Cápitulo 2: Análisis de la materia prima

Capítulo 2
Cápitulo 2: Análisis
de 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.
97
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.
99
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.
101
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.
102
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.
103
Capítulo 2
Pureza de los materiales −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.
104
Capítulo 2
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.
líquido
helado
p
CP
derritiendose
sólido
condensación
TP
hirviendo
deposición
vapor
gas
sublimación
T
Figura 1
Extracción líquido-líquido
En 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.
Figura 1a
Extracción sólido-líquido
La 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).
Figura 1b
105
Capítulo 2
Pureza de los
Industriales
reactivos
−Puros
−Analíticos
−Técnicos
−
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:
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)
Reactivos puros
Los reactivos químicos para su uso en el laboratorio se clasifican en reactivos
puros (Libres de impurezas) o ultrapuros.
Reactivos técnicos
Tienen 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 Purificado
Son grados que se utilizan para denominar a los productos de una pureza
inferior a los de grado reactivo.
106
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.
107
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 capacidad
Unidades de densidad
Unidades de energía
Unidades de fuerza
Unidades de longitud
Unidades de masa
Unidades de peso específico
Unidades de potencia
Unidades de presión
Unidades de superficie
Unidades de temperatura
Unidades de tiempo
Unidades de velocidad
Unidades de viscosidad
Unidades de volumen
Unidades eléctricas
108
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 valores de pH, como sigue:
Disoluciones ácidas: [H+] >1.0 x 10-7 M, pH<7
Disoluciones básicas: [H+]< 1.0 x 10-7 M, pH>7
Disoluciones 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.
109
Capítulo 2
1.1.3 Técnicas para la manipulación de muestras.
Muestra de gases
El 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 puros
Cuando 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
110
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
111
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.
Figura 3
Aceites esenciales y productos
alimenticios:
Identificación de aceites esenciales,
monitoreo de la calidad de productos
alimenticios, detección de insecticidas en
plantas alimenticias (figura4).
Figura 4
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.
112
Figura 5
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
113
Práctica 1
Características de la muestra
Se requiere de una muestra de grupos
funcionales conocidos.
Muestra: alcohol isopropílico.
Material:
Espectrofotómetro de luz infrarroja
Nicolet
Espátula
Mortero de ágata con pistilo de
ágata
Ventanas par de IR para NaCl
Prensa
Dado para pastillas de IR
Soporte para pastillas
Procedimiento:
a) pastilla
1.- Coloca una pequeña cantidad de KBr (20 mg
aprox) en el mortero de ágata y muélalo un poco.
C 27,06 / M 100 / Y 100
/ N 27,84
2.- Arma el dado para hacer pastillas como te indica
Reactivos:
el profesor, y coloca el KBr dentro del dado.
Las sustancias que a continuación
Elabora
C 19,61deben
/ M 10,98
/ Y 3.19,61
/ N una
0 pastilla con ayuda de la prensa y
se mencionan
ser de
retíra con las pinzas, no la toques con las manos.
grado espectro, a menos que se
4.- Coloca la pastilla en el soporte para pastillas
indique lo
Ccontrario:
44,71 / M 41,96 / Y 5.-leela
100 / como
N 16,86
background en el equipo de FT-IR
KBr
6.- A la pastilla de KBr adiciona la punta de la
Cloroformo
C 69,02 / M 53,73 / Y espátula
34,51 /deNalcohol
10,2 isopropílico.
Progesterona
8.- Colócala en el soporte para pastillas y léela como
Argon HUP
muestra en el equipo FT-IR.
9.- Imprime
el espectro resultante.
C 100 / M 90,98 / Y 32,55
/ N 22,35
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.
114
Práctica 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.
3
A = ε bc...............................................................................................(1)
Donde:
Donde:
A= absorbancia
A = absorbancia
C
27,06
/
M
100
/
Y
100
/
N
27,84
= épsilon. Coeficiente de absortividad molar
a= coeficiente de absortividad
b= longitud de la celda
b= longitud de la celda
c= concentración molar de la muestra
c= concentración de la muestra
3
o bien:
A= abc
C 19,61 / M 10,98 / Y 19,61 / N 0
C 44,71 / M 41,96 / Y 100 / N 16,86
La ley de Lambert y Beer considerada originalmente como un postulado ha
C 69,02
/ M 53,73
/ Y 34,51
/ N 10,2
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:
C 100 / M 90,98 / Y 32,55 / N 22,35
La luz empleada debe ser monocromática
La concentración debe ser baja
La disolución debe ser homogénea
La disolución no debe ser fluorescente
El soluto debe ser estable, no debe sufrir transformaciones fotoquímicas
El soluto no debe originar asociaciones variables con el disolvente
115
Práctica 3
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:
Procedimiento:
1.- Preparar10 ml de una solución del analito de
Bitácora
Espectrofotómetro con un rango de concentración 100mg/l.
