Técnicas fisicoquímicas para determinar la composición de alimentos

Índice de Técnicas Fisicoquímicas

1. Humedad.
2. Proteína bruta (Kjeldahl).
3. Grasa bruta (Soxhlet).
4. Cenizas.
5. Hidrato de carbono.
6. Vitaminas (HPLC).
7. Electroforesis.
8. Determinación de pH
9. Determinación de grados Brix

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Humedad en Alimentos

El contenido en agua de un alimento se realiza calculando la pérdida de peso cuando se elimina el agua a través de técnicas de secado. Para ello, se pesa la muestra con humedad, se seca en estufas de desecación y se vuelve a pesar la muestra seca. Con la diferencia de pesos se halla el porcentaje de humedad .

La muestra suele trocearse antes de meterse en la estufa/horno de desecación para aumentar la superficie de contacto con el aire caliente y mejorar la eliminación del agua de la muestra. Para alimentos líquidos se hace un baño de vapor y el agua del alimento se va evaporando poca a poco.

Cálculo del Porcentaje de Humedad

La ecuación que nos permite calcular el porcentaje de humedad es:

% humedad = (M-m) x 100 / M

Siendo M la masa inicial del alimento y m la masa final del alimento Página 2 de 16 | Control alimentario. Unidad 09.

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Proteína Bruta: Método Kjeldahl

La técnica para determinar la proteína de un alimento se llama metodo Kjeldahl y mide el contenido en nitrógeno total. En la mayoría de los alimentos el nitrógeno procede principalmente de las proteínas. El nitrógeno de la muestra se convierte a sulfato amónico gracias al uso de ácido sulfúrico en una combustión líquida:

Muestra + ácido sulfúrico (H2SO4) -> sulfato amónico ((NH4) 2SO4)

Posteriormente el sulfato de amonio se hace reaccionar con hidróxido de sodio (NaOH) y se transforma en amoníaco:

(NH4) 2SO4 + NaOH > NH3 (amoníaco)+ otros subproductos

Después el amoníaco se destila, es decir, al ser volátil puede separarse de la muestra total por evaporación y posterior condensación. Finalmente, el amoníaco se valora con un reactivo ácido (mismo proceso que la valoración vista en la leche, pero con un reactivo ácido en lugar de básico)

La proteína bruta se halla multiplicando el nitrógeno total (representado por el amoniaco final determinado en la valoración anterior) por un factor que se calcula determinando los componentes de un número grande de muestras del mismo alimento y expresando el resultado como proteína, es decir, está tabulado para cada grupo de alimentos.

Factores de Proteína por Grupo de Alimentos

• 6.38 Milk, cheese, milk powder and milk powder pro- ducts [including milk-based infant formulae, milk protein concentrate, whey protein concentrate, casein and caseinatel Not applicable for samples containing ammonium caseinate
• 6.25 Meat, fish, poultry, egg, vegetables, fruits, different types of grain, corn, legumes, feed
• 5.95 Rice
• 5.71 Soy beans
• 5.7 Wheat and wheat flour
• 5.55 Gelatin
• 5.4 Oliseeds, Nuts

El factor usado para los productos lácteos es ligeramente superior que el de la carne porque el contenido en nitrógeno de la proteína láctea es superior al contenido en nitrógeno de la proteína cárnica.

Ventajas del Método Kjeldahl

• Apropiado para varios tipos de productos

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• Alta fiabilidad
• Usado como método de referencia

Desventajas del Método Kjeldahl

• Interfieren compuestos nitrogenados no proteicos (nitratos, nitritos, grasas nitrogenadas, alcaloides etc.)
• Uso de reactivos tóxicos o corrosivos
• Elección del factor de conversión

Pasos Detallados del Proceso Kjeldahl

Los pasos detallados del proceso para la determinación de proteína bruta por método Kjeldahl serían pues:

