Analisis Fisico Quimico y Microbiologico de Los Alimentos

Análisis físico-químico y microbiológico de Análisis físico-químico los los alimentos dealimentos. la materi

Manual Técnico para la(s) carrera(s): Profesional Técnico y Profesional Técnico Bachiller en la carrera Procesamiento industrial de alimentos

Análisis físico-químico y microbiológico de los alimentos

Capítulo 1 Operación del laboratorio de alimentos Capítulo 2 Análisis fisicoquímico de los alimentos Capítulo 3 Operación de equipo de labratoro

Índice Presentación

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Introducción general

19

Capítulo 1. Operación del laboratorio de alimentos.

23

Introducción

25

Unidad 1. Clasificación de materiales de laboratorio

26



1.1 RAP* Clasifica los materiales de laboratorio de forma

física a través de cartas de control, aplicando las técnicas de limpieza de acuerdo con el uso específico de cada uno de ellos.

26

1.1.1 Equipos y materiales utilizados en los procesos

de un laboratorio de química.

1.1.2 Cartas de control.



1.1.3 Limpieza de materiales de laboratorio



1.1.4 Técnicas de limpieza



1.2 RAP * Maneja los materiales de laboratorio para

optimizar su empleo en los análisis físico-químicos del proceso alimenticio mediante indicaciones e instructivos

1.2.1 Manejo de materiales de laboratorio



1.2.2 Manuales de operación



1.2.3 Uso y manejo del microscopio



1.2.4 Uso y manejo de hornos y estufas

Unidad 2. Preparación de diluciones y soluciones

43

53

2.1 RAP* Prepara diluciones y soluciones empíricas y

valoradas para su aplicación en los análisis físico-químicos del proceso alimenticio mediante especificaciones establecidas.

*RAP Resultado de aprendizaje

53



2.1.1 Montaje de dispositivos y sistemas para

destilación, evaporación, titulación, filtración, extracción de gases y determinación de nitrógeno proteico.

2.1.2 Métodos de separación.



2.1.3 Métodos de filtración



2.1.4 Métodos de destilación



2.1.5 Relación de equipos y fundamentos químicos.



2.1.6 Preparación de soluciones



2.1.7 Equilibrio químico

Unidad 3. Operación de equipo de laboratorio

74

3.1 RAP* Maneja equipo del laboratorio de alimentos para

optimizar su empleo en los análisis físico-químicos del proceso alimenticio mediante instructivo.

74

3.1.1 Principios y fundamentos para la operación de

equipo.

3.1.2 Equipo complementario de fruta y hortaliza,

cárnicos, aceites y derivados de la leche.

3.1.3 Maquinaria en un laboratorio de alimentos,

obtención de páprika.

3.1.4 Unidad de concentración y obtención del

producto. Capítulo 2. Análisis fisicoquímico de los alimentos

85

Introducción

87

Unidad 1. Identifica equipo e instrumental del laboratorio de alimentos para el análisis de muestras.

88



RAP* 1.1 Identifica las Normas de seguridad e higiene de un

laboratorio de alimentos.

1.1.1 Higiene personal en un laboratorio de alimentos.



1.1.2 Equipo de protección personal.



1.1.3 Señalización y codificación en un laboratorio.



1.1.4 Legislación en materia de alimentos NOM.



1.1.5 Ley general de salud.



88

RAP* 1.2 Prepara el material, equipo e instrumentos de

laboratorio de acuerdo con el tipo de análisis a realizar.

1.2.1 Instrumentos de laboratorio.



1.2.2 Clasificación del instrumental por el tipo de

102

material.

1.2.3 Clasificación del instrumental por su tolerancia.



1.2.4 Clasificación del instrumental de acuerdo a su

uso.

1.2.5 Manejo y utilización de equipo de laboratorio.



1.2.6 Equipo de laboratorio



1.2.7 Mantenimiento, calibración y reparación de

equipos de laboratorio.

1.2.8 Material de laboratorio

RAP* 1.3 Selecciona y prepara la muestra de alimento de

acuerdo con las especificaciones técnicas.

1.3.1 ¿Qué es una muestra?



1.3.2 Muestras varias



1.3.3 Toma de muestras



1.3.4 Muestra aleatoria y representatividad

120



1.3.5 Etapas en el muestreo



1.3.6 Plan o procedimiento de muestreo



1.3.7 Estimación del muestreo



1.3.8 Tratamiento de las muestras



1.3.9 Conservación de la muestra.

Unidad 2. Aplicación de los métodos de análisis.

140

RAP* 2.1 Interpreta los métodos de análisis aplicados a los

alimentos de acuerdo con sus especificaciones técnicas.

2.1.1 Métodos de análisis



2.1.2 Métodos de análisis químicos



2.1.3 Métodos espectrométricos



2.1.4 Análisis fisicoquímico



2.1.5 Análisis sensorial

140

Capítulo 3. Análisis microbiológico de los alimentos.

201

Introducción

203

Unidad 1. Preparación de muestras de alimentos para su análisis microbiológico.

204

RAP* 1.1 Prepara el material, equipo e instrumentos de

laboratorio mediante los procedimientos establecidos para el análisis microbiológico. 1.1.1 Generalidades

1.1.2 Definición de microbiología.



1.1.3 Organismos estudiados por la microbiología.



1.1.4 importancia de la microbiología en la industria

alimentaria. 1.1.5 Esterilización.

204



1.1.6 Métodos de esterilización.



1.1.7 Desinfectantes y antisépticos.



1.1.8 Cuidados para el guardado del microscopio.



RAP* 1.2 Selecciona y prepara la muestra de alimento

de acuerdo con las especificaciones técnicas para su análisis correspondiente.

220

1.2.1 Clasificación de los medios de cultivo por su

origen, por su composición, por su aplicación

1.2.2 Selección de muestras para análisis micro

bacteriológico.

1.2.3 Preparación de las muestras

Unidad 2. Aplicación de métodos de análisis microbiológicos a los alimentos.

236

RAP* 2.1 Identifica los microorganismos presentes en los

alimentos de acuerdo con sus características para su evaluación en los procesos de transformación.

2.1.1 Principios del análisis de alimentos.



2.1.2 Clasificación de los microorganismos.



2.1.3 Importancia de la calidad microbiológica en los

alimentos.

2.1.4 Origen de la contaminación microbiana en los

alimentos.

2.1.5 Microorganismos patógenos causantes de

toxiinfecciones.

236



2.2 RAP* Realiza los análisis microbiológicos a los

255

alimentos de acuerdo con las especificaciones técnicas para determinar la calidad de los mismos.

2.2.1 Análisis microbiológico de los alimentos.



2.2.2 Control de microorganismos en los alimentos.



2.2.3 Métodos de preservación de alimentos.



2.2.4 Legislación en materia de alimentos en México.

Glosario

288

Bibliografía

297

Presentación Te invito a explorar este manual técnico que contiene un índice que te proporcionará un panorama general del contenido de cada capítulo. Al leerlo encontrarás un apoyo a tu aprendizaje. El manual contiene los temas más representativos en el desarrollo de tus competencias. Este material contiene actividades que te invitan a reflexionar, repasar, tomar decisiones, proponer innovaciones; en las prácticas pondrás a prueba tus conocimientos, que te ayudarán a identificar posibles problemas y soluciones. La autoevaluación te permitirá comprobar tu aprendizaje; tus respuestas las puedes verificar al término de cada capítulo o bien tendrás que volver a revisar los temas estudiados para encontrar la respuesta y así llegar a conocer la estructura del manual técnico. Lo anterior no se presenta en el índice porque es parte del contenido. Recuerda, tú eres quien decide si estás aprendiendo o no. El manual contiene lo esencial; por ello está conformado para que investigues y refuerces tu formación académica. En la última parte cuentas con un glosario que te ayudará a comprender la idea; puede estar al final del manual o intercalado en el texto. La bibliografía es el último apartado de este manual técnico.

Bienvenido a este espacio del saber

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Introducción general El presente manual técnico “Análisis físico-químico y microbiológico de los alimentos” corresponde al núcleo de formación profesional de las carreras de Profesional Técnico (PT) y Profesional Técnico-Bachiller (PT-B) en Procesamiento industrial de alimentos. Tiene como finalidad proporcionarte los elementos que te auxilien en la preparación y acondicionamiento de los insumos para llevar a cabo el proceso industrial de alimentos, el análisis físico-químico y microbiológico, durante y después del proceso de los mismos, además de, operar la maquinaria de transformación de la industria de alimentos, controlar la calidad de los procesos y productos, y supervisar los procesos de producción, proponiendo condiciones de seguridad e higiene laboral para la disminución de riesgos de trabajo en las empresas del ramo alimenticio. El manual está conformado por tres capítulos: el primero “Operación del laboratorio de alimentos” te apoya en el desarrollo de competencias laborales que te permitan operar los materiales, instrumentos y equipos de planta y laboratorio; preparar diluciones y soluciones empíricas y valoradas, además de identificar los aspectos de organización del laboratorio, las prácticas de higiene y de seguridad. El segundo capítulo, “Análisis físico químico de los alimentos” te brindan la oportunidad de desarrollar las competencias que te permitan seleccionar, preparar y analizar los alimentos mediante las técnicas y procedimientos establecidos, evaluando los componentes nutritivos que lo componen, asegurando la calidad de los procesos de transformación y de consumo, apoyándote en el manejo de materiales y maquinaria que facilite la interpretación de los resultados obtenidos en su análisis. 19

El tercer capítulo, “Análisis microbiológico de los alimentos” contribuye a que desarrolles las competencias que te permitan identificar, seleccionar y realizar los análisis microbiológicos a los alimentos, para determinar sus características de calidad mediante técnicas y procedimientos establecidos. La formación profesional PT y el PT-B está diseñada con un enfoque basado en el desarrollo de competencias profesionales, lo cual implica realizar trabajo con eficiencia y calidad, considerando que el conocimiento, actitudes, aptitudes, consistencia y, por ende, el compromiso de generar calidad en las acciones; utilizando de manera constante métodos definidos, procedimientos escritos y detallados, documentación y medición, de acuerdo con los requerimientos del sector productivo y los indicadores del desarrollo tecnológico en el área industrial y comercial, así logras una actualización y mejora continua garantizando la competitividad y excelencia en el campo profesional. Adquirir estas competencias fortalece tu formación integral y te prepara para comprender los procesos productivos en los que estarás involucrado para resolver problemas, tomar decisiones y desempeñarte en diferentes ambientes laborales con una actitud creadora, crítica, responsable y propositiva. Al estudiar este manual recuerda siempre, que estás rodeado de compañeros y compañeras que te pueden ayudar a comprender mejor los contenidos. Es necesario que dediques un tiempo a la recapitulación de los aprendizajes logrados, con el propósito de verificar que alcanzaste los resultados de aprendizaje (RAP).

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Capítulo 1

Capítulo 1 Operación del laboratorio de alimentos

23

Capítulo 1

Introducción

El presente capítulo, tiene como propósito que logres identificar y manipular los diferentes materiales, instrumentos y equipos de planta y laboratorio de alimentos, además de que aprendas a realizar la preparación de diluciones y soluciones empíricas que te permitan valorarlas, además de lograr enriquecer los aspectos de organización de un laboratorio de alimentos, considerando los requerimientos de seguridad e higiene en el trabajo. Para lograr lo anterior se te proporcionan contenidos que te apoyan en el desarrollo de competencias que te permitirán seleccionar y preparar material y equipo de laboratorio de acuerdo a las especificaciones establecidas, identificando, las sustancias químicas de acuerdo a sus características y preparar soluciones según especificaciones técnicas.

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Capítulo 1

Unidad 1 Clasificación de materiales de laboratorio 1.1 RAP Clasifica los materiales de laboratorio de forma física a través de cartas de control, aplicando las técnicas de limpieza de acuerdo con el uso específico de cada uno de ellos 1.1.1 Equipos y materiales utilizados en los procesos de un laboratorio de química Por lo general, el material de laboratorio, se dice que es sencillo pero complejo, ya que aunque tengamos la idea de que en los laboratorios solo existen tubos de ensayo, pipetas, embudos y escobillas, entre otras cosas, también existen otros elementos que son mucho más frágiles, por lo que el correcto manejo de ellos requiere de un acertado conocimiento de los mismos. Un laboratorio es el lugar en el que son aplicados los diversos conocimientos teóricos, llevándolos a la práctica, por esta razón, es muy importante que este lugar esté bien equipado, con los instrumentos y materiales adecuados para que los procesos de experimentación funcionen como debe ser. Al mismo tiempo, toma gran relevancia el que el material de laboratorio de haya utilizado, sea higienizado de acuerdo a las políticas de higiene del laboratorio, con la finalidad de que su contaminación no influya en experimentaciones futuras. Por otro lado, si se requiere de trabajar con fuego o gases tóxicos se hace necesario tomar las medidas de seguridad pertinentes, por lo que en caso de quemaduras con objetos calientes, o frío, se debe contar con los medicamentos y sustancias necesarias para ayudar a confortar al lesionado de forma inmediata, hasta que lleguen los servicios de emergencia. El material de laboratorio por lo general se encuentra fabricado con vidrio óptico, de Jena o duro, por lo que debido a su composición son muy resistentes a la acción de reactivos químicos y a los cambios bruscos de temperatura, dentro de ellos se encuentran los que se muestran en la figura 1, como son el matraz de fondo plano, matraz de Erlenmeyer, matraz de destilación, vaso de precipitados y el tubo de ensayo.

26

Capítulo 1

Existen algunos materiales que se emplea para medir volúmenes, estos pueden ser de vidrio o de plástico transparente y se encuentran graduados, algunos de ellos se muestran en la figura 2.

El soporte o sujeción, excepto la gradilla, todos los demás están hechos de metal, entre ellos se encuentran el soporte universal con anillo de fierro, pinzas para bureta y tela de alambre; pinzas de crisol, pinzas de 3 dedos con nuez, gradilla para tubos de ensayo y pinzas para tubos de ensayo, ejemplos de estos se muestran en la figura 3.

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Capítulo 1

En muchas ocasiones al material de laboratorio como el que se muestra en la figura 4, se le cataloga como infinito debido a que en esta área por lo general se establecen innovaciones, dentro de ellos, los más utilizados son: el mortero con pistilo, tubo de ensayo, espátula, tapones, escobillas, embudo, vidrio de reloj, pipeta, probeta, cuba hidroneumática y frascos goteros.

Figura 4. Ejemplo de algunos materiales de laboratorio

Otros materiales son aquellos que sirven para realizar mediciones, ejemplo de ellos son: las balanzas, termómetro, barómetro, brújula, flexómetro, vernier y la regla. Cada material de laboratorio es preponderante para que los resultados de las experimentaciones sean los esperados.

28

Capítulo 1

1 Identifica cada elemento del laboratorio y relaciónalo con su respectivo nombre en la siguiente tabla de comparación

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Capítulo 1

1.1.2 Cartas de control Una herramienta importante en el control estadístico de los procesos de un laboratorio, son las cartas de control; básicamente, una carta de control sirve para llevar a cabo la recolección de datos, de una forma sencilla, de los equipos de monitoreo y medición utilizado en proceso industriales y el aseguramiento de las mediciones de laboratorios de calibración y prueba, representando el comportamiento de los valores de: mediciones directas, magnitudes de influencia, resultado y cálculos de medición o las características metrológicas de un instrumento. Un laboratorio debe estar equipado con los instrumentos necesarios para la realización correcta de pruebas, por lo que en estos deben estar instalados y/o calibrados de una forma correcta, lo cual, debe estar registrado por escrito en un informe, o carta de control, que forma parte del expediente de los instrumentos, estas cartas se implementan, con la finalidad de asegurar el buen funcionamiento de los equipos e instrumentos de laboratorio, además de mantener su historial. Todo laboratorio debe contar con las respectivas cartas de control pos e instrumentos con los que cuente, dentro de estas cartas se Nombre, marca, Nº de inventario, Nº de serie, modelo y año, costo aproximado, fecha de adquisición, prestación del servicio y inspector.

de los equidebe incluir: localización, nombre del

Todo equipo o instrumento, debe contener los datos generales, registro, y de ser posible, anexar los reportes de mantenimiento preventivo, correctivo, calibración y verificación. Por tanto para poder realizar la calibración de los instrumentos, se debe realizar preparaciones de pruebas, con el fin de garantizar la uniformidad en la determinación de la actividad, por tanto, al adquirir un nuevo material o instrumento, esto debe estar a cargo de un profesional calificado responsable de la compra, recepción y distribución del instrumental. De ahí que el encargado deba mantener un registro central o archivo que contenga, el nombre del material de referencia, proveedor o importador, origen, lote, la fecha de análisis para la adquisición si cumple los requisitos estipulados, pero en el caso de que cualquier material deba ser rechazado se identificará claramente y se destruirá o devolverá al provee-

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Capítulo 1

dor lo antes posible, además el registro debe contar con el lugar y las condiciones de almacenamiento y la fecha de vencimiento. Este registro deberá contener toda la información relativa a las propiedades del material de referencia ver figura 5. Sin embargo, también es necesario verificar la calidad del material de referencia cuando las condiciones hayan sido alteradas, o de manera rutinaria por lo menos una vez al año.

Figura 5. Registro de la información del material recibido

Para el caso de los reactivos de un laboratorio, los cuales son materiales de origen químico o biológico utilizados en los análisis en el laboratorio, estos deben ser de calidad apropiada, por lo que deben ser adquiridos a proveedores certificados, en sus envases originales, con su respectivo registro de compra, recepción y distribución para garantizar la continuidad, sobre todo en lo que respeta a sustancias que deben adquirirse con anticipación. Por si fuera poco, para el caso de la adquisición de reactivos, se debe tener certeza de que los sellos están intactos cuando se reciben en la bodega del laboratorio, por lo que, debe existir un registro de la(s) persona(s) a cargo de la inspección y la fecha en el rótulo o etiqueta. Si por algún motivo se nota que los reactivos han sido manipulados indebidamente, estos deberán ser rechazados, salvo en aquellos casos en que pueda comprobarse su identidad y pureza, deben existir también un ade-

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Capítulo 1

cuado manejo de reactivos y eliminación de desechos químicos, además de que debe haber espacios destinados a sustancias inflamables, ácidos, sustancias que producen emanaciones, y otros reactivos, debidamente equipados con base en las normas contra incendios ver figura 6.

Figura 6. Manejo adecuado de sustancias contaminantes

Con el propósito de dar seguridad a los seres humanos y reducir la contaminación del laboratorio, los reactivos no deben almacenarse en el laboratorio, a menos que haya razones de peso para ello. Los reactivos de utilización rutinaria deben mantenerse en el laboratorio, por ejemplo el agua es considerada como reactivo, por lo que debe cumplir especificaciones técnicas para su utilización en el laboratorio. Se debe considerar que los reactivos elaborados en el laboratorio deben ser preparados con base en procedimientos escritos o de acuerdo a farmacopeas u otros textos oficiales, por lo que deberá existir también una carta de control en la que se indique: la identificación del reactivo, concentración, factor de normalización, fecha de preparación y vencimiento, condiciones de almacenamiento y las iniciales del técnico responsable. Por si fuera poco, los equipos o instrumentos deben contar con un manual de operación en el idioma local. El instructivo de operación debe describir de manera general los pasos a seguir para el manejo del equipo y debe estar colocado en un lugar visible cerca del equipo.

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Capítulo 1

Cada equipo deberá tener su registro de uso y/o su carta de control que debe colocarse cerca del equipo, por lo que deben establecerse programas de mantenimiento preventivo específico para cada equipo, así como también programas de calibración o verificación de instrumentos para que éstos operen de tal forma que aseguren que las mediciones efectuadas sean trazables de acuerdo con patrones nacionales de medición y si es factible con aquellos especificados por el Comité Nacional de Pesas y Medidas. En el caso de que un equipo se encuentre fuera de especificaciones se debe realizar acciones correctivas, mientras tanto, se debe poner fuera de servicio dicho aparato, pero para el caso de instrumentos, estos deben demostrar mediante calibraciones que se encuentran en condiciones satisfactorias para operar, aquí se sugiere realizar calibraciones periódicas en servicio

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Capítulo 1

1.1.3 Limpieza de materiales de laboratorio Material de sostén Son utensilios que te permiten sujetar algunas otras piezas de laboratorio, ver figura 7 a,b,c,d.

b) Pinzas para sujetar tubos de ensayo

a) Gradilla

c) Soporte universal.

d) Nuez para sujetar. Figura 7. Material de soporte

Material de recipiente Utensilios usados como contenedores de sustancias, ver figura 8.

34

Figura 8. Material contenedores, vasos de precipitados y matraces.

Capítulo 1

Material volumétrico Son utensilios que permiten medir volúmenes, ver figura 9. 100 90 80 100

70

90

60

80 70 60 50 40 30 20 10

50 40 30 20 10

Figura 9. Pipetas y probetas para la medición de líquidos

Material de uso específico Son utensilios que te permiten realizar algunas operaciones específicas y solo se pueden utilizar para ello, ver figura 10. Soluciones químicas de limpieza Un análisis químico se realiza comúnmente por duplicado o triplicado, por eso es importante marcar cada vaso que contenga una muestra de manera que pueda identificarse su contenido. Los matraces, vasos y algunos crisoles tienen pequeñas áreas grabadas sobre las que se pueden hacer marcas semipermanentes con un lápiz; recuerda que antes de utilizar cada vaso, matraz o crisol que vaya a contener una muestra, debe limpiarse perfectamente. El material debe lavarse con una solución de detergente caliente y después debe enjuagarse, primero con agua corriente y finalmente con porciones pequeñas de agua desionizada. El material de vidrio apropiadamente limpio debe cubrirse con una película uniforme y continua de agua y ponerse en un escurridor. En casos muy raros es necesario secar la superficie interior del material de vidrio antes de utilizarlo; el secado es, en el mejor de los casos, un desperdicio de tiempo y, en el peor, una fuente potencial de contaminación. Para el lavado, puede utilizarse un detergente orgánico como el benceno o acetona para eliminar películas de grasa, aunque en ocasiones las soluciones se preparan con aldehídos que son agentes alquilantes que

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Capítulo 1

actúan sobre las proteínas, provocando una modificación irreversible en enzimas que inhiben la actividad enzimática, estos compuestos destruyen las esporas.” Glutaraldehído Es un desinfectante que tienen un amplio espectro de acción, se activa con la presencia de material orgánico y no es corrosivo, ya que dependiendo del tiempo de exposición se puede alcanzar diferentes grados de desinfección, este proceso se muestra en la figura 11 y consiste en preparar una solución alcalina al 2 % y sumergir el material a esterilizar de 20 a 30 minutos, y luego un enjuague de 10 minutos, este método tiene la ventaja de ser rápido, además de ser el único esterilizante efectivo en frío. Formaldehído En este proceso se utilizan pastillas de paraformaldehido, que se colocan en el fondo de una caja, se encuentran envueltas en gasa o algodón, después pueden ser expuestas al calor para una rápida esterilización (acción del gas formaldehído). Tiene aplicación en estufas de formol, las cuales consisten en unas cajas de doble fondo, donde son colocan las pastillas y se calienta a 60° C, con lo cual se puede esterilizar materiales de látex, goma o plásticos, sin embargo, las pastillas de formalina esterilizan en 36 horas a temperatura ambiente, un ejemplo de este proceso se muestra en la figura 12. Potasa alcohólica Este proceso es utilizado para eliminar residuos de grasas, como pueden ser las de silicón, para ello, se sumerge en la potasa tibia de 10 a 15 minutos, después se enjuaga con agua corriente y destilada, por último se seca. Para obtener la solución, de debe preparar disolviendo 20g de Hidróxido de Potasio (KOH) por cada 100ml de alcohol etílico de 96º.

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Capítulo 1

Esterilización por gas-plasma de Peróxido de Hidrógeno Este proceso de esterilización se lleva acabo a baja temperatura, consiste en la transmisión de peróxido de hidrógeno en fase plasma (estado entre líquido y gas), que ejerciendo una acción biocida.

