Tema 4. Análisis físico-químicos básicos de alimentos (**)

Análisis Físico-Químicos Básicos de Alimentos

• El tema comprende normas de buenas prácticas de laboratorio, métodos clásicos de análisis cuantitativo, técnicas instrumentales básicas, técnicas inmunológicas, uso de kits comerciales y parámetros analíticos habituales

Métodos Clásicos de Análisis Cuantitativo

• El análisis volumétrico mide el volumen de una solución con una cantidad conocida de reactivo, necesaria para que reaccione completamente con el analito.
• El punto de equivalencia es el momento en el que la cantidad de valorante añadido es suficiente para que se produzca la reacción con el analito, coincidiendo con el punto final de la volumetría cuando se detecta un cambio fisicoquímico.
• La volumetría de oxidación-reducción o redox se basa en reacciones que transfieren electrones entre dos sustancias, generalmente con cambios de coloración o indicadores.
• La volumetría de neutralización o ácido-base implica la reacción entre un ácido y una base, donde los H+ del ácido reaccionan con los OH- de la base, resultando en un cambio de color.
• La volumetría de precipitación se basa en reacciones que resultan en la formación de compuestos poco solubles que precipitan.
• La volumetría de formación de complejos consiste en la reacción entre la especie que se valora y la solución valorante, usando indicadores que reaccionan con los metales formando complejos coloreados.
• El análisis gravimétrico analiza el contenido de un analito midiendo su masa, directa o indirectamente.
• El analito se separa del resto de componentes para posteriormente medir su masa, directamente o por diferencia de masa.

Técnicas Instrumentales Básicas

• Estas técnicas usan instrumentos de análisis químico que transforman una señal analítica no detectable por el ser humano en una que sí lo es.
• Todos los instrumentos deben calibrarse y recibir mantenimiento para asegurar mediciones fiables.
• La calibración es comparar los valores obtenidos con un instrumento de medición con la medida correspondiente de un patrón de referencia.
• El mantenimiento asegura el buen funcionamiento de los equipos e instrumentos, diferenciando entre mantenimiento correctivo y preventivo.

Técnicas espectrométricas

• Las técnicas espectrométricas miden la radiación electromagnética (luz) que es emitida o interacciona con la materia a analizar.
• La polarimetría aplica un rayo de luz polarizada sobre la muestra y mide la rotación que la sustancia provoca.
• La refractometría mide la diferencia de velocidad de la luz en un medio determinado respecto a la velocidad de la luz en el vacío, basándose en el cambio de dirección de la luz (refracción) cuando su velocidad se reduce.
• La espectrofotometría mide la cantidad de luz, a una longitud de onda determinada, que la sustancia analizada puede absorber.

Cromatografía

• La cromatografía es una técnica empleada para separar componentes de una mezcla en función de su distribución entre una fase estacionaria y una fase móvil.
  • La fase estacionaria es la fase inmóvil donde se retienen los elementos de la muestra.
  • Fase móvil: fluye a través de la fase estacionaria arrastrando elementos de la muestra
• Hay cromatografía líquida y gaseosa.
• Según su naturaleza pueden ser:
  • Líquido-líquido, donde la fase estacionaria es líquida.
  • Líquido-sólido, donde la fase estacionaria es sólida.
  • Gas-líquido, donde la fase estacionaria es líquida.
  • Gas-sólido, donde la fase estacionaria es sólida.
• Los tipos de cromatografía incluyen:
  • Cromatografía de adsorción que diferencia la afinidad de los componentes a la fase.
  • Cromatografía de reparto que se basa en la diferente solubilidad de los componentes muestra.
  • Cromatografía de intercambio iónico que diferencia por interacción entre cargas opuestas.
  • Cromatografía de exclusión que diferencia por tamaño y forma de las moléculas.
  • Cromatografía de afinidad que está basada en especificidad biológica como Ag-Ac.
• La cromatografía puede ser plana o en columna.
  • La cromatografía plana usa una fase estacionaria sólida como papel o una placa fina.
  • La cromatografía en columna utiliza un columna para la fase estacionaria.
• Cromatografía líquida de alta eficacia (HPLC): cromatografía líquida en columna donde la fase móvil es un líquido bombeado a alta presión.
• La Potenciometría permite determinar la concentración de una especie electroactiva empleando un electrodo de referencia y un electrodo de trabajo.
• El electrodo de trabajo en la potenciometría suele ser un electrodo selectivo de iones.
• El pH-metro es un electrodo selectivo de iones H+.