1. Pesaje de la muestra en papel libre de nitrógeno
2. Transferencia de la muestra al tubo de digestión
3. Adición de sal para aumentar el punto de ebullición del paso 5
4. Adición de ácido sulfúrico (H2SO4)
5. Combustión líquida/digestión de la muestra con el H2SO4 añadido
6. Dilución de la muestra con agua para evitar que la siguiente reacción con NaOH sea demasiado fuerte
7. Adición de hidróxido de sodio (NaOH) para obtener amoníaco (NH3)
8. Destilación del NH3
9. Valoración/titulación del NH3 con un reactivo ácido (HCl o H2SO4) para determinar la cantidad de NH3 obtenido
10. Cálculos: multiplicación del nitrógeno (NHz obtenido) por el factor correspondiente según el tipo de alimento

SAMPLE RESULT 0000009088 MOwhat 4.50 --- ph =4,62 O 4 1 2 3 4 5 6 7 8 Ba 0 10 Página 4 de 16 | Control alimentario. Unidad 09.

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Grasa Bruta: Método Soxhlet

La extracción y determinación de la grasa bruta de un alimento consiste en mezclar la muestra del alimento (previamente triturada y pesada) con un disolvente (éter, hexano) que es capaz de unirse a la grasa y extraerla. Posteriormente el disolvente se elimina por evaporación o por desecación, y solo queda la grasa que se cuantifica por diferencia de peso, es decir, volviendo a pesar la muestra después de haber extraído la grasa. Este método es el más popular y normalizado para la determinación de grasa bruta y se llama Soxhlet.

https://www.youtube.com/watch?v=bAJ5el06EZw https://metodosdeseparaciondemezclas.com/metodo-soxhlet

Componentes del Equipo Soxhlet

Tubo refrigerante Cartucho de extracción Sifón O a Tubo para ascenso del vapor o Cartucho de extracción con muestra Disolvente Placa calefactora @Gerhardt

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Cenizas en Alimentos

Las cenizas representan la parte mineral del alimento (sales y minerales) y son determinadas mediante la calcinación de la muestra puesta sobre una cápsula donde se va a fundir la muestra. Para ello se usa un horno mufla adaptado especialmente para concentrar el calor y lograr temperaturas cercanas a los 600℃, lo que garantiza la conservación de todo el material no volátil.

Comparación: Horno de Secado vs. Horno Mufla

Un horno de Secado puede llegar hasta los 300℃ de temperatura y su cámara interna está hecha de acero inoxidable. La transferencia de calor es mediante flujo de aire. El horno mufla puede alcanzar temperaturas desde los 500℃ hasta los 1800℃ y la transferencia de calor se produce por radiación.

Ecuación para el Porcentaje de Cenizas

La ecuación que nos permite determinar el porcentaje de cenizas es:

% cenizas = (P - p) x 100 / M

siendo, P: peso de la cápsula más las cenizas, p: peso de la cápsula, M: peso de la muestra

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Hidratos de Carbono por Diferencia

Los hidratos de carbono se calculan por diferencia una vez se ha determinado la humedad, proteína, grasa y cenizas.

Ejemplo de Cálculo de Hidratos de Carbono

Por ejemplo, si una muestra tiene un 50% de humedad, 10% de proteína, 5% de grasa y 3% de cenizas, tendría un 32% de hidratos de carbono, es decir:

100% - 50% - 10% - 5% - 3% = 32%

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Vitaminas: Técnica HPLC

Las vitaminas, ya sean hidrosolubles o liposolubles, se suelen analizar a través de la técnica HPLC (high performance liquid chromatography), un tipo de cromatografía que separa los componentes de una muestra basándose en diferentes tipos de interacciones químicas entre las sustancias de la muestra y las moléculas que forman la fase móvil y la fase estacionaria. Consta de una columna cromatográfica (fase estacionaria) y a su través se bombea un líquido (fase móvil) que va fluyendo a lo largo de la columna. Los disolventes (líquidos) más utilizados como fase móvil son el agua y el metanol. El componente más usado como fase estacionaria es la sílice.

