97

Capítulo 2

Cápitulo 2: Análisisde la materia prima

Propósito:Determina las propiedades físicas, químicas y biológicas de los materiales a partir de su estado de formación, aplicando las técnicas y procedimientos de análisis establecidos que ayuden a una evaluación cualitativa y cuantitativa de sus componentes durante un proceso de transformación en la industria química, para un mayor aprovechamiento de sus propiedades en la obtención de productos requeridos.

99

Capítulo 2

Introducción

En el presente capítulo aprenderás a determinar las propiedades físicas, químicas y biológicas de los materiales a través de una serie de estrategias, que te serán de utilidad en tu campo laboral, además de, llevar a cabo diferentes evaluaciones del material e instrumentos adquiridos en un laboratorio.

Aquí podrás darte cuenta de la importancia que tiene el desarrollo de la capacidad de toma de decisiones al momento de determinar las propiedades biológicas de los materiales, y permitir que un material pase a una línea de producción o decidir que este debe ser retirado, por tanto, también se te proporcionarán contenidos que te permitirán aprender técnicas de análisis de la materia necesarias en tu campo académico y laboral.

101

Capítulo 2

Unidad 1 Determina las propiedades de la materia prima

1.1. RAP: Identifica las generalidades físicas de la materia prima de acuerdo con sus principios

fundamentales para un análisis.1.

1.1.1 Determinar las propiedades químicas de las materias primas

Los diferentes, (sólido o líquido), mediante la aplicación del procedimiento estándar de análisis y el manejo de instrumental, equipo y material de laboratorio, aplicando las medidas de seguridad e higiene y las normas establecidas.

Unidades de medida:

Material y equipo empleado.

Material de vidrio.

Espectrofotómetro.

Refractómetro.

Potenciómetro.

Determinación de pureza de los materiales

En muchas ocasiones los reactivos utilizados en un proceso químico no son completamente puros sino que presentan un determinado porcentaje de pureza en su composición. Este dato ha de tenerse en cuenta cuando se realizan cálculos con ecuaciones químicas (cálculos estequiométricos) en los que interviene un reactivo impuro.

102

Capítulo 2

Principios y conceptos teóricos

La realización de mediciones confiables de contaminantes es esencial para asegurar la confiabilidad de la metrología y dar trazabilidad a las mediciones químicas.

Esta trazabilidad se consigue mediante el uso de materiales de referencia certificados y por la determinación de la pureza de los padrones comerciales, pues ambos son usados en la calibración de los instrumentos de análisis. Varios son los métodos descritos en la literatura para determinar la pureza de las sustancias orgánicas, que se destacan por el amplio uso de la cromatografía líquida y la cromatografía de gases con diferentes detectores.

Las mediciones tienen un nivel de incertidumbre, cual es un parámetro asociado con el resultado de una medición que caracteriza a la difusión de valores que pueden atribuirse a un aparato de medición.

La determinación de la incertidumbre de la medición fue fundamentada en la guía de la expresión de incertidumbre de medición y la guía EURACHEM.

Los valores se expresan en términos de incertidumbre expandida (U) determinados por el producto del factor de amplitud (k) con un nivel de confianza de los 95 % por la incertidumbre combinada (uc), obtenidos a partir de los dos métodos utilizados en la siguiente ecuación.

U=uc * k

La incertidumbre de la entrada de cantidades derivadas se calcularon con el método tradicional. En este método, se emplea el concepto de derivada para normalizar las unidades de las cantidades de entrada en relación con la unidad de medición.

103

Capítulo 2

Reactivos

El procedimiento general para la identificación de una sustancia por el método clásico de análisis consiste en provocar en la misma un cambio en sus propiedades que sea fácilmente observable y que se corresponda con la constitución de dicha sustancia. El agente que suscita el cambio se llama reactivo, porque, generalmente, reacciona químicamente con el producto que se quiere reconocer.

Un reactivo puede ser un agente físico como el calor, la luz o la electricidad; comúnmente se entiende que es un producto químico que, en estado solido o en disolución adecuada, se utiliza para reaccionar químicamente con la sustancia objeto del análisis. En la reacción se puede produce la aparición de un precipitado o el desprendimiento de un gas o una coloración diferente o cualquier otro fenómeno o transformación suficientemente rápido y observable.

Los reactivos químicos se clasifican en generales y especiales.

Los primeros son comunes a un número grande de especies y son utilizados para la separaciones en grupos iónicos, como acontece en las denominadas marchas analíticas, por ejemplo, el acido sulfhídrico, el carbonato sódico, los hidróxidos alcalinos, etc.

Los reactivos especiales actúan sobre muy pocas especies químicas, son empleados para ensayos de identificación o reconocimiento.

A su vez estos se dividen en: selectivos o específicos, según como actúen sobre un grupo pequeño de especies o bien sobre una sola.

Los reactivos específicos son muy escasos, pero un reactivo que tenga una selectividad definida puede hacerse específico variando convenientemente las condiciones del ensayo.

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Capítulo 2

Purezadelosmateriales−Sólidos−Líquidos−Gases

Selección y manejo de reactivos y otras sustancias.

La pureza de los reactivos es fundamental para la exactitud que se obtiene en cualquier análisis; por lo que es importante que la calidad de un reactivo sea consistente con el uso al que se destina.

Clasificación de las sustancias

Grado reactivo:

Las sustancias grado reactivo deben ajustarse a los estándares mínimos establecidos por el Comité de Sustancias Reactivas de la Sociedad Química Americana o los establecidos por el Centro Nacional de Metrología (CENAM), y siempre que sea posible son las que se deben utilizar en el trabajo analítico. Algunos proveedores señalan en sus productos los límites máximos de impurezas permitidas según las especificaciones de la ACS.

Los reactivos o reactantes pueden encontrarse en alguno de los tres estados de agregación de la materia como lo son: Líquido, Sólido o Gaseoso, esto dependerá de su estado de agregación de los métodos y técnicas para determinar su pureza pudiendo variar, desde técnicas analíticas, espectrométricas o de caracterización dependiendo de sus propiedades físico químicas.

Una fase es un estado en una secuencia de posibles estados generalmente periódicos (e.g. fases de la luna). Las fases en termodinámica son los distintos estados homogéneos en los que se presenta una sustancia al ir cambiando su estado termodinámico (temperatura, presión o concentración). Los tres estados físicos de la materia son: sólido, líquido y gaseoso. Para una sustancia pura de poca masa molar, como el CO2, el diagrama de fases esquemático se muestra en la Fig 1, donde se ha incluido la nomenclatura usual para los cambios de fase.

105

Capítulo 2

Extracción líquido-líquidoEn este tipo de extracción se separa un componente de una mezcla líquida, con ayuda de un disolvente. La siguiente figura 1 a, explica este tipo de operación.

La extracción es la transferencia de un soluto de un disolvente a otro, cuando se utiliza un disolvente orgánico el soluto se extrae por un proceso de distribución. El coeficiente de reparto o distribución de un soluto, ante su líquido de disolución y su disolvente orgánico es constante y depende de la naturaleza de dicho soluto, así como de la naturaleza de ambos disolventes y de la temperatura.

Los disolventes orgánicos utilizados en extracción deben tener baja solubilidad en agua, alta capacidad de solvatación hacia la sustancia que se va a extraer y bajo punto de ebullición para facilitar su eliminación posterior, dentro de los métodos de extracción se tiene.

Extracción sólido-líquidoLa extracción sólido-líquido que también recibe el nombre de lixiviación, se emplea para extraer componentes solubles de sólidos con ayuda de un disolvente (figura 1 b).

sólido

vapor gas

líquido

TP

CP

heladoderritiendose

condensación

T

p

hirviendo

deposición

sublimación

Figura 1

Figura 1a

Figura 1b

106

Capítulo 2

Las sustancias y reactivos químicos producidos por la industria química y farmacéutica pueden contener una cierta cantidad de impurezas, tales como metales pesados, inertes y otros. La cantidad de impurezas halladas en estas sustancias y reactivos químicos determinan una clasificación particular de las mismas. La calidad está íntimamente relacionada con el grado de pureza, el que deberá ser informado en sus etiquetas.

Según éste, las sustancias y reactivos químicos se pueden clasificar del siguiente modo:

Reactivos purosLos reactivos químicos para su uso en el laboratorio se clasifican en reactivos puros (Libres de impurezas) o ultrapuros.

Reactivos técnicosTienen ciertas impurezas dentro de los límites permisibles para no afectar los resultados analíticos o de reacción. Los reactivos técnicos en general se usan en procesos industriales.

Grado Químicamente Puro o PurificadoSon grados que se utilizan para denominar a los productos de una pureza inferior a los de grado reactivo.

