se la inyecta previamente hidrolizada y una columna de intercambio iónico fracciona los diferentes aminoácidos. A medida que eluyen fluyen reaccionan con la ninhidrina y pasan al espectrofotómetro. El gráfico obtenido se llama amono-grama. El tono y la intensidad del color violáceo varían para cada aminoácido, que dificulta el análisis. Otros fraccionamientos y dopajes pueden lograse cromatografiando sobre papel o placa delgada. En caso de usar la CGL es necesario esterificar los grupos carboxilos y acilar los aminos para obtener derivados volátiles estables. También existen métodos biológicos, largos y poco precisos, para los diferentes aminoácidos, basado en el crecimiento de microbios que los utilizan específicamente. FINALIDADES DEL ANALISIS DE AMINOACIDOS - Estudiar el valor nutritivo de un alimento. - Calcular el grado de hidrólisis de una proteína. - Hacer controles de genuinidad (por Ej: en jugos de fruta se exige un valor mínimo de prolina). - Obtener un índice rápido de actividad microbiana (por ej: las carnes rojas aptas para el consumo contienen menos de 200 mg. De N de aminoácidos; las de pescado menos de 100). DETERMINACION DE NITROGENO BASICO VOLATIL (N.b.v.) Sirve como índice de estado higiénico de alimentos que contienen proteínas puesto que por acción microbiana los aminoácidos producen NH3 y diversas aminas volátiles . Se analizan por arrastre con vapor de agua en media básico suave para evitar la hidrólisis de proteínas y la formación de CO2 y bases volátiles a partir de los aminoácidos; se usan OMg, Ca(OH)2 o buffer adecuado para pH 7,2-7,4. Ácidos volátiles o aminoácidos libres no interfieren porque quedan retenidos en el medio alcalino. Se recoge un determinado volumen del destilado sobres exceso medido de ácido valorado o solución saturada de ácido bórico. La titulación se realiza con indicador de pH ≈5 para no hidrolizar las sales de amonio formadas, expresándose el resultado final en “mg de N básico volátil por 100g. de alimento”. La determinación es rápida y sencilla, pero para confirmar la ausencia de gérmenes patógenos se necesita un análisis microbiológico. El C.A.A. fija un máximo de 30 mg Nbv en carnes aptas para el consumo, basado en la correlación existente con las características sensoriales percibidas en carnes de pescado (más ricas en Nbv).
  • 23. Análisis Bromatológico – ORT 22 Carne cruda Aceptabilidad N b.v. Vacuna Fresca 13 “ Aceptable <17 Pescado Fresco <20 “ Aceptable 20-30 “ Alterado >30 DISCRIMINACION DE LAS BASES VOLATILES En las carnes rojas el Nbv total es un buen índice general de contaminación, pero en los pescados las bases volátiles que caracterizan cada fase de descomposición son diferentes. Así es que en el perdido fresco predominan las aminas secundarias, en el de putrefacción incipiente las aminas terciarias y en el netamente descompuesto el amoníaco. El análisis de los distintos componentes del Nbv se hace tomando 3 alícuotas del destilado que se recoge sobres el ácido sulfúrico valorado: -Alícuota A: Se titula y determina el contenido de Nbv total. -Alícuota B: Se agrega NaNO2/CH3COOH que reacciona con el amoniaco, las aminas primarias y secundarias: NH3 + NO2H NO2NH4+ N2 + H2O R1NH2+ NO2H ROH + H2O +N2 R1R2NH+ NO2H H2O + R1R2N - N = 0 Las aminas terciarias se destilan (previa alcalinización del medio) y se dosan tal como se explicó para Nbv (R1R2R3N). - Alícuota C: Se agrega exceso de formol, el cual sólo reacciona con el amoníaco (en el destilado no hay aminoácidos): 2 (NH4)2SO4 + 6 H2C=O N4(CH2)6 + 6 H2O + 2 H2SO4 Se titula el SO4H2 que se formó y en base a él se calcula la concentración e NH3. A - ( B + C ) = Aminas primarias y secundarias DETERMINACION DE NITRITOS Y NITRATOS La reacción de Griess-Ilosva se utiliza para dosar nitritos: Como el color de la solución va en aumento, está normalizado el tiempo al que se debe hacer la lectura especrofotométrica. Para altas concentraciones de NO2 - obtenida antes de pasar la muestra por columna de cadmio. DETERMINACION DE AMONIACO Suele hacerse una colorimetría con el reactivo de Nessler: - OH 2 NH2 + 2 (HgI2.2IK) 2 IK + NH4I + I3Hg2NH2 -------castaño-------- El color resultante se compara contra soluciones patrones o se mide espectrofotométricamente.
