Liceo Politécnico Ciencia y Tecnología Módulo: Alimentos : Humedad,Cenizas y Proteínas

Liceo Politécnico Ciencia y Tecnología
Módulo: Alimentos : Humedad,Cenizas y Proteínas
Prof: Enrique Torres Plaza
Nombre:_____________________________Curso_________
Determinación de cenizas en alimentos
La cantidad de cenizas representa el contenido total de minerales en los alimentos. La
determinación del contenido de cenizas puede ser importante por varias razones:
Son una parte del análisis próximo para la evaluación nutricional. Las cenizas son el primer
paso en la preparación de una muestra de alimentos para análisis elemental específico.
La determinación del contenido de cenizas sirve para obtener la pureza de algunos
ingredientes que se usan en la elaboración de alimentos tales como: azúcar, pectinas,
almidones y gelatina.
El contenido de cenizas se usa como índice de calidad en algunos alimentos como
mermeladas y jaleas. En estos productos el contenido de cenizas es indicativo del
contenido de frutas en los mismos: por lo tanto, se le considera como un índice de
adulteración, contaminación o fraude.
Es importante en productos de cereales porque revela el tipo de refinamiento y molienda.
Ejemplo una harina de trigo integral (todo el grano) contiene aproximadamente 2% de
cenizas; mientras que la harina proveniente del endospermo tiene un contenido de cenizas
de 0,3%. Quiere decir que la mayoría de las cenizas están en las cáscaras. Se puede esperar
un contenido de cenizas constante en productos animales, pero de otra fuente como las
plantas, este puede ser variable.
Se usa como índice de calidad en el vinagre. Hay normas al respecto. En algunos productos
no sólo porque se establece el contenido de cenizas total sino además, el % de esa ceniza
soluble en agua, en ácido y también la alcalinidad que presenta.
Las cenizas contienen los elementos inorgánicos, mucho de los cuales son de interés
nutricional como es el caso del calcio, fósforo, etc.
Cuando en algún producto alimenticio hay un alto contenido de cenizas se sugiere la
presencia de algún adulterante inorgánico. El método más común para determinar cenizas
es la calcinación en mufla a temperaturas entre 500 y 600oC. Para determinar cenizas en
azúcar se han recomendado métodos basados en la conductividad eléctrica (vía húmeda).
El contenido de cenizas en carnes oscila entre 0,8 - 2% en base húmeda. En frutas y
hortalizas está comprendido entre 2 - 12%.
Los elementos minerales en los alimentos se encuentran en combinaciones orgánicas e
inorgánicas. Las sales inorgánicas, tales como: fosfato, carbonato, cloruro, sulfato, nitrito
de sodio, potasio, calcio, son comunes. También pueden encontrarse presentes sales de
ácidos orgánicos: málico, oxálico, acéticos, péptico, etc., Por otra parte ciertos elementos
minerales pueden encontrarse formando complejos de moléculas orgánicas. A veces en la
determinación de cenizas es conveniente mezclar el producto con arena como por ejemplo
leche.
Métodos Usados en la Determinación de Cenizas
Existen tres métodos para la determinación de cenizas que son:
Calcinación (vía seca)
Oxidación húmeda(digestión).
Cenizas a baja temperatura(cenizas plasma)
Calcinación
Se refiere a la determinación de las cenizas en una mufla a temperaturas que oscilan entre
500 y 600oC. El agua y sustancias volátiles son evaporadas, mientras que las sustancias
orgánicas son incineradas en presencia del oxigeno del aire para producir CO 2 y óxido de
nitrógeno. La mayoría de los minerales son convertidos a óxidos, sulfato, fosfato, cloruro y
silicato. Los elementos tales como: Fe, Se, Pb y As, pueden volatilizarse parcialmente con
este procedimiento, es por ello que otros métodos se deben usar como paso preliminar para
análisis elemental específico. Las ventajas de este método son:
Es un método seguro y no requiere adición de reactivos y sustancias del blanco.
Se requiere de una pequeña atención sólo para evitar la formación de llamas y ello se logra
subiendo la temperatura lentamente hasta aproximadamente 200oC. Después que se ha
quemado la materia orgánica, se continua subiendo la temperatura hasta aproximadamente
500oC.
Usualmente se pueden manipular varios crisoles a la vez y las cenizas resultantes se
pueden utilizar para muchos análisis como: determinación, de elementos químicos, cenizas
insolubles en ácido y solubles e insolubles en agua.
Entre sus desventajas tenemos:
El largo tiempo que se requiere para la incineración (12-18 horas o toda la noche).