Ordenados de menor a mayor pureza

Grado Mercantil Grado Industrial Grado Técnico Grado Químicamente Puro (QP) Grado Farmacéutico y Alimenticio (USP o BP) Grado Reactivo Analítico (RA / PA) Grado Reactivo Analítico (ACS ) Grado HPLC (High Purity Liquid Chromatoghaphy)

Pureza de los reactivos −Puros −Analíticos −Técnicos −Industriales

107

Capítulo 2

Grado USP (United States Pharmacopea) o BP (British Pharmacopeia)Las instituciones encargadas de la vigilancia de la salud en todos los países han establecido normas estrictas para la utilización de materias primas para la producción y envasado de alimentos y medicamentos.

Estas normatividades son universalmente aceptadas. La farmacopea más difundida es la Americana (USP) y las sustancias que se ajustan a ésta son aceptadas y reconocidas oficialmente.

Reactivos analíticos ACS Reactivos grado analítico para espectroscopia, cromatografía y microscopía.HPLC es el máximo grado de pureza.

Los productos que se encuentran clasificados como HPLC, son aptos para su uso en Cromatografía Líquida de Alto Desempeño. Tienen un grado de confiabilidad tal que se les puede dar un uso, desde didáctico para estudiantes, hasta en laboratorios que contengan sistemas de análisis de altísima productividad.

1.1.2 Unidades de medida.

Una unidad de medida es una cantidad estandarizada de una determinada magnitud física. En general, una unidad de medida toma su valor a partir de un patrón o de una composición de otras unidades definidas previamente. Las primeras se conocen como unidades básicas o de base (o no muy correctamente, fundamentales), mientras que las segundas se llaman unidades derivadas. Un conjunto consistente de unidades de medida en el que ninguna magnitud tenga más de una unidad asociada, es denominado sistema de unidades.

Todas las unidades denotan cantidades escalares. En el caso de las magnitudes vectoriales, se interpreta que cada una de las componentes está expresada en la unidad indicada.

108

Capítulo 2

Patrón de medida:

Un patrón de medidas es el hecho aislado y conocido que sirve como fundamento para crear una unidad de medida.

Muchas unidades tienen patrones, pero en el sistema métrico sólo las unidades básicas tienen patrones de medidas.

Los patrones nunca varían su valor, aunque han ido evolucionando, porque los anteriores establecidos eran variables y se establecieron otros diferentes considerados invariables.

Ejemplo de un patrón de medida sería: “Patrón del segundo: Es la duración de 9 192 631 770 períodos de radiación correspondiente a la transición entre 2 niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de Cesio 133”. Como se puede leer en el artículo sobre el segundo.

De todos los patrones del sistema métrico, sólo existe la muestra material de uno, es el kilogramo, conservado en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas. De ese patrón se han hecho varias copias para varios países; ésta tiene su mayor importancia.

Tipos de unidades de medida

Unidades de capacidadUnidades de densidadUnidades de energíaUnidades de fuerzaUnidades de longitudUnidades de masaUnidades de peso específicoUnidades de potenciaUnidades de presiónUnidades de superficieUnidades de temperaturaUnidades de tiempoUnidades de velocidadUnidades de viscosidadUnidades de volumenUnidades eléctricas

109

Capítulo 2

Material y equipo empleado −Material de vidrio −Espectrofotómetro −Refractómetro −Potenciómetro

El pH, una medida de la acidez.Puesto que las concentraciones de los iones H+ y OH- en disoluciones acuosas con frecuencia son números muy pequeños y, por tanto, es difícil trabajar con ellos, Soren Sorensen propuso en 1909, una medida más práctica denominada pH. El pH de una disolución se define como el logaritmo negativo de la concentración del ion hidrógeno (en mol/L):

pH= -log [H+]Hay que recordar que la ecuación anterior es solo una definición establecida para tener números convenientes con los cuales trabajar. El logaritmo negativo proporciona un número positivo para el pH que, de otra manera, sería negativo debido al pequeño valor de [H+]. Así, el término [H+] en la anterior ecuación sólo corresponde a la parte numérica de la expresión para la concentración del ion hidrógeno, ya que no se puede tomar el logaritmo de las unidades. Entonces, al igual que la constante de equilibrio, el pH de una disolución es una cantidad adimensional.

Debido a que el pH solo es una manera de expresar la concentración del ion hidrógeno, las disoluciones ácidas y básicas a 25°C se identifican por sus va-lores de pH, como sigue:

Disoluciones ácidas: [H+] >1.0 x 10-7 M, pH<7Disoluciones básicas: [H+]< 1.0 x 10-7 M, pH>7Disoluciones neutras: [H+]=1.0 x 10-7 M, pH=7

Observa que el pH aumenta a medida que [H+] disminuye.En el laboratorio, el pH de una disolución se mide con un potenciómetro.

110

Capítulo 2

Muestra de gasesEl espectro de un líquido de bajo punto de ebullición o de un gas se puede obtener permitiendo a la muestra que se expanda en una cubeta a la que se le ha hecho vacío. Existe una variedad de cubetas para este objeto, con longitudes de camino óptico que varían desde unos pocos centímetros a varios metros. Las mayores longitudes de camino óptico se obtienen en cubetas compactas que poseen superficies reflectantes internas, de modo que el haz pasa numerosas veces por la muestra antes de salir de la cubeta.

Disolventes No existe un sólo disolvente que sea transparente en toda la región del infrarrojo medio. El agua y los alcoholes se utilizan rara vez, no solo porque absorben intensamente, sino porque también atacan a los haluros de metal alcalino, que son los materiales más comunes que se utilizan en las ventanas de las cubetas.

Debido a la tendencia de los disolventes por absorber, las cubetas para el infrarrojo suelen ser mucho más estrechas (0,1 a 1 mm) que las empleadas en las regiones ultravioleta y visible. Los caminos ópticos en el infrarrojo, requieren por lo común, concentraciones de muestra de 0,1 a un 10%. Con frecuencia, las celdas son desmontables, con espaciadores de teflón que permiten variar la longitud del camino óptico. Las celdas de camino óptico fijo se pueden llenar o vaciar con una jeringa hipodérmica.

Las ventanas de cloruro de sodio son las más utilizadas y aun teniendo cuidado, finalmente se velan debido a la absorción de humedad. Si se pulen con un polvo amortiguador vuelven a su condición original.

Líquidos purosCuando la cantidad de muestra es pequeña o cuando no se dispone del disolvente apropiado, es habitual obtener los espectros de líquido puro. En este caso, solo una película muy delgada tiene un camino óptico suficientemente corto como para producir espectros satisfactorios. Por lo

1.1.3 Técnicas para la manipulación de muestras.

111

Capítulo 2

común, una gota del líquido puro se comprime entre dos placas de sal de roca para obtener una placa con un grosor de 0,01 mm. o menos. Las dos placas se mantienen unidas por capilaridad y se colocan entonces en la trayectoria del haz.

Sólidos Los espectros de sólidos que no pueden disolverse en un disolvente transparente al infrarrojo, se obtienen con frecuencia dispersando el analito en una matriz líquida o sólida, y analizando la mezcla resultante. Estas técnicas requieren que el tamaño de la partícula del sólido suspendido sea menor que la longitud de onda del haz infrarrojo; si no se cumple esta condición, se pierde una parte de la radiación por dispersión.

Es importante mencionar algunos de los campos de aplicación de esta técnica y la utilidad de los mismos.

Adhesivos:Se utiliza para la identificación de los componentes individuales de la formulación de estos; como puede ser un polímero del tipo Neopreno, resinas fenólicas, antioxidantes, plastificantes, estabilizadores, etc.

Bioquímica:Análisis de: piedras renales, piedras biliares, piedras de la glándula próstata, identificación de esteroides.

Cosméticos:Análisis de lápiz labial (figura 2) aceites esenciales,talcos, fragancias, antitranspirantes.

Figura 2

112

Capítulo 2

Drogas:Identificación de narcóticos y drogas peligrosas, detección de compuestos tóxicos en plantas y animales (figura 3)..

Contaminación: Determinación de aceite en compuestos orgánicos y en agua, identificación de gases en el aire, análisis de muestras de aire de polvo de cuarzo y asbestos, identificación de pesticidas en suelos y aguas de riego.

Aceites esenciales y productos alimenticios:Identificación de aceites esenciales, monitoreo de la calidad de productos alimenticios, detección de insecticidas en plantas alimenticias (figura4).

Geoquímica:Caracterización de minerales (especialmente carbonatos) composición química, medida del espesor de películas.

Petróleo y lubricantes:Análisis de aceite, gasolina, lubricantes, grasas, determinación de aditivos, calidad de nuevos aceites (figura 5).

Polímeros:Identificación de polímeros, aditivos, plastificantes, resinas, etc.

Figura 3

Figura 4

Figura 5

113

Capítulo 2

Farmacéuticos:Determinación de compuestos farmacéuticos comunes, determinación de estructuras y componentes sintéticos, análisis de ungüentos y cremas.

Textiles:Identificación de fibras, aditivos textiles, fibras microscópicas, lubricantes en fibra, composición del porcentaje de poliéster y lana, identificación de retardadores de flama (figura 6).