  • 24. Análisis Bromatológico – ORT 23 HIDRATOS DE CARBONO Los hidratos de carbono son los constituyentes más abundantes y ampliamente distribuidos de los alimentos. En plantas y animales hay monosacáridos desde triosas hasta heptulosas, paro la gran mayoría están en cantidades del orden de trazas. Algunos de éstos son importantes en el metabolismo, pero rara vez lo son en el análisis de alimentos. Los de importancia en nutrición, composición y análisis de alimentos son pocos. D-glucosa (dextrosa) Hexosas D-fructosa (levulosa) Monosacáridos D-manosa D-galactosa Pentosas L-arabinosa Los más abundantes son glucosa y fructosa que se encuentras especialmente en frutas y miel aunque también están ampliamente distribuidos en plantas y animales, libres y combinados. De menor importancia son los restantes: Los tres son componentes de polisacáridos y galactosa también forma parte de lactosa. Galactosa y manosa difícilmente se encuentren libres. sacarosa Disacáridos lactosa maltosa Oligosacáridos celobiosa Trisacáridos rafinosa Entre los oligosacáridos se destaca la sacarosa por su amplia distribución y abundancia. Se la encuentra principalmente en frutos, miel, caña de azúcar, remolacha azucarera. Lactosa sólo está en la leche de casi todos los mamíferos. Maltosa y celobiosa son productos de degradación enzimática de los oligosacáridos almidón y celulosa, respectivamente. Rafinosa se halla especialmente en raíces y tubérculos. Los polisacáridos de importancia en alimentos pueden dividirse en dos amplios grupos: Celulosa Almidón Estructurales Nutrientes Hemicelulosas Glucógeno Los estructurales forman parte de las estructuras rígidas de las plantas. Las hemicelulosass son heteropolisacáridos de naturaleza y composición diversas que pueden estar formados por 2 a 4 azúcares diferentes. Almidón y glucógeno forman parte de la reserva metabólica de vegetales y animales, respectivamente. MÉTODOS DE ANALISIS DE HIDRATOS DE CARBONOS MÉTODOS FISICOQUÍMICOS a) Refractometría b) Densimetría c) Polarimetría
  • 25. Análisis Bromatológico – ORT 24 Refractometría El índice de refracción de una solución de azúcar tiene relación directa con la concentración (p/v). Dentro de cierto rango la relación es lineal, pero existen tablas que relacionan ambos valores en un rango más amplio. Los índices de refracción de los azúcares son bastante similares, de modo que aún en una mezcla es posible conocer con bastante exactitud la concentración de azúcares en una solución. La refractometría en un método rápido y sencillo que se utiliza en la industria especialmente para control de elaboración en la planta. La expresión de resultados es arbitraria: en un azúcar o en sólidos solubles. El uso principal es comparativo. Densimetría Tiene las mismas características que la refractometría. Industrialmente los resultados se expresan en “°Brix” , escala que indica el % en peso de sacarosa en la solución a una temperatura prefijada (17,5°C). Polarimetría Por ser los hidratos de carbono sustancias óptimamente activas, se puede utilizar este método para su dopaje en solución. Esquemáticamente los elementos fundamentales de un polarímetro son: D B A F C E A (POLARIZADOR): Es un prisma de Nicol que polariza la luz monocromática proveniente de la fuente luminosa B. C (ANALIZADOR): Es un prima de Nicol giratorio unido a un disco (D) dividido en grados y fracciones. Se considera que ambos prismas están cruzados cuando el observador (E) no ve la luz. La muestra en solución (tubo F) se coloca entre ambos prismas, Si la sustancia en F tiene actividad óptica el analizados no estará cruzado con respecto al nuevo plano de polarización y el observador verá luz. Par