Técnicas de limpieza general Limpieza simple 1. Lavar con agua simple, jabón y tallar con un escobillón. 2. Enjuagar con agua simple. 3. Enjuagar con agua destilada. 4. Secar con calor directo, en un escurridor o con sustancias químicas. Técnica de limpieza química de las pipetas 1. Lavar con agua y jabón. 2. Colocar en un recipiente pipetas (de polipropileno). 3. Cubrir perfectamente limpiadora.

con

adecuado la

alas

solución

4. Dejar actuar. Figura 13. Escurridor de material de vidrio en un laboratorio común de análisis químico

5. Enjuagar. 6. Secar.

Técnica de limpieza química de las buretas 1. Lavar con agua y jabón. 2. Sujetar la bureta a un soporte universal con ayuda de las pinzas para bureta. 3. Estando cerrada la solución limpiadora.

bureta

llenarla

de

4. Dejar actuar. 5. Enjuagar. 6. Secar.

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Capítulo 1

Técnicas para la eliminación de microorganismos Métodos de esterilización física Para poder entender lo que es la esterilización por métodos físicos, hay que comprender que es la esterilización, pues ésta consiste en la destrucción o eliminación de cualquier tipo de vida microbiana de los objetos inanimados, incluyendo las formas esporuladas de hongos y bacterias. Significa el nivel más alto de seguridad y, por tanto, de letalidad (o eficacia biocida). Teniendo esto en cuenta podemos entrar en detalle con los métodos antes mencionados. Calor La utilización de este método y su eficacia depende de dos factores: el tiempo de exposición y la temperatura. Todos los microorganismos son susceptibles, en distinto grado, a la acción del calor. Provoca la desnaturalización de proteínas, fusión y desorganización de las membranas y/o procesos oxidantes irreversibles en los microorganismos. Esterilización por calor seco: Estufa Este método utiliza aire caliente seco y la operación se realiza en aparatos que reciben el nombre de esterilización por aire caliente o estufas. Ventajas de este método: Facilidad de instalación, manejo y la disposición de poder esterilizar material dentro de recipientes cerrados. Desventajas: Son necesarias altas temperaturas, con lo cual los instrumentos a esterilizar pueden ser deteriorados por el excesivo calor. Además no hay una distribución homogénea de la temperatura por lo que existe la posibilidad de un excesivo gasto de funcionamiento por consumo de energía eléctrica. La acción destructiva del calor sobre proteínas y lípidos requiere mayor temperatura cuando el material está seco, o cuando la actividad 38

Capítulo 1

de agua del medio es baja. Estufas doble cámara Este sistema de limpieza, consiste en un equipo con doble cámara, en el cual el aire caliente generado en su interior por una resistencia, circula por la cavidad principal y por el espacio entre ambas cámaras a temperatura de 170º C para el instrumental metálico y a 140º C para el contenido de los tambores. Se mantiene una temperatura estable mediante termostatos de metal, que al dilatarse por el calor, cortan el circuito eléctrico. Desventajas Requiere mayor tiempo de esterilización, respecto al calor húmedo, debido a la baja penetración del calor. Esterilización por calor húmedo: En este método, el calor es el que produce la desnaturalización y coagulación de proteínas, estos efectos se deben a dos razones: El primero es que el agua es una especie química muy reactiva y muchas estructuras biológicas son producidas por reacciones que eliminan agua; el vapor de agua posee un coeficiente de transferencia de calor mucho más elevado que el aire por último el agua hierve a 100°C. El segundo es que no constituye un método esterilizante, ya que permite la supervivencia de muchas esporas.

Autoclave: En este método, el calor y la presión actúan de forma combinada, aquí el calor húmedo es producido en forma de vapor de agua a presión y el mecanismo de destrucción se realiza a través de la coagulación de la proteína bacteriana, destruyendo los microorganismos más resistentes como las esporas. En este método, todos los organismos vivos pueden ser rápidamente destruidos en presencia del vapor de agua a presión, la figura 14 es un ejemplo de una autoclave para la eliminación de microorganismos. 39

Capítulo 1

Ventajas del calor húmedo Rápido calentamiento y penetración, destrucción de bacterias y esporas en corto tiempo, no deja residuos tóxicos, hay un bajo deterioro del material expuesto, y por último y no menos importante, es económico. Desventajas: No permite emulsiones con el agua.

esterilizar

soluciones

que

formen

Operación de la autoclave: Se coloca agua en la caldera, procurando que su nivel no alcance a los objetos que se disponen sobre una rejilla de metal. Se cierra asegurando la tapa, sin ajustar los bulones y se da calor, dejando abierta la válvula de escape hasta que todo el aire se desaloje y comience la salida de vapor en forma de chorro continuo y abundante.

2 Relaciona las siguientes afirmaciones, que hacen referencia a los métodos de limpieza de microorganismos. Afirmación

Método referido

A. Este método utiliza aire caliente seco

(

) Estufas de doble cámara

B. En este método el aire caliente generado por una resistencia circula a través de una cavidad principal.

(

) Esterilización por calor húmedo.

(

) Autoclave

(

) Estufa

C. Este método produce una desnaturalización y coagulación de proteínas.

40

D. Este método destruye los microorganismos más resistentes como las esporas.

Capítulo 1

1 Realiza una solución química de limpieza Material - 300 ml de ácido clorhídrico. - 100 ml de ácido nítrico - 600 ml de agua destilada Procedimiento 1. En un recipiente de vidrio de 1500 ml, en primer lugar coloca los 600 ml de agua destilada. 2. Colócate los lentes de protección y agrega los 100 ml de ácido nítrico y los 300 ml de ácido clorhídrico al agua destilada, muy lentamente. Nota: Nunca deberás agregar el agua a los ácidos, ya que esto provocaría una ebullición de las sustancias y podrías sufrir quemaduras. 3. Agita muy levemente la solución. 4. Ahora podrás sumergir los instrumentos de vidrio en esta solución, para poderlos limpiar. 5. Al término del lavado en la solución, puedes lavar con abundante agua y poner en el escurridor. 6. Realiza un reporte de tu práctica.

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Capítulo 1

2 Realiza una mezcla crómica Material 6.5 g Dicromato de Potasio 10 ml Agua destilada 100 ml de Ácido sulfúrico Procedimiento 1. Utiliza los lentes de protección y guantes de plástico para realizar este experimento. 2. Disuelve dicromato de potasio en los 10 ml de agua destilada. 3. Calienta la solución ligeramente y déjala enfriar por unos minutos. 4. Agrega poco a poco, el ácido sulfúrico, y mezcla la solución con mucho cuidado. 5. Realiza un reporte de la práctica realizada

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Capítulo 1

1.2 RAP Maneja los materiales de laboratorio para optimizar su empleo en los análisis físico-químicos del proceso alimenticio mediante indicaciones e instructivos 1.2.1 Manejo de materiales de laboratorio Los materiales de laboratorio pueden estar construidos con sustancias de diferentes características pero que sin embargo, sirven para nuestro propósito, por lo que las sustancias utilizadas de manera frecuente en el laboratorio, como ya es de tu conocimiento, pueden estar hechas con base a vidrio borosilicatado, porcelana o cerámica y metálicos. Por tanto, el material de laboratorio será todo aquel que está construido con sustancias que soportan el tratamiento o que su uso adecuado así lo requiere, de tal forma que si el material es de vidrio, este debe estar construido con paredes finas, o eventualmente paredes gruesas con llaves o cierres, por lo que debe ser utilizado con suma precaución. En lo que respecta al vidrio borosilicatado o Pirex, este es utilizado por su bajísimo coeficiente de dilatación, además de que al romperse, forma astillas o fracciones muy cortantes que pueden llegar a provocar al manipulador del material, heridas dolorosas. Se recomienda que al utilizar el material de vidrio y especialmente cuando se encuentre caliente, se debe manipular con un trapo o guantes de fibra amiantados o de lana ya que de esta forma se logra disminuir situaciones de riesgo. En el caso de los metales y los materiales de cerámica, estos también deben ser tratados con sumo cuidado en su uso cotidiano, debido a su peso y a su alta conductividad de calor, por lo que al manipularlos se debe hacer con algún trapo a guantes diseñados para soportar temperaturas altas. Sin lugar a dudas el plástico ha estado ganando terreno en la fabricación de diferentes instrumentos en varios de los campos, siempre con las adecuaciones a los requerimientos de dichas áreas, ejemplos de estos materiales son los polietilenos, el PVC y el teflón (o politetrafluoretileno). Dentro del laboratorio, y al utilizar fibra de vidrio o amianto en cualquiera de sus presentaciones es recomendable o imprescindible hacerlo con

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Capítulo 1

guantes de fibra y además se puede utilizar barbijo, de forma general, todo material que se encuentre caliente no debe ser mojado con agua y cuando se lo coloque sobre alguna superficie se debe de tener cuidado de hacerlo sobre una superficie de madera o de cartón. Sin las razones antes mencionadas, se puede determinar que el material de laboratorio podría clasificarse en las siguientes categorías, esta clasificación se encuentra de acuerdo a la funcionalidad y frecuencia de su uso en el laboratorio 1. Material calentable 2. Material no calentable 3. Material de intermedio o de conexión 4. Material de medición o de comparación 5. Material de fuentes de calor

Material Calentable Son considerados materiales de laboratorio calentables aquellos cuyo uso así lo requiere, por lo que están construidos con sustancias que soportan altas temperaturas. Un ejemplo de estos materiales son los tubos de ensayo, los cuales son utilizados para realizar pequeños ensayos, calentamientos o contener o fluidos, la figura 15 muestra este tipo de materiales. Material no calentable Este tipo de material se caracteriza por poseer paredes de vidrio gruesas, además de concentraciones de material o llaves de cierre. Este tipo de material si se llega a calentar sufre un fenómeno físico llamado culpa, debido a que la pared exterior se calienta más rápido que la pared interior, por lo que se genera una dilatación que como consecuencia hace que el material se rompa, es por esta razón que este tipo instrumentos están construidos con materiales que no soportan el calentamiento, ejemplo de estos se muestra en la siguiente figura 16.

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Material Intermedio o de conexión Por lo general todas la herramientas auxiliares del laboratorio son consideradas materiales intermedios o de conexión, ejemplo de ellos son el soporte universal, el cual consta de una barra metálica que se atornilla sobre la base, esta puede ser trípode o tener una forma rectangular, sobre esta barra se sujetan y fijan los aros pinza u otros soportes, con la ayuda de diferentes nueces, aunque existen otros utensilios que no tienen nueces para fijar, por lo que proporcionan la posibilidad de modificar la distancia al soporte, ejemplo de este material se puede observar en la figura 17. Materiales de medición o de comparación En el laboratorio también podemos encontrar materiales que nos permiten hacer una evaluación de magnitudes ponderables de una sustancia o material, las magnitudes que comúnmente se emplean en un laboratorio son: Longitud, Masa, Superficie, Tiempo, Estado térmico y Volumen. Para medir la longitud, se puede emplear una regla o cinta graduada, las unidades más utilizadas son: 1 metro = 101 dm = 102 cm = 103 mm = 106 micras = 109 milimicras Para medir masa, se emplea la balanza, como pueden ser una báscula, sus unidades son: 1 Kilogramo = 103 gramos = 106 miligramos Para medir superficie, estas pueden ser calculadas debido a que son magnitudes derivadas, cuyas unidades son: 1 metro cuadrado ( m2) = 102 dm2 = 104 cm2 = 106 mm2

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Capítulo 1

Para llevar a cabo la medición del tiempo, se utiliza el reloj y el cronómetro, sus unidades son: 1 hora = 6.101 minutos = 3,6.103 segundos = 3,6.104 segundos/10 La probeta, la bureta y la pipeta graduada, son ejemplos de materiales de medición o comparación, estos se pueden observar en la figura 18. Fuentes de Calor Dentro de las fuentes de calor se pueden tener los aparatos con llama, al utilizar estos aparatos, los cuales son de llama abierta, pueden existir riesgos de incendio y explosión por la presencia de gases comburentes y combustibles o de productos inflamables en el ambiente próximo donde se utilizan, ejemplo de ellos se muestra en la figura 19.

1.2.2 Manuales de operación Los manuales de operación deben estar dirigidos a todo aquel personal que opera o proporciona mantenimiento preventivo a equipos y material de laboratorio, en este se describen algunos de los equipos más comúnmente usados y sus principales funciones. Algunos de estos son de funcionamiento sencillo tales como: el Microscopio binocular, Centrífuga, Balanza, Analítica, Baño de María, Rotador Serológico, Autoclave, Horno y Estufa; además de otros que requieren de sistemas más sofisticados como: Espectrofotómetro, y Pipetas automáticas.

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Es importante hacer notar que el manual de operación no debe sustituir el manual del fabricante, por lo que es considerado como un complemento de él. El objetivo de los manuales de operación es, describir la operación de los equipos e instrumentos que son utilizados en los ambientes de laboratorio, mostrando al operador el uso adecuado de los equipos e instrumentos, fomentando el seguimiento de las recomendaciones del fabricante, además de mostrar los procedimientos para el adecuado mantenimiento y cuidado de los equipos e instrumentos. 1.2.3 Uso y manejo del microscopio Para obtener un funcionamiento continuo del microscopio, es importante tomar muy en cuenta las siguientes recomendaciones: 1. Debe ser cubierto con cobertores de tela, y no plásticos, ya que estos podrían producir deformaciones debido al calor que producen, además de formación de hongos en los lentes. 2. Jamás debe ser expuesto a los rayos del sol de forma directa, ni cerca de sustancias tóxicas y menos cerca de donde existan equipos que producen vibración. 3. Es importante considerar que el polvo se encuentra prácticamente en todo lugar, lo que ocasiona problemas en las partes mecánicas que se deslizan sobre guías con extrema precisión, si estas guías están sucias, el polvo con la lubricación hace las veces de esmeril o lija, ocasionando desajustes en los movimientos, debido a esto es necesario limpiar y lubricar periódicamente estos mecanismos. 1.2.4 Uso y manejo de hornos y estufas Tanto los hornos como las estufas, tienen el mismo diseño, se diferencian una de otra en el control de temperatura que utilizan. La estufa como la que se muestra en la figura 20, es un equipo indispensable en la sección de bacteriología, se utilizan a una temperatura de 37°C , para realizar cultivos de bacterias, hongos, a una temperatura igual a la del cuerpo humano.

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Capítulo 1

Algunas estufas especiales al vacío, son utilizadas para cultivos de anaerobios, en ellas, el aire de la estufa se elimina mediante una bomba de vacío y se sustituye por nitrógeno; luego éste se elimina y se sustituye por otro, repitiéndose este procedimiento hasta obtener una atmósfera pura. La admisión de nitrógeno se regula mediante una válvula dosificadora. Por lo general, los hornos son utilizados en el laboratorio para el secado de material y para secar sales químicas, regularmente sus temperaturas oscilan de 60ºC a 300ºC, en ellos, la circulación del aire asegura una intensa transmisión del calor y, por tanto, un secado más rápido, la renovación del aire, se realiza a través de un orificio de salida de aire, en el techo. Para la operación de las estufas se debe cuidar que se encuentren colocadas sobre una superficie nivelada, la separación mínima entre estos equipos y la pared debe ser de aproximadamente 20 cm, con lo cual se asegura la circulación del aire. Se debe tener cuidado de encender el equipo con el interruptor de encendido y marcar la temperatura deseada, con el control de temperatura, para el caso del secado de sales químicas, esto se debe hacer a una temperatura entre 70°C a 80°C, se debe esperar un tiempo prudente para que el equipo alcance la temperatura seleccionada. Se debe tener cuidado, de no colocar dentro del horno material que no soporte temperaturas elevadas, ya que éste puede derretirse o quemarse produciendo malos olores, además de contaminar las muestras o el mismo material, se debe cuidar que durante el proceso sus diferentes indicadores se encuentren funcionando perfectamente. Dentro de los cuidados en este aparato, se encuentra el asegurar un calentamiento homogéneo de todo el material colocado en la estufa o en un horno de secado, por lo que se recomienda colocarlo en los estantes de forma que no impida la circulación del aire, no debe utilizarse para procesos de secado donde se originen vapores, ni tampoco utilizarlo para secar o esterilizar material descartable, no se debe limpiar el interior de un horno o una estufa utilizando objetos punzantes, ya que puede dañar la cámara interna. Los manuales de operación contienen un apartado en el que se proporcionan tablas que especifican el tipo de aparato, su posible falla y su posible solución, un ejemplo de esto se muestra en la siguiente tabla 1.

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Aparato

Posible falla

Posible solución

Microscopio Binocular

a) La luz no enciende.

Revisa que el cordón está bien conectado a toma-corriente. Remueve el foco, inspeccione visualmente si está quemado, si es así reemplácelo. La base está floja, cambiar Si no están muy dañados limpiar con líquido a base de alcohol o éter.

b) La luz parpadea c) Hongos en los lentes del prisma.

Tabla 1.

Puedes ampliar más tus conocimientos sobre este tema si visitas la siguiente página web: http://www.gruposaludgtz.org/proyecto/mspas-gtz/Downloads/Laboratorio-Clinico.pdf

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Todo manual debe contar con una serie de apartados dentro de los cuales se pueden tener los siguientes:

Título Este punto deberá dar una indicación clara del fenómeno estudiado y además contener palabras claves para los sistemas de búsqueda bibliográfica en el idioma nativo y en inglés. Introducción Esta área del informe se deberá señalar el marco teórico o enfoque que se le dio al estudio, con las razones del porqué y el para qué del mismo. Esta sección acompañada con el título se adjunta en idioma nativo y en inglés para las publicaciones. Métodos Aquí es donde se darán los detalles experimentales y las mediciones que se efectuaron en formas tabuladas o en correspondencias proporcionales a gráficos, los materiales empleados y las condiciones metodológicas que se utilizaron a fin de dar una acabada explicación de las actividades y de los resultados. Estas descripciones les permitirán a otros investigadores poder repetir la experiencia en estas condiciones o modificarlas.

Resultados y discusión Esta sección se deberá presentar ajustada a un orden de argumentación que permita llegar a una conclusión lógica y ordenada, apoyada en los comentarios que él o los autores realizan para fundamentar el marco teórico utilizado en su desarrollo. Nunca se deberá presentar un resultado de un trabajo de investigación sin un comentario formal de presentación y deberá proveer los resultados, según el tratamiento estadístico o de correcciones que le permita visualizar las conclusiones.

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3 Reconoce e identifica el material de laboratorio Material Diferentes tipos de materiales e instrumentos utilizados en el laboratorio. Procedimiento 1. Sobre la mesa de laboratorio reconoce y agrupa, los diferentes materiales proporcionados. 2. Observa los materiales e identifica las sustancias con las que han sido construidos. 3. Una vez identificado el material de laboratorio, deberás reconocer su uso y sus posibles limitaciones que no pongan en riesgo su vida útil. 4. Planifica alguna actividad que cumpla con las condiciones de seguridad en el trabajo del laboratorio, y que sea simple, en la que se pueda usar este material. 5. Elabora un informe de la práctica realizada.

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4 Separación de líquidos de diferentes densidades Material Balanza Matraz aforado de 200 ml Matraz Erlenmeyer Embudo de decantación Soporte universal 1 gramo de yodo 150 ml de agua destilada 10 ml éter Procedimiento 1. Pesa 0,1 gr. en balanza +/- 0,001gr de yodo no sublimado y disolverlo en 100ml de agua destilada, en matraz aforado. 2. Observa las características de la solución, de ella se reservarán 10 ml en un matraz de Erlenmeyer. 3. Coloca el embudo de decantación, en un aro sujeto en un soporte universal o de Bunsen, y agrégale 10 ml de éter o tetracloruro de carbono. 4. Tapa el embudo de decantación, inviértela, abre la llave para el escape de gases que se pudieran formar, efectúa movimientos de rotación. 5. Coloca nuevamente el embudo de decantación en el aro y observa lo que ocurre. 6. Enuncia una hipótesis de lo ocurrido, luego colócala en un matraz de Erlenmeyer a 10 ml de la solución acuosa final. 7. Titular las soluciones acuosas de yodo con una solución 0,1 molar de tri sulfito de sodio y una solución de almidón como indicador. 8. ¿A qué se deben los diferentes volúmenes de solución titulante gastados? 9. Realiza un reporte de la práctica realizada.

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Unidad 2 Preparación de diluciones y soluciones 2.1 RAP Prepara diluciones y soluciones empíricas y valoradas para su aplicación en los análisis físico-químicos del proceso alimenticio mediante especificaciones establecidas 2.1.1 Montaje de dispositivos y sistemas para destilación, evaporación, titulación, filtración, extracción de gases y determinación de nitrógeno proteico Contar con el conocimiento de la composición de los alimentos, su contenido en nutrientes, de determinados parámetros que nos informan de su calidad o de la presencia de determinados contaminantes es una información fundamental para la gestión de la calidad y la seguridad de los mismos, requieren del soporte expertos para el diseño y montaje de dispositivos con base en un plan de control, para la realización del mismo, en la obtención de resultados totalmente fiables, de ahí que el conocer diferentes métodos de preparación y análisis de diferentes componentes que constituyen a los alimentos, permitirá proporcionar la información necesaria a partir de dichos procesos, por lo que todos los productos a analizar, deben ser interpretados, para poder cuantificar los nutrientes o contaminantes y en la resolución de sus problemas relacionados con la química de los alimentos, algunos métodos son:

2.1.2 Métodos de separación Los métodos de separación se basan en las diferencias entre las propiedades físicas de los componentes de una mezcla, tales como: Punto de ebullición, densidad, presión de vapor, punto de fusión, solubilidad, etc. Los métodos más conocidos son: • Filtración.

• Sublimación.

• Decantación.

• Destilación.

• Evaporación.

• Extracción.

• Cristalización.

• Cromatografía.

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2.1.3 Métodos de filtración Las aplicaciones de los procesos de filtración son muy extensas, encontrándose en muchos ámbitos de la actividad humana, tanto en la vida doméstica como de la industria general, donde son particularmente importantes aquellos procesos industriales que requieren de las técnicas de ingeniería química.

La industria alimenticia y de la bebida, la separación precisa de partículas resulta necesaria e importante, por ejemplo en la producción de cerveza, zumo de manzana y muchos productos lácteos, para lo cual se utiliza la filtración por membrana, la cual es utilizada para la clarificación, concentración, fraccionación (separación de componentes), desalación y purificación de toda una serie de bebidas, además de ser aplicada para aumentar la seguridad de algunos productos alimentarios, sin tener que recurrir a tratamientos térmicos.

Otros ejemplos de elaboración de alimentos que requieren de la técnica de filtración por membrana se muestran en la figura 21, y son los zumos de fruta y verdura, como el de manzana o zanahoria; los quesos, los helados, la mantequilla o algunas leches fermentadas; los productos lácteos desnatados o bajos en lactosa; la cerveza, el vino y la sidra sin alcohol, entre otros.

(1)

(3)

(2)

(4)

Figura 22.

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También es recomendado, para mejorar los procesos de filtración, como el que se muestra en la figura 22, en la cual se observa que para filtrar usando vacío primario es ideal usar embudos Buchner

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2.1.4 Métodos de destilación El método mostrado en la figura 23, consiste en separar los componentes de las mezclas basándose en las diferencias en los puntos de ebullición de dichos componentes. Cabe mencionar, que un compuesto de punto de ebullición bajo se considera volátil en relación con los otros componentes de puntos de ebullición mayor. Los compuestos con una presión de vapor baja tendrán puntos de ebullición altos y los que tengan una presión de vapor alta tendrán puntos de ebullición bajos. En muchos casos, al tratar de separar un componente de la mezcla por destilación en la fase gas, se forma una especie de asociación entre las moléculas llamada azeótropo el cual puede presentar un cambio en el punto de ebullición al realizar la destilación. Por ejemplo, para determinar humedad (% de agua) en residuos sólidos se puede hacer uso de una destilación del azeótropo agua−tolueno. Se agrega una cantidad de tolueno al sólido pulverizado y se destila, se colecta el destilado en una trampa y al enfriarse se puede medir la cantidad de agua que queda en el fondo de la trampa (el tolueno es menos denso que el agua y es insoluble en ésta). Los tipos de destilación más comunes son: Destilación simple, destilación fraccionada, la destilación por arrastre con vapor y la destilación a presión reducida.

Figura 23. Montaje del dispositivo general de destilación.

