Métodos y metodologías en Ciencia de los alimentos. Análisis básico, acidez de los alimentos y análisis mineral. Análisis en leche y derivados. Análisis en aceites y grasas. Análisis en bebidas alcohólicas. Análisis de aditivos alimentarios
Análisis de Alimentos
COMPOSICION QUÍMICA DE LOS ALIMENTOS
Para llevar a cabo todos los procesos el organismo humano necesita un suministro continuo de materiales que debemos ingerir: los nutrientes.. Sólo existen unas pocas sustancias, que nos sirven como combustible o para incorporar a nuestras propias estructuras. Se clasifican en base a las cantidades en que están presentes
Macronutrientes
Glúcidos o hidratos de carbono : almidones, azúcares y fibra
Lípidos o Grasas : triglicéridos, ácidos grasos y fosfolípidos
Proteínas :Están formadas por largas cadenas lineales de aminoácidos
Micronutientes
Vitaminas : Son sustancias orgánicas imprescindibles en los procesos metabólicos que tienen lugar en la nutrición de los seres vivos.Existen dos tipos de vitaminas:
– liposolubles (A, D, E, K)
– hidrosolubles (C y complejo B).
Minerales: Son los componentes inorgánicos necesarios para la elaboración de tejidos, síntesis de hormonas y en la mayor parte de las reacciones químicas en las que intervienen los enzimas . Se dividen en tres grupos:
-macroelementos que son los que el organismo necesita en mayor cantidad (gramos): Na, K, Ca, P, Mg, Cl y S
microelementos (mg) : Fe, F, I, Mn, Co, Cu y Zn
oligoelementos o elementos traza (µg) : Si, Ni, Cr, Li, Mo y Se
MÉTODOS DE ANALISIS EN CIENCIA DE LOS ALIMENTOS
Los métodos de análisis de los alimentos pueden ser: Subjetivos : aspecto del alimento, olor, gusto y sensaciones táctiles, Objetivos (físicos, químicos, microscópicos y microbiológicos) y Otros (biológicos y encuestas nutricionales)
Métodos objetivos
Métodos físicos: Las propiedades físicas objeto de estos métodos son : La apariencia : que se determina por medio de fotografías; El color : que se determina por el método de Munsell que basa en la medida del matiz, intensidad y saturación del color y La textura: que esta relacionada con características físicas de los alimentos como plasticidad, dureza, fragilidad, elasticidad, ect.
Métodos Químicos : Incluyen todos los métodos destinados a determinar los componentes nutritivos de los alimentos, los que afectan a su sabor y los considerados como contaminantes o impurezas como : Métodos clásicos : Se emplean en la determinación de humedad, contenido en agua, cenizas, materia grasa, fibra , materia grasa, ect ; Métodos instrumentales : Ópticos : los atómicos para la determinación de metales y las técnicas moleculares (UV-Visible) para determinar compuestos orgánicos; Electroquímicos: Potenciometricos (electrodos selectivos) o valoraciones potenciometricas y Cromatográficos: La cromatografía de gases para la determinación de gases y sustancias volátiles (aromas), la cromatografía líquida para sustancias orgánicas no volátiles como vitaminas, ácidos grasos, azucares, aditivos, ect.
ANALISIS BÁSICO Y MINERAL DE LOS ALIMENTOS
En la mayoría de los alimentos se realizan una serie de determinaciones comunes , lo que se entiende por composición bruta: a)Contenido en agua (humedad); b)Ni-trogeno total o proteína bruta; c) Cenizas. ; d) Fibra bruta ;e) Extracto etéreo o grasa bruta; f) Sustancias extractabas no nitrogenadas; g) Minerales; h) Acidez
Contenido en agua
La mayoría de los alimentos contienen una proporción comprendida entre el 60 y el 95 %
Puede estar como:
a) libre se libera con facilidad
b) ligada como agua de cristalización , unida a las proteínas a los azucares o adsorbida sobre los coloides .
