Estudio Comparativo de cidos Grasos con FT-IR.

Determinación de la adulteración de leche con suero de
queserías empleando espectroscopia FTIR
1. Resumen
En este trabajo se propone una metodología rápida y eficaz, basada en la
espectroscopia vibracional de infrarrojo (FT-IR) para determinar, la composición y
posible adulteración de leche con suero de queserías. Ya que en cualquier
presentación, la leche puede ser adulterada por suero de queserías, mediante técnicas
espectroscópicas (técnicas vibracionales) ya es posible determinar un componente
generado durante la fabricación del queso, el glucomacropéptido, el cual sirve como
un índice de adulteración de leche con suero de queserías. Para realizar un análisis
comparativo de los resultados obtenidos con la espectroscopia de Infrarrojo, se
realizaron experimentos con leche semidescremada, adulterada con sueros en polvo.
El equipo Milkoscan proporciona de manera cuantitativa el valor o presencia de:
lactosa, grasas, proteínas y sólidos no grasos; de la muestra analizada. La
adulteración la realizamos en muestras de 50 ml de leche semidescremada,
agregando y disolviendo 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, y 0.5 gramos de 3 diferentes sueros en
polvo. Los espectros de infrarrojo muestran la presencia de nuevos picos en 993, 1081
y 1157 cm-1, y el corrimiento a bajas frecuencias del pico de 1118 cm-1, debido a la
adición de proteína contenida en el suero.
Palabras Clave: espectroscopia infrarroja; leche, suero de leche; glucomacropéptido.
2. Introducción
La leche es el producto normal de secreción de la glándula mamaria. Los promedios
de la composición de la leche de vaca se presentan en la Tabla 1.
TABLA 1, Composición promedio de leche.
NUTRIENTE
COMPOSICIÓN (g)
AGUA
88
PROTEINA
3.2
LIPIDOS
3.4
LACTOSA
4.7
MINERALES Y VITAMINAS
0.72
La leche es un producto nutritivo complejo que posee más de 100 substancias que se
encuentran ya sea en: solución, suspensión o emulsión. La composición de la leche
varía considerablemente con la raza de la vaca, el estado de lactancia, alimento,
época del año y muchos otros factores. Aún así, algunas de las relaciones entre los
componentes son muy estables y pueden ser utilizados para indicar si ha ocurrido
alguna adulteración en la composición de la leche.
En cualquiera de las presentaciones de la leche ya sea en forma: liquida, polvo,
evaporada y/o condensada; puede sufrir algún tipo de adulteración. Llevar al mercado
productos con denominaciones que no correspondan es considerado como un fraude.
El establecimiento en la mayoría de los países de los sistemas de pago de la leche
según su calidad y el desarrollo progresivo del control lechero, para una mejor
selección del ganado productor, han traído como consecuencia un importante aumento
en el número de muestras de leche por analizar y de parámetros a examinar en cada
muestra. Ello ha obligado a los laboratorios encargados de dichos controles a revisar y
actualizar sus procedimientos analíticos para adecuarlos a nuevas exigencias. La
determinación automática de los componentes principales de la leche: grasa, proteína
y lactosa ha recibido especial atención.
Las técnicas ópticas, las cuales son rápidas y exactas, han sido utilizadas para
determinar los componentes de muestras en diferentes áreas de la industria:
alimentaría, medicina, medicina forense, química y medio ambiente, un ejemplo de ello
son las técnicas vibracionales.
Las técnicas vibracionales nos proporcionan un espectro que es conocido como la
huella digital de nuestro analito, este espectro nos proporciona información de los
diferentes enlaces que hay en la molécula.
La aplicación de la tecnología infrarroja al análisis de leche posibilitó un cambio
sustancial en la determinación de los componentes mayores. Ello se refleja en los
esquemas de precio de la leche, en el trabajo genético, en el control de calidad de la
leche, y en los estudios de la influencia de los factores ambientales y fisiológicos, entre
otros. El desarrollo de equipos con una alta repetibilidad y exactitud, una gran
capacidad de análisis por unidad de tiempo y el ahorro en reactivos han revolucionado
las posibilidades de trabajo en este campo.