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Destilación simple Para llevar a cabo la destilación simple, se requiere que los materiales y dispositivos se monten tal como se muestra en la figura 24, aquí, se logra que el líquido se destile desde el matraz de destilación, a través de un primer paso que es la vaporización lo que establece el equilibrio líquido-vapor. Posteriormente, parte del vapor se condensa en las paredes del matraz, pero gran parte de éste pasa por la salida lateral condensándose debido a la circulación del agua fría por el tubo refrigerante, el resultado obtenido se llama “destilado”, y la porción restante o que queda en el balón de destilación se llama “residuo”, es necesario mantener un ritmo de destilación, a través de un goteo continuo de condensado en el bulbo del termómetro. Con la finalidad de evitar sobrecalentamiento de los líquidos, es necesario introducir en el balón núcleos de ebullición y mantener constante el ritmo de destilación. La destilación simple, es aplicable en los sistemas que contienen líquidos orgánicos de puntos de ebullición bastante diferenciados, como por ejemplo el sistema butano-etanol o aguametanol. La siguiente dirección te muestra un video de cómo se lleva a cabo este proceso: h t t p : / / w w w. yo u t u b e. c o m / w a t c h ? v = W 7 V l x n 4 e 2 v 0 & fe a t u re = p l aye r _ embedded

Destilación fraccionada

Figura 24. Montaje de un equipo para llevar a cabo la destilación simple.

Cuando se requiere de la realización de una serie completa de pequeñas separaciones (destilación simple), en una operación sencilla y continua que

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utiliza el equipo montado de la figura 25. En este montaje, una columna de destilación fraccionada proporciona una gran superficie para el intercambio de calor, en las condiciones de equilibrio, que se establece entre el vapor que asciende y el líquido (condensado) que desciende. El resultado es una serie completa de evaporaciones y condensaciones parciales en toda la longitud de la columna de fraccionamiento. Cuando el condensado en algún punto de la columna toma calor del vapor, una parte se evapora de nuevo y lo demás, es decir el vapor restante forma el más rico en el componente más volátil (el de menor ebullición). De forma paralela, cuando el vapor cede calor al condensado, parte del mismo se condensa, siendo éste el más rico en el componente menos volátil (el de mayor punto de ebullición). Con base a lo anterior, se afirma que a medida que aumenta la altura aumenta el enriquecimiento del componente más volátil e inversamente con el componente menos volátil. También se establece a lo largo de la columna un gradiente de temperaturas, que varían desde el punto de ebullición del componente X hasta el punto de ebullición del componente Y. Existe una influencia adicional al equilibrio termodinámica liquido-vapor, y éste es el intercambio de energía (pérdida) que se verifica la columna de fraccionamiento. Cabe mencionar que este tipo de destilación es mucho más eficiente que una destilación simple y que mientras más etapas involucre, mejor separación se obtiene de los componentes.

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Capítulo 1

Agitador magnético con calentamiento MSH20D/reemplazado por una mufa

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La siguiente página web, te muestra la aplicación que tiene este tipo de destilación: http://www.yarethquimicos.uuuq. com/montaje_para_destilacion_ fraccionada_o_sencilla.htm

Pinza con nuez para erlenmeyer o refrigerante Erlenmeyer con esmerilado / reemplazado por un balón

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Destilación por arrastre con vapor La destilación por arrastre de vapor, es utilizada para separar sustancias insolubles en agua y literalmente volátiles, de otros productos no volátiles mezclados con ellas. El proceso consiste en hacer pasar una corriente de vapor a través de la mezcla de reacción y los componentes que son solubles en el vapor son separados. Entre las sustancias que se pueden separar por esta técnica se pueden citar los aceites esenciales. Este método es un buen sustituto de la destilación al vacío, y tiene algunas ventajas, ya que la destilación se realiza a temperaturas bajas. El comportamiento de la destilación de un sistema de dos fases miscibles, donde cada líquido ejerce su propia presión de vapor y la suma de ambas es de la presión de operación, son independientes de las cantidades relativas de la mezcla. Estos hechos constituyen la base para la purificación de sustancias por el arrastre de una corriente de vapor. Existen varios compuestos orgánicos de punto de ebullición relativamente alto, que con agua co-destilan en una cantidad en peso lo suficientemente grande para ser destilados con cierta rapidez por debajo del punto de ebullición del agua, lo cual se debe a sus pesos moleculares relativamente elevados comparados con las del agua, la figura 26, muestra el montaje del equipo para llevar a cabo este tipo de destilación. La siguiente página web, te muestra la forma de llevar a cabo esta destilación en el laboratorio. http://www.youtube.com/watch?v=7kGM3FZkCpc&feature= related

Figura 26. Montaje de un equipo para llevar a cabo la destilación con arrastre de vapor.

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Destilación al vacío: Muchas sustancias no pueden purificarse por destilación a la presión ordinaria, porque se descomponen a temperaturas cercanas a su punto de ebullición normal, en otros casos la destilación requiere de inmensas inversiones o utilización de energía en gran cantidad, o finalmente poseen problemas de equilibrio líquido-vapor, en consecuencia se emplea el método de destilación al vacío o presión reducida. Sabemos que un líquido empieza a hervir cuando su presión de vapor es igual a la presión atmosférica o de operación, por lo tanto si reducimos la presión de operación tendremos la ebullición a temperaturas bajas, esta no incluye a la destilación fraccionada. Evaporación: Consiste en separar los componentes más volátiles exponiendo superficie de la mezcla. El aplicar calor y una corriente de aire seco acelera el proceso.

Titulación volumétrica

una

gran

Figura 27. Montaje del Rotavapor.

Otro proceso de análisis cuantitativo es la valoración o titulación, el cual es utilizado para determinar la concentración desconocida de un reactivo conocido. Aquí las medidas de volumen juegan un papel fundamental, razón por la que se le llama también análisis volumétrico. En este proceso, un reactivo llamado “valorante” o “titulador”, el cual tiene un volumen y concentración conocida, es utilizada para hacer que reaccione con una solución de analito que es de una concentración desconocida. Para añadir el valorante se utiliza una bureta calibrada, para que sea posible determinar la cantidad exacta que se ha consumido cuando se alcanza el punto final. El punto final es el punto en el que finaliza la valoración, y se determina mediante el uso de un indicador, de forma Ideal es el mismo volumen que en el punto de equivalencia, es decir el número de moles de valorante añadido es igual al número de moles de analito, algún múltiplo del mismo. Sin embargo, existen muchos tipos diferentes de valoraciones, en una titulación o valoración ácido-base simple, puede usarse un indicador de pH, como la fenolftaleína, que es normalmente incolora pero adquiere color rosa cuando el pH es igual o mayor que 8,2. Otro ejemplo es la naranja de metilo, de color rojo con en medio ácido y amarillo en disoluciones básicas. No todas las titulaciones requieren un indicador. En algunos casos, o bien los reactivos o los productos son fuertemente coloreados y pueden servir como "indicador". Por ejemplo, una titulación o valoración redox utiliza el permanganato de potasio como disolución estándar (rosa/violeta) no requiere indicador porque sufre un cambio de color fácil de detectar pues queda incolora al reducirse el permanganato. Después del punto de equivalencia, hay un exceso de la disolución titulante (permanganato) y persiste un color rosado débil que no desaparece, el montaje del material para este método se muestra en la figura 27.

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Extracción de gases Montaje de dispositivo Los gases en el laboratorio, se extraen por medio de campanas de extracción o de ventiladores de extracción que permiten mantener el área de trabajo lo más segura e higiénica posible, dejando el área libre de gases. Hay cabinas de extracción de gases, útiles para llevar a cabo ciertas operaciones, sobretodo cuando se usan disolventes orgánicos y gases tóxicos. En la siguiente página web, puede observar una metodología para el diseño de sistemas de extracción de gases en cocinas industriales: http://www.cubasolar.cu/biblioteca/Ecosolar/Ecosolar06/HTML/articulo04.htm

Determinación de nitrógeno proteico Nitrógeno y proteína bruta En el trabajo de rutina se determina mucho más frecuentemente la proteína total que las proteínas o aminoácidos individuales. En general, el procedimiento de referencia Kjeldahl determina la materia nitrogenada total, que incluye tanto las no proteínas como las proteínas verdaderas. El método Kjeldahl consta de las siguientes etapas: N total

digestión en H2SO4

(NH4)2SO4 / H2SO4 Destilar con de NaOH

exceso

NH3 / Ácido bórico (valorar con ácido) En la mezcla de digestión, se incluye sulfato sódico para aumentar el punto de ebullición y un catalizador para acelerar la reacción, tal como sulfato de cobre. El amoniaco en el destilado se retiene por un ácido normalizado y se valora por retroceso, o bien en ácido bórico y se valora directamente. El método de Kjeldahl no determina todas las formas de nitrógeno a menos que se modifiquen adecuadamente; esto incluye nitratos y nitritos. La mayoría de los procedimientos de determinación de nitrógeno en alimentos pertenecen a uno de los siguientes apartados:

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(a) Destilación macro- Kjeldahl. (b) Destilación semimicro Kjeldahl. (c) Técnica de micro difusión de Conway. (d) Valoración al formol. (e) Métodos (colorimétricos) de teñido. Los métodos (d) y (e) se deben normalizar frente al método de referencia Kjeldahl. La selección del método para determinar proteína puede realizarse de acuerdo a varias circunstancias como lo son la disponibilidad de equipo, número de muestras examinadas regularmente, urgencia en la obtención de resultados, grado de precisión deseado y homogeneidad de la muestra. Así, si tienen que examinarse con frecuencia gran número de muestras de leche de vaca procedentes de la misma ganadería, la valoración al formol o uno de los métodos de teñido proporcionan resultados satisfactorios. Sin embargo, con muestras de homogeneidad dudosa, tales como embutidos de carnicería, es preferible el método de referencia. Por otra parte, cuando puede obtenerse una precisión razonable como por ejemplo, se digieren 2g de muestra (como en el método macro), la digestión se hace hasta 100 ml, pero se toman porciones de 10 ml para la destilación semi-micro.

4 Contesta las siguientes preguntas. 1. Explica en qué consiste el proceso de destilación de manera general. 2. Explica en qué consiste el método de filtración de mezclas. 3. De manera general, ¿dónde es aplicable la destilación simple? 4. ¿Para qué se utiliza la destilación por arrastre de vapor? 5. ¿Para qué es utilizado el método de destilación de titulación volumétrica?

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Fibra cruda El método de análisis de fibra cruda o bruta consiste en determinar la fibra cruda en los alimentos y otros productos agrícolas, el procedimiento consiste en un aparato que es un condensador de reflujo diseñado para operar con velocidad y precisión al someter una muestra a la acción simulada del sistema digestivo, aquí las muestras se hierven en ácido y se lavan, luego se hierven en álcali y se lavan de nuevo. Los sólidos restantes se aíslan y se denominan fibra insoluble o fibra cruda, como son la celulosa y otros materiales agrícolas indigeribles. El aparato para llevar a cabo el análisis de fibra cruda, requiere de las siguientes recomendaciones para el uso de la determinación de contenido de fibra cruda, por lo que se debe considerar lo siguiente: 1. Por lo general, las muestras y el reactivo deben colocarse en un vaso de precipitado de 600 ml. 2. Se sugiere que el vaso de precipitado se coloque en el calentador eléctrico, el cual se eleva hasta que se hace una conexión de compresión de resorte entre el vaso de precipitado y el condensador. 3. Posteriormente se debe aplicar calor y a medida que aumenta la temperatura, la solución de ebullición alcanza el condensador y se inicia el proceso de reflujo. 4. Se proporciona un control infinito de calor para cada calentador eléctrico, lo que permite controlar el calor progresivo para obtener la ebullición apropiada y la velocidad de reflujo. 5. Finalmente, después de un período especificado, los contenidos del vaso de precipitado se filtran, para que luego se laven repetidamente en agua hirviendo. 6. El residuo en el filtro se hierve con reactivos cáusticos y se filtra de nuevo. 7. El residuo restante se seca, enfría, pesa y registra como fibra cruda. La figura 28, muestra el montaje de los elementos en el aparato de fibra cruda.

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2.1.5 Relación de equipos y materiales químicos Dentro de los materiales que pueden obtenerse en un laboratorio de química se encuentran los compuestos, los cuales son sustancias formadas por la unión de dos o más elementos de la tabla periódica, en una razón fija, su característica esencial es que tienen una fórmula química. Por ejemplo, el agua es un compuesto formado por hidrógeno y oxígeno en la razón de dos a uno (en volumen), por lo general, esta razón fija es debida a una propiedad intrínseca. Por tanto, un compuesto es aquel que está formado por moléculas con enlaces estables y no obedece a una selección humana arbitraria, por tal motivo, el bronce o el chocolate se denominan mezclas o aleaciones pero no compuestos, de ahí que los elementos de un compuesto no se puedan dividir o separar por métodos físicos, sino solo mediante reacciones químicas. La siguiente pagina web, te permite profundizar aun más sobre el concepto de un compuesto: http://www.youtube.com/ watch?v=VoTqMKAQL28 Las reacciones químicas son consideradas procesos en los que una o más sustancias se transforman en otra u otras con propiedades diferentes. Es importante considerar que para que se pueda establecer una reacción química se debe de contar con sustancias que reaccionan y sustancias que se forman. Un reaccionante o reactivo, es una sustancia química que reacciona, y una sustancia que se genera debido a una reacción química se les denomina sustancia resultante o producto químico, en las reacciones químicas, los cambios químicos alteran la estructura interna de las sustancias reaccionantes, de forma general, se dice que ha ocurrido una reacción si se observa que al interactuar los "supuestos" reaccionantes se da la formación de un precipitado, algún cambio de temperatura, formación de algún gas, cambio de olor o cambio de color durante la reacción. Al estudio de la rapidez con la que se efectúa una reacción química, consumiendo reaccionantes químicos y liberando productos químicos, se denomina cinética química. Se puede expresar la rapidez de reacción como la relación que se presenta entra la masa de reaccionante consumida y tiempo que dura la reacción. También se puede tomar la rapidez de reacción como la relación existente entre 65

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la masa formada de producto y el tiempo de reacción. Existen varios factores que puede acelerar la rapidez de la reacción química. Por ejemplo, si la concentración de los reaccionantes aumenta, esto traerá como consecuencia que se incremente la rapidez de la reacción química. De forma parecida si la superficie de contacto entre los reaccionantes aumenta, también se verá un efecto de aumento de la velocidad de reacción química. Otro factor que incrementa la rapidez de la reacción química es el cambio de la temperatura. Los catalizadores positivos y los catalizadores negativos también inciden en el aumento o la disminución de la rapidez de la reacción química. Al analizar una reacción química es muy importante tener en cuenta la ley de la conservación de la masa. Esto quiere decir, que, en toda reacción química la masa total de las sustancias químicas reaccionantes tiene que ser igual a la masa total de los productos químicos. Efectivamente, la ley de la conservación de la masa establece que la materia no se crea ni se destruye, sólo se transforma. La siguiente página web, te permite observar, la manera de llevar a cabo una reacción química: http://www.youtube.com/watch?v=2YPx2 Ie5UFQ&feature=related Soluciones Las soluciones son mezclas homogéneas de dos o más sustancias. Sus componentes, sin importar el estado físico en que se encuentren, no pueden ser separados por filtración debido al tamaño submicroscópico de sus partículas. El componente que está presente en mayor cantidad se llama disolvente y los otros componentes solutos. Las propiedades de una mezcla homogénea son las mismas en todos los puntos de una muestra dada, es decir, existen soluciones sólidas, líquidas y gaseosas y algunos ejemplos de éstas son el aire limpio (mezcla de nitrógeno y oxígeno), agua endulzada y algunas aleaciones de latón (cobre y zinc). Los átomos, moléculas o iones de una solución están perfectamente mezclados y ello facilita que entren en contacto y reaccionen, en las soluciones en fase líquida o gaseosa, las partículas se mueven y chocan incrementando las posibilidades para que reaccionen entre 66

Capítulo 1

sí. Debido a que las partículas están muy juntas en las soluciones líquidas y por tanto chocan más a menudo, estas soluciones son los medios que se emplean para producir fármacos, alimentos y otros productos comerciales. También son el medio en el que se llevan a cabo las reacciones en nuestro cuerpo y en el de otros organismos vivos. Soluciones amortiguadoras Una disolución amortiguadora (o tampón o buffer), es una disolución de 1) un ácido débil o una base débil y 2) su sal; esto es, ambos componentes deben estar presentes. La disolución tiene la capacidad de resistir los cambios de pH cuando se agregan pequeñas cantidades de ácido o de base. Una disolución amortiguadora debe contener una concentración relativamente grande de ácido para reaccionar con los iones OHque se le añadan; y también debe contener una concentración semejante de base para neutralizar los iones H+ que se le agreguen. Además, los componentes ácidos y básicos del amortiguador no deben consumirse el uno al otro en una reacción de neutralización. Estos requerimientos se satisfacen con un par ácido-base conjugado, por ejemplo, un ácido débil y su base conjugada (suministrada por una sal) o una base débil y su ácido conjugado. Una disolución amortiguadora siempre se puede preparar al mezclar cantidades molares semejantes de ácido acético (CH3COOH) y de su sal acetato de sodio (CH3COONa) en medio acuoso. Una disolución que contenga estas dos sustancias tiene la capacidad de neutralizar a un ácido o a una base que le sea agregada. La capacidad amortiguadora, es decir, la efectividad de la disolución amortiguadora, depende de la cantidad de ácido y de base conjugada que tenga la disolución. Cuanto mayor sea esta cantidad, mayor será la capacidad amortiguadora.

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Capítulo 1

2.1.6 Preparación de solucionesPreparación de una disolución Para preparar una disolución amortiguadora, primero se selecciona un ácido débil con un pka muy cercano al pH deseado, enseguida se sustituyen los valores de pH y pka. Se dice que se tiene un alimento alterado, cuando por algún motivo, durante su obtención, preparación, almacenamiento, manipulación, tenencia o almacenamiento, y que por causas no provocadas sufra variaciones en sus caracteres organolépticos, composición química o de valor nutritivo de tal manera que su consumo queda anulado o disminuido. El deterioro de los alimentos puede originarse ya sea por la acción de enzimas, las cuales se encuentran normalmente presentes en los tejidos vegetales y animales, reacciones puramente químicas, tales como hidrólisis, oxidación, pardeamiento no enzimático (Reacción de Maillard ), acción de agentes físicos: calor, humedad , sequedad, etc., o por la proliferación y acción de microorganismos. Es por eso que los alimentos pueden ser el vehículo de transmisión de diversos microorganismos y metabólicos microbianos, que en algunos casos pueden ser patógenos para el hombre. De acuerdo a su procedencia, es posible agrupar los microorganismos como de origen endógeno, es decir, los ya presentes en los alimentos antes de su obtención y de origen exógeno, los cuales llegan a los alimentos durante su obtención, transporte, industrialización y/o conservación. En los microorganismos exógenos, se destacan los que son patógenos para el hombre, ya que provocan intoxicación e infección y las especies alterantes que proliferan y ocasionan cambios bioquímicos peculiares que provocan la alteración del producto. Dentro de las causas frecuentes de alteración de los productos alimenticios se encuentran las reacciones físicas y químicas.

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Capítulo 1

Entre los agentes físicos alterantes se encuentran: Acción de la luz, que es un factor de oxidación y catalizador de reacciones químicas y bioquímicas Acción del calor, el cual entre 20 y 40ºC provoca que se aceleren los procesos de degradación, y a más de 40ºC se presentan fenómenos de evaporación y desecación, oscurecimiento, pérdida de aroma, sabor y palatabilidad. Por encima de 50ºC se produce el cambio de estado de algunas proteínas y a temperaturas superiores a los 100ºC se produce desnaturalización de proteínas, quemaduras y cambios de coloraciones, ver figura 29. Acción del frío, la cual produce congelación (cristalización y quemaduras por congelación), oxidación y enranciamiento, decoloraciones o aparición de coloraciones anormales, Acción de la humedad, que dentro de la evaporación y desecación produce pérdida de peso, desecación superficial, contracción de volumen, coloraciones anormales, pérdida del aroma, etc.

Figura 29. Alimentos alterados por la acción del calor

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Capítulo 1

Dentro de las reacciones químicas que causan alteraciones en los alimentos se encuentran: Reacciones de pardeamiento enzimático y no enzimático, en donde el pardeamiento enzimático es la transformación de compuestos fenólicos en polímeros coloreados, frecuentemente pardos o negros, debida a la acción de la enzima polifenoloxidasa. Plantea importantes problemas de coloraciones con algunas frutas y legumbres (manzanas, plátanos, peras y otras frutas cortadas) en especial, cuando se alteran los tejidos de éstos vegetales o se dañan por golpes durante los procesos de pelado, corte, triturado, como se muestra en la figura 30. Reacción al pardeamiento no enzimático, que es el resultado de reacciones originadas por las condensaciones entre compuestos carbonilos y aminados; o por la degradación de compuestos con dobles enlaces conjugados a grupos carbonilo. Estas reacciones conducen a la formación de polímeros oscuros que en algunos casos pueden ser deseables, pero que en la mayoría de casos conllevan alteraciones organolépticas y pérdidas del valor nutritivo de los alimentos afectados. Reacción a la alteración de las grasas por hidrólisis lipolítica, es decir, por la acción enzimática de lipasas y la liberación de ácidos grasos lo que produce enranciamiento y por la oxidación lipídica, la cual debido a la acción de la luz o metales las grasas insaturadas se oxidan y dan lugar a radicales peróxidos e hidroperóxidos con formación de aldehídos y cetonas. Como una forma de lograr la conservación de los alimentos, desde sus orígenes, los seres humanos, han utilizado métodos de conservación con los cuales se busca prolongar la vida útil de los alimentos, garantizando la salubridad de los mismos y, en consecuencia, la salud de los consumidores. La conservación e higienización de los alimentos se consigue eliminando los microorganismos que contaminan la materia prima, reduciendo la actividad metabólica de los microorganismos y/o reduciendo la velocidad de reacciones enzimáticas y químicas diversas, destruyendo los agentes de alteración.

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Figura 30. Alteración de alimentos por reacción química

Capítulo 1

Una de ellas es a través de la tecnología basada en la separación de microorganismos, la cual busca separar los microorganismos del medio de crecimiento, tales como la decantación, filtración y centrifugación, aunque su aplicación en la industria alimentaria es limitada, este método se muestra en la siguiente figura 31.

Figura 31. Máquina centrifugadora de microorganismos

Otra forma es a través de la tecnología basada en la inhibición de la actividad metabólica, en la cual se busca un descenso de la actividad de agua (deshidratación, adición de solutos, etc.), el descenso de la temperatura (refrigeración y congelación), el descenso del potencial redox (envasado a vacío y atmósferas modificadas), el descenso del pH (adición de acidificantes diversos, fermentaciones, etc.) y la adición de agentes bacteriostáticos, esta tecnología se muestra en la figura 32.

Figura 32. Método de deshidratación t refrigeración de alimentos

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Capítulo 1

Por último se cuenta con la tecnología basada en la inactivación microbiana y enzimática, que utiliza al calor como forma de inactivación microbiana, ya que la mayor termorresistencia la tienen las esporas bacterianas que cuentan con tiempos de reducción decimal a 100ºC superiores a un minuto; y la menor las células vegetativas, activas metabólicamente, con tiempos de reducción decimal del orden de 1 minuto a 60-70ºC. Tomando en cuenta lo que se requiera, los tratamientos térmicos pueden aplicarse a nivel de pasteurización o de esterilización, esto se muestra en la figura 33. La pasteurización no afecta a la viabilidad de las esporas bacterianas, mientras que la esterilización, que es un tratamiento de alta intensidad, su objetivo es la destrucción de todos los microorganismos presentes en el alimento capaces de provocar su alteración y de reducir la probabilidad de supervivencia de los patógenos hasta límites despreciables.

Figura 33. Inactivación microbiana y enzimática por medio de calor

Por lo general, los tratamientos térmicos destruyen las enzimas endógenas y las toxinas microbianas, por lo cual, los alimentos esterilizados son estables durante largos períodos de tiempo, incluso a temperatura ambiente. Sin embargo, el inconveniente de los tratamientos térmicos radica en su inespecificidad, es decir, que el calor además de destruir los agentes de alteración, también afecta a las propiedades sensoriales y el valor nutritivo de los alimentos.

