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Tecnologías muy avanzadas ya están al alcance de los departamentos de calidad de empresas alimentarias

La aplicación de nuevas técnicas cromatográficas en los análisis vitivinícolas

Anna Oliveras, responsable de Química Analítica, Instituto Catalán del Corcho05/04/2016
La calidad, la seguridad y la investigación son seguramente los aspectos más exigentes de la industria alimentaria actual. Este sector ha evolucionado de tal manera que los controles de calidad que tenemos hoy en día, permiten cada vez más a las industrias conocer al detalle los alimentos que producen y garantizar su seguridad alimentaria.

Estas exigencias alimentarias se han cumplido gracias al desarrollo de la tecnología en la instrumentación de análisis de los laboratorios de calidad e investigación. El avance realizado en los equipos de medición ha permitido a los técnicos especialistas determinar las concentraciones de compuestos a nivel de trazas, actualmente podemos medir cantidades de compuestos que se encuentran a niveles de nanogramos (milmillonésima parte de un gramo)o picogramos (billonésima parte de un gramo) en los diferentes alimentos.

Tecnologías muy avanzadas como la cromatografía de gases acoplada a la Espectrometría de Masas que anteriormente solo encontrábamos en los grandes centros de investigación o en las universidades, ahora forman parte del trabajo rutinario en los departamentos de calidad de las empresas de alimentación.

En el Instituto Catalán del Corcho hemos adquirido la última de las novedades en instrumentación para la determinación de compuestos volátiles y semivolátiles en alimentos: la cromatografía de gases con detección de espectrometría de masas/masas.

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Equipo cromatografía Gases/Masas/Masas del Instituto Catalán del Corcho.

¿En qué consiste la cromatografía de Gases/Masas/Masas?

La cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas tradicional ha sido la herramienta utilizada hasta el momento para separar, identificar y cuantificar los compuestos volátiles de mezclas complejas, tales como alimentos, productos vinícolas o muestras vegetales. La detección con espectrometría de masas se basa en fragmentar con energía los compuestos que salen de la columna del cromatógrafo en fragmentos masa/carga, característicos para cada compuesto.

Este tipo de cromatografía de gases se ha perfeccionado acoplándose a un espectrómetro de masas con triple cuádruplo; este sistema de detección consiste, en vez de hacer una fragmentación de los compuestos, en hacer dos fragmentaciones a través de una célula de colisión. Este revolucionario sistema funciona de manera que una vez realizada la primera ionización del compuesto permite aislar un ión en la cela de colisión, eliminando otros posibles iones que interferirían en la detección. Y seguidamente se realizará una segunda fragmentación más específica que la primera mediante la colisión con un gas inerte. El modo de adquisición en que trabaja el tándem se denomina MRM (Monitoreo de Reacciones Múltiples), este modo permite en el análisis cuantitativo de alta sensibilidad minimizar al máximo los interferentes y trabajar de manera selectiva en matrices complejas.

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Esquema del funcionamiento de un espectrómetro Masas/Masas.

Las ventajas que supone la detección con MS/MS respecto la detección de MS simple son numerosas:

  • Alta sensibilidad como resultado de tener menos interferentes.
  • Límites de detección y cuantificación muy bajos (incluso en algunos compuestos se pueden determinar niveles de picogramos).
  • Mejor precisión y reproducibilidad especialmente en concentraciones bajas.
  • Minimización del señal de ruido de fondo.
  • Selectividad máxima y disminución del porcentaje de falsos positivos.
  • Ampliación del rango de linealidad.

En conclusión, la detección de masas/masas nos ofrece una herramienta muy potente y con numerosas ventajas respecto las tecnologías anteriores para la investigación y cuantificación de compuestos en matrices de alimentos complejos como es el caso del vino.

Microextracción en fase Sólida (SPME)

La microextracción en fase sólida es una técnica de extracción desarrollada por el Dr. Pawliszyn a principios de los años noventa. Esta técnica supuso una revolución en el campo de la química analítica y consiste en utilizar una fibra, que suele ser un polímero o varios combinados, para realizar la extracción y preconcentración de los analitos de la muestra.

Tradicionalmente los métodos de extracción y preconcentración de los métodos analíticos de laboratorio han sido procedimientos muy arduos y tediosos. Para conseguir extraer los compuestos de los alimentos sólidos o líquidos se debían pasar por diferentes etapas de extracción, preconcentración y clean-up que hacían que de la manipulación una tarea muy complicada, susceptible a muchos errores y con recuperaciones bajas.