Figura 6

114

Características de la muestraSe requiere de una muestra de grupos funcionales conocidos.Muestra: alcohol isopropílico.

Material:Espectrofotómetro de luz infrarroja NicoletEspátulaMortero de ágata con pistilo de ágataVentanas par de IR para NaClPrensaDado para pastillas de IRSoporte para pastillas

Reactivos:Las sustancias que a continuación se mencionan deben ser de grado espectro, a menos que se indique lo contrario: KBrCloroformoProgesteronaArgon HUP

Procedimiento:a) pastilla1.- Coloca una pequeña cantidad de KBr (20 mg aprox) en el mortero de ágata y muélalo un poco.2.- Arma el dado para hacer pastillas como te indica el profesor, y coloca el KBr dentro del dado.3.- Elabora una pastilla con ayuda de la prensa y retíra con las pinzas, no la toques con las manos.4.- Coloca la pastilla en el soporte para pastillas5.-leela como background en el equipo de FT-IR6.- A la pastilla de KBr adiciona la punta de la espátula de alcohol isopropílico.8.- Colócala en el soporte para pastillas y léela como muestra en el equipo FT-IR.9.- Imprime el espectro resultante.

Actividad

Autoevaluación

Práctica

C 27,06 / M 100 / Y 100 / N 27,84

C 19,61 / M 10,98 / Y 19,61 / N 0

C 44,71 / M 41,96 / Y 100 / N 16,86

C 69,02 / M 53,73 / Y 34,51 / N 10,2

C 100 / M 90,98 / Y 32,55 / N 22,35

1

Reporta:1.-Obtención del espectro de IR.2. Reporta cuáles son los grupos funcionales que observas.3.-reporta lo que observas en cada uno de los espectros que imprimiste.Concluye sobre los resultados obtenidos.

Resultados:Se obtiene un espectro Ir con bandas importantes en 1640 cm-1 debida al H2O y una banda grande a 3000 cm-1 debida a los grupos OH.

115

Actividad

Autoevaluación

Práctica

C 27,06 / M 100 / Y 100 / N 27,84

C 19,61 / M 10,98 / Y 19,61 / N 0

C 44,71 / M 41,96 / Y 100 / N 16,86

C 69,02 / M 53,73 / Y 34,51 / N 10,2

C 100 / M 90,98 / Y 32,55 / N 22,35

2

Espectrofotometría de Absorción Ultravioleta-Visible.Objetivo: determinar la concentración de una muestra problema empleando el coeficiente de absortividad.

Fundamento:La ecuación (1) se conoce como la ley de Beer o ley de Lambert & Beer; el valor de la absortividad es característico de cada sustancia y se emplea cuando la concentración de la solución en estudio esta dada en partes por millón o por miligramos; pero si la concentración es molar, la a se sustituye por la y la constante se denomina absortividad molar.

A=εbc...............................................................................................(1)

Donde:A= absorbancia = épsilon. Coeficiente de absortividad molarb= longitud de la celdac= concentración molar de la muestrao bien:A= abc

La ley de Lambert y Beer considerada originalmente como un postulado ha sido objeto de numerosas interpretaciones y demostraciones, considerando hipótesis estadisticas, cinéticas o simplemente lógicas; esta ley se refiere a la fracción de la luz absorbida y se cumple en las siguientes condiciones:

Donde:A = absorbanciaa= coeficiente de absortividadb= longitud de la celdac= concentración de la muestra

La luz empleada debe ser monocromática La concentración debe ser bajaLa disolución debe ser homogéneaLa disolución no debe ser fluorescenteEl soluto debe ser estable, no debe sufrir transformaciones fotoquímicasEl soluto no debe originar asociaciones variables con el disolvente

3

3

116

Características del analito:Se requiere de un compuesto que absorba en la región UV/Vis, por lo que debe contener grupos cromoforos. Para esta práctica se recomienda que el compuesto sea soluble en agua a temperatura ambiente.Analito: Yodo

Material:Bitácora Espectrofotómetro con un rango de trabajo de 200 a 700 nmMaterial común de laboratorio (espátula, matraces volumétricos de 100 y 10 ml, vasos de precipitados de 10 ml, piseta)Balanza analíticaNota: todo el material de vidrio empleado en esta determinación debe ser lavado preferentemente con extran, enjuagado con agua corriente y enjuagado con agua destilada o deionizada, según sea el caso.

Procedimiento:1.- Preparar10 ml de una solución del analito de concentración 100mg/l.2.- A partir de esta solución prepara 3 diluciones de concentración conocidaConcentraciones:A 0.001 M, B0.0015 M, C 0.0020 M3.- Lee el espectro de cada una de las diluciones preparadas.4.- Observa el espectro, elige la longitud de onda a la cual el compuesto analizado tiene mayor absorbencia. Longitud elegida: 5.- Obtén matemáticamente con la ayuda de la Ley de Lamber y Beer el coeficiente de absortividad del analito.6.- Con la ayuda de los datos generados grafica la concentración contra la absorbancia obtenida.

Actividad

Autoevaluación

Práctica

C 27,06 / M 100 / Y 100 / N 27,84

C 19,61 / M 10,98 / Y 19,61 / N 0

C 44,71 / M 41,96 / Y 100 / N 16,86

C 69,02 / M 53,73 / Y 34,51 / N 10,2

C 100 / M 90,98 / Y 32,55 / N 22,35

3

Concentración Absorbencia

A

B

C

0.001 M

0.0015M

0.002 M

0.25

0.25

0.25

Inicial 100 mg/l.

7.- Cuantifica la muestra problema empleando el método de la Ley de Lamber y Beer y el método de la curva de calibración8.- Discute los resultados obtenidos9.- Concluye.

117

Capítulo 2

1.1.4 Determinación de reactividad de los materiales.

Principios y conceptos teóricos

Son aquellas propiedades distintivas de las sustancias que se observan cuando reaccionan, es decir, cuando se rompen o se forman enlaces químicos entre los átomos, formándose con la misma materia sustancias nuevas distintas de las originales. Las propiedades químicas se manifiestan en los procesos químicos (reacciones químicas), mientras que las propiamente llamadas propiedades físicas, se manifiestan en los procesos físicos, como el cambio de estado, la deformación, el desplazamiento, etc.

Reactividaddelosmateriales−Sólidos−Líquidos−Gases

Los criterios del Sistema de Información de Materiales Peligrosos en el lugar de trabajo (WHMIS) definen los líquidos y sólidos peligrosamente reactivos como aquellos que pueden:

Ejemplos de propiedades químicas:

Poder calorífico o energía calórica Acidez Reactividad Corrosividad de ácidos NeutralizaciónOxidación

Experimentar polimerización vigorosa, condensación o descomposición.

Volverse auto reactivos en condiciones de shock o de aumento de presión o de temperatura.

Reaccionar vigorosamente con agua para liberar gas letal.

Algunos materiales pueden reaccionar vigorosamente con agua para producir rápidamente gases que son mortales en bajas concentraciones transportadas vía aérea. Por ejemplo, el sodio o el potasio fosfórico

118

Capítulo 2

pueden liberar gas fosfórico cuando entran en contacto con el agua. Las sales de cianuro de metal alcalino, tales como sodio o cianuro de potasio, liberan lentamente gas cianuro de hidrógeno, mortal al contacto con el agua. Las sales de cianuro de metales terrestres alcalinos, tales como calcio o cianuro de bario reaccionan a una proporción más rápida con agua para producir gas cianuro de hidrógeno. Esto puede resultar en un problema de amenaza de vida en espacios confinados o en áreas deficientemente ventiladas.

Grandes cantidades de gas de cloruro de hidrógeno corrosivo se liberan rápidamente cuando el agua reacciona con cloruro de aluminio, tricloruro de fósforo, cloruro de estaño y compuestos de clorosilano. Cuando el agua contacta el cloruro de tionilo o el cloruro sulfúrico, se descomponen rápidamente creando gas dióxido de azufre y gas cloruro de hidrógeno.

Trata todo material desconocido como muy peligroso hasta que sea identificado positivamente.

Corrosión en la industria de alimentos

CorrosiónEl fenómeno de corrosión es un proceso electrolítico donde se produce la migración de material metálico en presencia de una solución (electrolito). En corrosión los metales actúan como ánodo, mientras que el medio electrolítico actúa como cátodo. Esta situación genera el proceso electroquímico de corrosión. Este intercambio de iones metálicos (la red cristalina de la estructura metálica se carga negativamente y el electrolito se carga positivamente) genera una diferencia de potencial que da lugar a que los iones metálicos sean depositados en el electrolito.

La corrosión se define como el deterioro de un material a consecuencia de un ataque electroquímico por su entorno. De manera más general, puede

1.1.5Tiposdereactividad−Corrosión−Neutralización–Oxidación.

119

Capítulo 2

entenderse como la tendencia general que tienen los materiales para buscar su forma más estable o de menor energía interna. Siempre que la corrosión esté originada por una reacción electroquímica (oxidación), la velocidad a la que tiene lugar dependerá en alguna medida de la temperatura, de la salinidad del fluido en contacto con el metal y de las propiedades de los metales en cuestión. Otros materiales no metálicos también sufren corrosión mediante otros mecanismos.