La pérdida de elementos volátiles y las interacciones entre los componentes minerales y los
crisoles. Entre los elementos que se pueden perder por volatilización tenemos: As, B, Cd,
Cr, Fe, Pb, Hg, Ni, P, V, y Zn.
Oxidación húmeda(Digestión húmeda)
Es un procedimiento en el cual se oxidan las sustancias orgánicas usando ácidos y agentes
oxidantes o sus combinaciones. Los minerales son solubilizados sin volatilización. Las
cenizas húmedas son preferibles a menudo a las cenizas secas como una preparación para
un análisis elemental especifico La necesidad de vigilancia constante y la posibilidad de
altos valores del blanco, hacen al método menos adecuado para el trabajo de rutina. El
procedimiento consiste en oxidar la muestra en presencia de ácido nítrico, sulfúrico,
perclórico y peróxido de hidrógeno, proporcionando calor hasta lograr la destrucción de
toda la materia orgánica y que aparezcan humos blancos. Los ácidos se pueden usar en
diferentes combinaciones, teniendo cuidado con el perclórico que es explosivo.
Este método es muy aplicado a muestras con alto contenido en grasas(carnes y derivados).
La oxidación húmeda posee ventajas frente a la calcinación en seco, ya que se utilizan
temperaturas más bajas (menos de 350oC) y hay poca probabilidad de pérdida de los
elementos por volatilización. El tiempo de la oxidación es corto.
Entre sus desventajas se tienen:
Se toma virtualmente todo el tiempo del operador.
Se usan reactivos corrosivos y solamente se puede manipular un pequeño número de
muestras.
Cenizas a baja temperatura (cenizas plasma)
Se refiere a un tipo especifico de método de cenizas secas en la cual los alimentos son
oxidados en un vacío parcial por oxígeno naciente, formado por un campo
electromagnético. Las cenizas así son obtenidas a una temperatura mucho más baja que
con la mufla, previniendo la volatilización de muchos elementos. Las estructuras cristalinas
usualmente permanecen intactas. La mayor desventaja es la pequeña capacidad para las
muestras y lo caro del equipo.
Debido a que ciertos alimentos poseen alto contenido de minerales, el contenido de cenizas
se hace importante. Se puede esperar un contenido constante de cenizas de productos de
animales, pero de otras fuentes como las plantas, este puede ser variable.
Contenido de Cenizas en los Alimentos
El contenido de cenizas de la mayoría de los alimentos frescos raramente es mayor de 5%.
Aceites puros y grasas generalmente contienen poca cantidad o nada de cenizas. Los
productos tales como tocino puede contener 6% de cenizas y la carne seca de res puede
poseer un contenido tan alto como 11,6% (base húmeda. Grasas, aceites y mantequillas
varían de 0,00 a 4,09%; mientras que productos secos varían de 0,5 a 5.1%. Frutas, jugo de
frutas y melones contienen de 0,2, a 0,6% de cenizas; mientras que las frutas secas
contienen de 2,4 a 3,5%. Harinas y comidas varían de 0,3 a 1 .4%.
El almidón puro contiene 0,3% y el germen de trigo 4,3%. Se podría esperar que el grano y
sus derivados con salvado tendrían un contenido superior. Nueces y derivados contienen
de 0,8 a 3,4% de cenizas; mientras que a carne, aves y alimentos marinos contienen entre
0,7 y 1,3% de cenizas.
Análisis de cenizas
Preparación de las muestras: Entre 2 y 10 g de muestra son generalmente usados para
determinar cenizas. Para este propósito, la molienda o trituración probablemente no
alterarán mucho el contenido de cenizas; sin embargo si estas cenizas son un paso previo
para la determinación de minerales se debe tener cuidado ya que puede haber
contaminación por micronutrientes ya que los molinos son hechos de metal, el uso repetido
de materiales de vidrio pueden ser fuente de contaminación; el agua también puede ser
fuente de contaminación, por ello es conveniente usar agua destilada desionizada.
Los materiales de las plantas son generalmente secados antes de la molienda por los
métodos de rutina. La temperatura de secado es de pequeñas consecuencias para las
cenizas. Sin embargo la muestra puede ser usada para determinaciones múltiples (proteína,
fibra, etc.). Los materiales de las plantas con 15% o menos de humedad pueden ser
incinerados sin secado previo.
Los productos de animales y especias requieren tratamiento previo a la incineración porque
su alto contenido en grasas, humedad o azúcar pueden producir pérdidas de muestra.