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Capítulo 1

2.1.7 Equilibrio químico Es al que llega cualquier reacción reversible si no existe intervención externa, y en el cual se observa las cantidades relativas de las sustancias que intervienen en la reacción, tanto los reactivos como los productos permanecen constantes, en el estado de equilibrio químico las concentraciones de las sustancias participantes no cambian con el tiempo y de igual manera en un sistema aislado tampoco se observan cambios físicos a medida que transcurre el mismo. Una vez iniciada cualquier reacción química pueden presentarse dos situaciones diferentes: la reacción se desarrolla hasta el agotamiento de los reactivos o bien transcurrir hasta un punto en el que, aun cuando existan reactivos en cierta cantidad, la reacción, aparentemente, se detiene. Que el comportamiento sea de una u otra forma dependerá de la constante de equilibrio de la reacción, cuando ésta es muy grande y la reacción ocurre hasta el agotamiento del reactivo que se halla en menor proporción, nos hallamos en el caso de las reacciones irreversibles, el segundo caso es el de las reacciones reversibles en el que la reacción llega a un estado de equilibrio. A pesar de que un sistema químico en equilibrio parece que no se modifica con el tiempo, esto no significa que no está ocurriendo ningún cambio. Inicialmente, los reactivos se combinan para formar los productos, pero llega un momento en que la cantidad de producto es lo suficientemente grande para que éstos reaccionen entre sí volviendo a formar los reactivos iniciales. De esta manera transcurren simultáneamente dos reacciones: directa e inversa. El equilibrio se alcanza cuando los reactivos se transforman en productos con la misma velocidad que vuelven a transformarse en reactivos, es decir, a una velocidad de reacción directa igual a velocidad de reacción inversa.

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Capítulo 1

Unidad 3 Operación de equipo de laboratorio 3.1 RAP Maneja equipo del laboratorio de alimentos para optimizar su empleo en los análisis físico-químicos del proceso alimenticio mediante instructivo 3.1.1 Principios y fundamentos para la operación de equipo Dentro de los diferentes procesos productivos de la industria de alimentación y bebidas se utilizan una amplia variedad de maquinaria y equipo de laboratorio, dentro de las cuales se pueden destacar: Las FPM o Maquinaria de Proceso de Alimentos, dentro de las que se encuentran congeladores, cocinas, pasteurizadoras, esterilizadoras, mezcladoras y prensas, y las máquinas de conformación, como son las máquinas de llenado de botellas, taponadoras y las máquinas de embalar. En lo que se refiere a la logística interna, se cuenta con cintas transportadoras y sistemas de elevación. En los servicios generales, se cuenta con compresores de aire y de refrigeración. Además de los sistemas de transferencia de calor y frío. No sólo la maquinaria específica de este sector, sino toda la línea completa del proceso productivo debe satisfacer las exigencias más elevadas desde el punto de vista de la higiene. La calidad y la seguridad de los alimentos elaborados en la industria dependen, en gran medida, de la forma en que los equipos, maquinaria y alimentos, hayan sido limpiados, desinfectados, esterilizados y conservados. Los equipos y líneas de proceso se deben diseñar y construir de tal forma que el personal de mantenimiento pueda acceder con facilidad a todos los componentes que deban ser verificados de manera regular. Esto es aplicable al mantenimiento de la lubricación y a las diversas actividades que se ejecuten de forma regular en la fábrica, siempre siguiendo un plan predeterminado.

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Capítulo 1

Por ejemplo: Verificar el nivel del aceite, rellenar y renovar el aceite de los engranajes, sistemas hidráulicos y compresores. Lubricar los engranajes y las cadenas de transmisión. Rellenar de grasa o de aceite los depósitos de los sistemas automáticos de lubricación o humedecer los aparatos de lubricación. Lubricación de la maquinaria Lubricar los equipos de proceso es una actividad que puede ser difícil de reconciliar con los estrictos requisitos sobre higiene impuestos en el proceso de elaboración de alimentos. Sin embargo, es una actividad técnica inevitable que, si se realiza en el momento adecuado y en la forma correcta, ayudará a suministrar los productos terminados en el tiempo deseado y conforme a las normas de calidad aplicables. Las máquinas incorrectamente lubricadas pueden dar lugar a: - Aumento en el desgaste de la máquina. - Paradas no planificadas en el proceso productivo. - Disminución de la calidad. - En ocasiones, un aumento incontrolable de los costes. Es posible reducir al mínimo las operaciones de lubricación (lubricación, cambio de aceite y relleno de depósitos) utilizando diseños libres de mantenimiento o de mantenimiento mínimo. Por ejemplo, se pueden utilizar cadenas, ruedas dentadas y engranajes lubricados "de por vida”. Deberán tenerse en cuenta estas ideas cuando se pongan en práctica los nuevos estándares de diseño. La lubricación de máquinas y componentes es necesaria para disipar el calor, prevenir el desgaste y reducir la fricción. Cuando se utilizan lubricantes se puede hacer una distinción entre lubricación de consumo y lubricación de circulación. La siguiente página web te muestra la importancia de este tipo de lubricación: http://www.youtube.com/watch?v=l4lzTZys4lE&feature=related

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Capítulo 1

Lubricación de consumo Entre las aplicaciones de la lubricación de consumo se incluyen, por ejemplo, engranajes equipados con puntos de grasa que se deben volver a engrasar con una pistola de grasa o con un sistema automático de lubricación, y cintas de engranajes en máquinas envasadoras. Las cadenas y guías de mando que están lubricadas con aceite o grasa también pertenecen a esta categoría. Con este tipo de lubricación abierta existe el peligro de que el lubricante entre en contacto con el entorno del proceso de una manera incontrolada, con el riesgo añadido de que pueda entrar en contacto con el producto final. http://www.youtube.com/watch?v=iR6TthqGPm8&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=urQ5f3Vb1DU 3.1.2 Equipo complementario de fruta y hortaliza, cárnicos, aceites y derivados de la leche El equipo complementario a nivel industrial para cárnicos es un molino, embutidora manual, balanza de peso, empacadora de bandejas, empacadora al vacío, nevera mixta, juego de cuchillos cárnicos, guantes de acero, tableros acrílicos, moldes para jamón y una mesa plana con pozuelo. Para el procesamiento de fluver y lácteos, se requiere una marmita, despulpadora, licuadora, moldes de queso, termolactodensímetro, refractómetro, agitador de cantina, termómetro de punzón y termómetro de leche.

3.1.3 Ejemplo de maquinaria en un laboratorio de alimentos: Obtención de páprika Equipo y Maquinaria por unidades de producción Unidad de preparación de materia prima e insumos Consiste en preparar adecuadamente la materia prima. Los principales equipos son: balanza de plataforma, mesas de trabajo, recipientes de limpieza, secador de bandejas, molino de martillos, separador de semillas, compresora, etc.

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Capítulo 1

Unidad de extracción y recuperación de solvente Son de lo más importante de la planta química, de ella dependerá la factibilidad de la empresa. Los principales equipos son: Extractores, cada uno con capacidad de 100 kg de materia prima por lotes, con sistema de calentamiento, aislamiento térmico; controles de nivel de líquido, temperatura, presión, vacío y visores de control del grado de extracción de los pigmentos del páprika. Evaporadores, con sistema de calentamiento, aislamiento térmico; controles de nivel de líquido, presión, temperatura. Intercambiador de calor para la condensación del solvente recuperado. Tanque de recepción de solvente recuperado con indicador de nivel de líquido, temperatura y vacío.

3.1.4 Unidad de concentración y obtención del producto Permite separar la oleorresina de páprika del solvente extractante empleado los principales equipos son: •

Un equipo de filtrado del tipo cartuchos.

•

Un tanque de almacenamiento pare indicador de nivel de líquido y presión.

•

Un destilador-concentrador al vacío, con registro de temperatura, presión, vacío, indicador de nivel de líquido; con sistema de calentamiento, aislamiento térmico.

•

Un intercambiador de calor para la condensación del solvente a separarse.

•

Otros menores.

líquido

filtrado

con

Planta de energía •

Un caldero de 15 bhp y equipo complementario.

•

Una torre de enfriamiento intercambiadores de calor.

•

Un equipo productor de vacío.

complementario

a

los

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Capítulo 1

Equipos auxiliares Balanza de plataforma, recipientes para descarga de páprika residual, taller de mantenimiento de equipos y maquinarias con un mínimo de herramientas, etc.

Equipo y material de laboratorio Equipo de uv, equipo equipo de equipo hplc,

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extracción soxhlet, balanza analítica, espectrofotómetro de filtrado al vacío, estufa eléctrica, cocina eléctrica, destilación; indicador de ph, temperatura; centrífuga, materiales de vidrio y cerámica.

Capítulo 1

Relaciona las columnas:

a. Material de sostén.

A. Agua regia.

b. Solución de limpieza de

B. Masa de desecho de un

metales.

alimentos.

c. Elimina microorganismos.

C. Tripié.

d. Fibra bruta.

D. Secado con calor húmedo.

Subraya la respuesta correcta. 1. Es una técnica de separación de una mezcla de líquidos con diferentes puntos de ebullición. a)Destilación simple. b)Destilación fraccionada. c)Evaporación. d)Destilación por arrastre de vapor 2. Son equipos de uso en un laboratorio de cárnicos. a)Licuadora, batidora, tenedores. b)Cuchillos para carne, molino de carne manual, balanza, moldes para jamón. c)Moldes para queso, marmita, licuadora. d)Báscula 3. Es una técnica utilizada para separar sustancias insolubles en agua y literalmente volátiles, de otros productos no volátiles mezclados con ellas. a) Destilación simple. b) Destilación fraccionada. c) Evaporación. d) Destilación por arrastre de vapor

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Capítulo 1

4. Los materiales de laboratorio usualmente están hechos de: a) Arcillas. b) Polímetros. c) Metales, borosilicatos, cerámicos y porcelana. d) Yeso 5. La clasificación calentable, no calentable, de comparación de conexión, fuentes de calor son una forma de clasificar: a) El material de vidrio. b) El material de laboratorio en forma general. c) El material de sostén del laboratorio. d) El material de fibra de vidrio 6. El material de plástico generalmente se construye de: a) Teflón o cloruro de polivinilo. b) Polietileno. c) Etileno. d) Potasio

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Capítulo 1

Respuestas a las actividades Actividad 1 (

Actividad 2. ( ( ( (

B ) Estufas de doble cámara C ) Esterilización por calor húmedo. D ) Autoclave A ) Estufa Actividad 3. Respuestas 1. c), 2 b) y 3 a) Actividad 4. Elaborar un informe de estas actividades. Actividad 5. Respuesta a la pregunta Uno. Dependiendo de que tipo de separación va a llevarse a acabo, se elige un tipo de destilación. Respuesta a la pregunta Dos. El procedimiento de referencia Kjeldahl.

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Capítulo 1

Respuestas a las prácticas Práctica 1 La solución que se obtenga en esta práctica debe resultar con un color amarillo muy claro, en algunas ocasiones podrá burbujear una vez terminada la preparación, dando la apariencia de estar en ebullición, y el recipiente se puede llegar a calentar, sin embargo, pasado un tiempo razonable, la solución se estabiliza. Práctica 2 Debe obtenerse una solución de color naranja o cobriza, la cual al ponerla en un material por ejemplo que contenga residuos de sales minerales, se observará un burbujeo al momento de que la solución empieza actuar. . Práctica 3 a. Reconocer y clasificar el material de laboratorio R. Conocer los diferentes tipos de material en el laboratorio. 1.    Calentable. 2.    No Calentable. 3.    Intermedio o de conexión. 4.    Medición o de comparación. 5.    Fuentes de calor. b. Identificar las distintas sustancias con las que están construidos. Las sustancias que con frecuencia se usan en el laboratorio son: el vidrio borosilicatado, la porcelana o cerámicas y los metales. c. Destacar algunas limitaciones o precauciones en su uso. Los metales y los cuerpos cerámicos también deben ser tratados con sumo cuidado en su uso cotidiano, por su peso y su conductividad del calor. d. Proponer algunas actividades simples de uso. Los polímeros como teflón, pueden emplearse como contenedores.

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Capítulo 1

Autoevaluación ( ( ( (

b d a c

) Agua regia. ) Masa de desecho de un alimento. ) Tripié. ) Secado con calor húmedo.

1. Es una técnica de separación de una mezcla de líquidos con diferentes puntos de ebullición. b)Destilación fraccionada. 2. Son equipos de uso en un laboratorio de cárnicos. b)Cuchillos para carne, molino de carne manual, balanza, moldes para jamón. 3. Es una técnica utilizada para separar sustancias insolubles en agua y literalmente volátiles, de otros productos no volátiles mezclados con ellas. d) Destilación por arrastre de vapor 4. Los materiales de laboratorio usualmente están hechos de: c) Metales, borosilicatos, cerámicos y porcelana. 5. La clasificación calentable, no calentable, de comparación de conexión, fuentes de calor son una forma de clasificar: b) El material de laboratorio en forma general. 6. El material de plástico generalmente se construye de: a) Teflón o cloruro de polivinilo.

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Capítulo 2

Capítulo 2 Análisis fisicoquímico de los alimentos

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Capítulo 2

Introducción En este capítulo, “Análisis físico químico de los alimentos” te apoyará a que aprendas a realizar los análisis físicos, químicos, microbiológicos y sensoriales de diferentes alimentos con el fin de que logres obtener diferentes productos alimenticios de calidad y que además, cumplan con los estándares de las leyes, normas y reglamentos para productos de consumo humano, considerando la calidad de la materia prima, el proceso de elaboración, el producto terminado y su almacenamiento. La forma mediante la cual se pretende lograr lo anterior es proporcionándote los contenidos necesarios que te permitan seleccionar, preparar y analizar los alimentos mediante diferentes técnicas y procedimientos que te apoyen en la evaluación de los componentes nutritivos que lo componen, asegurando la calidad de los procesos de transformación y de consumo, además de apoyarte en el conocimiento para el manejo de materiales y maquinaria utilizada en el análisis de diferentes alimentos.

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Capítulo 2

Unidad 1 Identifica equipo e instrumental del laboratorio de alimentos para el análisis de muestras 1.1 RAP Identifica las Normas de seguridad e higiene de un laboratorio de alimentos 1.1.1 Higiene personal en un laboratorio de alimentos Las personas que manipulan alimentos, como las que se muestran en la figura 1, cuando trabajan en un negocio diseñado para tal fin, tienen que manipular alimentos o las superficies que puedan estar en contacto con los alimentos, como por ejemplo los cubiertos, platos y cuencos. Una persona que manipula alimentos puede realizar varias funciones relacionadas con el negocio. Por ejemplo: confeccionar, cocinar, preparar, servir, empacar, exhibir y almacenar alimentos. Las personas que manipulan los alimentos, también pueden estar involucradas en la fabricación, producción, cosecha, extracción, procesado transporte, reparto, deshiele y conservación de alimentos.

Las personas que manejan alimentos deben encontrarse saludables Si una persona que manipula alimentos sufre de una enfermedad causada por los alimentos deberá informar al supervisor, o si muestra cualquiera de los siguientes síntomas mientras se encuentra en el lugar de trabajo: vómitos, diarrea, fiebre o dolor de garganta con fiebre; la única excepción será cuando la persona sabe que estos síntomas son debidos a otra causa. Las personas que manipulan los alimentos también deberán informar a su supervisor si se les ha diagnosticado que tienen o son portadores de una enfermedad causada por los alimentos.

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Figura 1

Capítulo 2

Además de comunicar sobre la enfermedad causada por los alimentos, la persona no deberá manipularlos si existe la posibilidad de que éstos se conviertan en peligrosos o inadecuados debido a su enfermedad. Además, si el individuo que los maneja continúa trabajando o haciendo otro tipo de trabajo, deberá hacer todo lo razonablemente posible para cerciorase de no contaminar ningún alimento. Nota: Entre las enfermedades que se pueden transmitir por medio de los alimentos están la Hepatitis A y todas las causadas por giardia, salmonella y campilobacter.

Si una persona que trabaja con alimentos tiene lesiones en la piel o se encuentra mal Las personas que manipulan los alimentos deben informar a su supervisor sobre cualquier infección o condición, como por ejemplo un resfriado o cualquier otro problema que pudiera resultar en la salida de fluidos de las orejas, nariz u ojos, pues existe la posibilidad de que puedan elaborar alimentos peligrosos o inapropiados para el consumo humano. Si por el contrario, continúan laborando de manera normal es menester, tener los cuidados necesarios para evitar la contaminación de los alimentos. Por ejemplo, una lesión infectada puede cubrirse con un vendaje y ropa de vestir o con una cobertura impermeable si está en un área al descubierto. En el caso de los fluidos (como mucosas) podrán tomarse medicamentos para evitarlas .

Si una persona que manipula alimentos sabe o sospecha que pudo haber contaminado algún alimento: encuentra mal Las personas que manipulan los alimentos deben informar a su supervisor si ellos saben o sospechan que hayan podido convertir cualquier alimento en peligroso o inapropiado para su consumo.

Sobre la higiene personal Los buenos hábitos de higiene y limpieza de las personas que manipulan los alimentos harán disminuir los riesgos de contaminación. Lo más importante que deben recordar es: hacer todo lo que sea razonablemente posible para evitar que su cuerpo, cualquier cosa proveniente de su cuerpo o cualquier cosa que lleven puesta haga contacto con los alimentos o las superficies que puedan tocar los alimentos:

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Capítulo 2

El siguiente esquema de la figura 2, muestra varios de los hábitos de higiene que debe tener el personal que maneja alimentos

Cerciorarse de que cualquier vendaje en cualquier parte expuesta del cuerpo esté tapado con una cobertura impermeable.

Vestir ropa exterior limpia, según el trabajo que se esté haciendo.

Hacer todo lo que sea razonablemente posible para evitar todo contacto con los alimentos a punto de consumir.

Figura 2

No escupir, fumar o usar tabaco o preparaciones similares donde se preparan los alimentos

No comer sobre los alimentos o cualquier utensilio que pueda ponerse en contacto con los alimentos.

No orinar ni defecar excepto en el sanitario.

No estornudar, soplar o toser sobre los alimentos sin proteger, ni sobre las superficies que puedan ponerse en contacto con los alimentos.

Se espera que las personas que manipulan los alimentos se laven las manos cuando exista la posibilidad de que éstas puedan contaminarlos.

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•

Antes de empezar a trabajar con alimentos a punto para comer si acaban de trabajar con alimentos crudos.

•

Inmediatamente después de haber usado el sanitario.

•

Antes de empezar a trabajar con los alimentos, o volver a trabajar con alimentos, después de haber realizado otro trabajo.

•

Inmediatamente después de fumar, estornudar, usar un pañuelo (inclusive de papel desechable) comer, beber, usar tabaco o substancias similares; y

•

Después de tocarse el pelo, el cuero cabelludo o cualquier abertura corporal.

Capítulo 2

¿Cómo deben lavarse las manos las personas que manipulan los alimentos? 1. Usa las instalaciones provistas por el negocio para lavarse las manos. 2. Lávate las manos cuidadosamente utilizando jabón u otro medio efectivo. 3. Usa agua corriente tibia. 4. Sécate completamente las manos con una toalla de un solo uso o por otro método con el que no sea probable que se transfieran a las manos organismos que puedan causar enfermedad. La siguiente figura 3, muestra un ejemplo de cómo debes de realizar el lavado de manos: Figura 3. Cómo lavarse las manos con agua y jabón

1.1.2 Equipo de protección personal El equipo de protección personal tiene como propósito, prevenir las enfermedades y accidentes que pudieran alterar la salud de los trabajadores en el desempeño de cualquier actividad laboral. Este equipo se utilizará en áreas donde los riesgos a los que se está expuesto no puedan evitarse de otra forma. Sin embargo, es muy importante tener en cuenta que este equipo de seguridad no va a "desaparecer" los riesgos presentes, sino que junto con actitudes responsables (como el tener la información necesaria para el manejo de materiales peligrosos y manejo de equipos) y buenas instalaciones, se asegurará la seguridad y salud de los usuarios. Los riesgos a los que se puede estar expuesto en las áreas de trabajo pueden ser:

1. Riesgos físicos como temperaturas extremas, objetos en movimiento, material punzocortante o abrasivo, ruido y radiaciones.

2. Riesgos biológicos como material microbiológico, fluidos biológicos o restos de animales y 3. Riesgos químicos que implica el manejo de productos químicos peligrosos como ácidos, bases, productos inflamables, explosivos y tóxicos, entre otros.

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Capítulo 2

La figura 4 muestra algunos de los equipos de protección, dentro de los cuales se encuentran:

Equipo de protección común, como son: • Guantes. • Zapatos de seguridad. •

Caretas.

•

Protectores auditivos.

•

Lentes de protección.

•

Batas de laboratorio.

Figura 4. Equipo de protección más común en el laboratorio

Figura 1. Equipo de protección de laboratorio.

Consideraciones:

Figura 2. Regadera y lavaojos.

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•

Las regaderas de emergencia y lavaojos deberán ser evaluadas regularmente (por lo menos dos veces al mes).

•

Revisar en los extinguidores que la carga se encuentre vigente.

•

En el botiquín de primeros auxilios verificar que el contenido éste vigente y completo.

•

Contar con un programa residuos químicos.

de

manejo

de

Capítulo 2

Selección El equipo de seguridad personal a usarse en cada área de trabajo debe seleccionarse en base a los siguientes puntos: • Identificar los riesgos en el área de trabajo y determinar si para éstos se requiere del uso de cierto tipo de equipo de protección. Debes considerar que un riesgo puede traer consigo otros, por lo que este punto tiene que analizarse con cuidado, por ejemplo, si el trabajo implica trabajar a temperaturas altas, puede incluir una exposición a cierto tipo de radiación que también debe considerarse. •

Determinar el equipo necesario.

•

Elegir el equipo de seguridad establecido en el punto anterior en base a la información proporcionada por el proveedor con sus limitaciones, ya que el equipo seleccionado debe proporcionar un grado de protección mayor que el requerido. Un ejemplo a este respecto es la elección de guantes para un trabajo constante con ácido sulfúrico concentrado, deben elegirse aquellos elaborados con neopreno, nitrilo, entre otros, pero no usar guantes de cirujano o de hule natural en general, ya que este material no es resistente al ácido. De aquí la importancia de tener en cuenta que los materiales utilizados en la elaboración del equipo de seguridad tienen especificaciones muy especiales. Otro factor importante en la elección podría ser el costo de los diferentes materiales.

•

El equipo debe ser lo más confortable posible, una talla inadecuada o falta de visibilidad podría causar accidentes serios o no dar la protección adecuada.

Limpieza e inspección El mantener este equipo limpio y en buenas condiciones es un punto muy importante que debe tenerse en cuenta de lo contrario pueden tenerse problemas que agudicen los riesgos laborales. Así, por ejemplo, una limpieza pobre en los gógles o lentes de seguridad puede generar infecciones o alergias en los ojos o áreas alrededor de ellos. Si no se revisan constantemente las condiciones en que se encuentran los guantes utilizados al manejar productos químicos, estos pueden penetrar poco o poco y generar, a la larga, lesiones graves en las manos.

93

Capítulo 2

De manera general

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•

Usar BATA Y LENTES DE SEGURIDAD SIEMPRE que se trabaje en un laboratorio.

•

Usar las campanas de extracción de gases siempre que se trabaje con productos que desprendan vapores inflamables, tóxicos o de olor desagradable.

•

Usar zapatos cerrados evitando que sean de tela. Nunca zapatos abiertos.

•

Usar el equipo de seguridad proporcionado, revisándolo antes de que sea usado, para asegurarse que se encuentra en buenas condiciones.

•

Cuidar el equipo de protección que se proporciona y mantenerlo limpio.

•

Utilizar el equipo de protección cuidadosamente de manera que no se contamine uno mismo con él.

•

El equipo de protección respiratoria sólo debe ser utilizado por personal entrenado.

•

Lavarse las manos antes de salir del laboratorio.

•

No comer con la ropa de protección utilizada en el laboratorio.

•

No comer, beber ni almacenar alimentos en las áreas de trabajo ni en los refrigeradores que contengan sustancias peligrosas.

•

No utilizar el material de laboratorio para contener alimentos.

•

No usar lentes de contacto.