cruzar el analizador frente al nuevo plano se lo gira hasta oscuridad. El ángulo girado (que se lee en D) es la actividad óptica de la sustancia. Si el giro se realizó hacia la derecha es dextrorrotatoria, en el caso opuesto es levorrotatoria. Hay muchos modelos de polarímetros adecuados a diferentes usos y de variada precisión; ejemplo: espectropolarímetros en los que la intensidad de la luz se mide por medio de celdas fotoeléctricas. Los sacarímetros son polarímetros especialmente diseñados para la medición de concentración de sacarosa pura. Los tubos en que se coloca la muestra deben cumplir ciertos requisitos. Los más importantes: - Extremos paralelos entre sí y perpendiculares al eje del tubo. - Longitud exacta (la exactitud exigida depende de la precisión del polarímetro). - Obturadores de cierre de vidrio incoloro, sin tensiones, de actividad óptica nula. Determinación Las mediciones polarimétricas son exactas con tal que: - La solución esté clara e incolora o levemente coloreada. - La concentración de azúcares esté en el rango óptimo. - La solución no contenga interferentes óptimamente activos. -
  • 26. Análisis Bromatológico – ORT 25 La magnitud de la rotación angular producida por una sustancia ópticamente activa depende de: 1) La naturaleza de la sustancia ópticamente activa. 2) La cantidad de esa sustancia que se encuentre en el camino óptico. Esto depende de: a) La concentración de la sustancia en la solución. b) La longitud del camino óptico. La rotación angular producida por una sustancia ópticamente activa puede expresarse como: α = k . c . l (1) donde: c: concentración de la sustancia en la solución (g/ml) l: longitud del camino óptico (dm) k: es un coeficiente de proporcionalidad denominado poder rotatorio específico, que se escribe [α]. Este coeficiente no es constante, varía con muchos factores, entre ellos: 3) Longitud de onda de la luz usada. 4) Temperatura. Para especificar en qué condiciones se realiza la medición se escribe: [α]T λ Habitualmente la medición se hace a 20°C con luz monocromática correspondiente a la línea D del Na. Entonces se expresa: [α]20 D de (1) k= α [α]20 D = α c l 1 (g/ml). 1 (dm) Se define el poder rotatorio específico de una sustancia ópticamente activa como la rotación producida por 1 g de sustancia disuelta en 1 ml de solución a 20°C en un tubo de 1 dm de longitud a la longitud e onda de la línea D del Na. Expresando la concentración en g/100 ml: [α]20 D = α = α 100 g/100 ml. x 1(dm) g. x 1(dm) En los polarímetros clásicos se usan frecuentemente tubos de 2 dm de longitud. En este caso, para independizarse de 1, se usa ſ, que es el poder rotatorio específico de 1g de sustancia en 100 ml de solución en un tubo de 2 dm. [α]20 D = ρ x 100 ρ = [α]20 D (1 g/100 ml) x 2dm 50 Factores que inciden en el poder rotatorio específico 1) Concentración de la sustancia ópticamente activa. Las variaciones dependen del azúcar. Ejemplo: % Sacarosa Glucosa Maltosa Fructosa Lactosa Azúcar Invertido 5 66.50 52.60 138.4 -89.4 52.55 -1.98 10 66.50 52.75 138.3 -90.7 “ -2.00 15 66.55 52.90 138.2 -92.0 “ -2.02 20 66.55 53.10 138.1 -93.3 “ -2.03 30 66.50 53.50 137.9 -95.9 “ - 40 66.35 54.05 - -98.4 “ - 50 66.10 54.75 - - “ - Algunos como fructosa, varían mucho, otros como lactosa se mantienen constantes en un amplio rango de variación de la concentración. Libros especializados proveen tablas y fórmulas para conocer el valor correcto de [α]20 D según la concentración de trabajo. Los valores tabulados en manuales y libros generales corresponden a una concentración de aproximadamente 10%. Si hay más de un azúcar presente la concentración considerada es la de los azúcares totales.