El método espectroscópico para la determinación rápida y automatizada de grasa,
proteína, lactosa y sólidos totales de la leche; se basa en la absorción de energía
infrarroja a longitudes de onda específicas: por los grupos CH en las cadenas de
ácidos grasos de las moléculas de grasa (3.48 μm),
por los grupos carbonilo
presentes en los ésteres ligados a estas mismas moléculas ( 5.723 μm), por los
enlaces entre aminoácidos en las moléculas de proteína (6,465 μm) y por los grupos
OH en las moléculas de lactosa (9.610 μm).
Desde el punto de vista normativo, organismos internacionales como la Federación
Internacional de Lechería (FIL/IDF), ISO o bien AOAC registran a la tecnología
infrarroja dentro de sus métodos oficiales de análisis de leche y también en diversos
países del mundo, siendo excelentes cuando se avalan con los métodos de referencia
reconocidos.
El caso de México, en el año 2005, se aprobó una norma NMX –F-708 –COFOCALEC
–2004 “Determinación de grasa, proteína, lactosa, sólidos no grasos y sólidos totales,
en leche, fórmula láctea y producto lácteo combinado por espectroscopia de infrarrojo”,
con la cual se pretende actualizar la metodología para cuantificar dichos componentes
de la leche y otro derivados.
En este trabajo el objetivo es proponer una metodología rápida y eficaz, basada en la
espectroscopia vibracional de infrarrojo (FT-IR) para determinar, la composición y
posible adulteración de leche con suero de queserías.
La técnica que se propone en este trabajo ha sido utilizada para analizar caseína [Van
Der Ven 2002] así como también para determinar la presencia de suero en leche en
polvo [Mendenhall I 1991].
3. MATERIALES Y MÉTODOS
Preparación de muestras
Para la preparación de las muestras adulteradas se utilizó leche semidescremada
pasteurizada (alpura). La descripción de la leche se muestra a continuación en la tabla
2.
TABLA 2, Composición de leche.
Componentes
Leche Semidescremada y
pasteurizada
Carbohidratos (g)
12
Lípidos (g)
5
Proteínas (g)
7.75
Calcio (mg)
275
Sodio (mg)
125
Vitamina A (μg)
150
Vitamina D (μg)
1.56
En la tabla 3, se muestra el porcentaje de concentración de grasas, proteínas, lactosa
y sólidos no grasos totales, obtenidos por medio del Milkoscan, de los tres diferentes
tipos de suero utilizados en este trabajo.
TABLA 3. Composición % (m/m) de los tres sueros utilizados en este trabajo.
Tipo de Suero
Grasa
Proteína
Lactosa
Sólidos
no
grasos totales
Suero 1
0.75
7.70
1.17
7.84
2 0.20
1.70
7.01
9.41
6.38
2.43
9.92
“Chocolate”
Suero
“VEYCO
S.A.
de C.V.”
Suero
“Lácticos
3 0.71
La
Providencia”
El procedimiento experimental fue el siguiente; para poder determinar con precisión los
rangos donde se observan los mayores cambios por adulteración, como primer paso
50 ml de leche fue adulterada con el suero 3, que es el suero que presenta una de las
mayores concentraciones de grasas, proteínas, lactosa y sólidos no grasos totales.
Las concentraciones utilizadas (en gramos) para la adulteración fueron: 1, 2, 3, 4 y 5.
Segundo, nuevamente a 50 ml de leche se le agregaron los 3 diferentes tipos de
sueros, a concentraciones más bajas (en gramos): 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 y 0.5.
Análisis por Milko-Scan
Para un análisis cuantitativo se utilizó un sistema Milko-Scan (equipo serie 133/B, Foss
Electric, Denmark), el cual nos da la composición de (%, m/m) grasa, proteína, lactosa
y sólidos no grasos de la leche.