Requiere un calentamiento de distinta intensidad y en algunos casos permanece ligada incluso al carbonizar el alimento
El % de agua en un alimento solo tendrá significado si se especifica el método seguido para su determinación
ANALISIS BÁSICO Y MINERAL DE LOS ALIMENTOS
Nitrógeno total o proteína bruta
El nitrógeno total o proteico (N x 6,25) se determina por el método de Kjeldahl, que consiste en convertir todo el N orgánico (de las proteínas en su mayoría ) en N amoniacal (como NH4SO4) , destilar el amoniaco (en medio básico) y valorarlo con una disolución ácida contrastada. El % de proteína se calcula multiplicado el % de N por el factor de 6,25
Cenizas
Las cenizas se obtienen al someter el alimento a un proceso de incineración, mediante el cual se destruye la materia orgánica.
Están constituidas por óxidos o sales (carbonatos, fosfatos, sulfatos, ect), de los diferentes elementos.
Dependiendo del tipo de alimento, así será el método de incineración mas conveniente.
Fibra bruta
Está constituida por celulosa, lignina y pentosanas
Es un índice de las sustancias presentes en los alimentos vegetales.
El método para su determinación consiste en la digestión de la muestra vegetal con H2SO4 y NaOH en condiciones especificas
Extracto etéreo o grasa bruta
Es conjunto de sustancias de un alimento que se extraen con éter etílico ( esteres de los ácidos grasos, fosfolípidos, lecitinas, esteroles, ceras, ácidos grasos libres).
La extracción consiste en someter la muestra exenta de agua (deshidratada) a un proceso de extracción continua (Soshlet) utilizando como extractante éter etílico
Sustancias extractivas no nitrogenadas
Con este termino se designa el valor obtenido al restar de 100 la suma de los % obtenidos en los índices anteriores:
% SENN : 100 – ( % agua + % Proteína + % extracto etéreo + % cenizas + % fibra)
ANALISIS BÁSICO Y MINERAL DE LOS ALIMENTOS
Análisis mineral
El número de elementos que se encuentran en los alimentos es muy considerable.Los métodos habituales para su determinación, se basan en la mineralización de la muestra y posterior determinación por técnicas de absorción o de emisión atómica.
Acidez de los alimentos
El contenido total de ácidos de un alimento la determina la acidez valorable total (AVT) mediante valoración con NaOH y se indica en términos del ácido que predomine en el alimento (láctico en la leche, oleico en el aceite, cítrico en las frutas, ect)
La acidez volátil (AV) , se determina por diferencia entre la valoración de la acidez total antes y después de evaporar la muestra con agua.
La acidez fija (AF) corresponde a la acidez de la muestra después de someterla a evaporación
ANALISIS EN LECHE Y DERIVADOS
Métodos de análisis de la leche
La leche, esta constituida por agua, lípidos , proteínas (caseína), vitaminas, lactosa y sustancias minerales (Ca, K y PO4-)
Los análisis mas importantes de la leche son los que determinan la composición química bruta y otras determinaciones como detección del aguado, presencia de conservadores, fosfatasa residual , antibióticos o elementos minerales
Determinación de la composición química bruta
Determinación del extracto seco y cenizas
El extracto seco se obtiene calentando a 102 º C. El contenido en cenizas se obtiene incinerando el extracto seco a 550ºC. Se expresan en % en peso
Determinación de Lactosa
Es el constituyente mayoritario del extracto seco es la lactosa, y se suele determinar para la detección de fraudes. Se determina :
Método de Bertrand : Se basa en la reducción del Cu2+ a Cu+ por la lactosa, el Cu+ obtenido se precipita en medio básico como Cu2O y se valora con MnO4-