La corrosión puede ser mediante una reacción química (oxidorreducción) en la que intervienen tres factores:

La pieza manufacturada El ambiente El agua

O por medio de una reacción electroquímica.

Los factores más conocidos son las alteraciones químicas de los metales a causa del aire, como la herrumbre del hierro y el acero o la formación de pátina verde en el cobre y sus aleaciones (bronce, latón). Sin embargo, la corrosión es un fenómeno mucho más amplio que afecta a todos los materiales (metales, cerámicas, polímeros, etc.) y todos los ambientes (medios acuosos, atmósfera, alta temperatura, etc.).

Es un problema industrial importante, pues puede causar accidentes (ruptura de una pieza) y, además, representa un costo importante, ya que se calcula que cada pocos segundos se disuelven 5 toneladas de acero en el mundo, procedentes de unos cuantos nanómetros o picómetros, invisibles en cada pieza, pero que multiplicados por la cantidad de acero que existe en el mundo, constituyen una cantidad importante.

La corrosión es un campo de las ciencias de materiales que invoca a la vez nociones de química y de física (físico-química).

Por ejemplo, un metal muestra una tendencia inherente por reaccionar con el medio ambiente (atmósfera, agua, suelo, etc.) retornando a la forma combinada. El proceso de corrosión es natural y espontáneo.

120

Capítulo 2

Corrosión por grietas o fisuras

El mecanismo básico de corrosión por grietas, considera un metal M en contacto con una solución salina, en presencia de oxígeno. En este proceso se produce la disolución del metal M y la reducción de iones oxigeno e hidróxido.

Tipos de corrosión

M M+ + e

O2 + 2H2O + 4e 4OH

Oxidación

Reducción

Inicialmente, la reacción ocurre uniformemente sobre toda la superficie, incluyendo en el interior de las grietas. Cada electrón producido durante la formación del ion metálico es inmediatamente consumido por el oxígeno mediante una reacción de reducción. Por otro lado, por cada ion metálico que ingresa a la solución se produce un ion hidróxilo.

Después de un corto tiempo el oxígeno presente en la grieta formada se agota, entonces la reducción del oxígeno se detiene. Esto por sí solo no cambia el desarrollo del proceso corrosivo, ya que el área dentro de la grieta es muy pequeña, respecto al área expuesta; por lo tanto, el proceso de corrosión prosigue.

Después del agotamiento del oxígeno, se detiene la reacción de reducción del oxígeno, aunque la disolución del metal M continua. Esta situación tiende a producir un exceso de carga positiva en la solución, la cual es necesaria equilibrar, con la migración de iones cloro a la grieta. Esto da como resultado el aumento de concentración de metal clorado en esta zona.

En el caso particular de la industria de alimentos, este fenómeno se puede apreciar en los intercambiadores de placas, las zonas exteriores entre las placas y las empaquetaduras. Es una práctica común dentro de la industria de alimentos la desinfección de los equipos antes de iniciar el proceso

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Capítulo 2

Una reacción de neutralización es una reacción entre un ácido y una base. Cuando en la reacción participan un ácido fuerte y una base fuerte se obtiene una sal y agua. Mientras que si una de las especies es de naturaleza débil se obtiene su respectiva especie conjugada y agua. Así pues, se puede decir que la neutralización es la combinación de cationes hidrógeno y de iones hidróxido para formar moléculas de agua. Durante este proceso se forma una sal.

Las reacciones de neutralización son generalmente exotérmicas, lo que significa que desprenden energía en forma de calor.

Neutralización como parte de la reactividad de los materiales

productivo. Normalmente es utilizada agua caliente; sin embargo, dependiendo del nivel de sanitizacion requerido se hace necesario agregar desinfectantes como el hipoclorito de sodio u otro tipo de sanitizantes clorados. A pesar del alto poder corrosivo de las soluciones cloradas, especialmente en presencia de oxígeno, se puede asegurar una operación sin riesgos de corrosión si se consideran los siguientes aspectos básicos:

Concentración máxima:Tiempo de contacto máximo:Temperatura de contacto máximo:

150 ppm cloro disponible20 minutos40°C

Adicionalmente se puede tomar otras precauciones como:

Antes de introducir el desinfectante clorado, el equipo debe estar limpio y libre de incrustaciones. Los residuos orgánicos reducen la eficiencia bactericida y facilitan la acumulación de compuestos clorados en la superficie.

Es necesario eliminar residuos de ácido antes de introducir soluciones de hipoclorito, ya que estos productos reaccionan formando ácidos altamente corrosivos para el acero inoxidable.

Después de desinfectar el equipo, éste debe ser drenado con agua bacteriológicamente aceptable.

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Capítulo 2

NaOH + H2CO3 NaHCO3 + H2OAl(NO3)3 + 3H2O3HNO3 + Al (OH)3

Generalmente la siguiente reacción ocurre:

Ácido + base sal + aguaUna reacción de neutralización es una reacción entre un ácido y una base. Cuando en la reacción participan un ácido fuerte y una base fuerte se obtiene una sal y agua. Mientras que si una de las especies es de naturaleza débil se obtiene su respectiva especie conjugada y agua. Así pues, se puede decir que la neutralización es la combinación de cationes hidrógeno y de iones hidróxido para formar moléculas de agua. Durante este proceso se forma una sal.

Las reacciones de neutralización son generalmente exotérmicas, lo que significa que desprenden energía en forma de calor.

Las reacciones como éstas son de especial utilidad como técnicas de análisis cuantitativo. Se puede usar una solución indicadora para conocer el punto en el que se ha alcanzado la neutralización completa. Algunos indicadores son la fenolftaleína, azul de safranina, el azul de metileno, etc. Existen también métodos electroquímicos para lograr este propósito como el uso de un pHmetro o la conductimétria.

Ejemplos:

123

Capítulo 2

Las reacciones de reducción-oxidación (también conocidas como reacciones redox) son de transferencia de electrones, se produce entre un conjunto de elementos químicos, uno oxidante y uno reductor (una forma reducida y una forma oxidada respectivamente).

Para que exista una reacción redox, en el sistema debe haber un elemento que ceda electrones y otro que los acepte:

Cuando un elemento químico reductor cede electrones al medio se convierte en un elemento oxidado, y la relación que guarda con su precursor queda establecida mediante lo que se llama un par redox. De estal forma, se dice que cuando un elemento químico capta electrones del medio se convierte en un elemento reducido e igualmente forma un par redox con su precursor reducido.

El material empleado para medir la reactividad de los materiales puede ser material de vidrio, la pila Daniel, un multímetro y un amperímetro entre otros.

Oxidación

1.1.6 Material y equipo empleado

El agente reductor: es aquel elemento químico que suministra electrones de su estructura química al medio, es decir; oxidándose.

El agente oxidante: es el elemento químico que tiende a captar esos

electrones, quedando con un estado de oxidación inferior al que tenía.

La pila DanielEl primer generador electroquímico o pila fue construido en 1799 por el físico italiano Alessandro Volta (1745-1827), alternando discos de cobre y zinc con cartones impregnados de salmuera. La pila produce corriente continua a partir de la energía liberada por una reacción química de

124

Capítulo 2

intensidad decreciente con el tiempo; en su forma elemental, consta de dos electrodos, en los que se produce una reacción global de oxidación-reducción, conectados por un circuito externo e inmersos en un electrolitos (bases, ácidos o sales) y una sustancia despolarizadora (que evita la deposición de gases, y que disminuye la fuerza electromotriz).

Tipos de pilasLas pilas actualmente se dividen en dos grandes grupos, las secas y las alcalinas, cuyos electrodos son metálicos (Zn, Hg, Ag, etc., o sus óxidos y sales), cuyo electrolitos son, a menudo, una pasta alcalina (potasa, sosa), y las de combustible (hidrógeno, gas, etc). En ambos casos, la fuerza electromotriz suele estar entre 1 y 2 V, pero la densidad de energía (Wh/unidad de peso o volumen) es considerable.

Las primeras son de uso general en la electrónica de consumo; las de combustible se emplean en astronáutica, repetidores de TV, etc., y se experimenta su utilización como generadores en centrales eléctricas y en procesos industriales de ciclo combinado.

Pilas electroquímicasLa idea fundamental de una pila es aprovechar las reacciones Redox, es decir, sus reacciones son producto de una transferencia de electrones entre las especies reaccionantes, para conseguir una corriente eléctrica aprovechable. Por ejemplo, en la reacción química:

Zn(s) + Cu2+(aq) -> Cu (s) + Zn2+(aq)Se presenta una transferencia directa de electrones desde el Zn a los iones Cu2+.Se obtiene de esta reacción una corriente aprovechable, si se realiza el dispositivo conocido como pila Daniell, que es el tipo de pila más simple.