Análisis por Infrarrojo
Para el análisis espectroscópico se cuenta con el equipo de FTIR del CIBA-IPN, que
nos da un espectro completo de la región desde 650 cm-1 hasta 4000 cm-1 en el modo
de Reflexión Total Atenuada.
4. Resultados y discusión
Milko-Scan
Los resultados de las muestras adulteradas con los diferentes tipos de sueros, a bajas
concentraciones se muestran en la tabla 4. En la tabla podemos ver que el aumento
en los cuatro diferentes componentes que podemos sensar con el equipo Milkoscan
van incrementado su presencia en la solución final, conforme se incrementa la
adulteración en la leche.
TABLA 4. Análisis de muestras por medio del equipo Milkoscan, para 50 mL de
leche adulterada a diferentes concentraciones con los tres diferentes tipos de
suero.
Gramos de adulteración
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
Suero 1
Grasa
2,61
2,63
2,63
2,65
2,66
Proteínas
3,29
3,48
3,61
3,76
3,89
Lactosa
4,26
4,21
4,19
4,19
4,17
8,43
8,59
8,7
8,86
8,98
Grasa
2,59
2,59
2,58
2,58
2,57
Proteínas
3,15
3,18
3,21
3,24
3,26
Lactosa
4,43
4,58
4,73
4,87
4,97
8,45
8,63
8,81
8,97
9,09
Grasa
2,6
2,63
2,65
2,67
2,67
Proteínas
3,23
3,38
3,49
3,62
3,64
Lactosa
4,3
4,36
4,41
4,46
4,47
8,41
8,62
8,79
8,98
9,01
Sólidos
no
grasos
Suero 2
Sólidos
no
grasos
Suero 3
Sólidos
grasos
no
Infrarrojo
En la figura 1, se muestran los espectros de absorción en infrarrojo de la primera serie
de experimentos, concentraciones altas, para la adulteración de la leche con el suero
proporcionado por Lácticos la providencia (suero 3)
En la figura podemos observar los cambios en intensidad de los picos conforme la
leche es adulterada con suero de queserías. En los espectros podemos determinar
tres regiones muy importantes. La región entre 1000 y 1200 cm-1, la cual es atribuida a
la lactosa, la región entre 1500 y 1700 cm-1, la cual es atribuida a las proteínas y el
pico alrededor de los 1740 cm-1 la cual es atribuida a las grasas.
Absorcion (u.a.)
0.004
Leche
2g
4g
5g
0.002
0.000
1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700
-1
Numero de onda (cm )
Figura 1. Espectros de infrarrojo de leche adulterada con el suero 3.
En cada uno de los picos descritos con anterioridad, podemos observar que conforme
vamos incrementado la concentración de lactosa, proteínas y grasas en la muestra de
leche, estos van incrementado su intensidad de manera continua. Lo cual esta en total
correspondencia con los resultados mostrados en el análisis realizado de manera
cuantitativa con el Milkoscan.
A pesar de que se observan cambios en la intensidad de los picos de la figura 1, no es
posible poder determinar uno en particular que permita una buena asociación con las
variaciones en concentración o presencia de suero en leche.
Leche
Suero 1
Suero 2
Suero 3
0.0030
Absorcion (u.a.)
Absorcion (u.a.)
0.0030
0.0015
Leche
Suero 1
Suero 2
Suero 3
0.0015
0.0000
0.0000
1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700
1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900
-1
-1
Numero de onda (cm )
a) Leche adulterado con 0.1 gramos de suero
Numero de onda (cm )
b) Leche adulterado con 0.3 gramos de suero
Figura 2. Espectros de absorción de leche adulterada con los tres diferentes tipos de
sueros a). con 0.1 gramos y b).- con 0.3 gramos.
En la figura 2, se muestran los resultados característicos obtenidos con el análisis de
infrarrojo para la leche semidescremada adulterada con los tres diferentes tipos de
sueros.