  • 27. Análisis Bromatológico – ORT 26 2) Temperatura. También en este caso el efecto es diferente según el azúcar. Algunos [α] sufren modificación importante al variar la temperatura, ej. fructosa, otros se mantienen prácticamente constantes en rangos tan amplios como 20 a 100°C, ej. glucosa. También en este caso hay tablas de [α] para los distintos azúcares según la temperatura. Para pequeñas diferencias de temperatura puede aplicase la siguiente fórmula: [α]T D = [α]20 D + γ ( T - 20 ) donde γ es el coeficiente de variación del ángulo de rotación por g de sustancia óptimamente activa y por ° de temperatura para el azúcar correspondiente. Para algunos azúcares γ varía con la concentración. 3) Solvente. La rotación específica varía con el solvente en distinto grado de azúcar. De modo que si no se usa una solución acuosa, como es lo habitual, debe especificarse que solvente se usó y utilizarse para el cálculo el [α] correspondiente. 4) Sustancias no óptimamente activas. -Sales tales como cloruros, nitratos, sulfatos, fosfatos, acetatos y citratos alcalinos y algunos alcalinotérreos, así como algunos ácidos (p. ej. HCl), producen modificaciones en el [α]20 D (generalmente disminución). El efecto se debe, probablemente, a su alto grado de solvatación, que se asemejaría a un aumento en la concentración de azúcar. - Los hidróxidos alcalinos y alcalinotérreos y las sales de reacción alcalina producen disminución del [α]20 D de la mayoría de los azúcares por reordenamientos en la molécula y formación de complejos azúcar-álcali 8reacciones químicas). - Los ácidos y sales ácidas afectan a los disacáridos produciendo hidrólisis en distinto grado. La magnitud del efecto depende de la naturaleza y concentración de las sustancias o óptimamente activas. 5) Mutarrotación. Algunos azúcares (ej. glucosa) tienen dos formas estereoisómeras de distinta actividad rotatoria. Sólo una de ellas se separa por cristalización. En solución el poder rotatorio varía hasta alcanzar el equilibrio. A fin de obtener resultados reproducibles la medición debe realizarse después de alcanzado este punto. Esto requiere esperar varias horas o aplicar uno de los siguientes métodos: hervir la solución unos minutos (desaconsejable por posibles modificaciones en los azúcares) o agregar una gota de amoníaco o unos cristales de carbonato de sodio. En cualquiera de esta formas se alcanza el equilibrio instantáneamente. Métodos polarimétricos para análisis de azúcares en presencia de otras sustancias óptimamente activas. Hidrólisis ácida o enzimática, según convenga (la hidrólisis ácido es menos selectiva). Se aplica cuando el azúcar a dosar es un disacárido. Se mide antes y después de hidrólisis. Ej. Sacarosa en presencia de monosacáridos: Antes de hidrólisis sacarosa + monosacáridos L1 = cs . ρs + Lm Donde: L: lectura polarimétrica c: concentración (g/100ml) s: sacarosa m: monosacáridos Después de hidrólisis azúcar invertido + monosacáridos L2 = cai . ρ ai + Lm L2 - L1 = cai . ρai - cs . ρs (1) La relación entre las concentraciones de un disacárido y su producto de hidrólisis es la relación de sus pesos moleculares: cai = 2 x 180 = 1,053 cai = 1,053 cs cs 342 quedando la ecuación (1) L2 - L1 = cs (1,053 ρai - ρs) cs = L2 - L1 . 1,053 ρai - ρs
  • 28. Análisis Bromatológico – ORT 27 Variación de temperatura. Sirve para dosar un azúcar cuyo [α]T D varía con la temperatura. Según la ecuación de variación del poder rotatorio específico con la temperatura: [α]T D = [α]20 D + γ ( T - 20 ) Sacando γ de tablas LT = L20 + γ g ( T - 20 ) g = LT - L20 . γ ( T - 20 ) Considerando que la L de las otras sustancias óptimamente activas al no variar con la temperatura: L´T - L´20 = 0 La fructosa es bastante interesante porque a una temperatura entre 85 y 90 °C (según la concentración) tiene el mismo [α]D que la glucosa, pero de signo opuesto. A esa temperatura el [α]D del azúcar invertido es 0. Para trabajos de rutina se toma 87 °C como temperatura de anulación. Polarización después de fermentación específica por levaduras. Se usan levaduras específicas para fermentar los azúcares cuyo dopaje no interesa. Es un método delicado ya que las cepas de levadura deben estar muy puras. Destrucción de la actividad óptica de azúcares reductores. Por calentamiento con Ba(OH)2 o etilendiamina se destruyen los azúcares reductores, dosándose posteriormente los no reductores (ej. sacarosa) por polarimetría. Resolución de mezclas de azúcares por polarimetría. El número de ecuaciones independientes debe ser igual al número de azúcares a dosar en la mezcla. Para conseguir estas ecuaciones es necesario producir alguna modificación en el sistema. Ejemplos: a) glucosa (x) + sacarosa (y) hidrólisis ácida L1 = x ρx + y ρy L2 = x ρx + y . 