Técnicas Instrumentales para la Caracterización Molecular

Espectroscopía Infrarroja por Transformada de Fourier (FTIR)

La técnica FTIR (Fourier-Transform Infrared Spectroscopy) analiza cómo las moléculas absorben la radiación infrarroja, produciendo vibraciones en sus enlaces.

• Identifica grupos funcionales.
• Verifica la pureza de sustancias.

Regiones Espectrales Clave

• Grupos funcionales: 1500–4000 cm⁻¹
• Huella digital: 1500–400 cm⁻¹

La Huella digital es el patrón o conjunto de características físicas o químicas únicas y distintivas de una sustancia, mezcla o producto.

Refractometría

Esta técnica mide el índice de refracción, es decir, cómo cambia la dirección de la luz al pasar por una sustancia. Mientras mayor sea la concentración, mayor será el índice de refracción.

• Determina la pureza o concentración de disoluciones.

Limitaciones en Técnicas de Absorción

Limitación Fundamental

Cuando la disolución está muy concentrada, las moléculas interactúan entre sí y cambia la capacidad de absorción.

Limitaciones Químicas

Equilibrios químicos que afectan la forma del analito.

Limitaciones Instrumentales

• La luz no es monocromática.
• No se eligió el máximo pico de absorción.

Fundamentos de pH y Equilibrio Iónico

El pH se define como:

$$pH = -log[H^+]$$

La constante de disociación del agua ($$K_w$$) es:

$$K_w = [H^+][OH^-] = 1 imes 10^{-14}$$

Las concentraciones iónicas se calculan como:

• $$[H^+] = 10^{-pH}$$
• $$[OH^-] = K_w/[H^+]$$
• $$[H^+] = K_w/[OH^-]$$

Propiedades Fisicoquímicas de los Alimentos

Comprender las propiedades de los alimentos es imprescindible para el diseño, desarrollo, optimización de procesos y control de calidad.

Clasificación de las Propiedades de los Alimentos

Las propiedades clave incluyen:

• Tamaño, forma, volumen y atributos físicos relacionados.
• Propiedades reológicas.
• Propiedades térmicas.
• Propiedades electromagnéticas.
• Actividad de agua y propiedades de sorción.
• Propiedades superficiales.

Tamaño, Forma, Volumen y Atributos Físicos Relacionados

Atributos Clave

Tamaño, forma, volumen, distribución de tamaño, densidad, porosidad, tamaño de poro y encogimiento.

Aplicaciones

Son utilizados para el tamizado, clasificación, control de calidad, cálculo de flujo de fluidos, transferencia de calor y masa.

La porosidad caracteriza la textura y calidad de alimentos secos y de humedad intermedia.

Tamaño

Es muy utilizado en el tamizado de sólidos para separar materiales extraños, clasificación de frutas y hortalizas, así como para la evaluación de calidad.

Forma

Se describe mediante parámetros como esfericidad, razón de aspecto, radio de curvatura y ángulo de reposo.

Distribución del Tamaño de Partícula

Este parámetro es crucial para las propiedades funcionales y la calidad del producto final.

Métodos de Medición

• Elutriación con aire
• Sedimentación
• Asentamiento
• Centrifugación
• Tamizado

Volumen

Atributo importante que incide en la apariencia visual y se relaciona inversamente con la textura.

Métodos de Medición

• Dimensiones (para formas regulares)
• Desplazamiento de líquidos (para formas irregulares)
• Procesamiento de imágenes

Densidad y Porosidad

Densidad

La densidad se usa para evaluar la calidad de los alimentos. Es crucial para procesos de separación (centrifugación, sedimentación) y transporte neumático/hidráulico.

Porosidad

Propiedad que caracteriza a alimentos secos y de humedad intermedia.

Métodos de Medición de Porosidad

• Método Directo: Comparar volumen antes y después de destruir poros.
• Método Óptico: Solo si la porosidad es uniforme.

Propiedades Reológicas y Textura

Propiedades Reológicas

Estudian el comportamiento de flujo (viscosidad) y deformación (textura) de los alimentos. La reología es la ciencia que estudia la deformación de los materiales, incluyendo el flujo. Los datos reológicos son utilizados para la evaluación de la calidad del producto, en cálculos ingenieriles y diseño de procesos. Los modelos reológicos se obtienen a partir de mediciones experimentales y son útiles para conocer el efecto del procesado sobre los alimentos.

Tipo de Fluidos

• Fluidos viscosos
• Pseudoplásticos

Medición de la Viscosidad

Se utilizan diversos viscosímetros:

• Capilar
• Caída de bola
• Rotacionales (cilindros concéntricos, cono y placa, placas paralelas, huso simple)

Textura

La textura es una característica de calidad fundamental. Se evalúa por métodos sensoriales o instrumentales (estos últimos son más rápidos y económicos).

Tipos de Ensayo Instrumental

Compresión

Distancia que un alimento se comprime.

Ruptura-flexión

Fuerza requerida para flexionar o romper.

Cizalla de corte

Fuerza necesaria para cortar un alimento.

Punción

Fuerza necesaria para empujar la sonda dentro del alimento.

Penetración

Distancia que un cono o aguja se hunde.

Análisis de Perfil de Textura (TPA)

Comprime dos veces un alimento del tamaño para ser mordido.

Instrumentos para el Análisis de Perfil de Textura

Texturómetro, Farinógrafo, Extensógrafo, Alveógrafo y Amilógrafo.

Propiedades Térmicas

Son importantes para el procesamiento y conservación de alimentos, ya que implican transferencia de calor.

Propiedades Clave

• Conductividad térmica
• Calor específico
• Difusividad térmica
• Entalpías

Propiedades Electromagnéticas

Se refieren al color y a las propiedades dieléctricas de los alimentos.

Color

El color lo determina la absorción selectiva de longitudes de onda en la región visible. Es un factor crítico para la aceptación del producto.

• Escala común: CIELAB.
• Medición: Espectrofotómetros y colorímetros.

Propiedades Dieléctricas

Definen la capacidad de un alimento para almacenar energía de microondas y convertirla en calor.

Actividad de Agua y Propiedades de Sorción

Incluyen propiedades coligativas, actividad de agua, análisis de isotermas y modelado.

Propiedades Superficiales

Incluyen tensión superficial, actividad de superficie, tensión interfacial, ángulo de contacto y sistemas coloidales en alimentos.

Resonancia Magnética Nuclear (RMN)

La RMN es una técnica espectroscópica muy poderosa que permite estudiar a nivel atómico moléculas de interés biológico.

Aplicaciones en Alimentos

• Autenticidad e integridad alimentaria.
• Fraude alimentario: Sustitución, adulteración y adición.
• Conciencia pública sobre calidad y seguridad.

Verificación de Autenticidad

1. Verificación de etiquetas.
2. Origen geográfico.
3. Proceso de elaboración.
4. Ausencia de adulteración.