En los espectros de la figura 2 se observa que no existe un incremento substancial en
la intensidad de los picos, pero si en la forma del mismo. Sobre todo en las muestras
adulteradas con el suero 3 que es el que, de acuerdo con el análisis de Milkoscan,
presenta las mayores concentraciones de: lactosa, proteínas y grasas.
Una vez que observamos y corroboramos que el suero tres es el que presenta los
mejores espectros, se procedió a la adulteración de la leche con suero en
concentraciones bajas.
En la figura 3, podemos observar la región de la lactosa, de las muestras adulteradas
de leche a concentraciones bajas. Los seis espectros presentados a simple vista son
idénticos tanto en amplitud como en forma, excepto en la región por debajo de los
1050 cm-1, donde se puede observar que cuando la leche no se encuentra adulterada
presenta tres picos mas o menos bien definidos. Cuando la leche comienza a
adulterarse se observa la indefinición de los mismos.
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
Absorción
0.5
1000
1050
1100
1150
1200
-1
Número de Onda (cm )
Figura 3. Espectros de infrarrojo para leche adulterada en la región de la lactosa.
En la región de las proteínas, ver figura 4, se observa un corrimiento a bajas energías
en el pico de 1377 cm-1 al aumentar la concentración de suero; los picos en las
regiones de 1545 y 1556 cm-1 se combinan para generar un solo pico conforme
aumenta la adulteración; en la región de 1640 cm-1 el espectro de la leche sin adulterar
muestra un pico dominante, que se corre a altas energías al aumentar la
concentración de suero.
0.0
0.1
0.2
1556
1545
0.3
0.4
1377
Absorcion
0.5
1549
1350
1400
1450
1500
1550
1600
1650
1700
-1
Numero de Onda (cm )
Figura 4. Espectros de infrarrojo para leche adulterada en la región de las proteínas.
La figura 5 muestra la aparición de un nuevo pico a 1734 cm-1, el cual se puede
observar con una mayor definición en los espectros de leche adulterada con
concentraciones de 0.4 y 0.5 g de suero.
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
Absorción
0.5
1600
1650
1700
1750
1800
-1
Número de Onda (cm )
Figura 5. Espectros de infrarrojo para leche adulterada en la región de la grasa.
5. CONCLUSIONES
Hemos mostrado que la espectroscopia de infrarrojo es una técnica adecuada para la
determinación de la composición (lactosa entre 1000 y 1200, proteínas entre 1300 y
1700 y de grasas a 1740) de la leche.
Para concentraciones por arriba de 1 gramo de suero de queserías en leche, los
cambios en intensidad son la muestra inequívoca de la adulteración. Lo que nos quiere
decir que existe una mayor concentración de enlaces asociados a estos componentes.
Para bajas concentraciones de adulteración, los cambios no se dan en la intensidad
del pico sino en la forma del mismo, lo cual no quiere decir que los enlaces son
alterados solamente en cuanto a su posición dentro de la solución.
Con los resultados de este trabajo se concluye que el aumento en la concentración de
suero de leche da variaciones en intensidad de los espectros, ya sea un corrimiento o
la atenuación de picos en las regiones de la lactosa, proteínas y grasas. Lo que nos
permite visualizar, para investigaciones futuras, que la determinación de la
adulteración de leche con suero de queserías debe estar basada en los picos de las
proteínas y de la grasa.
6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Mendenhall I, Brown R. Fourier transform infrared determination of whey powder in
nonfat dry milk. J. Dairy Sci. 74 No. 9 (1991), 2896.
Van Der Ven et. al. FTIR spectra of whey and casein hydrolysates in relation to their
functional properties. J. Agric. Food Chem. 50 No. 24 (2002), 6943.
Y. Etzion, R. Linker, U. Cogan, y I. Shmulevich, Determination of Protein
Concentration in Raw Milk by Mid-Infrared Fourier Transform Infrared/Attenuated
Total Reflectance Spectroscopy, 2004, American Dairy Science Association, p.
2779, 2783.
FAO/OMS. Leche y los productos lácteos en la nutrición humana. En: Colección
FAO: Alimentación y nutrición. Roma; 1997. p. 292.