Departamento de Química Analítica y Tecnología de Alimentos QUIMICA ANALITICA APLICADA Tema 13. Análisis de alimentos. Métodos y metodologias 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 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)Nitrogeno 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 Contenido en agua Determinación Aplicación Desecación en estufa Queso y carnes hasta peso constante Deshidratación hasta Tejidos vegetales temperatura ambiente Destilación con un disolvente orgánico Alimentos ricos en azúcares Métodos químicos: Karl Fisher Alimentos deshidratados 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 ANALISIS BÁSICO Y MINERAL DE LOS ALIMENTOS 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) 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 : a)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 MnO4b)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 ANALISIS EN LECHE Y DERIVADOS 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: a)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 b)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 ACEITES Y GRASAS 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. ANALISIS EN ACEITES Y GRASAS Los principales análisis de aceites y grasas se resumen en varias determinaciones: a)Identificación del tipo de grasa b)Determinación de mezclas de grasas o aceites c)Determinación de componentes extraños (disolventes, metales, pesticidas,ect) d)Determinación de aditivos e)Grado de refinado f)Grado de lipólisis g)Identificación de grasas endurecidas o interesterificadas Clasificación Lípidos saponificables Simples Acilglicéridos Céridos Complejos Fosfolípidos Glucolípidos Lípidos insaponificables Terpenos Esteroides Prostaglandinas ANALISIS DE ACEITES Y GRASAS METODOS DE ANÁLISIS DE ACEITES Y GRASAS INDICE DE COLOR DENSIDAD PRUEBA DEL FRIO PUNTO DE FUSIÓN HUMEDAD(METODO DEL XILENO) HUMEDAD Y MATERIAS VOLATILES ACIDEZ. INDICE DE ACIDEZ INDICE DE SAPONIFICACIÓN INDICE DE HIDROXILO IND. DE ÁC. VOLATILES SOLUBLES IND. DE ÁC. VOLATILES INSOLUBLES INDICE DE YODO (WIJS Y HANUS) INDICE DE PEROXIDOS IMPUREZAS ACIDOS GRASOS POR C. G. INDICE BELLIER INDICE DE DIENOS RECONOCIMIENTO DE AZUFRE ACIDOS OXIDADOS INDICE DE TIOCIANOGENO INDICE DE POLIBROMUROS COMPUESTOS CLORADOS INDICE DE BELLIER-MARCILLE JABON EN ACEITE DE OLIVA JABON EN ACEITE REFINADO PRUEBA DE VIZERN TETRABROMUROS(VIZERN-GUILLOT) IDENTIF. DE ACEITE DE ALGODÓN PRUEBA DE HAUCHECORNE AC. GRASOS DE CADENA CORTA TEMPERATURA DE INFLAMACION ANILINA POR C.G. ANLINA POR HPLC ANILIDAS GRASAS POR C.G RECONOC. DE ANTIOXIDANTES CERAS EN ACEITE DE GIRASOL TOCOFEROLES COLORANTES ARTIFICIALES 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: a)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 MnO4Sacarosa : 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 ADITIVOS VITAMINAS AMINOACIDOS MINERALES POTENCIADORES DEL AROMA POTENCIADORES DEL SABOR SUSTITUTOS DEL AZUCAR EDULCORANTES COLORANTES ACIDULANTES CONSERVANTES ANTIOXIDANTES AGENTES QUELATANTES AGENTES TENSOACTIVOS ESPESANTES GELIFICANTES AGENTES HUMECTANTES ANTIAGLOMERANTES BLANQUEANTES CLARIFICADORES GASES IMPELENTES 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.