Se coloca un electrodo de cobre en una disolución de Cu2+ y otro de zinc en una disolución de Zn2+, unidos ambos por un cable conductor. La reacción tendrá lugar transfiriendo los electrones; por el cable se hace circular una corriente eléctrica aprovechable. Para evitar que las disoluciones

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Capítulo 2

queden cargadas eléctricamente, con la consiguiente indeseable aparición de campos eléctricos, se puede colocar un puente salino entre ambas disoluciones. Dicho puente salino contiene un electrolito muy conductor, que se disocia en iones positivos y negativos móviles que mantienen la neutralidad eléctrica de ambas disoluciones.

La pila es muy poco práctica, por lo que es necesario disponer de pilas más útiles. Los principales tipos de pilas que pueden encontrarse son los siguientes:

Pilas primarias o secas.

Este tipo de pilas son las utilizadas en los hogares. Un ejemplo típico lo constituye la pila Leclanché, formada por: un ánodo de zinc cilíndrico que viene a ser la envoltura de la pila, un cátodo compuesto por una varilla de carbón que actúa de electrodo inerte y el electrolito que se encuentra en forma de pasta rodeando el cátodo.

Pilas secundarias o recargables.

En estas pilas electrolíticas se eligen de forma que los reactivos y los productos sean insolubles en electrolitos y permanezcan unidos al electrodo. De esta forma pueden recargarse fácilmente conectándolas a una fuente externa, de tal modo que pase corriente en sentido contrario al que ella proporciona.

Pilas de combustión.

Son en las que los reactivos disponibles quedan sujetos a una determinada cantidad y los agentes oxidantes y reductores se aportan sin interrupción al tiempo que se suprimen los productos.

126

Capítulo 2

Multímetro

Un multímetro, es también denominado polímetro o tester, ofrece la posibilidad de medir distintos parámetros eléctricos y magnitudes en el mismo aparato. Los más comunes son el voltímetro, amperímetro y óhmetro. Es utilizado para las mediciones en electrónica y electricidad.

Amperímetro

Es el intrumento que sirve para medir la intensidad de corriente que está corriendo por un circuito eléctrico. Un micro amperímetro está calibrado en millonésimas de amperio y un miliamperímetro en milésimas de amperio.

El amperímetro es un simple galvanómetro (instrumento para detectar pequeñas cantidades de corriente) con una resistencia en paralelo, llamada shunt. Podemos disponer de un amperímetro con una gama de resistencias shunt, con varios rangos o intervalos de medición. Los amperímetros tienen una resistencia interna muy pequeña, por debajo de 1 ohmio, con objeto de que su presencia no contribuya a disminuir la corriente por medir, cuando se conecta a un circuito eléctrico.

El diseño original de los amperímetros en la actualidad utiliza un conversor analítico/digital para medir la caída de tensión en un resistor por el que circula la corriente. La lectura del conversor es leída por un microprocesador que realiza los cálculos; estos pueden observar en un display numérico el valor de la corriente eléctrica circulante.

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Capítulo 2

Unidad 2. Determina las propiédades químicas y biológicas de la materia prima (sólida y líquida) y el grado de contaminación y, degradación biológica de una muestra, mediante la aplicación del procedimiento estándar de análisis y el manejo de instrumental, equipo y material de laboratorio aplicando las medidas de seguridad e higiene y las normas establecidas.

2.1 RAP* Realiza el análisis de la materia prima para determinar sus propiédades químicas, de acuerdo con las técnicas y procedimientos establecidos.

2.1.1 Determinación de las propiedades químicas y biológicas de los materiales

Los alimentos deteriorados se pueden definir como aquellos que, han sido dañados o lesionados y se han hecho inadecuados para el consumo humano. Los alimentos se pueden alterar por lesiones producidas por insectos, por traumas físicos de varias clases, como los originados por golpes o congelación, por acción de los enzimas o por microorganismos.

Las alteraciones microbianas de los alimentos no se deben considerar como una acción para destruir nuestros alimentos, sino por el contrario, como la función normal de los microorganismos dentro de la ecología general de todos los seres vivos.

128

Capítulo 2

2.1.2 Propiedades organolépticas de los materiales.

−Olor−Color−Textura−Sabor−Dureza−Porosidad−Pungencia−Rugosidad−Apariencia

Cuando seleccionamos los alimentos y cuando los comemos utilizamos todos nuestros sentidos, incluidos la vista, olfato, gusto, tacto e incluso el oído. El chasquido de una patata frita y el crujir de los cereales de desayuno constituyen características estructurales, pero los oímos. Los factores de calidad, detectables por los sentidos pueden dividirse en tres categorías: de aspecto, textura y gusto.

Los factores que determinan el aspecto incluyen el tamaño, forma, integridad, diferentes clases de daños, lustre o brillo, transparencia, color y consistencia. Así por ejemplo, el zumo de manzana se comercializa transparente y translúcido. Cada uno muestra un aspecto distinto y a menudo se piensa que son productos diferentes.

Los factores que determinan la textura incluyen la consistencia al tacto y a la masticación, la blandura, jugosidad y granulosidad. La textura de un alimento es, a menudo, determinante de lo mucho o poco que nos gusta. Por ejemplo, a algunas personas no les gusta el hígado. La textura de los alimentos puede medirse con equipos sofisticados, como el que se muestra en la figura 7. Máquina universal de Medida

Instrom, utilizada para medir las propiedades mecánico/físicas de una manzana. Cortesía de Cornell

University Photo Services.Organolépticas

Las propiedades organolépticas son aquellas que se perciben a través de los sentidos-olor, color, sabor, brillo, etcétera.

Figura 7

129

Capítulo 2

Homogeneidad

La materia homogénea es la que presenta una composición uniforme, en la cual no se pueden distinguir a simple vista sus componentes; en muchos casos, no se distinguen ni con instrumentos como el microscopio. Por ejemplo: el agua, la sal, el aire, la leche, el azúcar y el plástico.

Heterogeneidad

La materia heterogénea es aquella cuyos componentes se distinguen unos de otros, tal es el caso de la madera, el mármol, una mezcla de agua con aceite, o bien de frutas, entre otros.

Fractura

Rotura totalmente desordenada, sin ninguna dirección preferente de los enlaces estructurales de un cristal como consecuencia de un golpe.

Se definen 4 tipos:

Irregular

Concoidea (superficies curvas)

Astillosa (entrantes y salientes puntiagudos)

Ganchosa (propia de los metales nativos)

Según la forma o tipo de la fractura nos da la idea de la estructura o cohesión del material.

Involucra la textura, el tamaño y forma que según sus variaciones se determinan distintas características de los materiales, o las dimensiones necesarias según su futura utilidad.

Olor y sabor

Muchas sustancias tienen un color, un olor y un sabor característicos que las hacen fácilmente identificables. Por ejemplo: por su olor, podemos distinguir el cloro del amoníaco; por su color, el oro de la plata; por su sabor, el azúcar de la sal.

El color de un material es una propiedad que aunque muy aparente posee un potencial de diagnóstico limitado. Muchos materiales muestran colores diversos dependiendo de mínimas proporciones de impurezas en su estructura; el cuarzo por ejemplo, aunque frecuentemente incoloro o

130

Capítulo 2

gris puede ser rojo, blanco, celeste, violeta (amatista), amarillo (citrino) verde o aún negro.

Por sabor se entiende la sensación producida cuando se ingiere un alimento, percibida principalmente por los sentidos del gusto y el olfato. En ciertos casos, el sabor también significa la suma de las características de la sustancia que produce la sensación. Durante el procesado se potencia el sabor de los alimentos que resultan más apetecibles. El consumo de muchas sustancias alimenticias puede resultar poco atractivo si no se suplementan intencionadamente con sustancias saborizantes. El uso de agentes saborizantes añade variedad a la dieta y valor funcional y económico a los productos alimenticios. La aplicación de la tecnología del sabor depende principalmente de la identificación de los compuestos sensorialmente activos responsables del sabor natural. La mayoría de los compuestos saborizantes sintéticos son sustancias químicas que imitan el constituyente clave del sabor de los productos naturales.

Las reacciones químicas y bioquímicas que generan muchos sabores característicos de los alimentos son extremadamente complejas. En aproximadamente 200 tipos de frutas, especias y otros alimentos se han identificado casi 4,000 sustancias volátiles, de las cuales se conocen pocas vías metabólicas y muchas de estas rutas se postulan a partir de estudios modelo. Además, todavía están por las relaciones entre estructura y actividad de muchos compuestos fsaborizantes conocidos (figura 8).