1,053 ρai b) lactosa (x) + sacarosa (y) hidrólisis enzimática con invertasa L1 = x ρx + y ρy L2 = x ρx + y . 1,053 ρai c) maltosa (x) + sacarosa (y) hidrólisis ácida y polarización después de inversión a 87°C L1 = x ρx + y ρy L2 = x 1,053 ρglu METODOS QUIMICOS POR OXIDACION 1. Con CuSO4 en medio alcalino 2. Con K3Fe(CN)6 en medio alcalino 3. Yodometría de aldosas 4. Cerimetría
  • 29. Análisis Bromatológico – ORT 28 1) Oxidación con CuSO4 en medio alcalino Probablemente no hoy otro método analítico que se haya usado con tantas modificaciones como éste. La reacción básica fue propuesta por Trommer en 1841. La modificación que actualmente se usa es la de Fehling-Soxhlet. Cuando cualquier monosacárido es sometido a la acción de un medio alcalino ocurren isomerizaciones a través de l a formación de 1,2-enodioles. La composición final de la mezcla depende del azúcar inicial y de la concentración y naturaleza del álcali, Si el contacto sigue, hay corrimiento de la doble ligadura formándose los 2,3 y 3,4-enodioles. En presencia de un agente oxidante como el CuSO4, los enedioles, fuertemente reductores, reducen el Cu++ formándose Cu2O insoluble con ruptura de los enedioles por la doble ligadura. Los posibles productos de oxidación son, entonces, muchos: además de los ácidos glucónicos correspondientes. Los productos de ruptura pueden, a su vez, enolizarse y oxidarse. Se tiene así un sistema complejo de enolizaciones y oxidaciones simultáneas. La reacción no es estequiométrica. Los productos de oxidación de azúcares son variables, y por lo tanto, también la cantidad de Cu++ que se reduce según la temperatura de reacción, el tiempo de contacto y la naturaleza y concentración del álcali. Para obtener resultados reproducibles en necesario normalizar las condiciones. Los azúcares dosables por este método se denominan reductores: son los que poseen el carbonilo libre. Lo son todos los monosacáridos y algunos oligosacáridos, tales como maltosa, lactosa y celobiosa. No lo son sacarosa y rafinosa. Como el Cu++ en medio alcalino precipita como CuO, se agrega a los dos reactivos principales un complejante sque mantenga el Cu++ en solución. El más usado es el tartrato de sodio y potasio que forma con Cu++ el ino cupritartrato, el que una vez neutralizado es soluble. Este reactivo (CuSO4 + tartrato de sodio y potasio + NaOH en exceso) es conocido como el de Fehling-Soxhlet. Normalización 1) Naturaleza y concentración de álcali Para monosacáridos NaOH e KOH son equivalentes. Para disacáridos no. El más usado es el NaOH debido a que las características del precipitado de Cu2O son mejores cuando se usa este álcali. Suele usarse también Na2CO3, NaHCO3 y su mezcla cuando se requiere un medio alcalino más suave, por ejemplo para muestras con elevado contenido de sacarosa, azúcar no reductor que en medio alcalino fuerte puede sufrir reordenamiento y adquirir poder reductor. Los resultados obtenidos con los distintos álcalis son diferentes por lo que se importante saber que medio se usó. La variación de la más de Cu2O con la concentración de NaOH puede representase así: Cu2O 1.6N [NaOH] Por lo que es importante usar la concentración de álcali prefijada para obtener resultados reproducibles. 2) Temperatura. La velocidad de reacción aumenta con la temperatura llegando a un máximo a 80°C. Por razones prácticas se utiliza la temperatura de ebullición, fácil de reproducir y mantener. 3) Tiempo de reacción. Comprende el tiempo que se necesita para alcanzar la temperatura de ebullición y el de reacción a esa temperatura. Ambos se fijan previamente. Valoración Siendo tantos y tan diversos los productos formados por oxidación de azúcar, lo más práctico es valorar el Cu2O formado o medir la cantidad de solución de azúcar necesaria para reducir todo el Cu2+ .