•

Recoger el cabello largo y evitar portar anillos, pulseras, collares o ropa suelta cuando se trabaje con mecheros o equipo en movimiento.

•

Mantener limpia y ordenada el área de trabajo.

•

Mantener despejadas las salidas de las áreas de trabajo y las instalaciones de emergencia como extintores, regaderas y lavaojos.

•

Mantener sujetos a superficies seguras los cilindros que contienen gases.

•

No tirar residuos de productos peligrosos al drenaje. Para algunos de ellos será necesario un tratamiento previo, otros deben incinerarse y otros más, deberán de confinarse.

•

Conocer los peligros potenciales que se tienen en las áreas de trabajo y del equipo de protección con que se cuenta. Además de lo que debe hacerse en caso de emergencia.

Capítulo 2

1 Instrucciones: Relaciona los conceptos con la situación que a continuación se describe:

Habito de higiene.

Situación.

a) Higiene personal.

1. Contaminan los alimentos.

b) P ersonal con enfermedades en la piel. c) Regaderas y lavaojos.

2. Deben mantenerse despejados en caso de emergencia.

d) B ata, lentes, guantes, zapatos.

3. Lavar las manos, cabello recogido, no usar alhajas. 4. Equipo de seguridad personal.

95

Capítulo 2

1.1.3 Señalización y codificación en un laboratorio Seguridad en el laboratorio. Los usuarios del laboratorio necesitan seguir una respecto al equipo y procedimientos que faciliten segura y un aprendizaje provechoso.

orientación con una experiencia

La seguridad de todas las personas involucradas es de suma importancia en los ejercicios de laboratorio, lo que significa que todas deban poseer los conocimientos de los principios básicos de seguridad, del trabajo atento y de soporte de unos a otros en las prácticas de laboratorio seguras. Por ello, antes de empezar cualquier trabajo de laboratorio, cada persona debe ser orientada sobre las reglas para el uso seguro del equipo de laboratorio y los procedimientos de emergencia. A continuación se da un listado sobre la orientación de seguridad en el laboratorio: 1. Identificar los lugares del equipo de seguridad: •

Extintores, mantas ignifugas, alarmas de fuego;

•

Botiquín de primeros auxilios;

•

Duchas de emergencia y lavaojos

2. Localizar las salidas más cercanas y las rutas de evacuación que deben utilizarse en caso de emergencia. 3. Identificar a las personas capacitadas para administrar los primeros auxilios. 4. Localizar el teléfono más cercano y los números de teléfono de emergencia. 5. Llevar gafas de seguridad con protectores laterales o protectores cuando se utilizan productos peligrosos: •

Reactivos o líquidos inflamables;

•

Materiales volátiles en procesos de cortado y que desprendan chispas;

•

Fluidos presurizados.

6. Llevar protector de oídos cuando se trabaja en condiciones ruidosas.

96

7. No llevar guantes, mangas largas o joyas cuando se está cerca de máquinas rotatorias.

Capítulo 2

8. Cubrir los cabellos largos o prendas sueltas cuando se utilizan máquinas rotatorias. 9. Llevar protección de pies en el laboratorio:

10.

•

No está permitido llevar los pies descubiertos;

•

En el manejo de artículos pesados se requieren zapatos con puntera metálica.

Conocer las características de aquellos materiales potencialmente peligrosos comprobados en las hojas de datos de seguridad de materiales en el laboratorio antes de su utilización.

11. Informar inmediatamente de cualquier daño o herida al instructor. 12. Conocer la adecuada colocación de cualquier reactivo utilizado. 13. Conocer los peligros potenciales y las prácticas de seguridad antes de operar los equipos, leyendo las instrucciones de seguridad del equipo que va a ser utilizado. 14. Seguir las buenas prácticas mantenidas en casa: •

Mantener las áreas de trabajo libres de obstáculos que puedan causar resbalones o caídas;

•

Mantener el equipo limpio para una optima operación.

La figura 5 muestra algunos de los señalamientos y codificaciones que deben existir en un laboratorio.

97

Capítulo 2

Figura 5

Equipo de laboratorio

98

Una jornada de laboratorio provechosa requiere equipos e instrumentos que funcionen con toda confianza, debido a que el equipo de laboratorio se puede dañar por un manejo inadecuado y la reparación y recambios del mismo son costosos, por eso es necesario que te instruyas de manera adecuada en el manejo de los equipos que se utilizan en el laboratorio. La mayoría de los equipos e instrumentos se suministran con manuales de operación que definen las prácticas adecuadas de operación y los procedimientos de calibrado, los usuarios, es decir, tú y tus compañeros de laboratorio, deberán familiarizarse con las bases de una operación segura y comprobar junto con los técnicos de laboratorio que los instrumentos han sido bien calibrados.

Capítulo 2

2 Instrucciones: Lee con atención la pregunta y subraya la respuesta correcta: 1. Identifica emergencia.

el

equipo

a. Regadera, extintores, lavaojos. b. V asos de precipitado, bureta, pipetas. c. B ata, guantes, lentes, cubrebocas.

de

2. Los equipos e instrumentos de laboratorio a. Sólo deberá usarlos el técnico. b. Deben adecuarse con conocimiento y de acuerdo a los procedimientos de calibrado. c. Los usuarios deben conocer ligeramente la operación y dar inicio de acuerdo a lo que el equipo indique.

99

Capítulo 2

1.1.4 Legislación en materia de alimentos NOM Las Normas Mexicanas (NMX) son las que elabora un Organismo Nacional de Normalización, o la Secretaría de Economía y tienen como finalidad establecer los requisitos mínimos de calidad de los productos y servicios de que se trate. Su aplicación es de carácter voluntario, con excepción de los siguientes casos: a. Cuando particulares manifiesten que servicios son conformes con las mismas.

sus

productos,

procesos

o

b. Cuando en una Norma Oficial Mexicana, se requiera la observancia de una Norma Mexicana para fines determinados y c. Respecto de los bienes o servicios que adquieran, arrienden o contraten las dependencias o entidades de la Administración Pública Federal.

Normas Internacionales: La Comisión del Codex Alimentarius es el más alto organismo internacional en materia de normas de alimentos. La Comisión es un organismo subsidiario de la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO) y de la Organización Mundial de la Salud (OMS).

Tipos de Normas: EM: EMERGENTES. F: VOLUNTARIA PRODUCTOS ALIMENTICIOS. FF: PRODUCTOS ALIMENTICIOS NO INDUSTRIALIZADOS. V: BEBIDAS ALCOHÓLICAS. Z: NORMAS BÁSICAS Y SÍMBOLOS. PROY: PROYECTO DE NORMA. MOD: MODIFICACIÓN A LA NORMA. ACLAR: ACLARACIONES. 100

Capítulo 2

1.1.5 Ley general de salud Algunas definiciones según la Ley General de Salud: Artículo 215. Para los efectos de esta Ley, se entiende por: I.

Alimento: cualquier substancia o producto, sólido o semisólido, natural o transformado, que proporcione al organismo elementos para su nutrición.

II. Bebida no alcohólica: cualquier líquido, natural o transformado, que proporcione al organismo elementos para su nutrición. III. Materia prima: Substancia o producto, de cualquier origen, que se use en la elaboración de alimentos y bebidas no alcohólicas y alcohólicas. IV. Aditivo: Cualquier substancia permitida que, sin tener propiedades nutritivas, se incluya en la formulación de los productos y que actúe como estabilizante, conservador o modificador de sus características organolépticas, para favorecer ya sea su estabilidad, conservación, apariencia o aceptabilidad. V. Suplementos alimenticios: Productos a base de hierbas, extractos vegetales, alimentos tradicionales, deshidratados o concentrados de frutas, adicionados o no, de vitaminas o minerales, que se puedan presentar en forma farmacéutica y cuya finalidad de uso sea incrementar la ingesta dietética total, complementarla o suplir alguno de sus componentes.

3 Instrucciones: Responde con una F si el enunciado es falso y con una V si es verdadero. 1. Las Normas Mexicanas (NMX) son las que elabora un Organismo Nacional de Normalización, o la Secretaría de Economía y tienen como finalidad establecer los requisitos mínimos de calidad de los productos y servicios de que se trate. ________ 2. El articulo 215 de la ley general de Salud define Alimentos, Bebidas alcohólicas, aditivos __________ 3. La Comisión del Codex Alimentarius es el más alto organismo internacional en materia de Normas de alimentos. 4. Los alimentos no deben manejarse con seguridad e higiene ______

101

Capítulo 2

RAP 1.2 Prepara el material, equipo e instrumentos de laboratorio de acuerdo con el tipo de análisis a realizar 1.2.1 Instrumentos de laboratorio Vidrio El instrumental de laboratorio puede estar constituido de diferentes materiales como lo son el vidrio, el metal o el plástico, en ocasiones pueden tener una combinación de al menos dos materiales de los antes mencionados, la figura 6, muestra varios de estos instrumentos elaborados con dichos materiales.

Figura 6

El material volumétrico se clasifica de tres formas: • De acuerdo al tipo de material del que está fabricado. • Por su tolerancia. • Por su uso.

102

Capítulo 2

1.2.2 Clasificación del instrumental por el tipo de material Material fabricado con vidrio de boro silicato, que a su vez se subdivide en: Tipo I

•

Subtipo Ia. Bajo coeficiente de expansión térmica.

•

Subtipo Ib. Alto coeficiente de expansión térmica.

Tipo II

Material fabricado con vidrio calizo.

Tipo III

Material fabricado con transmitancia luminosa.

vidrio

de

baja

1.2.3 Clasificación del instrumental por su tolerancia Clase A: Artículos mayor exactitud. Tipo I Material para medición de precisión y aproximada.

volumétricos

de

Clase B: Artículos de menor exactitud, ya que la tolerancia de éstos es el doble que la establecida por los de clase A. Clase C: Se les llama material para Educación Escolar, se consideran los artículos volumétricos de menor exactitud y su uso es únicamente recomendado para escuela.

Tipo II Material para medición aproximada. Como son los vasos de precipitado.

Material fabricado con vidrio de baja transmitancia luminosa.

103

Capítulo 2

Usar la clase A cuando: Se requiere de alta exactitud, ya que sus especificaciones de exactitud están garantizadas y no necesita calibración. Usar clase B y C si: una menor exactitud en los análisis no afecta. Debe almacenarse separado de la clase A.

1.2.4 Clasificación del instrumental de acuerdo a su uso

104

Material para entregar.

Es aquel que se calibra durante su proceso de manufactura, para transferir una cantidad establecida de líquido con propiedades similares de viscosidad y tensión superficial al agua. El diseño de este material una vez que transfiere el líquido, le permite retener una cierta cantidad de líquido suspendido en sus paredes (en el caso de las pipetas en la punta).

Material para contener.

Cuando son llenados a su marca a la cual fueron calibrados para contener un volumen determinado. Lo anterior significa que si este material fuera empleado para entregar, éste entregaría menos del volumen deseado, debido a que cierta cantidad de líquido se retiene en las paredes del recipiente, esta diferencia es considerable para propósitos analíticos.

Capítulo 2

1.2.5 Manejo y utilización de equipo de laboratorio Son muchas las consideraciones que se deben tener al utilizar materiales de laboratorio elaborados con vidrio, por lo que se hace necesario seleccionar el instrumental de acuerdo al material y a las necesidades que se tangan de uso, por lo que: • El material de vidrio debe ser calibrado utilizando agua tipo I; misma con la cual se puede verificar su calibración. • Debe lavarse y clasificarse de acuerdo a su uso. • Cuando se preparen soluciones en material de vidrio para determinaciones analíticas inorgánicas, no se deben mantener las sustancias el material por periodos prolongados. Transferirlas inmediatamente a recipientes de polietileno de baja densidad, pare evitar la contaminación del material de vidrio, sobre todo en el caso del material volumétrico. • Lavar tan pronto como sea posible el material que haya estado en contacto con soluciones concentradas. • Dejar separadas las juntas, llaves y válvulas esmeriladas después de su uso. • No limpiar el material de vidrio con cepillos gastados pues las partes metálicas del cepillo rayan el vidrio y aumentan las posibilidades de contaminación por la acumulación de compuestos.

Figura 7. Limpieza de material a utilizar

La limpieza del material, como la que se muestra en la figura 7, permite que este sea utilizado en determinaciones analíticas: • La forma más simple es utilizando agua destilada y dejando escurrir y secar al aire el material de vidrio. • Los cepillos utilizados deben ser curveados para la limpieza total de los matraces. • Lavar el material con una solución detergente al 10% con agua destilada. • Enjuagar con agua corriente y después con agua destilada. • Comprobar la limpieza del material dejándolo escurrir, la formación de gotas en las paredes del material indican que se encuentra sucio en la zona que contiene las gotas (ver capitulo 1, limpieza del material de vidrio). • El material limpio debe guardarse invirtiéndolo sobre papel secante.

105

Capítulo 2

Secado del material de vidrio •Se pueden utilizar hornos secadores que operan a una temperatura entre 105º y 115ºC, para trabajo rutinario, como el que se muestra en la figura 8. •No se debe mantener el material dentro de los hornos por periodos largos. •Es recomendables secar sólo el material enjuagado con agua. •Antes de colocar el material dentro del horno se debe separar cualquier junta de vidrio, tapones esmerilados y llaves. No secar llaves de teflón dentro de un horno secador. •Nunca meter el material volumétrico clase A la estufa ya que la temperatura propicia la expansión del vidrio lo que hace que se pierda la calibración. •El material se debe cubrir con papel aluminio cuando se introduzca a una mufla, excepto los crisoles de platino. •Los solventes orgánicos se usan cuando sea absolutamente necesario; el material de vidrio puede secarse rápidamente, enjuagándolo con 5 – 10 ml de acetona. Utilizar siempre acetona o alcohol isopropílico para lavar.

Figura 8. Horno de secado de material de vidrio

106

Capítulo 2

4 Instrucciones: Aplicando los conocimientos adquiridos en el capitulo 1, responde correctamente las siguientes preguntas:

1. ¿De qué material está construido el material de sostén? 2. ¿Cuál debe ser el cuidado del material de porcelana? 3. D entro del material de vidrio de medición, ¿El matraz aforado, bureta, probeta y pipetas cómo son clasificados?

107

Capítulo 2

Metal El material de metal es mejor usado como material de soporte, el aro metálico, las gradillas, espátulas, la malla que soporta la tela de asbesto, las pinzas que sujetan a los refrigerantes y matraces para montaje de equipo de destilación, las nueces y pinzas para sujetar los diferentes vasos, buretas pipetas y demás equipo en el laboratorio. Plástico El material de laboratorio de vidrio también puede encontrarse en una presentación de plástico como lo son los vasos graduados, las pizetas o las probetas. Se puede emplear material de laboratorio en plástico siempre y cuando no se manejen sustancias corrosivas, o cuando se tenga que usar fuego para calentar. En un laboratorio de química se utilizan diversos materiales de laboratorio como los que están constituidos por plástico y se les denomina material de plástico. Ciertos materiales son creados y graduados para poder medir volúmenes con mayor precisión, en estos casos hablamos de material volumétrico. En el caso del plástico no suelen ser tan precisos como otros materiales, pero se los emplea para casos especiales (por ejemplo al manipular ácido fluorhídrico o clorhídrico que reaccionan químicamente con el vidrio), o para evitar que se rompan fácilmente. 1.2.6 Equipo de laboratorio Principios generales Cada pieza del equipo utilizado deberá estar en buen estado de funcionamiento, que se conozca. Los instrumentos sólo podrán ser utilizados por personal debidamente capacitado. Se especificará la naturaleza y frecuencia de las comprobaciones del funcionamiento de cada instrumento, así como la persona encargada de llevarlas a cabo. Será preciso registrar el resultado de tales comprobaciones, las posibles medidas correctivas, el resultado de éstas, y (cuando proceda) una lista actualizada del personal capacitado para utilizar el instrumento en cuestión. 108

Capítulo 2

Clases de equipo El equipo de un laboratorio de control de los alimentos puede clasificarse en dos categorías, a saber: •

Equipo de elaboración, como por ejemplo mezcladores y trituradores, secadores, estufas y hornos, centrífugas, refrigeradores y congeladores, placas calientes y baños de agua, agua inerte y purificadores.

•

Equipo de medición, como por ejemplo balanzas, medidores de pH, espectrofotómetros (UV/visible y AA), cromatógrafos en fase líquida de alta resolución, cromatógrafos de gases, polarímetros; aunque no son necesariamente instrumentos de medición, los microscopios pueden incluirse en esta categoría.

El equipo de ambas categorías requiere cierto grado de mantenimiento, y algunos instrumentos exigen comprobaciones periódicas de la calibración. Es importante documentar la naturaleza y frecuencia de las medidas adoptadas para cada instrumento y la persona encargada de aplicarlas.

Limitaciones al uso del equipo. El equipo utilizado en el análisis de calidad garantizada tendrá un uso limitado. Esto significa que el equipo será utilizado exclusivamente por personal capacitado en su funcionamiento y sólo se utilizará en procedimientos reconocidos para los que sea idóneo. Únicamente las personas autorizadas para ello se encargarán de la calibración y mantenimiento de este equipo. Todo el instrumental y el equipo utilizados en el análisis de calidad garantizada llevarán una etiqueta que los identifique como tales y se incluirán en la auditoria realizada periódicamente por el Director de Calidad o su suplente. 109

Capítulo 2

1.2.7 Mantenimiento, calibración y reparación de equipos de laboratorio Una vez que el equipo está instalado y en funcionamiento, es necesario mantenerlo y llevar un registro. El modo de hacerlo dependerá en cierta medida del sistema administrativo que se aplique en el laboratorio. En un laboratorio autónomo, habrá un programa integral de mantenimiento del equipo, en el que se especificarán los criterios aplicables al funcionamiento de cada instrumento, las medidas que habrán de tomarse si alguno de ellos no satisface esos criterios y el mantenimiento periódico que ha de efectuar el personal del laboratorio o un servicio técnico externo, así como un cuaderno en el que se registrarán las comprobaciones, los defectos de funcionamiento y las reparaciones. En este cuaderno podrá anotarse también con qué frecuencia se utiliza un instrumento y quién lo utiliza; una característica bastante evidente de este sistema es que cada instrumento está bajo la responsabilidad de un empleado determinado.

Cuando el instrumento pueda someterse a una calibración física, el cuaderno incluirá anotaciones al respecto. Estas anotaciones comprenderán, por ejemplo, las comprobaciones periódicas de la calibración de la longitud de onda y la absorbencia de los espectrofotómetros. En el caso de ciertos tipos de equipo espectroscópico, puede ser conveniente llevar a cabo comprobaciones periódicas de la sensibilidad y resolución utilizando una disolución patrón de una sustancia química apropiada. Por lo que respecta a muchas determinaciones analíticas, podrán aplicarse diariamente una serie de normas como parte de la calibración de todo el método; sus resultados permitirán una comprobación indirecta de los instrumentos. En la mayoría de los casos se designará a una o más personas para que mantengan y calibren determinadas piezas del equipo, las cuales firmarán en el libro de registro, dando fe de cualesquiera cambios o calibraciones efectuados en el equipo. Tan pronto como se observe que un instrumento necesita una reparación o calibración, deberá

110

Capítulo 2

colocarse en él una etiqueta que indique que no ha de utilizarse para los análisis. La etiqueta que identifica al instrumento inutilizable sólo se retirará una vez que éste se haya reparado y comprobado de nuevo a satisfacción del jefe de sección o del Director de Calidad. Se hará constar el defecto y su origen, la reparación y la nueva calibración. De este modo se dispondrá de un registro básico del estado del equipo, así como de una relación actualizada de cualesquiera averías graves y sistemáticas del mismo. También se anotará el lugar donde se guardan las instrucciones de empleo y los manuales técnicos relativos al equipo.

El plan elegido para el mantenimiento, calibración y reparación del equipo dependerá de diversos factores. Se puede recurrir a la contratación de servicios extremos, pero éstos suelen ser costosos y el plazo para atender las solicitudes de reparación puede ser excesivamente largo. Si en el laboratorio se dispone de cierta pericia, puede que sea conveniente complementarla cuando se adquieren nuevos instrumentos; a menudo las condiciones de compra incluyen la capacitación intensiva en el mantenimiento y reparación, junto con el acceso a un número de teléfono para recibir asesoramiento técnico sobre detección y reparación de averías. Esto permite a menudo diagnosticar el problema y sustituir los componentes defectuosos sin el gasto y la demora que a veces implica la llamada a un servicio técnico. Al tomar decisiones relativas a la selección de los instrumentos que han de comprarse, se sopesará, por un lado, el costo y la disponibilidad de tales servicios, y por otro, el grado en que la producción del laboratorio depende de una reparación rápida en caso de que un instrumento no pueda utilizarse. También habrá que tener en cuenta la necesidad de comprar en ese momento una serie de piezas de repuesto cuidadosamente elegidas, para no tener que recabar la aprobación y esperar la entrega cuando se produce una avería.

111

Capítulo 2

Actividades programadas En los laboratorios microbiológicos de control de los alimentos se ofrecen algunas sugerencias en relación con las comprobaciones del funcionamiento, el mantenimiento y la calibración del equipo básico y el instrumental de vidrio del laboratorio.

•

Cromatógrafos de gases (inyectores, columnas, estufas, de gas, detectores, evaluación de datos y curvas de calibración);

•

Cromatógrafos en fase líquida bombas, columnas, detectores);

•

Espectrofotómetros de absorción quemadores, nebulizadores);

•

Espectrofotómetros (instrumentos ópticos, celdas, lámparas);

•

Balanzas;

•

Polarímetros.

de

alta

atómica

resolución

suministro (disolventes,

(instrumentos

ópticos,

La amplitud y minuciosidad de los procedimientos establecidos dependerán necesariamente de las actividades y objetivos del laboratorio, los cuales a su vez estarán determinados por las conclusiones a las que se haya llegado en las deliberaciones con los clientes acerca de las normas analíticas que imponen sus necesidades. El equipo que se utilice para una amplia variedad de actividades tendrá que ser de calidad garantizada igual al nivel de rendimiento necesario en la esfera de actividad más exigente; si este nivel está muy alejado del que se alcanza en el volumen principal de trabajo, puede que sea rentable separar el equipo utilizado para el trabajo más exigente y aplicar a la mayoría de las actividades un nivel de calidad garantizada más apropiado, modesto y eficaz en función de los costos. Cuando se requiere un coeficiente de variación de ± 1 por ciento, tal vez sea conveniente trabajar con un instrumental de vidrio calibrado con exactitud, pero no tiene mucho sentido utilizarlo en algunos análisis de trazas en los que es aceptable un coeficiente de variación de ± 10 o 20 por ciento en los resultados finales. Cualesquiera que sean las decisiones adoptadas a este respecto, en la documentación de garantía de la calidad deberá quedar claro qué medida se adoptará, quién la adoptará y cómo se verificará. La administración deberá asegurarse de que el programa está efectivamente al servicio de los objetivos del laboratorio; no debe permitirse que sea el programa el que los determine.

112

Capítulo 2

Equipo de pesado Balanzas Las balanzas electrónicas como las que se muestran en la figura 9, son las más modernas y por lo tanto más exactas, de tal forma que se requieren ciertos criterio, para llevar a cabo las mediciones con la ayuda de estas:

•

Deben colocarse en un lugar expuesto al menor número de vibraciones con un sólo acceso y el mínimo número de ventanas.

•

La temperatura ambiente debe mantenerse con un intervalo de variación pequeño.

•

Humedad: debe oscilar entre 45 y 60%.

•

Evitar la radiación solar directa.

•

No colocarlas cerca de aire acondicionado o ventiladores.

•

No colocarlas al lado de una puerta.

•

Deben estar en una mesa libre de vibraciones y protegida contra la electricidad estática (libres de plástico y vidrio).

•

La mesa debe ser exclusiva para la balanza.

Cuidados de la balanza. •

Verificar que la burbuja de nivel de la balanza se encuentre centrada.

•

Limpieza.

•

Realización de la autocalibración diaria y si no una verificación con la pesa del 50% de la capacidad total de la balanza y 100% de la capacidad.

•

Cerrar lentamente las puertas de corte de aire ya que movimientos bruscos pueden causar desajustes.

•

La calibración dependerá de la frecuencia de uso.