Método de la Cloramina T : Se basa en la valoración del I2 producido al final de la reacción entre la lactosa y el IK-CloraminaT. A la muestra desproteinizada (suero) se le añade un exceso medido de Cloramina T y KI , y el I2 resultante se valora con tiosulfato
eq I2 = eq S2O32- eq Lactosa = eq Cloramina T – eq I2
Determinación de la composición química bruta
Determinación de proteínas
El nitrógeno de la leche procede casi en su totalidad de las proteínas como caseína, y otras como albúmina, globulina o las proteasas peptonas
El N total o el de las distintas fracciones se determina por el método de Kjeldahl
Leche + HAc/Ac- (pH 4.6) ? Caseina + Suero (NNC)
Leche + Ác. tricloroacético ? Prot. totales + Suero (NNP)
Suero (NNC) + Calor ? (Albúmina + Globulina) + Suero (NPP, NNP)
Suero(NNC) + MgSO4 ? Globulina (NG) + Suero (Albumina, PP, NNP)
NT= N total NPP= N de las proteasas peptonas NG= N de la Globulina NNC= N no caseinico NNP= N no proteico
Determinación de materia grasa
Se determina para diferenciar los distintos tipos de leche que difieren en su contenido graso. Los métodos se basan en medir la materia grasa separada por destrucción con ácidos o por extracción con disolventes. Para determinar la grasa liberada se emplean entre otros los siguientes métodos:
Método gravimétrico de Rose-Gottlieb: Se extrae la materia grasa en una disolución alcohólico amoniacal con éter etílico y éter de petróleo , se evapora el disolvente y se pesa el residuo
Método del butirómetro de Gerber :La muestra se trata con H2SO4 y alcohol amilico , las proteínas quedan en la fracción acuosa, y las grasas en el alcohol, se centrifuga y en el tubo graduado del butirometro se mide el volumen de grasa.
ANALISIS EN LECHE Y DERIVADOS
ANALISIS EN ACEITES Y GRASAS
ANALISIS EN ACEITES Y GRASAS
Los principales análisis de aceites y grasas se resumen en varias determinaciones:
Identificación del tipo de grasa
Determinación de mezclas de grasas o aceites
Determinación de componentes extraños (disolventes, metales, pesticidas,ect)
Determinación de aditivos
Grado de refinado
Grado de lipólisis
Identificación de grasas endurecidas o interesterificadas
LIPIDOS
Los lípidos son moléculas orgánicas formadas básicamente por carbono, hidrógeno y oxígeno. Además pueden contener fósforo, nitrógeno y azufre .
ACEITES Y GRASAS
Las grasas están formadas principalmente por acilgliceridos que se diferencian entre si por su composición en ácidos grasos . Pueden contener fosfolípidos, ácidos grasos libres y algunos lípidos insaponificables . Los aceites son líquidos a temperatura ambiente y las grasas sólidos.
Clasificación
Lípidos saponificables
Simples
Acilglicéridos
Céridos
Complejos
Fosfolípidos
Glucolípidos
Lípidos insaponificables
Terpenos
Esteroides
Prostaglandinas
ANALISIS DE ACEITES Y GRASAS
ANALISIS DE ACEITES Y GRASAS
Identificación de grasas
Para caracterizar la composición química y el estado de las grasas se establecen una serie de índices mediante los cuales se pueden determinar ciertos grupos funcionales o componentes de las mismas
Índice de acidez: peso en mg de KOH necesario para neutralizar 1 g de materia grasa (se valoran los ácidos grasos libres)
Índice de saponificación : peso en mg de KOH necesario para saponificar 1 g de grasa (valoración con HCl del exceso medido de KOH)
Índice de hidroxilo : peso en mg de KOH necesario para neutralizar el ácido acético que se combina por acetilación con 1 g de grasa (se determinan los ácidos hidroxigrasos, alcoholes grasos , mono y acilgliceroles y la glicerina libre). Se emplea como reactivo anhidrido acético.