2.- A partir de esta solución prepara 3 diluciones de
trabajo de 200 a 700 nm
Material común de laboratorio concentración conocida
(espátula, matraces volumétricos de Concentraciones:
100 y 10 ml, vasos de precipitados A 0.001 M, B0.0015 M, C 0.0020 M
3.- Lee el espectro de cada una de las diluciones
de 10 ml, piseta)
preparadas.
Balanza analítica
Nota: todo el material de vidrio 4.- Observa el espectro, elige la longitud de onda a la
C 27,06 / M 100 / Y 100 / N 27,84
empleado en esta determinación cual el compuesto analizado tiene mayor absorbencia.
debe ser lavado preferentemente Longitud elegida:
Obtén/ N
matemáticamente
con la ayuda de la Ley
con extran,
enjuagado
agua
C 19,61
/ M con
10,98
/ Y5.-19,61
0
corriente y enjuagado con agua de Lamber y Beer el coeficiente de absortividad del
destilada o deionizada, según sea analito.
100
Con/ N
la 16,86
ayuda de los datos generados grafica la
el caso. C 44,71 / M 41,96 / Y6.concentración contra la absorbancia obtenida.
C 69,02 / M 53,73 / Y 34,51
/ N 10,2
Concentración
Inicial
Absorbencia
100 mg/l.
0.001 M
A / N 22,35
C 100 / M 90,98 / Y 32,55
0.25
B
0.0015M
0.25
C
0.002 M
0.25
7.- Cuantifica la muestra problema empleando el
método de la Ley de Lamber y Beer y el método
de la curva de calibración
8.- Discute los resultados obtenidos
9.- Concluye.
116
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.
Ejemplos de propiedades químicas:
Poder calorífico o energía calórica
Acidez
Reactividad
Corrosividad de ácidos
Neutralización
Oxidación
Reactividad de los materiales −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:
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
117
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.
1.1.5 Tipos de reactividad −Corrosión −Neutralización –Oxidación.
Corrosión en la industria de alimentos
Corrosión
El 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
118
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.
119
Capítulo 2
Tipos de corrosión
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.
Oxidación
Reducción
M
O2 + 2H2O + 4e
M+ + e
4OH
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
120
Capítulo 2
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 disponible
20 minutos
40°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.
Neutralización como parte de la reactividad de los materiales
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.
121
Capítulo 2
Generalmente la siguiente reacción ocurre:
Ácido + base
sal + agua
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.
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:
NaOH + H2CO3
3HNO3 + Al (OH)3
122
NaHCO3 + H2O
Al(NO3)3 + 3H2O
Capítulo 2
Oxidación
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:
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.
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.
1.1.6 Material y equipo empleado
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.
La pila Daniel
El 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
123
Capítulo 2
intensidad decreciente con el tiempo; en su forma elemental, consta de
dos electrodos, en los que se produce una reacción global de oxidaciónreducción, 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 pilas
Las 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 electroquímicas
La 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
124
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.
125
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.
126
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.
127
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.
Organolépticas
Figura 7
Máquina universal de Medida
Instrom, utilizada para medir las
propiedades mecánico/físicas de
una manzana. Cortesía de Cornell
University Photo Services.
Las propiedades organolépticas son aquellas que se perciben a través de
los sentidos-olor, color, sabor, brillo, etcétera.
128
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
129
Capítulo 2
gris puede ser rojo, blanco, celeste, violeta (amatista), amarillo (citrino)
verde o aún negro.
Sabor
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
130
Figura 8
Capítulo 2
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.
La sensación gustativa
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
131
Capítulo 2
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.
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.
Según esta teoría, existen siete olores primarios:
canforeo
etéreo
a almizcle
floral
a menta
acre (picante)
pútrido
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.