  • 30. Análisis Bromatológico – ORT 29 Métodos volumétricos -En Argentina, la Dirección Nacional de Química usa una modificación del Fehling: Fehling-Causse-Bonnans, en que al reactivo clásico se agrega K4Fe(CN)6 para mantener el Cu+ en solución. Se titula el reactivo a ebullición con la solución de azúcar. Para sensibilizar el punto final se adiciona azul de metileno cerca del mismo. En este método el tiempo de reacción está determinado por la velocidad de agregado de la solución al reactivo. Para fijar esta velocidad se titula previamente el reactivo con solución patrón del azúcar en que se expresarán los resultados, regulándose el goteo de modo de consumir la cantidad prefijada por el método, de solución de azúcar. La valoración de la muestra se realiza a la misma velocidad (utilizando la misma bureta). El cálculo se basa en la comparación con la solución patrón. El volumen gastado debe ser cercano al usado con el patrón para que los resultados sean válidos. -El método volumétrico más importante es el de Laney Eynon. También en este caso se titula el reactivo con la muestra, pero agregando casi todo el volumen a temperatura ambiente. Esto mejora la reproducibilidad de los resultados. El cálculo de la concentración se hace recurriendo a la tabla correspondiente al método. Métodos gravimétricos Se agrupan en este rubro todos los métodos en que la medición se realiza sobre el precipitado de Cu2O, aunque no se utilice gravimetría. El más directo y muy utilizado es el Munson y Walter, en que se recoge el precipitado de Cu2O en un crisol de Gooch tarado que se pesa una vez seco. Para calcular la concentración de azúcar se recurre a la tabla del método en que de la masa de Cu2O precipitada se obtiene la masa de azúcar original. La tabla está dividida en varias columnas que corresponden a diferentes azúcares, ya que masas iguales de distintos azúcares precipitan diferentes cantidades de Cu2O. Un esquema de la tabla es: Cu2O mg glucosa azúcar invertido Azúcar invertido + sacarosa x mg sac y mg sac z mg sac lactosa Lactosa + sacarosa 10 12 14 16 18 Si hay más de un azúcar en un azúcar en la solución los resultados pueden expresarse en el que está en mayor proporción o elegir uno arbitrariamente ya sea que este o no presente. Generalmente los azúcares reductores se expresan en glucosa. Este método es bastante exacto si el precipitado de Cu2O está bastante puro. Si en el precipitado hay impurezas en cantidades no despreciables este método sirve. Si las impurezas son de naturaleza orgánica pueden eliminarse por calcinación del precipitado con oxidación del Cu2O a CuO. No conviene utilizar este compuesto directamente para la valoración porque es higroscópico y, además, la oxidación del Cu2O no siempre es completa. Entonces se reduce en corriente de H2 a Cu0 , que se pesa Calcin. H2 Cu2O CuO Cu° pesada (0) (red) Si no hay impurezas orgánicas puede disolverse el precipitado en HNO3 que lo oxida a Cu2+ , el que puede valorarse por yodometría o por complejometría con EDTA usando murexida u otro indicador apropiado o por deposición electrolítica (reducción a Cu0 que se pesa).
  • 31. Análisis Bromatológico – ORT 30 Cu2O + Fe2+ H+ Cu2+ + Fe2+ Fe2+ + MnO4 - Fe3+ + Mn2+ También puede utilizarse el método de Bertrand disolviendo el precipitado de Cu2O en solución de Fe2 (SO4)3 en medio ácido. El Fe2+ formado se valora con KMnO4. Para pequeñas cantidades de azúcar es más apropiado el método Shaffer-Somogyi, porque ó se separa el precipitado de Cu2O por filtración como en los métodos anteriores sino que se disuelve y ocurre la reacción en el mismo recipiente. La reacción transcurre en medio CO3 2- /CO3H- y el reactivo contiene KIO3. Una vez transcurrida la reacción principal: se acidifica la solución y agrega K2C2O4 y KI (el K2C2O4 compleja al Cu2+ en exceso). En medio ácidos e genera I2 por reacción entre IO3 - y I- : El I2 reacciona con el Cu+ : valorándose el exceso de I2 con S2O3 2- . Para saber que cantidad de I2 reaccionó, es necesario conocer exactamente la concentración de KIO3 (patrón) en la solución inicia lo realizar un blanco paralelo. Estos son los métodos más usados, aunque hay otras modificaciones: por ejemplo, el uso de citrato en lugar de tartrato como complejante de Cu2+ ; Na2CO3 