Los factores que determinan el sabor comprenden sensaciones percibidas por la lengua que incluyen los sabores dulce, salado, ácido y amargo y los percibidos por la nariz. Los primeros se reconocen como “sabores” y los segundos como “aromas”, aunque ambos términos a menudo se utilizan indistintamente. El sabor y el aroma son subjetivos y difíciles de cuantificar y de calificar consensuadamente

Sabor

Figura 8

131

Capítulo 2

La sensación gustativa

por un grupo de personas. Una parte de la ciencia de los alimentos intenta desarrollar metodologías con las que las personas describan adecuadamente el sabor y otras propiedades sensoriales de los alimentos. Existen cientos de términos utilizados para describir el sabor dependiendo del tipo de alimento. Los catadores de alimentos especializados en el té poseen un lenguaje propio que ha pasado a los miembros de su gremio de generación en generación y lo mismo ocurre con los catadores de vino.

El gusto (sabor) es una combinación de sensaciones químicas percibidas por las papilas gustativas de la lengua (figura 9). . Cuatro son las sensaciones gustativas básicas: ácida, salina, dulce y amarga. La mayoría de las sustancias no tiene un sabor único, sino que producen una sensación compleja en la que participan más de una de las cuatro sensaciones básicas.

El sabor ácido es debido únicamente a los iones hidrógeno; los ácidos, las sales ácidas y otras sustancias que liberan iones hidrógeno en contacto con el agua, tienen sabor ácido. El umbral es de ácido 0,002N. El sabor acido también se puede inducir haciendo pasar una corriente eléctrica a través de la lengua; este fenómeno probablemente se debe a la hidrólisis de ácido o de agua con la generación consiguiente de iones hidrógeno. Sin embargo, las corrientes fuertes generan el sabor amargo. Algunas sustancias ácidas, por ejemplo, el oxalato monopotásico, estimula tanto el sabor ácido como el amargo.

El sabor salino se debe a las sales solubles. La mayoría de las sales de elevado peso molecular son más amargas que salinas. Las sales de bajo peso molecular –especialmente los cloruros de sodio, potasio y calcio- producen la sensación salina. Su umbral es el de una solución salina del orden de 0,007-0,016%. El dulzor de una sustancia está relacionado con los grupos

Figura 9

132

Capítulo 2

Olor: teoría del encaje o acoplamiento

Para ser oloroso, un compuesto tiene que ser suficientemente volátil y, además, producirse la interacción física entre el compuesto oloroso (aromático) y el receptor correspondiente (figura 10). Aunque son muchas las teorías que han tratado de explicar los mecanismos de percepción del olor en el nivel molecular, este estudio se limitara aquí a la teoría del encaje o acoplamiento.

Para cada clase de estos compuestos olorosos existe un receptor que es complementario del tamaño, la forma y el estatus electrónico de la molécula olorosa. Los olores etéreo, canforeo y a almizcle dependen primariamente de la molécula y el floral y a menta de la forma, en tanto que el acre (picante) y pútrido son causados por moléculas electrofílicas y nucleofílicas respectivamente. En resumen, un determinado olor complejo es una mezcla de los correspondientes olores primarios.

Según esta teoría, existen siete olores primarios:

canforeoetéreoa almizclefloral

a mentaacre (picante)pútrido

funcionales que constituyen la unidad glicóforo en un modelo tripartito. Los compuestos amargos requieren un grupo polar (electrofílico o nucleofílico) y un grupo hidrófobo. Las relaciones de estructura-actividad de los compuestos con sabor amargo no se han podido establecer firmemente. En las plantas existen gran número de sustancias amargas que se pueden clasificar principalmente como alcaloides y glicósidos.

Figura 10

133

Capítulo 2

Compuestos con carácter impacto

Microencapsulacion de sabores

El sabor característico de un alimento puede, con frecuencia, relacionarse con un determinado compuesto o clase de compuestos determinado, en tanto que un olor es atribuible a la combinación de numerosos compuestos volátiles cada uno de los cuales huele de modo muy diferente. La diferencia de las características de ciertos olores es debida, en parte, a las distintas proporciones de estos volátiles ampliamente distribuidos, tales como esteres, ácidos, alcoholes, aldehídos y cetonas presentes en todos los alimentos. A estos volátiles, se les denomina “compuestos que contribuyen al flavor”. Sin embargo, la mayoría de los alimentos contienen cantidades traza de compuestos volátiles específicos que poseen las características esenciales del olor. A estos compuestos se les denomina “compuestos con carácter impacto”. Desgraciadamente no se han identificado muchos compuestos con carácter impacto.

Cada día es mayor el número de productos alimenticios que contienen sabores e ingredientes microencapsulados. Los ingredientes del sabor se recubren de una película comestible. La partícula encapsulada tiene un tamaño inferior a 5,000 micras.

Olor Componentes (olor primario)

almendra

limón

ajo

rancio

Canforeo, floral, a menta

Canforeo, floral, a menta, picante

Etéreo, picante, pútrido

Etéreo, a menta, picante

Ejemplos de olores complejos

A continuación se indican algunos ejemplos de olores complejos y sus componentes olorosos primarios:

134

Capítulo 2

Los materiales que se usan más comúnmente como recubrimiento son:

La microencapsulación tiene las ventajas de convertir los concentrados de sabor líquidos en sólidos o polvos, proteger las perdidas de sabor durante el procesado de los alimentos y su almacenamiento y controlar la velocidad de liberación de los volátiles y no volátiles en el sistema alimentario. Ejemplo de esto ultimo es el uso en la fabricación de pan de capsulas de acido ascórbico y hidróxido cálcico de liberación lenta.

1.- Polisacáridos, goma arábiga, almidón2.- Maltodextrinas3.- Proteína-gelatina4.- Hidrolizado de gelatina5.- Polímeros modificados-gelatina succinilada, almidón alquilado

2.1.3 Factores que determinan el aspecto de los materiales.

Además del tamaño, forma e integridad, la disposición del alimento (por ejemplo, la manera en que las aceitunas se colocan en un recipiente o las sardinas en una lata), puede ser también un factor importante de su aspecto. La integridad se refiere al estado de las piezas enteras o partidas; el precio de la piña enlatada disminuye desde la de anillos enteros pasando por la de trozos cortos y gruesos, a la que los presenta todavía mas troceados. adiciones y rechazan el producto (figura 11).

El aspecto también influye en las características particulares de los quesos de pasta azul y del pan de molde, así como de la vainilla granulada espolvoreada en los helados. Aunque algunos fabricantes de helados añaden vainilla espolvoreada como signo de distinción, otros reconocen que, con frecuencia, los consumidores menos sofisticados malinterpretan estas adiciones y rechazan el producto.

Figura 11. Dispositivo para la clasificación de frutas y hortalizas

esféricas por su tamaño. Cortesía de A. Kramer.

135

Capítulo 2

El tamaño y la forma se miden fácilmente y constituyen factores importantes en la normalización de los alimentos a nivel federal y estatal. Las frutas y hortalizas se clasifican por su tamaño, según los aros o anillos por los que pueden pasar. Los utensilios observados en la figura anterior fueron los precursores de las actuales maquinas separadoras y clasificadoras automatizadas de alta velocidad que, sin embargo, todavía no se utilizan en el campo en los trabajos de clasificación. El tamaño también puede determinarse indirectamente por el peso tras una clasificación tosca como, por ejemplo, tras determinar el peso de una docena de huevos. La forma puede tener una importancia más que visual y en la clasificación de ciertos encurtidos y pepinillos se tiene en cuenta su grado de curvatura (figura 12).

Tamaño y forma

Color y brillo

El color de los alimentos no solamente determina su calidad, también puede sugerir muchas cosas. El color constituye normalmente un índice de madurez y de alteración. Las patatas se oscurecen cuando se fríen y el final de la fritura se juzga por su color. El blanqueado del tomate en polvo durante su almacenamiento indica un nivel de oxigeno muy elevado en el espacio de cabeza del envase, mientras su oscurecimiento refleja un nivel de humedad demasiado alto. El color de la espuma y del batido de un alimento varía con su densidad y puede indicar un cambio en la eficiencia del mezclado. El color de la superficie del chocolate es un reflejo de sus vicisitudes durante el almacenamiento. Estos y muchos otros cambios de color, pueden medirse con exactitud en el laboratorio y en la planta de procesado y todos influyen o son un reflejo de la calidad de los alimentos.

Figura 12

136

Capítulo 2

Si el alimento es un líquido transparente como el vino blanco, la cerveza o el mosto o si se puede obtener un extracto coloreado del mismo, para la determinación de su color pueden utilizarse diversos tipos de colorímetros o espectrofotómetros (figura 13).. En estos instrumentos, se coloca una cubeta de vidrio con el líquido de la muestra en una ranura, por la que se pasa una luz de una longitud de onda determinada. Esta luz se absorberá dependiendo del color del líquido y de su intensidad. Dos líquidos del mismo color e intensidad transmitirán una misma fracción de la luz dirigida sobre ellos. Si uno de los líquidos es un extracto y el otro el mismo extracto diluido con agua, el último transmitirá una mayor fracción de luz incidente y esto originara una mayor respuesta del instrumento. Dicho instrumento puede medir también la claridad o turbidez de un líquido, dependiendo de la cantidad de luz que el líquido deje pasar. Existen también otros métodos de determinación del color de los líquidos.