Figura 10
132
Capítulo 2
A continuación se indican algunos ejemplos de olores complejos y sus
componentes olorosos primarios:
Olor
Componentes (olor primario)
almendra
Canforeo, floral, a menta
limón
Canforeo, floral, a menta, picante
ajo
Etéreo, picante, pútrido
rancio
Etéreo, a menta, picante
Ejemplos de olores complejos
Compuestos con carácter impacto
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.
Microencapsulacion de sabores
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.
133
Capítulo 2
Los materiales que se usan más comúnmente como recubrimiento son:
1.- Polisacáridos, goma arábiga, almidón
2.- Maltodextrinas
3.- Proteína-gelatina
4.- Hidrolizado de gelatina
5.- Polímeros modificados-gelatina succinilada, almidón alquilado
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.
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).
Figura 11. Dispositivo para la
clasificación de frutas y hortalizas
esféricas por su tamaño. Cortesía de
A. Kramer.
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.
134
Capítulo 2
Tamaño y forma
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).
Figura 12
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.
135
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
136
Figura 13 Colorímetro
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
Figura 14
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.
137
Capítulo 2
Consistencia
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.
Figura 15. Viscosímetro de Bostwick
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.
2.1.4 Factores que determinan la textura de los materiales.
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.
138
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
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.
Fig. 16. Instrumento de compresión de DalbyHill para medir la firmeza del pan. Cortesía de G.
DalbyCortesía de G. Dalby
139
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).
FIgura 17
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.
140
Capítulo 2
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.
Figura 19
141
Actividad 5
Responde correctamente el
siguiente cuestionario:
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
Práctica
objeto
6.- Instrumento para medir la consistencia de un alimento
7.- Instrumento utilizado para medir la suculencia de un alimento
Busca las palabras que fuerón las respuestas
de la actividad 5, en la sopa de letras.
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C / TM 100
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O/ YP100
L /N
N 27,84
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C 19,61
/ M 10,98
/DY 19,61
/N
0
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B
L
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S
S
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B
H
I
S
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T
R
O
L
S
G
C 44,71 / M 41,96 / Y 100 / N 16,86
O
142
N
V
C 69,02 / M 53,73 / Y 34,51 / N 10,2
Capítulo 2
2.2. RAP* Identifica la importancia del análisis organoléptico, para la determinación
de las propiedades de los productos.
2.2.1 Importancia del análisis organoléptico en el proceso y en la
calidad de la producción.
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
Color
Sabor
Aroma
Textura
Función tecnológica
pigmentos tetrapirrólicos
(clorofila, mioglobina)
ácidos orgánicos
(ácido cítrico)
terpenos
polisacáridos (celulosa,
alginatos)
polisácaridos
carotenos
taninos
antocianinas
azucares
aminoacidos
nucleotidos
proteinas
proteinas
azucares
lípidos
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.
143
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
144
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)
Tipo de vino
g/L
Blanco y rosado
5-8
Tinto cosechero
3-5
Tinto de crianza
5-7
Acidez total en vinos
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
Tipo de vino
Nuevo
A un año
A tres años
A diez años
Blanco
0,2
0,3
0,35
-
Rosado
0,2
0,3
0,35
-
Tinto cosechero
0,15
0,5
0,7
-
Tinto de crianza
0,3
0,4
0,45
0,6
Acidez volatil
145
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:
Acidez fija= acidez total – acidez volátil = 5,4 g/L- 0,5g/L = 4,9 g/L
146
Autoevaluación 1
Lee con atención, contesta lo que se te pide.
1.- ¿La prueba de acidez en un vino
reacciones en solución?
puede realizarse a través de
Actividad
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?
Práctica
5.- ¿Cuál es el criterio para la determinación de la concentración y preparación
de soluciones?
Comprueba tus respuestas en el manual.
147
Capítulo 2
Respuestas a las actividades
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?
Ácida, salina, dulce y amarga
Flavor
Iones hidrogeno
Sales solubles
5.- Instrumentos que se utilizan para la determinación del color
de un objeto
Colorímetros y espectrofotómetros
6.- Instrumento para medir la consistencia de un alimento
Viscosímetro
7.- Instrumento utilizado para medir la suculencia de un alimento
Suculómetro
148
Capítulo 2
Busca las palabras que fuerón las respuestas
de la actividad 5, en la sopa de letras.
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