Técnicas Inmunológicas

• Las técnicas inmunológicas se basan en las interacciones antígeno-anticuerpo.
• Un antígeno es una sustancia reconocida por el organismo como una amenaza, induciendo una respuesta inmunitaria.
• Los anticuerpos son glucoproteínas (inmunoglobulinas) producidas por linfocitos en respuesta a un antígeno, uniéndose a un solo antígeno específico para ayudar a su destrucción.
• Los alérgenos son sustancias que causan una reacción alérgica, reconociéndose como extrañas o peligrosas por el sistema inmunitario.
• ELISA es una de las técnicas inmunológicas más empleadas en la industria alimentaria para la determinación de alérgenos.
• Los ensayos de ELISA pueden ser directos, indirectos o sándwich.

Parámetros Analíticos Habituales

• Todos los alimentos tienen una mayor o menor proporción de agua, convirtiendo la determinación del contenido hídrico en una medición muy usada en el control de los alimentos.
• Hay maneras de expresar los datos relativos a la cantidad de agua con el porcentaje de humedad o agua, y la cantidad de sólidos totales para alimentos líquidos.
• Los métodos más empleados para realizar este análisis son: secado, destilación, métodos químicos, actividad del agua.
• Secado es calcular el peso de un alimento antes y después de someterlo a eliminación del contenido acuoso.
• Cuando se aplica esta técnica puede ser difícil eliminar completamente el agua, y las temperaturas elevadas pueden provocar la pérdida de otras sustancias.
• Una vez secada la muestra y registrados los pesos antes y después del proceso, aplica la fórmula: % humedad = (M – m) · 100 / M
• La destilación usa un sistema de condensación con éter o xileno. La medida es menos precisa que una pesada.
• Para la destilación se aplica la siguiente fórmula: % de agua de la muestra = 100·V / M
• Los métodos químicos consisten en producir reacciones químicas a partir del agua presente en el alimento.
• Procedimiento del carburo: El carburo de calcio reacciona con le agua.
• El procedimiento de Karl Fischer se basa en la reacción entre dos componentes del reactivo Karl Fischer.
• Actividad del agua (aw): es el agua libre que se encuentra en los alimentos disponible para el crecimiento de microorganismos, midiéndose en valores del 0 al 1, donde a menor aw el alimento es menos perecedero.
• Para medir la actividad del agua, existen múltiples sondas, sensores y equipos.
• La determianción de cenizas totales usa una mufla y se emplea para analizar el contenido en minerales, presencia de adulterantes.
• La cenizas son los compuestos inorgánicos obtenidos tras extraer completamente los compuestos orgánicos tras incineración.
• Para la determianción de cenizas totales se utiliza la siguiente fórmula: % cenizas = (P1 – P2) 100/(P – P2)
• Para la determinación de fibra, la fibra es el conjunto de polisacáridos y ligninas que no pueden ser digeridas y, por tanto, tampoco absorbidas.
• Se puede utilizar tanto la determinación de fibra bruta como la determinación de fibra alimentaria o dietética.
• En la determinación de grasa bruta, el proceso permite identificar todos los componentes capaces de disolverse en solventes orgánicos.
• El sistema Soxhlet se basa en separar, extraer y medir el contenido graso de la muestra a través de disolventes orgánicos o reactivos ácidos y básicos.
• Para calcular el % de grasa se aplica la siguiente fórmula: % grasa = (m2 – m1) 100 / M
• Método de Kjeldahl: transforma el nitrógeno presente en la muestra en amoniaco, que posteriormente se valora con un ácido.
• Otros métodos empleados son Destilación Kjeldahl, Espectrofotometría a 280 nm (turbidimetría), Método Biuret, Método de Lowry, Método Bradford.
• Determinación de carbohidratos disponibles, se refiere a aquellos digeribles, es decir, los que no son fibra, básicamente azúcares y almidón.
• Métodos ópticos o espectrométricos: Refractometría, Polarimetría, Espectrofotometría.
• Métodos basados en el poder reductor de los azúcares como la valoración de Fehling.
• Para la determinación del pH y acidez:
  • El pH-metro mide la cantidad de H+ en la muestra mediante potenciometría, dando un valor de pH.
  • Los Indicadores de pH cambian de color en función del medio, dando una idea aproximada del pH de la sustancia.
  • La volumetría de neutralización mide el contenido total de ácidos libres en un alimento.

Tema 5: Agentes y mecanismos de transformación de los alimentos

• Los alimentos son susceptibles de sufrir cambios en su composición, estructura y características como consecuencia de diversos agentes y mecanismos.
• Un alimento alterado presenta cambios que limitan su aprovechamiento sin ser necesariamente peligroso para la salud.
• Los agentes responsables de las alteraciones pueden ser físicos, químicos o biológicos.
• Los tratamientos pueden producir transformaciones positivas, como prolongar la vida útil, o negativas, como la pérdida de vitaminas.
• Los objetivos generales de los tratamientos incluyen la seguridad alimentaria, mejora del valor nutricional, mejora de posibilidades y calidades alimentarias y la elaboración de nuevos alimentos.