Índice de Yodo : Cantidad de I2 fijado por 100 g de grasa. Indica el contenido de la grasa en ácidos insaturados, para ácido oleico 89,9, para linoleico 181 y para linolénico 273
Índice de tiocianogeno: Similar al anterior, y se determina por la fijación de tiocianogeno ((SCN)2) a los dobles enlaces de los ácidos insaturados. Se expresa como peso de I2 equivalente al (SCN)2) absorbido por 100 partes de peso de la grasa
ANALISIS DE ACEITES Y GRASAS
Determinación de la calidad de las grasas
La calidad de las grasas se ve influida por los procedimientos de obtención, elaboración y almacenamiento. Para analizar las posibles modificaciones que pueden sufrir las grasas existen métodos analíticos encaminados a detectar procesos de lipólisis de autooxidación, y su estabilidad térmica
Lipólisis : Viene determinada por el contenido de ácidos grasos libres
Índice de acidez: Se determina por valoración con NaOH
Autooxidación: Las grasas se alteran por autooxidación de los restos acilos insaturados , en el proceso llamado peroxidación lipidica, transformándose en hidroperoxidos. El contenido se determina mediante el índice de peróxidos:
Índice de peróxidos: meq de oxigeno activo contenidos en 1 Kg de materia grasa, calculados a partir del I2 liberado con KI.
Determinaciones cromatográficas
Las técnicas cromatográficas (generalmente la cromatografía de gases) permiten separar y determinar los ácidos grasos (libres o formando parte de los triglicéridos) como esteres metilicos.
La identificación y determinación de los ácidos grasos permite detectar adulteraciones de aceites.
También se determinan anilinas, anilidas grasas, colorantes no autorizados, ect.
ANALISIS DE BEBIDAS ALCOHOLICAS
Bebidas alcohólicas
Se preparan a partir de liquidos azucarados sometidos a la fermentación alcohólica. Los azucares fermentables o bien se hallan presentes como tales o se generan por escisión hidrolitica de almidones, dextrinas, disacáridos, polisacáridos, ect.
Las mas importantes son la cerveza, el vino y los aguardientes
Cerveza : Se elabora a partir de cebada malteada, lúpulo, levadura y agua.
Composición: Etanol, Extracto seco, Ácidos (carbónico, láctico, acetico fórmico, succinico, ect), Hidratos de carbono (glicerol) ,Compuestos nitrogenados (procedente de las proteinas de la levadura)
Vino : Se obtiene a partir de uva fresca, uva macerada o mosto de uva mediante fermentación alcoholica completa o parcial
Composición: Etanol, Extracto seco, Ácidos (tartárico, málico, cítrico, succinico, ect), Compuestos nitrogenados (procedente de las proteinas de la levadura), Hidratos de carbono (glucosa y fructosa), Otros alcoholes (metanol, alcoholes superiores, glicerina, ect), Compuestos fenólicos, Minerales y sustancias aromáticas
Aguardientes : Son todos los líquidos incluido el alcohol vínico obtenidos mediante fermentación y destilación.
ANALISIS EN VINOS
Los compuestos mas importantes que se suelen determinar en los vinos son:
Etanol ; b) Estracto seco ; c) Acidos; d) Azucares ; e) SO2
Contenido en Etanol (Titulo alcohométrico)
Se define como el % en volumen de Etanol. La determinación consiste en destilar la muestra alcalinizada con lechada de cal ( CaO disuelto en agua) , medir la densidad del destilado con un picnómetro o un aerómetro y calcular el grado alcohólico con valores tabulados
Extracto seco total
Es el conjunto de todas los componentes del vino que no se volatilizan con el Etanol. Se determina destilando el vino, se mide la densidad una vez ajustado el volumen inicial y se calcula comparando la densidad con los valores tabulados para disoluciones de sacarosa
Ácidos
Acidez total : Se determina valorando directamente el vino, exento de CO2 con NaOH y se expresa en meq/l o en gramos de ácido tartárico
Acidez volatil : está constituida por la parte de ácidos grasos pertenecientes a la serie acética. Se determina mediante la separación de los ácidos volátiles por arrastre con vapor de agua y posterior valoración con NaOH. Se expresa en meq/l, en g/l de H2SO4 o en g/l de AcH.