Proceso de Separación HPLC

La muestra para analizar es introducida en pequeñas cantidades sobre la parte superior de la columna y quedan retenidos ahí hasta que la fase móvil se introduce en la columna y la muestra se va arrastrando/fluyendo a través de la columna. El grado de retención de los componentes de la muestra depende de tres factores: la naturaleza química de la muestra (polar o apolar, por ejemplo), la composición de la fase estacionaria y la composición de la fase móvil.

Tiempo de Retención en HPLC

El tiempo que tarda un compuesto para ser extraído de la columna se llama tiempo de retención y se considera una propiedad identificativa y característica de un compuesto en una determinada fase móvil y estacionaria. Es decir, los distintos componentes de la muestra se desplazan a distintas velocidades en una columna cromatográfica concreta.

Analitos Fase móvil Fase estacionaria

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Diagrama del Proceso HPLC

Columna cromatográfica:

Columna que contiene fase estacionaria Cromatograma A B C Inyector Tiempo Disolvente (Fase móvil) Muestra Aqueycontiene compuestos Bomba Detector Residuo

Interpretación del Cromatograma

El resultado de esta técnica es un cromatograma en el que hay picos que corresponden a cada uno de los componentes de la muestra. El área de cada pico es proporcional a la concentración de ese componente, y la posición en la que aparece hace referencia a la velocidad/tiempo con la que ha atravesado la columna. Con estas dos variables, tiempo y área, se puede identificar qué pico corresponde a cada componente.

1 0,16 2 0,14 0,12 0,10 4 ₹ 0.08 7 0,06 6 3 8 0,04 5 0,02- 0,00 2,00 4,00 6.00 8.00 10.00 Minutes 12,00 14,00 16,00 18,00 20,00

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Electroforesis para Separación Molecular

La electroforesis es una técnica que separa moléculas según la movilidad de éstas en un campo eléctrico, es decir, se crea un campo con un polo positivo y otro negativo para que las moléculas fluyan de un lado a otro. Para ello se requiere que las moléculas tengan carga, en el caso de los ácidos nucleicos (ADN) ya tienen carga negativa naturalmente, y en el caso de las proteínas se les induce a todas para que adquieran una carga neta negativa y así tambien puedan fluir hacia el polo positivo del campo.

Tipos de Electroforesis

La separación puede hacerse sobre la superficie hidratada de un soporte sólido (una electroforesis en papel, por ejemplo), a través de una matriz porosa (electroforesis en gel) o en disolución (electroforesis libre).

El método más usado es el gel de agarosa (un polisacárido que tiene consistencia de gel) y el gel de poliacrilamida (un polímero de acrilamida).

Mecanismo de Separación en Gel

Al poner la mezcla de moléculas y aplicar un campo eléctrico, éstas se moverán por el gel de forma que las moléculas pequeñas se moverán mejor, más rápidamente, y las más grandes al ser más lentas quedarán cerca del lugar de partida. Se observan fácilmente en forma de bandas separadas. La técnica consigue separar las moléculas en función de su masa la cual se mide en kDa (kilo Dalton). Estas masas se comparan con un marcador de peso que ponemos en un extremo del campo. En ese extremo introducimos una muestra conocida con moléculas de todos los pesos posibles para que sirva de marcador, y poder compáralo con la muestra a analizar.

Aplicaciones de la Electroforesis en Control Alimentario

Esta técnica se usa en control alimentario principalmente para la identificación de proteínas. También para la identificación de OGM (organismos geneticamente modificados) ya que consigue identificar el ADN propio del alimento y el que ha podido ser añadido desde fuera, observando sus distintos pesos moleculares.

Diagramas del Proceso de Electroforesis

Mixture of macromolecules Electrophoresis + Direction of electrophoresis Porous gel

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