Las carnes y azúcares necesitan ser evaporados por secado en baño de vapor o con una
lámpara infrarroja. Una o dos gotas de aceite de oliva se puede añadir para permitir escapar
al vapor cuando se forma como una costra sobre el producto.
La llama y el humo pueden aparecer en la incineración de muchos productos (quesos,
alimentos marinos, especias, etc.). No se debe subir bruscamente la temperatura de la mufla
para evitar la formación de llamas que provocan pérdidas de las muestras. La temperatura
se debe subir lentamente hasta 200oC y dejarla allí hasta quemar toda la materia orgánica
(desprendimiento de humo sin llama), después se sube lentamente hasta 500oC
aproximadamente cuando se trate del método de incineración. En este método a veces la
selección de los crisoles se hace crítica porque ello depende de su uso especifico. Existen
crisoles de cuarzo, vycor, porcelana, platino, silica etc.
Los crisoles de cuarzo son resistentes a los ácidos y halógenos pero no a los álcalis a
temperaturas altas. Los vycor son estables hasta 900oC; pero los Gooch Pyrec están
limitados hasta 500oC. Los de porcelana se asemejan al cuarzo en sus propiedades físicas
pero se quiebran con los cambios bruscos de temperaturas, son económicos. Los de acero
son resistentes a los ácidos y álcalis, son baratos pero están constituidos por cromo y
níquel los cuales son fuentes posibles de contaminación. Los crisoles de platino son muy
inertes y probablemente los mejores pero son muy caros para uso rutinario. Los de sílica
son atacados por alimentos ácidos.
Todos los crisoles deben ser marcados con creyón de grafito para su identificación ya que
otros tipos de marcadores generalmente se borran con las altas temperaturas.
En muchos alimentos, además de determinar las cenizas totales, es conveniente
determinar también las cenizas solubles e insolubles en agua. Su alcalinidad y la
proporción de cenizas solubles en ácido.
Métodos Usados en la Determinación de Minerales en Cenizas
Análisis gravimétrico.
Las formas insolubles de los minerales son precipitados, lavados, secados y pesados para
estimar el contenido de minerales utilizando procedimientos gravimétricos. El análisis
gravimétrico está basado en el hecho de que los elementos constituyentes en cualquier
compuesto puro están siempre en las mismas proporciones por peso, por ejemplo, en el
NaCI siempre hay un 39,3% de Na(100 x 23 / 58,5). En análisis gravimétrico, el constituyente
deseado es separado de las sustancias contaminantes por precipitación selectiva y
entonces lavado para minimizar cualquier adherencia o elementos atrapados. El precipitado
es entonces secado y pesado. El peso del elemento mineral está en la misma proporción del
peso del compuesto, igual que como está en el complejo precipitado. El cloruro por ejemplo
es a menudo precipitado por cloruro de plata, el cual es lavado, secado y pesado. El peso
del cloruro puede entonces ser calculado del peso del cloruro de plata, porque el cloruro es
el 24,74% del peso molecular del AgCl.
El calcio puede ser determinado por precipitación como oxalato, y convertido a CaO por
ignición y reportado como peso de calcio/peso de muestra(Ver Suzanne, 1995. método
modificado).
Los procedimientos gravimétricos son adaptados mejores a tamaños grandes de muestras y
son generalmente limitados a alimentos que contienen a grandes cantidades de los
elementos a ser determinados. Los procedimientos que usan AgNO 2 han sido usados para
cuantificar cloruros. La mayoría de los elementos traza están en baja cantidad en los
alimentos cuyo procedimiento gravimétrico son demasiado largos para tener un valor
analítico.
Una desventaja de los procedimientos gravimétricos es el tiempo extra en la segunda
ignición donde el CaC204 es convertido en CaO. Lavados repetidos tienden a solubilizar algo
del CaC2O4. Sin embargo la co-precipitación de otros minerales necesitan los pasos del
lavado.
METODOLOGÍA
Determinación de cenizas en queso crema (kraft).
- Se pesó aproximadamente entre 5 y 8 gr de muestra de queso crema en un crisol de
porcelana.
- Se llevó a estufa para deshidratarlas a 105oC por 16 horas.
- Pasado este tiempo, se sacó de la estufa y se colocaron en el desecador para enfriar a
temperatura del laboratorio.
- Luego fueron puestas en el horno de mufla a 500-600oC durante un día para incinerar
hasta obtener cenizas blancas o grises.
- Se sacó los crisoles del horno de mufla y se colocaron en desecador para enfriarlos a
temperatura del laboratorio.