•

Deben contar con una bitácora de calibraciones realizadas, mantenimiento y toda la información relacionada con el equipo. Figura 9 Balanza electrónica y de precisión

113

Capítulo 2

Equipo de medición - cuantificación Puedes encontrar balanzas, medidores de pH, espectrofotómetros (UV/visible y AA), cromatógrafos en fase líquida de alta resolución, cromatógrafos de gases, polarímetros; aunque no son necesariamente instrumentos de medición, los microscopios como el que se muestra en la figura 10, puede incluirse en esta categoría.

Figura 10. Microscopio Electrónico de Barrido, fotografía cortesía de un operador del Centro de Investigación en Química Sustentable, UAEM.

Equipo de calentamiento Hornos y muflas:

114

•

Mantener limpios los hornos para evitar contaminación cruzada en las muestras.

•

Los termómetros usados en hornos deben estar calibrados.

•

Verificar la temperatura del horno diariamente.

•

Para la calibración de muflas utilizar pirómetros ópticos o sondas de alta temperatura.

•

Se pueden usar sales inorgánicas seleccionando dos puntos de referencia.

de

alto

punto

de

fusión,

Capítulo 2

Equipo de separación Dentro del equipo de separación, que existen en el laboratorio, podemos encontrar el embudo corriente, el cual es un instrumento empleado para canalizar los líquidos en recipientes con bocas estrechas usado principalmente en cocina y laboratorio, el embudo analítico, el cual en su parte cónica se coloca la materia filtrante, papel de filtro, algodón, carbón vegetal, arena, etc., dependiendo de la mezcla que se vaya a filtrar, y el propiamente dicho embudo de separación, el cual tiene la forma de un globo, del cual existe en diferentes capacidades como: 250 ml, 500 ml. Y es utilizado para separar líquidos inmiscibles, la figura 11, muestra un equipo de separación.

Equipos básicos El equipo elemental con que se debe contar en un laboratorio es el material de vidrio, vasos de precipitado, de diferentes volúmenes, 10, 50, 100 y 250 ml son imprescindibles, las probetas para medir volúmenes, de 10, 25 y 50 ml se requieren para medir volúmenes pequeños. Las pipetas volumétricas se utilizan para medir volúmenes específicos de soluciones en cantidades pequeñas y precisas. Aro metálico para sujetar la tela de asbesto, mechero bunsen, mechero de alcohol o parrilla de calentamiento con agitación. Las pinzas para sujetar tubos o para sujetar vasos son de gran ayuda en el laboratorio de preparación de muestras.

Figura 11

Figura 12. Algunos equipos básicos de laboratorio

Un mortero de porcelana para moler sólidos en el laboratorio es requerido, así como material de sostén, como lo son la gradilla para soportar tubos de ensayo, el soporte universal nos permitirá sujetar diferentes piezas en el laboratorio así como para poner el aro metálico para llevar a calentamiento alguna solución. La figura 12, muestra algunos de los equipos básicos de un laboratorio

115

Capítulo 2

Equipos especiales En el equipo especializado, se pueden considerar el baño ultrasónico, la balanza analítica, el rotavapor, el equipo de soxhlet para extracción sólido-sólido, el equipo Corning para purificación de sustancias.,el equipo de destilación simple, fraccionada, requiere de equipo especializado para tal efecto. Algunos de los equipos especiales se describen a continuación: El baño ultrasónico, que es utilizado para limpieza de instrumentos tales como jeringas hipodérmicas y tenazas, pero también para la limpieza de piezas de goma o plástico, este equipo se encuentra conformado por un sistema de calefacción regulable, con un cronómetro de 1 a 50 minutos, con botones fáciles de manipular incluso si se tiene los guantes puestos Su construcción en el caso de los de acero inoxidable, esto les proporciona una larga vida, en comparación con los de plástico, que además limpian con menor eficacia. Para aumentar la capacidad de limpieza, se añade un líquido especial al agua caliente. El tiempo de limpieza es normalmente de 5 a 15 minutos, pero para contaminación grave se puede prolongar hasta media hora más, la figura 13, muestra un ejemplo de este equipo. El equipamiento mayor en un laboratorio como lo es el equipo destinado al análisis y estudio de diferentes materiales que se obtienen y se procesan en el laboratorio son requeridos en forma especializada. Es decir, que se solicitan de acuerdo a los requerimientos que se tienen en el laboratorio. Figura 13. Baño ultrasónico

Figura 14. Balanza analítica

116

Otro equipo especial, es la balanza analítica, el cual es un instrumento de medida empleado en el laboratorio, en el cual sus mediciones dependen de todos los resultados obtenidos durante los análisis, por tal motivo este tipo de balanza se caracteriza, justamente, por su alto nivel de precisión, ya que un mínimo error puede comprometer enormemente el avance de una determinada investigación, la figura 14 muestra un ejemplo de balanza analítica.

El rotavapor, es un equipo especial utilizado para procesos que tienen que ver con la química orgánica, separación de componentes, destilación, recuperación de componentes, secado por vacío y, su cuerpo principal está realizado en acero pintado al horno, y posee un sistema elevador motorizado con un poder de elevación 130 mm y un ángulo de giro de 45º para el juego de vidrio, la regulación de la velocidad de rotación puede ser de entre 10 - 200 rpm,

Capítulo 2

mientras que la temperatura puede controlarse desde la temperatura ambiente, hasta los 100ºC, la figura 15, muestra un rotavapor. El equipo de extracción siguientes etapas:

Soxhlet

se

fundamenta

en

las

1) Colocación del solvente en un balón. 2) Ebullición del solvente que se evapora hasta un condensador a reflujo. 3) El condensado cae sobre un recipiente que contiene un cartucho poroso con la muestra en su interior. Figura 15. Ejemplo de un rotavapor

4) Ascenso del nivel del solvente cubriendo el cartucho hasta un punto en que se produce el reflujo que vuelve el solvente con el material extraído al balón. 5) Se vuelve a producir este proceso la cantidad de veces necesaria para que la muestra quede agotada. 6. Por último, lo extraído se va concentrando en el balón del solvente. La siguiente figura 16 muestra el montaje de este equipo. Otro de los equipos especiales de laboratorio es el equipo utilizado para llevar a cabo la destilación separada, tratada en el capítulo 1 y que se muestra en la figura 17. Figura 17. Equipo de destilación separada

Figura 16. Extracción con Soxhlet en el momento en que se produce el sifonamiento del solvente

117

Capítulo 2

1.2.8 Material de laboratorio 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 consiguiente 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 (Reagent Chemical Committee of American Chemical Society-ACS-) 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; otros imprimen el ensayo hecho para las diversas impurezas.

•

Grado estándar primario: Un patrón primario es un compuesto de alta pureza que sirve de referencia en todos los métodos volumétricos y gravimétricos. La exactitud de un método depende críticamente de las propiedades de este compuesto. Los requisitos más importantes que debe cubrir un patrón primario son:

1. Pureza elevada. 2. Estabilidad atmosférica. 3. Ausencia de agua de hidratación para que la composición del sólido no cambie con las variaciones en la humedad relativa.

4. Que sea barato y se pueda conseguir con facilidad. 5. Tener una solubilidad razonable en el medio de titulación. Muy pocos reactivos cumplen con todos estos criterios, de ahí que el analista sólo tenga acceso a un número limitado de patrones primarios. Por esta razón, a veces es necesario utilizar compuestos menos puros, o patrones secundarios, en lugar de un patrón primario; teniendo que determinar la pureza de ese patrón secundario mediante análisis cuidadosos.

118

Capítulo 2

•

Reactivos para propósitos especiales: También se disponen de sustancias que se han preparado para alguna aplicación especial. Entre estas se incluyen los disolventes para espectrofotometría y cromatografía líquida de alta resolución. Para estos reactivos se proporciona la información pertinente según el uso que se pretende. Por ejemplo, los datos que se proporcionan con un disolvente espectrofotométrico deben incluir su absorbencia a longitudes de onda seleccionadas, así como su longitud de intercepción al ultravioleta.

Reactivos En química un reactivo es toda sustancia que interactúa con otra (también reactivo) en una reacción química que da lugar a otras sustancias de propiedades, características y conformación distinta, denominadas productos de reacción o simplemente productos. Refiriéndonos a muchas variables:

compuestos

químicos,

los

reactivos

se

pueden

clasificar

según

En química un reactivo es toda sustancia que interactúa con otra (también reactivo) en una reacción química que da lugar a otras sustancias de propiedades, características y conformación distinta, denominadas productos de reacción o simplemente productos. Refiriéndonos a compuestos químicos, los reactivos se pueden clasificar según muchas variables: •

Propiedades físico-químicas.

•

Reactividad en reacciones químicas.

•

Características del uso del reactivo.

Sin embargo, por tratarse del concepto de reactivo la clasificación más adecuada en este caso sería la de características de su uso, según la cual se clasifican en el uso al que están destinados los reactivos. Esta clasificación viene dada en el envase del reactivo y depende del tratamiento que se le haya dado, de su riqueza, de su pureza que determina el uso químico que se le va a poder dar, teniendo en cuenta la precisión, exactitud y error absoluto que se ha de tener en la operación química a realizar. Los reactivos se clasifican en: •

PB: Destinado a bioquímica.

•

PA: Destinados a aplicaciones analíticas.

•

QP: Químicamente puro, destinado a uso general en laboratorio.

•

DC: Destinados a las aplicaciones del análisis químico.

Reactivo que produce reacción. Sustancia que se emplea en química para reconocer la naturaleza de ciertos cuerpos por medio de la acción que produce sobre ellos (es casi lo mismo que sustancia reactante).

119

Capítulo 2

1.3 RAP Selecciona y prepara la muestra de alimento de acuerdo con las especificaciones técnicas 1.3.1 ¿Qué es una muestra? Cuando se requiere de la realización de un análisis se tiene que seguir una secuencia de etapas dentro de las que se encuentra la identificación del problema analítico, para posteriormente elegir un método a utilizar, procediéndose al muestreo, realizándose el procedimiento analítico, la determinación y finalmente se procede a la evalúan de los resultados para emitir el informe del dicho análisis. En la manipulación de los alimentos es de gran importancia el muestreo apropiado para saber su composición, esto a través del análisis correspondiente, por lo que el muestreo debe coincidir con los objetivos del análisis, por tanto, una correcta colección de muestras de alimentos y su adecuado tratamiento es crucial, de ahí que el cuidado que se otorgue al muestreo debe ser por lo menos igual al análisis establecido. Por ejemplo en el momento en el que coloca una muestra de alimento en un horno a una temperatura de 105 ºC durante 24 horas, es de suponerse que el agua de este alimento se evapora y el alimento seco restante se llama materia seca. De manera general, todos los alimentos contienen cantidades diferentes de agua. En sus etapas inmaduras las planta contienen entre 70 y 80% agua, lo que es lo mismo un 20 o 30% materia seca. Pero no así, las semillas, las cuales cuentan con no más de 8 a 10% de agua, es decir entre un 90 a 92% de materia seca.    Una vez terminado el proceso de deshidratación, la materia seca del alimento conservará todos los nutrientes sin el agua, de ahí que la composición nutricional de los alimentos es comúnmente expresada como porcentaje de materia seca (%MS) en lugar de porcentaje de alimento fresco (% AS) porque: Por tanto, la materia orgánica de los alimentos ser dividida en materia orgánica con sus compuestos como el carbón (C), hidrógeno (H), oxígeno (O) y nitrógeno (N), los cuales son clasificados como orgánicos, y la materia inorgánica, cuyos compuestos inorgánicos o minerales son los demás elementos químicos, como el calcio o el fósforo. Cuando una muestra de alimento es colocada en un horno y se le mantiene a 550 ºC por 24 horas la materia orgánica se quema mientras que la materia restante es la parte mineral, llamada ceniza.

120

Capítulo 2 Normas generales en el manejo de muestras. Para la adecuada recolección, conservación y envío de las muestras, es indispensable tener presentes las siguientes normas: 1. Toda muestra debe ser enviada con su respectiva historia clínica, además de estar perfectamente identificada. 2. Las muestras para estudios bacteriológicos deben tomarse considerando que no haya sido administrado medicamentos. Para evitar que la muestra se seque y lograr una adecuada conservación, en algunos casos es necesario utilizar medios de transporte.

3. Para la recolección de cualquier otro tipo de muestra, utilizar material limpio y seco.

4. Los envases utilizados para el envío de muestras deben ser en lo posible irrompibles, herméticos y de dimensiones adecuadas. Empaque y sistemas de envío de muestras Es importante considerar que las muestras biológicas son potencialmente infecciosas, se recomienda el transporte personal o la participación directa de los médicos. Sin embargo, cuando esto no es posible, se deben enviar las muestras con las siguientes instrucciones: 1. Como medio ideal de conservación, se utiliza la refrigeración, con hielo natural, hielo seco o gel refrigerante en fundas herméticas (existen excepciones descritas en los procedimientos de recolección de muestras). 2. La totalidad de las muestras recolectadas debe enviarse utilizando un sistema de empaque en doble caja: • La caja interna, preferentemente debe ser de un material aislante de temperatura externa, siendo las más recomendadas las cajas de espumaflex (icopor) por su bajo peso y fácil manipulación.

• Las muestras deberán ser enviadas en recipientes individuales y bien identificadas.

• La información básica que acompaña las muestras se envía debidamente protegida, dentro de un sobre y en funda plástica, entre la caja interna y la caja externa. • La caja externa se cierra de tal manera que todas las esquinas y/o tapas queden selladas con cinta adhesiva. • Si las condiciones lo permiten, envolver la caja externa con papel empaque, sellar con cinta adhesiva y colocar con letra grande y clara. (Fuente: http://www.laboratorioslife.com/toma_muestras.htm)

1.3.2 Muestras varias En el laboratorio, hay que tener cuidado con el manejo de las muestras en el laboratorio pues éstas presentan distintas características, por lo tanto lo primero que debes hacer es revisar si es tóxica, corrosiva o inflamable. Una vez que haz verificado que no representa ningún daño para la salud y conoces cuales son las condiciones para el manejo adecuado de las mismas, puedes proceder a trabajar con ellas.

121

Capítulo 2

5 Instrucciones Encuentra la palabra que define los siguientes términos relacionados con los requisitos de rendimiento en los métodos de análisis.

•

Resistencia, independencia relativa respecto de la destreza del analista.

•

Grado en que otras sustancias (conocidas) pueden dar origen a una señal

perturbadora. •

Cambio en la respuesta por unidad de concentración.

• Especificado en función de un nivel dado de confianza en detectar la presencia de una sustancia que no debería estar. • Grado en que los resultados medios de varias determinaciones se aproximan al valor verdadero. •

122

Grado de coincidencia entre repetidas determinaciones.

M

F

D

K

L

I

M

I

T

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D

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A

D

Y

R

A

W

R

P

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F

P

R

J

Y

D

Capítulo 2

1 Determinación de alcohol en una bebida. Objetivo Aprenderás el uso del refractómetro a cuantificación de etanol en una bebida alcohólica.

través

de

la

Fundamento Cuando un rayo de luz pasa oblicuamente de un medio hacia otro de densidad diferente, su dirección cambia al atravesar la superficie que los separa. A esto se llama refracción. El ángulo entre el primer medio y la perpendicular de la superficie divisora se llama ángulo incidencial, mientras que el ángulo correspondiente al segundo medio se denomina ángulo de refracción. El índice de refracción varía con la temperatura y con la longitud de la luz así como con la presión cuando se trata de gases. El índice de refracción de una sustancia está basado en la relación que existe entre la velocidad de la luz en el aire y su velocidad en la sustancia que se analiza. Una aplicación obvia del índice de refracción es identificar líquidos. El índice de refracción es una cantidad importante al establecer la identidad de compuestos orgánicos puros. La mejor manera de realizar una comparación es medir el índice de refracción de un estándar y la muestra problema con el mismo equipo y al mismo tiempo, con lo que se eliminan algunas variaciones. También se pueden realizar análisis cuantitativos de soluciones por refractometria, si se trabaja -en primer lugar- una curva de calibración de n en función de la concentración, posteriormente se mide el índice de refracción de una muestra y se busca su concentración a partir de la curva; este método es particularmente estimable para el análisis de dos líquidos miscibles.

123

Capítulo 2

Características de la muestra Se requiere de una muestra comercial que contenga un contenido conocido de etanol. Muestra: Equipo. Refractómetro. Materiales y reactivos. Equipo de destilación. Matraces volumétricos de 100 y 10 ml. Pipetas volumétricas de 1, 2, 5 y 10 ml. Etanol grado reactivo. Agua destilada. Muestra problema.

Procedimiento Preparación de curva de concentración 10, 20, 30, 40, 50% de etanol en agua.

Alícuota de etanol (ml). 1 2 3 4 5 124

% de etanol. 10 20 30 40 50

Volumen final. 10ml 10ml 10ml 10ml 10ml

Capítulo 2

Tratamiento de la muestra problema Mide con exactitud 100 ml de la muestra y destila el alcohol que contiene, recibiendo el líquido en una probeta (descartando las primeras y las últimas gotas) medir el destilado y posteriormente aforar a 100 ml con un matraz volumétrico. Lee con el refractómetro.

Cálculos Elabora la curva de calibración con los datos obtenidos, graficando concentración vs. índice de refracción. Interpola en la curva el valor del índice de refracción de la muestra problema. Reporta el % de etanol en la muestra.

Concluir sobre la base de los resultados obtenidos.

125

Capítulo 2

2 Destilación Destilación de un vino, para determinar el grado de alcohol de un vino. Resultado de aprendizaje Aplicar una técnica de separación simple que se utiliza frecuentemente en los laboratorios de química y en la in­ dustria alimenticia, para la obtención de agua destilada, de licores destilados (brandy, whisky...) y en la separación de numerosos compuestos orgánicos. Contenido Teórico Destilación, es la operación que se lleva a cabo para separar una mezcla de dos líquidos, o una di­ solución de sólido en líquido. Este proceso consiste en el calentamiento a ebullición de la mezcla, y la posterior conden­ sación de los vapores formados. El líquido que se obtiene en la condensación será más rico en el compo­ nente más volátil, que el líquido que permanece en el matraz. Si destilamos un vino se puede observar como mínimo, la aparición de dos fracciones; alcohólica la prime­ ra, ya que el etanol tiene un punto de ebullición de 78ºC y otra fundamentalmente acuosa que permanece en el matraz. Por lo general esta separación no es perfecta, y siempre se obtiene una mezcla de ambas. Se obtie­ nen mejores resultados, realizando el fraccionamiento (separación de sustancias) con la destilación fraccio­ nada o rectificación. Material y Equipos Equipo de destilación Picnómetro Vino, cerveza u otra bebida alcohólica Pie, soporte y pinzas Agua Desionizada

126

Capítulo 2

Procedimiento 1. Esta determinación sirve para cuan­tificar el grado alcohólico de vinos, cervezas, sidras... sin más que tener en cuenta que para bebidas espumo­sas como cerveza, cava, etc., debes eliminar previamente el CO2 libre, trasegándolas repetidamente entre dos vasos de precipitados. 2. Transfiere 100 ml de la bebida alcohólica al matraz de destilación y diluye a 150 ml con Agua Desionizada. 3. Añade unas perlas de vidrio o unos trozos de porcelana porosa, para que evites que durante la ebullición se formen borbotones. 4. Monta el equipo de destilación de la siguiente figura 1.

127

Capítulo 2

5. Mantén la calefacción de tal modo que la destilación sea lenta, pero sin interrupciones. 6. Observa a qué temperatura comienza a destilar el alcohol. 7. Recoge el destilado en un matraz aforado de 100 ml, hasta las proximidades del cuello. 8. Llena a ras el matraz aforado con agua destilada y agita. 9. Pesa el picnómetro vacío y seco. 10. Llena el picnómetro de Agua Desionizada y vuelve a pesar. 11. Llena el picnómetro con la disolución alcohólica destilada y pésalo de nuevo. 12. El peso específico del destilado será el siguiente: P.e. del destilado =

Peso del destilado en el picnómetro Peso del agua en el picnómetro

13. Ahora lee en la tabla el porcentaje en volumen de alcohol en el destilado correspondiente a su peso específico, Este será el grado de alcohol de la muestra.

128

Capítulo 2

% C2H5OH en volumen 0 1 2 3 4 5 6 7 8

Peso específico 1’0000 0’9985 0’9970 0’9956 0’9941 0’9927 0’9914 0’9901 0’9888

% C2H5OH en volumen 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Peso específico 0’9875 0’9862 0’9850 0’9838 0’9826 0’9814 0’9802 0’9790 0’9778

% C2H5OH en volumen 18 19 20 21 22 23 24 25

Peso específico 0’9767 0’9756 0’9744 0’9733 0’9721 0’9710 0’9698 0’9686

129

Capítulo 2

1.3.3 Toma de muestras Proceso que consiste en separar una pequeña porción (muestra) del total, de tal manera que represente el carácter y calidad de la masa de la cual se tomó. Si la muestra no es representativa del total de materia, los resultados obtenidos no serán exactos. 1.3.4 Muestra aleatoria y representatividad Es una porción de un material tomado de un lote y seleccionado de tal manera que posea características esenciales del total. Número de muestras a ser tomadas. Significados del tamaño de la muestra: •

Analítico: Se refiere al volumen o cantidad de muestra.

•

Estadístico: Se refiere al número de unidades separadas tomadas de un gran número de unidades (lote).

La cantidad de muestra debe tomarse en base a la reproducibilidad de los requisitos de la prueba para el objetivo deseado, lo cual lo indica el método analítico. Condiciones de las que depende el tamaño de la muestra en un material sólido: •

Variación en el tamaño de la partícula. • Homogeneidad con respecto componente a ser determinado.

al

• Grado de precisión requerida en el resultado analítico.

130

Capítulo 2

1.3.5 Etapas en el muestreo 1. Unidad de muestreo. cada una de las unidades o recipientes que van a muestrearse. 2. Incremento o porción.muestra unidades separadas.

tomada

de

cada

una

de

estas

3. Muestra compuesta.combinación de porciones o incrementos. 4. Sub-muestra. parte en la que se divide la muestra compuesta cuando ésta es demasiado grande. 5. Análisis de la muestra.se realiza a la sub-muestra proporcionada, la cual debe ser homogeneizada con anterioridad.

Nota: Cuando ocurre una diferencia significativa en los resultados de laboratorio que han analizado la misma muestra, puede ocurrir un problema serio, involucrando cuestiones de competencia y credibilidad.

1.3.6 Plan o procedimiento de muestreo •

Es la sucesión de pasos propuestos en una especificación, que aseguran que la muestra tomada para el análisis tendrá las características esenciales de la población. Para esto se requiere de la inspección del lote de muestreo, del uso de equipo de muestreo apropiado para un producto en particular y para el tipo de muestra deseada.

•

Todos estos factores, aparte del análisis de costo-beneficio y una revisión de los objetivos del programa y requisitos de normalización, van a ser evaluados para servir como guía para administrar y para alcanzar calidad en el muestreo.

131

Capítulo 2

1.3.7 Estimación del muestreo La estimación del muestreo se puede llevar a cabo estadísticamente, el muestreo estadístico es la herramienta que la Matemática utiliza para el estudio de las características de una población a través de una determinada parte de la misma. La muestra de estudio debe ser lo más pequeña posible pues el hecho de que una muestra sea más grande, no se desprende necesariamente que la información sea más fiable. Además, la muestra elegida debe serlo por un proceso aleatorio para que sea lo más representativa posible. Términos usuales en un estudio estadístico. •

Población: Conjunto de todos los individuos que son objeto del estudio.

•

Muestra: Parte de la población en la que miden las características estudiadas.

•

Muestreo: Proceso seguido para la extracción de una muestra.

•

Encuesta: Proceso de obtener información de la muestra.