Tambien se suelen determinar : -Acido tartárico: por los métodos del racemato -Acido cítrico y ácido láctico : Separandolos por cromatografía ionica
ANALISIS EN VINOS
Azucares
Azucares reductores : Los métodos para su determinación se basan en la separación previa por precipitación de todas las especies reductoras distintas de los azucares (con disolución saturada de Pb(CH3-COO)2 o Hg(CH3-COO)2 y Na2CO3)
Una vez separados se valoran indirectamente con Cu2+:
Azucar + Cu2+ ? Cu2 O ? Cu2 O ? + Fe3+ ? Fe2+ + Cu2+
El Fe2+ se valora con MnO4-
Sacarosa : Se determina por la diferencia de los poderes reductores antes y despues de la hidrólisis clorhidrica de los liquidos procedentes de la separación de las especies reductoras distintas de los azucares.
Anhidrido sulfuroso (SO2 )
En la elaboración del vino, se utiliza como desinfectante SO2 , y posteriormente se elimina totalmente, si la eliminación no es total, pueden quedar en el vino restos disueltos (libre) o combinados : Se determina mediante los métodos:
Método Paul : En primer lugar se determina el sulfuroso libre : Consiste en liberar por acidificación del vino con H3PO4 ,arrastre por corriente de aire , oxidación por borboteo en agua oxigenada neutra y valoración del H2SO4 formado con NaOH .
A continuación por ebullición moderada y por el mismo procedimiento se valora el sulfuroso combinado.
Método Ripper doble: Valoración yodometrica directa en el vino
ADITIVOS ALIMENTARIOS
Aditivos alimentarios
Son sustancias que se añaden a los productos alimenticios sin cambiar su valor nutritivo , con la finalidad de modificar sus caracteristicas, las tecnicas de elaboración y para mejorar su adaptación al uso que se destinen
EDULCORANTES
Ciclamato, glucina y sacarina
COLORANTES
Naturales y artificiales
CONSERVANTES
Agua oxigenada, ácido bórico, ácido benzoico, bicarbonatos, cloraminas y perclórico, formol. ácido 5- nitrofluracrílico, ácido monobromoácetico
ANTIOXIDANTES
Butilhidroxianisol (BHA), butilhidroxitolueno(BHT), Galato de dodecilo (GD), galato de octilo (GO), galato de propilo (GP), ácido nordihidroguayarético (NDG)
AGENTES SECUESTRANTES ( QUELATANTES)
EDTA
ADITIVOS ALIMENTARIOS
Identificación y análisis de aditivos alimentarios
ACIDULANTES
-Determinación cromatografica de ácidos : citrico, láctico, málico y tartárico
Preparación de la muestra:
-En líquidos : Filtrar la muestra a traves de un filtro de 2 µm
-En sólidos : Se extraen con agua acidulada con HCl 2 N
Condiciones cromatográficas : Columna : C18 en fase reversa ; Eluyente : Agua destilada con H3PO4 a pH 2,5
ANTIOXIDANTES
-Determinación por HPLC en grasas alimentarias de :BHA,BHT,GD, GP y NDHG
Preparación de la muestra: Extracción de los antioxidantes con acetonitrilo
Condiciones cromatográficas : Columna : C18 en fase reversa ;
Eluyente A : Tampón H3PO4 a pH 2,5 Eluyente B : Acetonitrilo-metanol
Técnica : Gradiente % B 60 a % B 100 en 8 minutos
CONSERVANTES
-Determinación espectrofotomética de ácido bórico y derivados con quinalizarina
Preparación de la muestra: Se extraen los compuestos de B con agua caliente
Determinación espectrofotométrica: Se preparan disoluciones de ácido bórico llevandose a cabo la determinación del complejo coloreado con quinalizarina por el metedo de la adición patron.