- Se pesó y luego se procedió a los cálculos requeridos.
Preparación de reactivos
Solución de 250 ml de Hcl 1:1
Se tomó una alicuota de 125 ml de Hcl y se transfirió a un balón aforado de 250 ml y
se diluyó con un volumen de agua destilada igual a 125 ml, para así obtener la solución de
Hcl 1:1.
Solución de 500 ml (NH4)2C2O4 4% P/V.
Se pesaron exactamente 4 gr de oxalato de amonio, se llevaron a un balón de 500 ml y
se aforó con agua destilada.
Solución KMnO4 0,05 N.
Se pesaron 1,5962 gr KmnO4 puro y se llevó a un beaker de 1000 ml. se calentó la
muestra con agitación frecuente hasta que el sólido se disolvió a una temperatura inferior a
la de ebullición durante 30 min.
Se dejó en reposo durante 24 horas.
Se filtro a través de fibra de vidrio.
Se paró la disolución a un frasco de vidrio oscuro con tapón de vidrio.
Estandarización de solución de KmnO4 con oxalato de amonio.
Se midió un volumen de 52,08 ml H2SO4 puros, el cual se transfirió a un balón de 500
ml aforando con agua destilada, para obtener la solución H2SO4 al 10% P/V.
De esta solución se tomó una alícuota de 100 ml que fueron mezclados con 0,15 g
exactos de oxalato de sodio previamente pesados.
La solución preparada se calentó lentamente hasta ebullición.
Se enrasó la bureta con solución de KmnO4 procediendo a titular en caliente.
El punto final se alcanzó con la aparición del color rosado.
Con el volumen gastado de KmnO4 se procedió a calcular su normalidad.
Solución alcohólica 50 ml rojo metilo al 0,02%.
Se pesaron 0,01 g de rojo metilo y se llevó a un balón de 50 ml y se aforó con alcohol.
Solución 250 ml H2SO4 8% P/V.
Se midieron 10,87 ml puros de H2SO4 y se llevaron a un balón de 250 ml y se aforó
con agua destilada.
Solución de 50 ml NH4OH 0,5%.
Se tomó un volumen de 1 ml de hidróxido de amonio y se llevaron a un balón de 50 ml
aforando con agua destilada.
Preparación de muestra para determinación de Calcio (Ca).
Se tomó la muestra incinerada y se le agregó 5 ml de Hcl 1:1.
El crisol se colocó en una plancha de calentamiento hasta la sequedad con el fin de
deshidratar los silicatos y hacerlos insolubles, todo esto a la temperatura más baja.
Alcanzada la sequedad, se bajaron de la plancha y se volvió a agregar 5 ml de Hcl 1:1.
Fue puesto el crisol en la plancha y calentar por 30 minutos a temperatura baja a fin
de hidrolizar los, pirofosfatos a ortofosfatos.
Se filtró a través de un papel de filtro la solución sin cenizas (pero el papel que se
utilizó no indicaba esto) en un matraz aforado de 100 ml.
El papel de filtro con el residuo se colocó en un crisol y se llevó al horno de mufla
para ser incinerada.
Al residuo que se obtuvo se le agregó 5 ml de Hcl 1:1 y se calentó a baja temperatura
por 5 minutos.
Pasado este tiempo se procede a filtrar nuevamente la solución en un papel de filtro.
Se recoge el filtrado en el mismo matraz aforado de 100 ml.
Se aforó a 100 ml con agua destilada (solución A).
Determinación de calcio (Ca). (Permanganometría).
Se transfirió una alicuota de 50 ml de la solución (A) a un beaker de 250 ml.
Se agregó 100 ml de agua destilada.
Esta solución se calentó hasta ebullición.
Se le agregó lentamente 10 ml de oxalato de amonio y tres gotas de indicador rojo de
metilo hasta la formación del precipitado.
Se agregó gota a gota solución de hidróxido de amonio 0,5 N hasta que se obtuvo el
viraje del indicador (incoloro, pH=5).
Luego se dejó hervir durante 5 minutos la solución.
Pasado este tiempo, se dejó enfriar y luego se dejó reposar durante 4 horas.
Después de las cuatro horas, se filtró la solución a través de un papel filtro con 20 ml
de agua destilada.
Se colocó el papel en el mismo envase y se lavó el papel con 10 ml de ácido sulfúrico
al 8% para disolver el oxalato de calcio.
Se agregó 50 ml de agua hirviendo.
Se tituló e caliente con solución de permanganato de potasio 0,05 N hasta una
coloración rosada persistente.