Métodos de muestreo. 1. Muestreo no probabilístico: No se usa el azar, sino el criterio del investigador. 2. Muestreo probabilístico o aleatorio: 2.1 Muestreo aleatorio simple: Se asigna un número a cada uno de los individuos de la población, y seguidamente se van eligiendo al azar los componentes de la muestra. La elección de un individuo no debe afectar a la del siguiente, por tanto debe reemplazarse el nº una vez extraído. 2.2 Muestreo sistemático: Se ordenan previamente los individuos de la población, después se elige uno al azar y a continuación, a intervalos constantes, se eligen todos los demás hasta completar la muestra. 2.3 Muestreo estratificado: Se divide la población total en clases 132

Capítulo 2

homogéneas (estratos). La muestra se escoge aleatoriamente en número proporcional al de los componentes de cada estrato. Ejemplo: En un I.E.S. hay 120 alumnos en 2º de Bachillerato provenientes de 4 zonas o pueblos. Zona A: 20 alumnos. Zona B: 32 alumnos. Zona C: 60 alumnos. Zona D: 8 alumnos. Hay que elegir una muestra de 20 alumnos para hacerles una serie de preguntas. Utiliza los tres métodos de muestreo aleatorio para escoger la muestra. Técnica de muestreo Factores para desarrollar un procedimiento de muestreo efectivo. •

La muestra tomada debe ser representativa de la población.

•

La cantidad de muestra debe tomarse con una frecuencia que permita la reproducibilidad de los requisitos de prueba para el objetivo deseado, como se indica en el método analítico.

•

El manejo y el almacenamiento subsecuente de la muestra debe ser el adecuado.

Parámetros a considerar en un plan de muestreo. 1. Homogeneidad del lote. 2. Identificación del lote. 3. Número de muestras a tomar. 4. Método de recolección de muestras. 5. Frecuencia de muestreo. 6. Recipientes, conservación y tratamiento subsecuente. 7. Consideraciones de seguridad.

133

Capítulo 2

Conservación. ¿Cuáles son los medios de conservación del analito? •

Refrigeración.

•

Congelación.

•

Llenado con gas inerte.

•

Adición de ácido.

•

Uso de recipientes de vidrio opacos o de polietileno.

•

Tener un área separada para almacenar muestras ambientales de análisis de trazas.

•

Usar los materiales de los recipientes adecuados para evitar la contaminación y conservar mejor el analito.

•

Desarrollar técnicas de limpieza de los materiales .

Seguridad en el muestreo: •

El muestreador debe vestir siempre ropa de protección adecuada y si es posible tener un conocimiento detallado del material que va a ser muestreado.

•

Bajo ninguna circunstancia se deben permitir flamas cerca del área de muestreo.

•

Los recipientes deben estar limpios y construidos material inerte a la sustancia que va a muestrearse.

•

En líquidos el peligro frecuentemente se encuentra en los inflamables y volátiles.

•

Los líquidos tóxicos y los desconocidos, succionarse con la boca de tubos o pipetas.

•

Aún en muestras sólidas el analista siempre debe usar una máscara de protección hasta que se sepa que el material en polvo no es riesgoso.

134

nunca

de

un

deben

Capítulo 2

Disposición final de las muestras.

•

Las muestras no deben desecharse en la tarja, sólo en los casos en los que se tenga tratamiento de aguas residuales y que el producto no provoque algún incendio o problemas de salud como envenenamiento.

•

No deben desecharse las muestras en el cesto de basura, deben regresarse al proceso si no han sido contaminadas o debe dárseles un tratamiento previo.

•

Para lo anterior debe desarrollarse un procedimiento seguro de disposición de muestras, el cual debe integrarse dentro del plan de muestreo.

Distribuciones de muestreo. Es evidente que los resultados obtenidos del estudio de una muestra no son del todo fiable, pero sí en buena medida. Los parámetros que obtienen de una muestra (estimadores estadísticos) te permitirán predecir una serie de resultados para toda la población. De estas predicciones y del riesgo que conllevan se ocupa la Inferencia Estadística. Distribución de medias muestrales. Si una población tiene N elementos, el nº de muestras distintas de tamaño n que se pueden elegir es

N n Si pueden repetirse individuos, el número de muestras será igual a

N"

Ejemplo: Calcular el nº de muestra de tamaño 21 que pueden elegirse en una población de 120 alumnos: • Sin reemplazamiento. • Con reemplazamiento. 135

Capítulo 2

Parámetros muestrales. Elegida una muestra, hallaremos en ella la media y la desviación típica S. Lo que tendremos que estudiar será la representatividad de estos parámetros muestrales con los parámetros reales de la población, es decir: la media poblacional _____________ , y la desviación típica de la población___________________________.

Si en una población de N individuos tomamos todas las muestras posibles de tamaño n, se puede demostrar que la media de las medias muéstrales coincide con la media poblacional, esto es:

X=μ Sin embargo, no se cumple lo mismo para la desviación típica de las medias muéstrales, sino que se verifica que, siendo n el tamaño de las muestras.

√n Teorema central del límite. • La distribución de las medias extraídas de una población normal

muéstrales

de

tamaño

n,

se ajustan a una normal

• Si las medias muéstrales provienen de una población no normal, pero el tamaño de las mismas es n"30, la distribución de las medias muéstrales también se ajusta a una

Intervalos de probabilidad A los intervalos simétricos respecto de la media o proporción poblacionales se les denomina intervalos de probabilidad. Intervalos de probabilidad para la media muestral. 136

Capítulo 2

6 Instrucciones: Responde F para falso o V para verdadero. 1. La cantidad de muestra debe tomarse con una frecuencia que permita la reproducibilidad de los requisitos de prueba para el objetivo deseado, como se indica en el método analítico.____________ 2. El muestreo debe ser al azar __________ 3. Las muestras no deben desecharse en la tarja, sólo en los casos en los que se tenga tratamiento de aguas residuales y que el producto no provoque algún incendio o problemas de salud como envenenamiento_________ 4. Para que la muestra sea representativa, se toma una porción de un material de un lote y se selecciona de tal manera que posea características esenciales del total _____________ 5. Para que una muestra sea representativa debe ser tomada siempre por el mismo miembro del personal _________

137

Capítulo 2

1.3.8 Tratamiento de las muestras •

Alimentos duros

Los alimentos duros como el chocolate, tienen que rallarse.

•

Alimentos secos

Los alimentos secos se deben pasar a través de un molino ajustable, manual o mecánico, y después se mezclan en un mortero. A veces es conveniente pasar el polvo a través de un tamiz de tamaño de malla adecuado. En la siguiente figura se indica esquemáticamente la técnica del cuarteo, en la cual se rechazan los dos cuartos opuestos y se mezclan los otros dos, repitiendo el proceso hasta que se obtiene la cantidad de muestra apropiada.

•

Alimentos húmedos

Los alimentos húmedos, como los productos de carne, pescado y vegetales, se picaran en una capoladora mecánica y después se mezclan en un mortero. El proceso se repite por lo menos otra vez antes de pasar la mezcla a un recipiente cerrado que se conserva refrigerado.

•

Alimentos líquidos

Los alimentos embebidos en líquidos, en particular los que contienen frutas y vegetales, como encurtidos, salsas y productos enlatados, se tratan mejor en una batidora de alta velocidad. Sin embargo, debe tenerse cuidado con las emulsiones como la crema de ensalada o las cremas de sopas, ya que el batido puede dar lugar a la separación de la grasa.

•

Alimentos grasos

Los aceites que no estén claros se deben calentar ligeramente (a veces la estearina se separa al enfriar). Por otra parte, la muestra caliente se filtra y las grasas se filtran después de fundirlas. Los antioxidantes presentes se pueden perder si se filtra la muestra a temperatura demasiado alta. Las emulsiones o grasas, como la mantequilla o la margarina, se calientan a 35°C en un recipiente con tapón roscado y se agitan.

138

Capítulo 2

1.3.9 Conservación de la muestra Hay diferentes tipos de conservadores y aditivos que pueden adicionarse a los alimentos, sin embargo, siempre es importante llevar a cabo estudios de vida de anaquel para tener la certeza de que los alimentos llegarán en el mejor estado hasta la mesa.

•

Recipientes

Los recipientes a emplearse generalmente se pueden adquirir en la botica como frascos para conserva o recipientes mandados a fabricar especialmente para el producto en cuestión.

•

Etiquetas

Los alimentos generalmente deben etiquetarse escribiendo nombre del producto, ingredientes, valor nutrimental y lo más importante la fecha límite de consumo de forma que el producto se encuentre en buenas condiciones.

•

Condiciones ambientales

Las condiciones ambientales son un factor a considerar de gran importancia, esto debido a que si el clima es caluroso en exceso, los alimentos corren el riesgo de caducar más rápido.

139

Capítulo 2

Unidad 2 Aplicación de los métodos de análisis RAP 2.1 Interpreta los métodos de análisis aplicados a los alimentos de acuerdo con sus especificaciones técnicas 2.1.1 Métodos de análisis Los métodos de análisis en química analítica, son todos aquellos que fueron desarrollados por primera vez en el mundo, por lo cual son los más antiguos que hay y se clasifican en dos grupos:

•

Métodos Gravimétricos.

•

Métodos Volumétricos.

Los métodos clásicos de análisis son los métodos tradicionales en química analítica y son todos aquellos métodos de análisis químicos que fueron desarrollados por primera vez en el mundo, por lo cual son los más antiguos que hay y se clasifican en dos grupos: •

Métodos Gravimétricos.

•

Métodos Volumétricos.

GRAVIMETRÍA Los métodos gravimetricos se basan en las mediciones de masa. Hay 2 tipos principales de métodos gravimetricos: métodos de precipitación y métodos de volatilización. En los primeros, el analito se convierte en un precipitado poco soluble. Este precipitado se filtra, se lava para eliminar las impurezas y se convierte en un producto de composición conocida mediante el tratamiento térmico adecuado, y finalmente se pesa. En los métodos de volatilización, el analito o sus productos de descomposición se volatilizan a una temperatura adecuada. El producto volátil se recoge y se pesa o, como opción se determina la masa del producto de manera indirecta por la perdida de masa en la muestra. • Los métodos gravimétricos son los métodos más exactos que hay. Por esta razón son considerados como métodos definitivos o primarios en el sistema jerárquico de las mediciones analíticas. •

Uso de la balanza de precisión que esté calibrada.

• Cada proceso gravimétrico tiene sus propios que se relacionan a las transformaciones químicas usadas.

140

problemas

técnicos

Capítulo 2

De extracción. Cromatográficos (columna, papel y capa fina) . Separaciones cromatográficas. La cromatografía es un método muy empleado para la separación, identificación y determinación de los componentes químicos de mezclas complejas. Ningún otro método de separación es tan poderoso ni tiene tantas aplicaciones como la cromatografía. Descripción general de la cromatografía Es difícil definir con rigor el termino “cromatografía” porque el concepto se aplica a una gran variedad de sistemas y técnicas. Sin embargo, todos estos métodos tienen en común el empleo de una fase estacionaria y una fase móvil. Los componentes de una mezcla se pasan a través de una fase estacionaria mediante el flujo de una fase móvil y las separaciones están basadas en las diferencias en la velocidad de migración entre los componentes de la fase móvil. Clasificación de los métodos cromatográficos Los métodos cromatográficos son de 2 tipos fundamentales. En la cromatografía en columna la fase estacionaria se mantiene dentro de un tubo angosto y la fase móvil se hace pasar por un tubo, con presión o por gravedad. En la cromatografía plana, la fase estacionaria esta sujeta por una placa plana o en los poros de un papel. En este caso la fase móvil se mueve a través de la fase estacionaria por acción capilar o por la influencia de la gravedad. Aplicacion de la muestra

Solvente pasando constantementepor la columna

Matriz de la columna

ABSORVENCIA

Separación de proteínas por cromatografía en columna. La muestra se aplica en la superficie de una columna de vidrio o plástico llena con una matriz permeable inmersa en el solvente elegido. Luego, el solvente se hace pasar lentamente por la columna y es recogido en tubos separados. La elución de las proteínas se registra por su capacidad de absorber luz en una longitud de onda de 280 nm. Abajo : Diagrama de elución de las proteínas fraccionadas.

141

Capítulo 2

2.1.2 Métodos de análisis químicos •

Volumétricos

•

Destilación

La técnica de destilación es útil para separar mezclas de compuestos con diferentes puntos de ebullición y consiste en la vaporización del líquido por calentamiento, condensación de dicho vapor y recolección del condensado en otro recipiente. La recolección del condensado se hace de acuerdo con las lecturas de la temperatura en intervalos cortos; el criterio de pureza estará dado en función de la amplitud del intervalo de la temperatura; intervalos cortos de +/- 1ºC indican alta pureza,en cambio intervalos amplios de 5 ºC o más, indica que la pureza del destilado es baja, la figura 17 muestra este proceso.

142

Capítulo 2

3 Métodos de purificación por destilación Objetivo. Purificar reactivos mediante la destilación. Material. Equipo Corning, Termómetro, 2 Probeta de 25 mL Matraz Erlenmeyer de 125, 50, 30 mL. (1 c/u),Tubos de vidrio, 2 Soporte universal, Anillo metálico, Tela de alambre con asbesto, 3 Pinzas para bureta, Recipiente para baño maría, Mechero de Bunsen, Tapones, Bomba de recirculación de agua, Recipiente de 20 L Reactivos. Mezcla a purificar, Etanol agua 1 :1, Agua destilada,Tubos de vidrio, Trozos pequeños de canela, Cáscaras seca de limón, Cáscaras seca de naranja, Café en grano, Manzanilla, Pétalos de rosa (secos), Una botella de aceite Menen

SUSTANCIA Cloroformo Etanol

PM PM PM

CANTIDAD CANTIDAD CANTIDAD

Moles Moles Moles

EQUIV EQUIV EQUIV

P. F. (°C) P. F. (°C) P. F. (°C)

P. Eb. (°C) P. Eb. (°C) P. Eb. (°C)

DENSIDAD DENSIDAD DENSIDAD

Procedimiento: 1. Destilación simple: Monta un equipo de destilación sencilla en el matraz redondo de 50 ml de la mezcla líquida a purificar más dos cuerpos de ebullición, calienta el sistema mediante un baño de aceite. Controla la temperatura, observando que la velocidad del destilado sea de 1 a 2 gotas por segundo, las primeras se recogen por separado hasta que la temperatura permanezca constante, o sea que no varíe ± 2ºC. Recibe el destilado puro en una probeta limpia y seca. En el momento en que la temperatura sufra un cambio brusco coloca otro recipiente y suspende la destilación. Anota las temperaturas de ebullición y volumen para cada fracción e identificar las fracciones del destilado.

143

Capítulo 2

2. Destilación fraccionada: Monta un equipo de destilación fraccionada. En el matraz redondo de 50 ml de la mezcla problema a purificar más dos cuerpos de ebullición, procede a calentar el sistema como en el caso anterior. Recibe el 1er. destilado puro en una probeta limpia y seca, anotando la variación de la temperatura de destilación por cada 2 ml de destilado con base en estas variaciones, separa el primer componente, segundo componente y residuos de destilación.

3. Destilación en corriente de vapor: Monta el equipo de destilación como se muestra en la figura, coloca aproximadamente 75 ml de agua en el matraz generador de vapor y un tubo capilar; en el segundo matraz colocar 8 g de canela cortada en trozos pequeños o el producto natural solicitado. Con el mechero calienta la ebullición del matraz generador de vapor para que el vapor pase al segundo matraz donde se encuentra la canela, o el producto natural en cuestión, extrayéndose de esta manera el aceite esencial del producto natural (canela, limón, café, etc.) que inmediatamente es arrastrada por el vapor de agua en un proceso de codestilado. Suspende el calentamiento cuando el volumen del destilado sea de 25 a 30 ml.

Precaución: el etanol es inflamable, mantén alejado el matraz receptor del etanol de la llama del mechero.

144

Capítulo 2

DATOS AMBIENTALES. Volumen: ____________________m3 del Laboratorio

SUSTANCIA

CANTIDAD

TLV (mg/m3)

EMISIONES (mg)

Cloroformo

CANTIDAD

TLV (mg/m3)

EMISIONES (mg)

Etanol

CANTIDAD

TLV (mg/m3)

EMISIONES (mg)

NOTA.: Cada equipo deberá proporcionar, al menos, 10g del material natural del que se obtendrá su aceite esencial y una botella de Aceite Menen para uso del equipo. Cuestionario

1. ¿Qué criterio seguiste para separar las diferentes fracciones durante las destilaciones que realizó en sus experimentos? Explica. 2. ¿En qué casos es recomendable utilizar la destilación simple y en cuáles la destilación fraccionada? 3. ¿Qué característica, en una sustancia, la hace susceptible de ser aislada por el método de destilación por arrastre con vapor de agua? 4. Escribe las propiedades y características de los aceites esenciales. 5. ¿En qué casos es recomendable utilizar la destilación por arrastre con vapor de agua? 6. ¿Qué finalidad tiene conectar el agua a contra corriente en el refrigerante? 7. ¿En cuál de las destilaciones se aplica la Ley de las presiones parciales de Dalton? ¿Por qué? 8. ¿En cuál de las destilaciones se aplica la Ley de Raoutl? Explica.

145

Capítulo 2

4 Métodos de separación y purificación Objetivo. Aplicar los diferentes conceptos referidos a las técnicas más comunes de separación y purificación de compuestos orgánicos específicos, en base a la característica propia de cada uno de ellos. Introducción Gran cantidad de reactivos químicos comerciales deben purificarse antes de usarlos, después de realizar una reacción química, la mayor dificultad es la separación y purificación de productos deseados. Afortunadamente ha surgido una evolución tanto en el análisis instrumental como en las técnicas, entre estas últimas están las extracciones continua y discontinua, las cromatografías en papel, capa fina y columna así como la cristalización y la sublimación entre otras.

Material. Equipo Corning, Mortero, Espátula,Pipeta 10 Ml, Capa, Recipiente para baño maría, Un matraz Elermeyer de 50 mL, Un matraz Elermeyer de 25 mL, , Anillo metálico, Tela de alambre con asbesto, Mechero de Bunsen, Soporte universal, Pinzas para bureta, Embudo de vidrio, Vasos de precipitado 15 mL, Porta objetos, Micropipeta, Frascos de Gerber de 71 g, Columna de cromatografía, Algodón. Reactivos. Acetato de etilo, Sulfato de sodio anhidro, Etanol,Gel de sílice para cromatografía en capa fina, Hexano, Cloruro de sodio, Gel de sílice 230-400 mallas para columna., Metanol, 10 tabletas de aspirinas (no efervescente), Vegetal muy colorido, Bomba de recirculación de agua.

SUSTANCIA

PM

CANTIDAD

Moles

EQUIV

P. F. (°C)

P. Eb. (°C)

DENSIDAD

Acetato de etilo

PM PM PM PM PM PM PM PM PM

CANTIDAD CANTIDAD CANTIDAD CANTIDAD CANTIDAD CANTIDAD CANTIDAD CANTIDAD CANTIDAD

Moles Moles Moles Moles Moles Moles Moles Moles Moles

EQUIV EQUIV EQUIV EQUIV EQUIV EQUIV EQUIV EQUIV EQUIV

P. F. (°C) P. F. (°C) P. F. (°C) P. F. (°C) P. F. (°C) P. F. (°C) P. F. (°C) P. F. (°C) P. F. (°C)

P. Eb. (°C) P. Eb. (°C) P. Eb. (°C) P. Eb. (°C) P. Eb. (°C) P. Eb. (°C) P. Eb. (°C) P. Eb. (°C) P. Eb. (°C)

DENSIDAD DENSIDAD DENSIDAD DENSIDAD DENSIDAD DENSIDAD DENSIDAD DENSIDAD DENSIDAD

Hexano Etanol Metanol Ácido acetil salicil. Sulfato de Sodio Gel de Sílice Cloruro de Sodio Carbón Activado

146

Capítulo 2

Procedimiento 1. Extracción discontinua: Para separar el aceite esencial se coloca en un embudo de separación cantidades adecuadas del destilado anterior y acetato de etilo, agita el embudo correctamente, (pedir asesoría al profesor) separar la fase orgánica de la fase acuosa –no olvides desechar esta última- repite el procedimiento. Colecta todas las fases orgánicas en un recipiente y secar con sulfato de sodio anhidro, destilar el disolvente y guardar el aceite esencial.

Grasa de silicón

2. Extracción a reflujo. Pulveriza 5 tabletas de un fármaco que contenga principalmente ácido acetil salicílico en un mortero, pesar 1.5 g de polvo fino y colócalos dentro de un matraz equipado para reflujo, y suspéndelos en 7.5 mL. de etanol. Refluir el sistema por 5 minutos en baño maría, al cabo de este tiempo filtrar la solución en caliente, por gravedad, enfriar el filtrado en baño de hielo y separar los cristales por filtración al vacío.

Tubo de secado, equipado con cloruro de calcio o drierita

Termómetro para control (no indispensable)

Entrada y salida de agua

Condensador de reflujo

Matraz de fondo redondo

Cuerpos de ebullición

Fuente de calor

Reflujo en una atmósfera seca

147

Capítulo 2

3. Cristalización. Disuelve los cristales anteriores en 5 ml de Etanol (si presentan color añade una pizca de carbono activado), calienta la solución hasta el punto de ebullición durante 1 minuto, filtrar en caliente por gravedad, al filtrado se le induce la cristalización, separar los cristales de las aguas madres por filtración al vacío, secar el producto y determinar punto de fusión (si éste presenta un rango amplio en la temperatura de fusión recristalizar los cristales). Con los cristales puros y secos calcula el rendimiento.

Embudo Buchner Papel filtro Manguera de hule de latex gruesa

Pinza La punta del embudo en contra de la oliva

Oliva

Pinza

Bomba de vacío

Matraz Kitasato

Trampa para vacío Precaución: el etanol es inflamable, mantén alejado el matraz receptor del etanol de la llama del mechero.

Cubreobjetos

4. Cromatografía en capa fina

Recubrimiento

a). Preparación de las cromatoplacas. Se colocan dos porta objeto limpios y secos en forma de sandwich, se sumergen en una suspensión de gel de silice en acetato de etilo, procurando que quede una capa uniforme en ambos lados de los porta objetos, se dejan secar al medio ambiente o en la estufa por 15 min a 70º C.

148

Gel de silice

Frasco Gerber

Capítulo 2

b). Preparación del pigmento. Coloca aproximadamente 3 hojas verdes y frescas, pétalos de flores de color intenso o chile ancho seco en un mortero, agrega el disolvente adecuado (asesoría del profesor) para la maceración y posteriormente para la extracción, concentra el producto obtenido en baño maría hasta obtener un extracto de 1 mL. c). Aplicación de la muestra: Realizar dos aplicaciones del pigmento con una micropipeta en 3 cromatoplacas, colocar por separado las cromatoplacas en 3 cámaras de desarrollo que contengan 3 ml. de hexano, 3 mL. acetato de etilo y 3 ml metanol respectivamente, retirar la cromatoplaca de la cámara de desarrollo cuando el eluyente alcance la parte superior de la cromatoplaca. Anota tus observaciones, si el pigmento no se observa en el cromatograma, introducir éste en una cámara de revelado que contenga vapores de Yodo, calcular el Rf de cada mancha y sacar una conclusión.

Frasco Gerber

Placa de Cromatografía Papel filtro

Mezcla de elución

5. Cromatografía en columna: a). Preparación de la columna: Sujetar una columna de cromatografía, en un soporte universal con las pinzas para bureta. Introducir hasta el fondo un pedazo de algodón ayudándote con una varilla de vidrio, agregar 1 g de sulfato de sodio anhidro, enseguida una suspensión que contenga 3.0 g. de sílice gel para columna y 7 mL de hexano; el algodón debe quedar colocado uniformemente y sin burbujas. Se golpea ligeramente la columna con los dedos para que el empacado

sea uniforme, teniendo cuidado de no dejar secar la columna. Finalmente se adiciona 1 g. más de sulfato de sodio. b). Aplicación de la muestra. Aplica el extracto a la columna de cromatografía con asesoría del profesor, diluir la mezcla problema con el disolvente y de acuerdo a los resultados obtenidos en la cromatografía de capa fina, recolecta las fracciones de los componentes en la mezcla problema en diferentes tubos de ensayo y saca tus conclusiones.