Tanto si es líquido como solidó, el color del alimento puede determinarse comparándolo con el de tiras o discos de un mosaico de colores definidos. El controlador de la calidad cambiara las tiras o discos hasta que el color del alimento coincida con el de uno de ellos o se encuentre entre dos de ellos. En el caso de los tomates, solamente se necesitan unos pocos discos verdes o rojos que cubran el rango de variación del color de aquel.

La medida del color puede cuantificarse. La luz reflejada por un objeto coloreado puede dividirse en tres componentes, que se han denominado valor, matiz y pureza o intensidad del color.

El termino valor se refiere a la luminosidad u oscuridad del color o al incremento del blanco sobre el negro el de matiz a la longitud de onda predominantemente reflejada, lo que determina que el color percibido sea verde, rojo, amarillo, etc; mientras el termino pureza se atribuye a la fuerza o intensidad del color. El color de un objeto puede determinarse con presicion según los valores numéricos de los Figura 13 Colorímetro

137

Capítulo 2

tres componentes. Otra escala de coordenadas tridimensional para describir el color utiliza los atributos de: luminosidad-oscuridad, tono amarillento-azulado y tono rojizo-verdoso. Estas dimensiones del color, utilizadas en la colorimetría de tres estímulos, pueden cuantificarse en instrumentos como el colorímetro diferencial Hunterlab.

Equipo Hunterlab de medida del color y de diferenciación de colores, utilizado para evaluar objetivamente el color de los alimentos. Cortesía de Hunterlab, Inc.

Las muestras de alimentos, con los mismos valores en los tres atributos, poseen el mismo color. Estos valores numéricos, así como los que representan el valor, matiz y pureza, varían con el color de una manera sistemática por lo que pueden representarse en un diagrama de cromaticidad.

El químico especialista en colores y el controlador de la calidad, pueden relacionar dichos valores numéricos con el color y modificando dichos valores pueden determinar los cambios grandes o pequeños que ocurren durante la maduración, procesado o almacenamiento de muchos productos alimenticios. Igualmente el controlador de la calidad puede determinar el color de un producto y relacionar esta información con la de plantas distantes para compararlas en otro momento (figura 14).

Esto es particularmente útil cuando el color de un alimento es tan inestable que hace que el envío de muestras resulte impracticable. Lo mismo que para el color, hay instrumentos que cuantifican el reflejo o brillo de la superficie de los alimentos. El brillo es muy importante en la atracción que ejercen en los consumidores los postres de gelatina, las hortalizas rebozadas y productos similares.

Figura 14

138

Capítulo 2

Consistencia

2.1.4 Factores que determinan la textura de los materiales.

Aunque la consistencia puede considerarse como un atributo de la textura, en muchos casos la consistencia es visible, por lo que también es un factor del aspecto. Un jarabe de chocolate puede ser de cuerpo fino o espeso y viscoso, una salsa de tomate puede ser espesa o fina.

El densitómetro de Bostwick como el que se muestra en la figura 15, Cortesía de Central Scientific Co., se basa en el principio de Arquímedes, y consiste en un tubo con pesas en el fondo sellado en ambos extremos. Por lo que al introducirlo en un líquido, éste se va a sumergir dependiendo de la densidad de dicho líquido y a través de una escala graduada marcada a lo largo del tubo, se lee su densidad, debido a este principio de funcionamiento, es utilizado para medir la viscosidad de algunos productos, por la velocidad con la que fluyen por un tramo inclinado.

Existen otros tipos de viscosímetro basados en principios como el de la resistencia del alimento a la caída de un peso, como una esfera, que miden el tiempo necesario para que esta recorra una distancia determinada; otros se basan en la resistencia a la rotación de un huso, que puede medirse por la fuerza requerida para su rotación o por el numero de vueltas realizadas por el cable del que se suspende el huso. Los viscosímetros fluctúan desde los muy simples, como los descritos antes, a los instrumentos electrónicos altamente sofisticados.

La textura se refiere a aquellos atributos de los alimentos que podemos sentir con los dedos, lengua, paladar o los dientes. El rango de texturas de los alimentos es muy grande y una desviación de lo esperado constituye un defecto de calidad.

Se espera que la goma de mascar sea masticable, que las galletas y patatas fritas sean quebradizas y que los filetes de carne sean masticados y triturados entre los dientes. Los consumidores comprimen los melones o el pan como medida de textura, lo que refleja su madurez o frescura.

Figura 15. Viscosímetro de Bostwick

139

Capítulo 2

Medida de la textura

La medida de la textura de los alimentos se reduce a la determinación de su resistencia a una fuerza. Cuando el alimento se oprime y permanece de una pieza se trata una compresión, como ocurre cuando se comprime el pan. Si la fuerza se aplica de manera que una parte del alimento se separa por deslizamiento de otra, ocurre un cizallamiento, como cuando se masca el chicle. La fuerza aplicada al alimento al que atraviesa y divide origina un corte, como cuando se corta una manzana. La fuerza aplicada desde lejos del material resulta en un desgarro o tirón que mide la resistencia a la tracción, como cuando se abre un panecillo. Cuando masticamos un filete, lo que denominamos dureza o terneza, es realmente la resultante en la carne de la actividad de las diferentes clases de fuerza expuestas. Existen instrumentos de medida de cada clase de fuerza, muchos con nombres descriptivos adecuados, pero ninguno reproduce exactamente lo que ocurre en la boca.

Se han diseñado muchos instrumentos para medir algunos atributos de la textura. Así, por ejemplo, el suculómetro que utiliza la compresión para exprimir el jugo de un alimento como medida de la suculencia (figura 16). El tenderómetro aplica la compresión y la cizalladura para medir la dureza de los guisantes. Un instrumento de medida universal equipado con los dispositivos adecuados, puede medir la consistencia, la fragilidad y otros parámetros de la textura. Este y otros instrumentos similares, se conectan a un registrador de tambor y la curva de tiempo-fuerza resultante, constituye una representación

Fig. 16. Instrumento de compresión de Dalby-Hill para medir la firmeza del pan. Cortesía de G.

DalbyCortesía de G. Dalby

grafica de las propiedades reológicas del alimento analizado. Cuando se analiza la mitad de una manzana, la grafica resultante muestra una fuerza inicial elevada requerida para romper la piel y posteriormente una modificación variable de la fuerza a medida que el elemento de compresión-cizalladura se desplaza a través de la pulpa.

140

Capítulo 2

Actualmente se utilizan diversos tipos de penetrometros que generalmente miden la fuerza necesaria para desplazar un embolo a una distancia determinada dentro de un alimento (figura 17). Algunos de los métodos utilizados para medir la textura modifican la muestra analizada, por lo que el alimento no puede retornar a la línea de procesado. Ya que en ocasiones hay una buena correlación entre el color y la textura, existen situaciones en las que el color puede utilizarse como indicador de una textura aceptable. Uno de los métodos más novedosos de la medida no destructiva de la textura utiliza la energía de los sonidos que se absorbe de manera diferente, según la consistencia de los objetos (figura 18).

Actualmente se utilizan diversos tipos de penetrometros que generalmente miden la fuerza necesaria para desplazar un embolo a una distancia determinada dentro de un alimento. Algunos de los métodos utilizados para medir la textura modifican la muestra analizada, por lo que el alimento no puede retornar a la línea de procesado. Ya que en ocasiones hay una buena correlación entre el color y la textura, existen situaciones en las que el color puede utilizarse como indicador de una textura aceptable. Uno de los métodos más novedosos de la medida no destructiva de la textura utiliza la energía de los sonidos que se absorbe de manera diferente, según la consistencia de los objetos.

FIgura 17

Figura 18

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Capítulo 2

Figura 19

Modificaciones de la textura

La textura de los alimentos (figura 19), así como su forma y color, no permanecen constantes, debido fundamentalmente a los cambios de su contenido de agua y al envejecimiento. La textura de las frutas y hortalizas frescas pierde consistencia a medida que las paredes celulares se rompen y las células pierden agua, lo que se conoce como pérdida de turgencia o tumescencia. A medida que el agua desaparece del fruto, éste se seca y endurece, lo que es deseable en los melocotones y ciruelas desecadas y en las pasas.

142

1.- ¿Cuáles son las 4 sensaciones gustativas básicas?

2.- Es la sensación producida cuando se ingiere un alimento

3.- ¿El sabor acido es debido a?

4.- ¿El sabor salino se debe a?

5.- Instrumentos que se utilizan para la determinación del color de un

objeto

6.- Instrumento para medir la consistencia de un alimento

7.- Instrumento utilizado para medir la suculencia de un alimento

5Actividad

Autoevaluación

Práctica

C 27,06 / M 100 / Y 100 / N 27,84

C 19,61 / M 10,98 / Y 19,61 / N 0

C 44,71 / M 41,96 / Y 100 / N 16,86

C 69,02 / M 53,73 / Y 34,51 / N 10,2

C 100 / M 90,98 / Y 32,55 / N 22,35

Responde correctamente el siguiente cuestionario:

Busca las palabras que fuerón las respuestas de la actividad 5, en la sopa de letras.