en vez de NaOH como medio alcalino; el método de Sichert Bleyer usa Cu(AcO)2 en vez de CuSO4 para diferenciar mono y disacáridos ya que estos no son oxidados apreciablemente por el reactivo. En cada método se indica cual es l atabla a utilizar para la cuantificación. Oxidación con K3Fe(CN)6 en medio alcalino El fundamento de este método es igual al anterior. El agente oxidante es, en este caso, K3Fe(CN)6 y el medio alcalino lo da el Na2CO3. La reacción no es estequiométrica, el método está rigurosamente normalizado y para el cálculo se recurre a la tablar respectiva. Fe(CN)6 3- + azúcar Fe(CN)6 4- + productos de oxidación IO3 - + I- I2 Cu+ + I2 ( I2 + S2O3 2- I- + S4O6 2- ) Cu2O HNO3 Cu2- I- EDTA Complejo Cu0 pesada deposición electrolítica Azúcar + Cu2+ ½ alcalino Cu2O + productos de oxidación I2 + Cu+ I- + Cu2+ Na2CO3
  • 32. Análisis Bromatológico – ORT 31 Se puede valorar el exceso de Fe(CN)6 3- ó el Fe(CN)6 4- formado. Un ejemplo de esto último es la valoración como azul de Prusia. Pero son más usados los métodos en que se valora el exceso de Fe(CN)6 3- . El más importante es el que usa KI: La reacción transcurre en presencia de Zn2+ que forma un complejo con el Fe(CN)6 4-, el que precipita volcando el equilibrio de la reacción hacia la derecha. El I2 formado se titula con Na2S2O3. La ventaja del ferricianuro con respecto al del cúprico es que todas las reacciones ocurren ene l mismo recipiente y que el ferrocianuro formado es más estable que el Cu2O., por lo tanto, la reacción es reproducible y adecuad apara determinaciones de rutina. La desventaja es que no es un método tan específico como el del Cu+2 ya que el ferricianuro pude ser reducido poro tras sustancias además de azúcares. Es especialmente utilizado para dosaje de pequeñas cantidades de maltosa en hidrolizados de almidón., inclusive en la determinación de actividad diastásica en harinas. Yodometría de aldosas Se basa en la oxidación de aldosas con NaIO proveniente del a reacción entre I2 e NaOH. La reacción es prácticamente estequeométrica y cuantitativa si ser espetan las condiciones fijadas. La interferencia de cetosas es mínima. La secuencia de reacciones es: I2 + 2 NaOH NaIO + NaI + H2O RCHO + NaIO + NaOH RCOONa + NaI + H2O Una vez transcurrida la reacción principal, se acidifica el medio y el NaIO en exceso vuelve a formar I2 NaIO + NaI + H2SO4 I2 + Na2SO4 + H2O El I2 se titular con S2O3 -2 . Paralelamente se realiza un blanco con los reactivos para conocer la cantidad original de I2. Este ese el único medio posible debido a la inestabilidad de las soluciones de I2 que impide conocer su concentración exacta. Para valorar aldosas pro este método es necesario que no estén presentes sustancias que puedan reacciona con I2, ejemplo, etanol, acetona, manitos, glucosa, lactosa, urea, formiato, etc. Las condiciones a respetar son: -Las soluciones de I2 e NaOH deben conservarse en frascos distintos y agregarse directamente a la muestra. Si se mezclan previamente ocurre: 3 NaIO NaIO3 + 2 NaI NaIO3 no oxida al os azúcares. Una pequeña cantidad de NaIO3 no molesta porque el acidificador vuelve a formar I2 NaIO3 + 5 NaI + 3 H2SO4 3 I2 + 3 Na2SO4 + 3 H2O El riesgo al mezclar previamente las soluciones es la formación de una cantidad importante de iodato con la consiguiente pérdida de NaIO activo. -Las cantidades de I2 e NaOH deben estar en relación estequiométrica. Si el I2 está en exceso hay riesgo de oxidación de grupos alcohólicos terminales (error por exceso). Si ese l álcali el que está en exceso puede haber parcial reordenamiento de cetosas (error por exceso). Esta última reacción es rápida por lo que conviene, además, agregar el I2 en primer término para que en ningún momento esté el álcali en exceso. Pueden evitarse muchos de los inconvenientes del método utilizando cloramina T y KI como reactivos. 2 K3Fe(CN)6 + 2 KI 2 K4Fe(CN)6 + I2