Las ventajas que introdujo la SPME en la química analítica fueron numerosas; desde el sólo hecho de no tener que usar solventes que en la mayoría de casos son caros, tóxicos y muy contaminantes, a la sencillez de la preparación de la muestra, que en la mayoría de casos consiste solamente en poner la muestra en el vial, optimizando al máximo la tarea del laboratorio.

Sin embargo la técnica tiene el inconveniente que a concentraciones bajas es poco reproducible.

Este inconveniente se ha conseguido superar con la unión de la SPME con la cromatografía de Gases Masas/Masas.

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Imagen de una muestra analizada por microextracción en fase sólida (SPME).

Aplicación en el sector vitivinícola

La unión de la SPME con la cromatografía de Gases Masas/Masas ha abierto un abanico de posibilidades inmensas que en el Instituto Catalán del Corcho hemos desarrollado para la cuantificación de aromas en vino.

La complejidad del vino está en consonancia con su complejidad química; podemos encontrar compuestos de familias químicas muy diferentes (ésteres, aldehídos, cetonas, terpenos, alcoholes, etc.). El aroma del vino es el resultado de interacciones complejas entre muchos de estos compuestos con olor; se sabe que en un mismo vino puede llegar a encontrarse hasta 800 compuestos volátiles. Las notas sensoriales aparecen como consecuencia de las acciones concertadas de muchas moléculas y, sorprendentemente, en muchos casos estas moléculas se encuentran en concentraciones muy cercanas o incluso por debajo de su umbral de percepción. A veces un cierto aroma no es debido a un solo compuesto sino a la suma de diferentes compuestos que a baja concentración pueden dar una misma nota aromática.

La cantidad y variedad de compuestos aromáticos que podemos encontrar depende de muchos factores: la naturaleza de la uva, la variedad genética, la madurez, el suelo, el clima, las levaduras usadas en el proceso de fermentación, el tipo de envejecimiento y almacenamiento, etc. La cromatografía de Gases Masas/Masas nos permite medir la evolución de la concentración de estos compuestos de una manera mucho más precisa y selectiva que hasta ahora. La separación de los compuestos conseguida entre la suma de la cromatografía y la detección en tándem es tan alta, que el ruido del cromatograma final es mínimo, hecho que nos permite detectar compuestos que hasta ahora pasaban desapercibidos debido a su baja concentración. Gracias a este hecho podemos correlacionar mucho mejor los resultados obtenidos de la cromatografía con los resultados de los análisis sensoriales y catas que realizamos día a día.

Las aplicaciones de la técnica son infinitas, por citar algunos ejemplos:

  • Evolución de los compuestos terpénicos (linalol, geraniol, α-terpineol...) durante la fermentación y su evolución desde su origen, la uva, al producto final.
  • Cuantificación de los compuesto aromáticos que aportan las barricas de madera al vino: furfural, metil-furfural, vainillina, whiskylactona…
  • Evolución de los compuestos de oxidación y reducción del vino en el envejecimiento y posterior embotellado.
  • Determinación de compuestos off-flavors, para lograr eliminar al máximo la presencia de estos compuestos incluso per debajo de su umbral de percepción.
  • Influencia del tipo de cierre en la evolución del vino a largo plazo.

Las posibilidades son tan elevadas que sería imposible nombrarlas todas, ya que como bien sabemos, cada vino tiene su identidad y características aromáticas particulares que podemos asociar a diferentes compuestos químicos.

En esta línea, el Instituto Catalán del Corcho a través de proyectos de investigación o de análisis de protocolos de calidad para las empresas, estamos desarrollando todas estas aplicaciones gracias a nuestra experiencia de más de 20 años en cromatografía de gases.

En resumen, la última innovación en tecnologías de análisis que nos ha ofrecido el mercado de la instrumentación química, la cromatografía de Gases Masas/Masas, nos está permitiendo conocer, separar y cuantificar con más precisión y fiabilidad que nunca los compuestos que forman la complejidad aromática de los diferentes vinos; con el objetivo final de poder tener productos más adecuados y acordes con las preferencias de los consumidores cada día más exigentes en el momento de escoger los vinos que acompañan sus comidas.

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Las instalaceiones del Instituto Catalán del Corcho se ubican en Palafrugell, Girona.

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