E S C O L O R I M E T R O S A S I N M R O Y F C B G A D C V P O A L D S B L F M E N I L I E N D F Y A M A W Q G D M K S C E O V M L P V I M A V Z B C T S T Y A I M O E P X B A M O R H Q B C N M R B T P L A P S O I T U P A T B Q V N X A V I F D Q P M B D H J Y S Y M P M O R R T B S J U K A K L A O E T O X D U L C E V H T Q R F T O G C T U O P L N Z D A G A R M E N D H U P A M B A G A G O E N Q G M L D V G H J A Z B D T O S A L E S S O L U B L E S R W E V B M L A S T Y B H I S O S U C U L O M E T R O L S G

143

Capítulo 2

2.2.1 Importancia del análisis organoléptico en el proceso y en la calidad de la producción.

2.2. RAP* Identifica la importancia del análisis organoléptico, para la determinación de las propiedades de los productos.

Los alimentos han de tener determinadas características organolépticas: sabor, textura, color. Las propiedades exigidas a un alimento son variables:

Nutricionales, Tecnológicas, Organolépticas.

Así nos encontramos especies químicas relacionadas con la función nutricional. Nutriente: compuestos de los alimentos que desempeñan una función nutricional:

proteinas

lípidos

hidratos de carbono

sales minerales

vitaminas

agua

Pero también el alimento tiene otros compuestos con otras funciones:

Función organoléptica

Sabor

ácidos orgánicos (ácido cítrico)

taninos

azucares

Aroma

terpenos

aminoacidos

nucleotidos

Textura

polisacáridos (celulosa, alginatos)

proteinas

lípidos

Función tecnológica

polisácaridos

proteinas

azucares

Color

pigmentos tetrapirrólicos(clorofila, mioglobina)

carotenos

antocianinas

flavonoides

El alimento debe ser apetecible.

Alimento: “todo producto que por su composición química y caracteres organolépticos forma parte de la dieta con el objetivo de satisfacer el apetito y aportar los ntrientes necesarios para mantener la salud.

144

Capítulo 2

Apetito: ganas de comer algo

Palatabilidad: conjunto de factores por los cuales un alimento gusta, es apetecido y aceptado.

2.2.2 Determinaciones organolépticas de la materia prima.

Problema ácido-base

Análisis de acidez en vinos

La uva es una fruta ácida y como consecuencia, el vino es una bebida ácida. En al uva se forman numerosas sustancias ácidas, que se encuentran por lo general en todas las frutas, pero los ácidos específicos que se generan de la uva son:

Ácido tartárico: es el ácido típico de la uva, se forma (lo mismo que otros ácidos) durante el proceso de maduración de la fruta y se encuentra en cantidades hasta de 7g/Kg.; consecuentemente el ácido tartarico y los ácidos presentes en la uva son parte de las sustancias que constituyen al vino. Es importante considerar que la presencia de los ácidos impacta en la calidad del vino; unos la favorecen y otros tienen efectos negativos. El ácido tartarico tiene efectos positivos.

Ácido láctico: esta sustancia es la causa del sabor ácido del yogurt y para el vino es beneficioso.

Ácido succínico: también es beneficioso.

Ácido acético: es el ácido principal del vinagre y su efecto en la calidad del vino es negativo. Un buen proceso de elaboración de vino, debe lograr un mínimo de acético.

Ácido málico: es el ácido típico de la manzana. La uva verde tiene mucho y la madura muy poco, su efecto en el vino es positivo. El análisis de acidez total de un vino, es una prueba cuyo propósito es la determinación cuantitativa de los

145

Capítulo 2

ácidos presentes en esta bebida, los resultados se expresan como ácido tartarico dado que es el ácido típico de la uva. Los valores normales de acidez de vinos de buena calidad suelen ser:

Valores típicos de acidez total en vinos (como ácido tartarico)

g/LTipo de vino

5-8

3-5

5-7

Blanco y rosado

Tinto cosechero

Tinto de crianza

Nuevo 0,2

0,2

0,15

0,3

A un año0,3

0,3

0,5

0,4

A tres años0,35

0,35

0,7

0,45

A diez años-

-

-

0,6

Tipo de vino

Blanco

Rosado

Tinto cosechero

Tinto de crianza

Acidez total en vinos

Acidez volatil

En el análisis de acidez total también se determina el contenido de acido acético, este en cantidades mayores a 1g/L vuelve el sabor del vino, avinagrado al paladar desde luego no deseable en un vino de buena calidad. Para efectos analíticos debe tomarse en cuenta que el acido acético es evaporable, y de aquí que la acidez debida al acido acético se le llama acidez volátil. La diferencia de la acidez total de la acidez volátil se conoce como acidez fija, parámetro de efectos favorables a la calidad del vino. En conclusión los tipos de acidez que tiene valor para el análisis en los vinos y establecer su calidad por el sabor son: acidez total, acidez fija y acidez volátil.

La acidez volátil en los vinos que oscila desde 0,2 g/L hasta un valor no mayor a un gramo por litro que no se aprecia al paladar y es aceptado por su calidad por especialistas en enología. Los valores normales de este parámetro son:

Valores de acidez volátil en g/L

146

Capítulo 2

Estos son los valores normales en vinos de 11 a 13° de alcohol.

De manera general, los vinos se valoran siempre por su sabor, el grado de alcohol, y, la acidez volátil.

Se preguntara el lector si siendo el acético un componente negativo y volátil, por que razón no se airea el vino durante su elaboración para que se pierda el contenido de acético, la respuesta es: sencillamente por que el acido acético es volátil, pero menos que el alcohol. Si lo aireáramos intensamente, perderíamos más alcohol que acético.

La acidez volátil se expresa en gramos por litro de acido acético y tanto la acidez fija como la total en gramos por litro de acido tartarico. Para efectos de conversión de acidez de acido acético a acidez de acido tartarico 0,4 g de acido acético equivalen a 0,5 g de acido tartarico.

Por ejemplo, si un vino tinto tiene un valor de acidez total de 5,4 y de acidez volátil de 0,4 (0,5 en acido tartarico).

El cálculo de acidez fija será:

Acidezfija=acideztotal–acidezvolátil=5,4g/L-0,5g/L=4,9g/L

147

Lee con atención, contesta lo que se te pide.

Comprueba tus respuestas en el manual.

1.- ¿La prueba de acidez en un vino puede realizarse a través de reacciones en solución?

2.- ¿Cuál es (son) la (s) reacción (es) que fundamentaría (n) el método?

3.- ¿Qué estrategias se utilizarían para determinar los tres tipos de acideces?

4.- ¿Qué estrategia se utilizaría para determinar el punto de equivalencia?

5.- ¿Cuál es el criterio para la determinación de la concentración y preparación de soluciones?

1

Actividad

Autoevaluación

Práctica

C 27,06 / M 100 / Y 100 / N 27,84

C 19,61 / M 10,98 / Y 19,61 / N 0

C 44,71 / M 41,96 / Y 100 / N 16,86

C 69,02 / M 53,73 / Y 34,51 / N 10,2

C 100 / M 90,98 / Y 32,55 / N 22,35

148

Capítulo 2

Respuestas a las actividades

Ácida, salina, dulce y amarga

Flavor

Iones hidrogeno

Sales solubles

Colorímetros y espectrofotómetros

Viscosímetro

Suculómetro

Actividad 5: Subraya la respuesta adecuada, en las siguientes preguntas de opción múltiple.

1.- ¿Cuáles son las 4 sensaciones gustativas básicas?

2.- Es la sensación producida cuando se ingiere un alimento

3.- ¿El sabor acido es debido a?

4.- ¿El sabor salino se debe a?

5.- Instrumentos que se utilizan para la determinación del color

de un objeto

6.- Instrumento para medir la consistencia de un alimento

7.- Instrumento utilizado para medir la suculencia de un alimento

149

Capítulo 2

Busca las palabras que fuerón las respuestas de la actividad 5, en la sopa de letras.

E S C O L O R I M E T R O S A S I N M R O Y F C B G A D C V P O A L D S B L F M E N I L I E N D F Y A M A W Q G D M K S C E O V M L P V I M A V Z B C T S T Y A I M O E P X B A M O R H Q B C N M R B T P L A P S O I T U P A T B Q V N X A V I F D Q P M B D H J Y S Y M P M O R R T B S J U K A K L A O E T O X D U L C E V H T Q R F T O G C T U O P L N Z D A G A R M E N D H U P A M B A G A G O E N Q G M L D V G H J A Z B D T O S A L E S S O L U B L E S R W E V B M L A S T Y B H I S O S U C U L O M E T R O L S G

D U L C E

AMARGA

VISCOSIMETRO

C O L O R I M E T R OFLAVO

SALINA

S A L E S S O L U B L E S

S U C U L O M E T R O

IONESHIDROGENO

S AD C

N I LG D MA V

V