  • 33. Análisis Bromatológico – ORT 32 En medio débilmente alcalino la cloramina T libera NaClO el que por reacción con KI da KIO, que es el agente oxidante La oxidación de aldosas procede lentamente y se minimiza el peligro de las reacciones laterales. Cerimetría Los métodos perimétricos son de dos tipos: -Titulación de azúcares reductores con Ce(ClO4)4 usando nitroferroína como indicador. -Ebullición con Ce(SO4)2 en H2SO4 diluído y titulación del exceso de Ce4+ por retorno con sales de Fe2+ En estas condiciones: Glucosa ------------------ HCOOH Fructosa------------------ HCOOH + CO2 Si se agregan iones Cr5+ también la glucosa libera CO2. Resolución de mezclas de azúcares Para resolver, al menos teóricamente, mezclas de azúcares pueden combinarse varios métodos de modo de lograr el número de ecuaciones independientes requerido por el número de azúcares a valorar. En la práctica, no siempre es posible resolverlo en forma tan simple. Veremos en un ejemplo laposible combinación de polarimetría, yodometría de aldosas y un método de oxidación con Cu2+ . Glucosa (x) + Maltosa (y) + Sacarosa (z) Las ecuaciones que pueden plantearse son: P1 = x * ſx + y * ſy + z * ſz H+ ) P2 = x * ſx + y * 1,053 * ſglu + z * 1,053 * ſai H+ ) T= 87° P3 = x * ſx + y * 1,053 * ſglu I1 = x + PMx / PMy * y (1) H+ ) I2= x + 1,053 * y + ½ * 1,053 * z (2) F1= x + y (3) H+ ) F2 = x + 1,053 * y + 1,053 * z 1. Es necesario multiplicar “y” por la relación de PM ya que la mása de la glucosa y maltosa que reaccionan con un mol de yodo depende de sus respectivos pesos moleculares. 2. Después de hidrólisis de sacarosa reacciona con yodo sólo la glucosa. 3. Esta ecuación no tiene utilidad práctica ya que las masas de CuO2 generadas por un monosacárido y un disacárido son muy diferentes lo que impide todo cálculo. Si bien después de inversión hay diferentes monosacáridos presentes el error es mucho menor (si bien persiste) porque las masas de CuO2 generadas por distintos monosacáridos no son demasiado diferentes. De todos modos, la aplicación de estas fórmulas para resolver mezclas de varios azúcares no es posible en la práctica porque la acumulación de errores experimentales hace que los resultados obtenidos carezcan de validez. METODOS COLORIMÉTRICOS NaClO + KI NaCl + KIO Ce4+ + Fe2+ Fe3+ + Ce2+
  • 34. Análisis Bromatológico – ORT 33 Entre los numerosos métodos colorimétricos para análisis cuali y cuantitativo de azúcares, los más usados son los de antrona/H2SO4 y fenol/ H2SO4. Ambos se basan en la formación de una sustancia coloreada por reacción de productos de deshidratación de azúcares formados por la acción de ácido sulfúrico concentrado con alguno de los reactivos mencionados. Pueden ser usados para detección cualitativa de azúcares en microcantidades y en cromatografía, y para dosaje cuantitativo. Fenol da color azul con prácticamente todos los azúcares, incluyendo algunos derivados. Antrona da color azul verdoso con algunos azúcares, especialmente hexosas. METODOS ENZIMATICOS Un inconveniente de los métodos vistos hasta ahora es la falta de especificidad para el dosaje de azúcares en particular. Esto puede lograrse con métodos enzimáticos. Ventajas: especificidad por su capacidad para reaccionar con un componente individual en una mezcla. Esto evita separaciones trabajosas y prolongadas. Sensibilidad que permite el dosaje de bajas concentraciones y el uso de pequeñas cantidades de muestra; condiciones suaves de reacción que permiten el dosaje exacto de sustancias lábiles. Inconvenientes: presencia de contaminantes en la muestra pueden inhibir la enzima, así como de inhibidores competitivos (de estructura similar a la de la enzima pero sin actividad biológica); la pureza de la enzima es crucial; la inestabilidad de la enzima si no se la usa y mantiene en condiciones apropiadas. El uso de enzimas en el análisis de alimentos fue limitado hasta hace 20-25 años por la dificultad de preparación de las enzimas y el elevado costo de las enzimas purificadas. Actualmente, se desarrollaron nuevos métodos que facilitan el uso de las enzimas purificadas y el costo se ha visto reducido por la preparación de enzimas inmovilizadas. Algunos ejemplos de su uso en la valoración de azúcares: - Glucosa: Glucosa + H2O + O2 glucosa oxidasa ácido glucónico + H2O2 H2O2 + leuco-cromogeno peroxidasa cromógeno + H2O Glucosa + fructosa: Glucosa + ATP hexoquinasa glucosa-6-P + ADP Fructosa + ATP hexoquinasa fructosa-6-P + ADP Glucosa-6-P + NADP+ glucosa-6-P dehidrogenasa gluconato-6-P + NADPH + H+ Fructosa-6-P fosfoglucoisomerasa glucosa-6-P (1) NADPH (2) NADPH (1) ~ glucosa NADPH (2) – NADPH (1) ~ fructosa (1)