Tapón

Eluyente

Llave abierta

Divolvente Sulfato de sodio anhidrido

Gel de silice

Sulfato de sodio anhidrido Algodón

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Capítulo 2

DATOS AMBIENTALES. Volumen: ____________________m3 del Laboratorio SUSTANCIA

CANTIDAD

TLV (mg/m3)

EMISIONES (mg)

Acetato de etilo

CANTIDAD CANTIDAD CANTIDAD CANTIDAD CANTIDAD CANTIDAD CANTIDAD CANTIDAD CANTIDAD

EQUIV EQUIV EQUIV EQUIV EQUIV EQUIV EQUIV EQUIV EQUIV

P. Eb. (°C) P. Eb. (°C) P. Eb. (°C) P. Eb. (°C) P. Eb. (°C) P. Eb. (°C) P. Eb. (°C) P. Eb. (°C) P. Eb. (°C)

Hexano Etanol Metanol Ac acetil salicilicode Sodio Sulfato Gel de Sílice Cloruro de Sodio Activado Carbón

NOTA.: Cada equipo deberá proporcional el fármaco y los vegetales coloridos. Cuestionario 1. ¿Qué tipo de técnica de extracción se utiliza para separar el aceite esencial? 2. ¿Qué tipo de técnica de extracción se utilizó para separar el principio activo del fármaco? 3. Describe el proceso de reflujo y sus características. 4. ¿Es posible o no purificar por cristalización un compuesto que presenta impurezas coloridas? Explica tu elección. 5. Escribir las propiedades Físicas, Químicas y Toxicológicas del ácido acetil salicílico. 6. ¿Qué diferencia existe entre una cristalización y una precipitación? 7. ¿Cuáles son las propiedades que debe reunir un disolvente o un par de éstos para usarlos en una recristalización? 8. En el experimento de cromatografía en capa fina. ¿Cuál de las tres formas de elución permitió mayor separación del pigmento? ¿por qué? 9. ¿Cuál es la relación que existe entre la concentración y la intensidad

150

Capítulo 2

de color de la mancha de una sustancia en una cromatografía en capa fina? 10. ¿Qué significa que una sustancia tenga: Rf > 0.5; Rf < 0.5 y Rf = 0.5? 11. ¿Cómo encontró el eluyente adecuado para separar los pigmentos vegetales en la cromatografía en columna? 12. ¿La recuperación cuantitativa del producto principal, en una cromatografía en columna? sería más completa si se recogieran fracciones mayores o menores de 10 ml ¿Por qué?

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Capítulo 2

Volumetría La volumetría es el proceso de medición de la capacidad de combinación de una sustancia por medio de la medición cuantitativa del volumen necesario para reaccionar estequiométricamente con otra sustancia. En general, las valoraciones se realizan agregando cuidadosamente un reactivo de concentración conocida a una solución de la sustancia cuya concentración se desea determinar, hasta que se juzga que la reacción entre ambas es completa; luego se mide el volumen del reactivo empleado. Cuando se quiere llevar a cabo lo que es la preparación de soluciones, patrón de un ácido y una base o sea volumetría de neutralización, hay varios aspectos que se deben considerar, estos son: • Soluciones de reactivos utilizados en acidimetría y alcalimetría, idealmente las sustancias utilizadas como reactivos en los métodos de neutralización deben estar altamente ionizados, que no sean volátiles ni oxidantes, ser estables y no formar sales insolubles durante la valoración. •

Ácidos más utilizados en este tipo de titulaciones:

Ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, ácido perclorico, ácido oxálico (el cual sólo se utiliza para la valoración de bases fuertes) y otros. •

Bases más utilizadas para valoraciones:

Hidróxido de sodio (se debe almacenar la solución en frascos de polietileno, pues aún las soluciones diluidas atacan el vidrio y se contamina con silicatos) hidróxido de potasio y carbonato de sodio, el cual se utiliza en la valoración de ácidos fuertes, únicamente. •

Patrones primarios alcalinos más utilizados:

Carbonato de sodio (valoración de ácidos fuertes), Borax Na2B4O7 *10 H2O y otros. •

Patrones primarios ácidos mas utilizados:

Ácido oxálico, dihidratado, ácido benzóico, ácido sulfámico y ftalato ácido de potasio. El último es el patrón primario ácido más común; la sal utilizada tiene generalmente una pureza muy elevada (99.95%)

152

Capítulo 2

y debe secarse a temperaturas inferiores a 125°C para evitar que se componga; el indicador que se utiliza en la reacción es fenolftatelína y la valoración según la reacción: KOOC - C6H4 - COOH+ ß a KOOC - C6H4 - COO- + H2O •

Otros aspectos importantes en volumetría de neutralización son:

Entre los factores que influyen en la posibilidad de realizar una valoración de un ácido fuerte con una base fuerte, por ejemplo, el límite inferior para la concentración de éstos es de 0.001 N pues si están más diluidos, el cambio de pH al alcanzar el punto estequiométrico se hace muy pequeño para que pueda detectarse por medio de un indicador visual. Antes de realizar una valoración de neutralización debe considerarse cuál será el pH de la solución en el punto estequiométrico para así poder escoger un indicador adecuado para el sistema. En las titulaciones de neutralización deberá bastar, en principio, una sola solución patrón, ácido o base; en la práctica, conviene tener ambas disponibles para lograr una localización más exacta de los puntos finales. Una solución se valora contra un patrón primario; la normalidad de la otra solución se encuentra determinando la razón de volúmenes ácido-base, esto es, los mililitros de ácido requeridos para neutralizar 1.000 ml de base. En el análisis volumétrico, la cantidad de sustancia que se busca se determina de forma indirecta midiendo el volumen de una disolución de concentración conocida, que se necesita para que reaccione con el constituyente que se analiza (analito) o con otra sustancia química equivalente. El proceso de adición de un volumen medido de la disolución de concentración conocida para que reaccione con el constituyente buscado, se denomina valoración. La disolución de concentración conocida es una solución patrón, que puede prepararse de forma directa o por normalización mediante reacción con un patrón primario. El punto final de la valoración se aprecia por un cambio brusco de alguna propiedad del sistema reaccionante, estimado mediante un indicador; este cambio debería presentarse idealmente en el momento en que se haya añadido una cantidad de reactivo equivalente a la de sustancia buscada, es decir, en el punto estequiométrico de la reacción.

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Capítulo 2

Requisitos fundamentales. Para que un proceso sea susceptible de ser aplicado en un método volumétrico debe cumplir con un cierto número de exigencias como las siguientes: • La reacción entre el consituyente buscado y el reactivo debe ser sencilla; la reacción sirve de base a los cálculos. • La reacción debe ser estequiométrica; los cálculos a efectuar con los datos exigen una reacción definida. • La reacción debe ser rápida, con objeto de que la valoración pueda realizarse en poco tiempo. • La reacción debe ser completa en el momento en que se han añadido cantidades equivalentes (estequiométricas) de las sustancias reaccionantes, lo cual permite que puedan realizarse cálculos. •

Debe disponer de una disolución patrón como reactivo valorante.

•

Debe existir un indicador que señale el punto final de la valoración.

•

Deben utilizarse aparatos de medida exactos.

Los métodos titulométricos cuantitativos son de tres tipos: volumétricos, gravimétrico y coulombimétrico siendo el primero el más utilizado. En el análisis volumétrico se utiliza una solución patrón (o titulante patrón) de concentración conocida. La titulación se lleva a cabo añadiendo lentamente, de una bureta, una solución patrón a la solución con el analito hasta que la reacción sea completa. El volumen de reactivo requerido para completar la titulación se determina por diferencia entre las lecturas inicial y final en la bureta. En una titulación, el punto de equivalencia se alcanza cuando la cantidad de titulante agregado es químicamente equivalente a la cantidad de analito presente en la muestra. Algunas veces es necesario añadir un exceso de solución patrón y después valorar el exceso, por retrotitulación, con un segundo reactivo patrón. En este caso, el punto de equivalencia corresponde al punto en que la cantidad de titulante inicial es químicamente equivalente a la cantidad de analito más la cantidad de titulante añadido en la retrotitulación. Titulaciones de ácidos y bases: La titulación es el proceso de determinación de la cantidad de una solución de concentración conocida que se requiere para reaccionar completamente con cierta cantidad de una muestra que se esta

154

Capítulo 2

analizando; a dicha muestra se le llama problema. A los procedimientos analíticos basados en una titulación con soluciones de concentración conocida se le llama análisis volumétrico. En el análisis de soluciones ácidas y básicas, la titulación implica la medición cuidadosa de los volúmenes de ácido y base que se neutralizan entre si. Imagina que tienes una solución de ácido clorhídrico cuya concentración deseas determinar, y en el laboratorio cuentas con una solución normal de una base con una concentración 1.2 N. La titulación se efectúa como sigue. En dos buretas separadas se ponen porciones de las dos soluciones, y en vaso se mide una cantidad conveniente del ácido, digamos 15 ml, usando la respectiva bureta. Alternativamente, se puede tomar del vaso una cantidad conocida del ácido usando una pipeta calibrada, con una pera de succión. Al ácido se le añade un indicador, tornasol o fenolftaleina, y el matraz se coloca debajo de la bureta con base. La base se va añadiendo al vaso, rápidamente al principio, lentamente después y gota a gota en la ultima etapa, hasta que una última gota cause el vire del indicador (cambio de color) dicho cambio es la señal que indica el punto final de la titulación. Al llegar a este punto se ha añadido una cantidad de base que es equivalente en reactividad química a la cantidad de ácido en los 15 ml de la solución desconocida. El volumen total de la base se lee en la bureta.

Puntos de equivalencia y puntos finales El punto de equivalencia de una titulación es un punto teórico que no se puede determinar experimentalmente, pues es el momento en el cual han reaccionado cantidades estequiométricamente equivalentes. Lo único que podemos estimar es su posición observando un cambio físico asociado a la condición de equivalencia que se le conoce como punto final de la titulación. Se debe tener mucho cuidado para asegurar que sea mínima la diferencia de masa o volumen entre el punto de equivalencia y el punto final sin embargo, siempre hay diferencias como consecuencia de cambios físicos no adecuados o de

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Capítulo 2

nuestra incapacidad para apreciarlos. La diferencia de volumen o masa entre el punto de equivalencia y el punto final es el error de titulación. Con mucha frecuencia se agregan indicadores a la solución que contiene el analito para obtener un cambio físico apreciable (el punto final) en o cerca del punto de equivalencia. En las zonas del punto de equivalencia ocurren grandes cambios en la concentración relativa del analito o del titulante. Estos cambios en la concentración ocasionan cambios en la apariencia del indicador, como son la aparición o desaparición de color, cambio de color o aparición o desaparición de turbidez. Con frecuencia se utilizan aparatos para la detección del punto final, los cuales responden a ciertas propiedades de la solución que cambian de manera característica durante la titulación

Patrones primarios Un patrón primario es un compuesto de pureza elevada que sirve como material de referencia en todos los métodos volumétricos y gravimétricos. La exactitud del método depende de las propiedades de este compuesto. Los requisitos más importantes para un patrón primario son: 1. Máxima pureza, se debe contar con métodos establecidos para confirmar su pureza. 2. Cuando la sustancia no es absolutamente pura, todas sus impurezas deben ser inertes respecto a las sustancias que se ponen en juego en la reacción . 3. Las sustancias interferentes que acompañan como impurezas a un patrón primario deben ser susceptibles de identificar mediante ensayos sencillos de sensibilidad conocida. 1. Estabilidad atmosférica. 2. Ausencia de agua de hidratación para evitar que composición del sólido con las variaciones en la humedad relativa. 3. Que sea de fácil adquisición y bajo precio. 4. Solubilidad suficiente en el medio de titulación.

156

cambie

la

Capítulo 2

5. Una masa molar razonablemente grande para disminuir los errores asociados con la operación de peso y que estos sean inferiores a los errores de lectura y drenaje de las buretas.

Son muy pocos los compuestos que cumplen o reúnen estos requisitos, por lo que el químico sólo puede disponer de un numero limitado de patrones primarios. Así, la mayoría de las veces los compuestos con pureza menor son empleados en lugar de un patrón primario.

Propiedades esperadas en las soluciones patrón La solución patrón ideal para un análisis volumétrico deberá: 1. Ser suficiente estable modo que solo sea necesario determinar una vez su concentración; 1. Reaccionar rápidamente con el analito, con el fin de reducir al mínimo el tiempo requerido entre las adiciones de reactivo; 2. Reaccionar con el analito de manera completa, para reacción pueda describirse por una simple ecuación balanceada.

que

esta

Muy pocos reactivos satisfacen todos estos requisitos.

Métodos para establecer las concentraciones de las soluciones patrón La exactitud de un método volumétrico no puede ser mayor que la exactitud de la concentración de la solución patrón empleada en la titulación. Para establecer la concentración de estas soluciones se utilizan dos métodos; el primero es el método directo, en el que una cantidad de patrón primario cuidadosamente pesada, se disuelve en el disolvente adecuado y se diluye a un volumen exactamente conocido en un matraz volumétrico. El segundo método es por estandarización, en el que el titulante que se estandariza se usa para titular 1) un peso conocido de un patrón primario, 2) un peso conocido de un patrón secundario, o 3) un volumen conocido de otra solución patrón. Un titulante que se estandariza con un patrón secundario o contra otra solución patrón, se conoce como solución patrón secundaria,

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Capítulo 2

y su concentración esta sujeta a una mayor incertidumbre. Si se puede elegir, es mejor preparar las soluciones por el método directo. Por otro lado, muchos reactivos carecen de las propiedades requeridas para un patrón primario y deben ser estandarizadas. Métodos para expresar las concentraciones de las soluciones patrón volumétricas Por lo general, las concentraciones de las soluciones patrón se expresan en unidades de molaridad o normalidad. La molaridad proporciona el número de moles de reactivo contenido en un litro de solución; la normalidad da el número de equivalentes de reactivo en el mismo volumen.

Curvas de titulación en los métodos titulométricos Un punto final de una titulación es un cambio físico observable que ocurre cerca del punto de equivalencia. Los dos puntos finales más empleados consisten en 1) un cambio de color debido al reactivo, al analito o a un indicador, y 2) un cambio en el potencial de un electrodo que responde a la concentración del reactivo o del analito. Para poder comprender las bases teóricas de los puntos finales así como el origen de los errores de titulación, se desarrolla una curva de titulación para el sistema. Esta curva de titulación consiste en una gráfica en la que el volumen de reactivo se indica en el eje horizontal, y alguna función del analito o concentración de reactivo en el eje vertical. Las curvas de titulación son gráficas de una variable relacionada con la concentración en función del volumen de reactivo. Las soluciones patrón de ácidos y bases fuertes se usan ampliamente para determinar analitos que por si mismos son ácidos o bases o que se pueden convertir en estas especies por tratamiento químico.

Variables que influyen en el comportamiento de los indicadores. El pH al cual cambia de color un indicador depende de la temperatura y fuerza iónica, así como de la presencia de disolventes orgánicos y de partículas coloidales. Algunos de estos efectos, pueden ocasionar que el intervalo de transmisión cambie por una o más unidades de pH.

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Capítulo 2

Indicadores ácido/base más comunes La lista de indicadores ácido - base es grande, y comprende numerosas estructuras orgánicas (se pueden conseguir indicadores al intervalo que se quiera). La elección del indicador para la titulación de un ácido débil es más limitada que para la de un ácido fuerte.

Soluciones patrón Las soluciones patrón que se emplean en las titulaciones de neutralización son ácidos o bases fuertes, ya que estas sustancias reaccionan completamente con un analito que las correspondientes especies débiles, de manera que se obtienen puntos finales mas definidos. Las soluciones patrón de ácidos se preparan por dilución de ácidos clorhídrico, perclórico o sulfúrico concentrados. Las soluciones patrón alcalinas por lo general se preparan de hidróxido de sodio o potasio sólidos y ocasionalmente de hidróxido de bario. Hay que recordar que cuando se manejen soluciones diluidas de estos reactivos siempre se deben usar lentes para proteger los ojos. Cualquier disolución cuya concentración sea exactamente conocida es una disolución patrón. Pueden prepararse estas soluciones por dos métodos distintos: 1. Método directo: Se disuelve una cantidad exactamente pesada de soluto, de composición definida y conocida, y se lleva a cabo la disolución a un volumen conocido en un matraz volumétrico; la concentración se calcula a partir del peso y volumen conocidos. Para que pueda aplicarse este método el soluto debe ser una sustancia patrón primaria. Este método es especialmente adecuado para la preparación de disoluciones patrón de concentración predeterminada, como exactamente 0.1000 N, o disoluciones que tienen una equivalencia exacta expresada en términos de un constituyente determinado y especificado que se va a determinar. 2. Método indirecto: Gran parte de los compuestos que se utilizan como reactivos valorantes no pueden considerarse como patrones primarios, por lo que sus disoluciones no pueden preparase por el método directo. Por sus disoluciones se preparan medidas aproximadas del peso y del volumen, después se normalizan determinando el volumen exacto de solución necesario para valorar una cantidad exactamente

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Capítulo 2

pesada de un patrón primario. La concentración exacta se determina a partir del volumen de disolución gastado del peso del patrón primario y del peso equivalente que corresponde a la reacción de valoración.

Las titulaciones de neutralización se usan ampliamente para determinar la concentración de analitos que por sí mismos son ácidos, bases o que pueden transformarse en estas especies con un tratamiento adecuado. El agua es el disolvente común para las titulaciones de neutralización ya que es fácil de adquirir, de bajo costo e inocua; a lo cual se suma su bajo coeficiente de expansión por cambio de temperatura. No obstante, algunos analitos no son titulables en medio acuoso debido a su baja solubilidad o porque su fuerza ácida o básica no es suficiente para dar puntos finales adecuados. Así, es frecuente que estos compuestos se titulen en un disolvente distinto del agua.

Las titulaciones de neutralización se utilizan para determinar gran cantidad de especies inorgánicas, orgánicas y biológicas que posean propiedades ácidas o básicas. Igualmente importantes son las numerosas aplicaciones en las que un analito se transforma, con un tratamiento adecuado, en un ácido o base, y posteriormente se titula con un patrón ácido o básico fuertes. Hay dos formas principales para detectar el punto final en las titulaciones de neutralización. La primera, basada en el uso de indicadores y en la segunda el punto final es una medida potenciométrica en la cual se determina el potencial de un sistema de electrodo de vidrio/caomel. El potencial que se mide es directamente proporcional al pH.

160

Capítulo 2

2.1.3 Métodos espectrométricos •

Absorción de energía.

•

Refracción de la luz.

•

Rotación de la luz polarizada.

Rotación del plano de polarización de la luz Cuando la luz polarizada pasa a través de una solución que contiene un compuesto quiral, éste hace que el plano de vibración de la luz gire. La rotación del plano de polarización de la luz se denomina actividad óptica y a las sustancias que giran el plano de polarización de la luz se les denomina óptimamente activas

Polarimetría Un Polarímetro es instrumento que se utiliza para medir la rotación de la luz polarizada provocada por los isómeros ópticos. Consta de una celda tubular o cubeta de muestra donde se dispone la sustancia quiral (o una disolución de la misma) cuya actividad óptica se va a medir; de un dispositivo para hacer pasar la luz polarizada a través de la solución y de un sistema para medir la rotación del plano de polarización de la luz emergente. Se filtra la luz de una lámpara de sodio para que esté formada por una sola longitud de onda (monocromática), ya que la mayoría de los compuestos giran el plano de polarización a diferentes longitudes de onda con intensidad diferente. La longitud de onda que se utiliza con más frecuencia en polarimetría, es la que corresponde a la línea amarilla del espectro de emisión del sodio, denominada línea D del sodio.

La luz monocromática (de un color) de la fuente pasa a través de un polarizador y después atraviesa la celda de la muestra que contiene una solución del compuesto óptimamente activo. Cuando sale de la celda, la luz polarizada se encuentra con otro polarizador móvil. Este filtro es móvil, con una escala que permite que el operador lea el ángulo entre el eje del segundo filtro (analizador) y el eje del primero (polarizador). El operador gira el filtro analizador hasta que se

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Capítulo 2

transmite la máxima cantidad de luz, y se lee la rotación observada con el transportador a escala o escala angular. La rotación observada se simboliza por a (letra griega “alfa”). A los compuestos que giran el plano de polarización de la luz hacia la derecha (sentido de las agujas del reloj) se les denomina dextrógiros, (del griego dexios, “hacia la derecha”); a los compuestos que giran el plano de polarización de la luz hacia la izquierda (sentido contrario al de las agujas del reloj) se les denomina levógiros “hacia la izquierda”. A veces estos términos se simplifican utilizando la inicial d o l. En las reglas de la IUPAC, el sentido de la rotación se especifica mediante los signos (+) o (-): Dextrógiro (rotación del plano de polarización en el sentido de la agujas del reloj): (+). Levógiro (rotación del plano de polarización en el sentido contrario al de las agujas del reloj): (-). Por ejemplo, el isómero del 2-butanol que gira el plano de polarización de la luz en el sentido de las agujas del reloj se nombra como (+)-2-butanol o d-2-butanol. Su enantiómero (-)-2-butanol o l-2-butanol gira el plano de polarización de la luz los mismos grados pero en sentido contrario al de las agujas del reloj.

Rotación específica La rotación angular de la luz polarizada por un compuesto quiral es una propiedad física característica de ese compuesto, igual que el punto de ebullición o la densidad. La rotación (α) que se observa en un polarímetro depende de la concentración de la solución de la muestra y de la longitud de la celda, así como de la actividad óptica del compuesto. Por ejemplo, si la concentración de la solución se duplica, la rotación se duplica; de la misma forma, con una celda de 20 cm se obtendrá el doble de rotación que con una celda de 10 cm para una misma concentración. Para utilizar la rotación de la luz polarizada como una propiedad característica de un compuesto, se han de estandarizar las condiciones de medida. La rotación especifica [α] de un compuesto de define como la rotación que se observa cuando se utiliza una celda de muestras de 10 cm y una concentración de sustancia de 1g/ml. Se pueden utilizar otras longitudes de celda y otras concentraciones, pero la rotación observada se divide entre el producto de la longitud de la celda (l) y la concentración (c): [α] = α (observada) / (c) (l)

162

Capítulo 2

Donde: α (observada)= rotación observada en el polarímetro. c= concentración, g/ml l= longitud de la celda muestra en decímetros (dm) (1)

Manejo del polarímetro La rotación óptica se determina sólo si la lista de compuestos posibles contiene substancias óptimamente activas.

Problema resuelto Cuando uno de los enantiómeros del 2-butanol se coloca en un polarímetro, la rotación observada es de 4.04° en sentido contrario al de las agujas del reloj. La solución se hizo diluyendo 6g de 2-butanol en un total de 40 mL y la solución se colocó en un tubo de 200 Mm. para su medida. Determine la rotación específica para este enantiómero del 2-butanol. Solución Como es levógiro, debe ser (-)-2-butanol. La concentración de 6g en 40 ml= 0.15 g/ml y la longitud de la celda es de 200 Mm. = 2 dm. La rotación específica es: [α]25D = -4.05°/ (0.15) (2) =-13.5°

Descripción del polarímetro Es un aparato que permite medir la actividad óptica y consta de: 1. Una fuente de luz. 2. Un polarizador. 3. Un tubo portador de la sustancia o solución cuya actividad óptica se va a determinar. 4. Un analizador (prisma polarizador móvil) unido a una aguja que nos permite leer en la escala la rotación óptica, con ayuda de un objetivo. 163

Capítulo 2

Funcionamiento 1) Cuando el polarizador y analizador están paralelos se observa luz total. 2) Cuando están cruzados, se observa luz nula. 3) Cuando ellos están en un ángulo entre 0º y 90º se observa luz parcial.

Si partimos de un polarizador y analizador cruzados podrás observar que no hay luz, esto es porque al poner en el tubo la sustancia o solución y se quiere determinar su actividad óptica puede ser que no sea óptimamente activa y tienda se mantenerse en la oscuridad; si es todo lo contrario al girar el plano en que vibra la luz polarizada, un ángulo α, vas a ver algo de luz y debes girar el analizador en ángulo igual al que lo hizo la sustancia para llegar nuevamente a oscuridad total. Hacia la derecha (dextrógira) o hacia la izquierda (levógira).

DIAGRAMA DE UN POLARÍMETRO

164

Capítulo 2

5 Determinación de dextrosa por polarimetría Objetivo. Llevar a cabo la determinación de glucosa anhidra en una solución inyectable mediante el uso del polarímetro.

Fundamento teórico La polarimetría es una técnica de la medición del cambio de dirección de la vibración de la luz polarizada, cuando ésta interactúa con materiales ópticamente activos. La luz no reflejada se comporta como si consistiera de un gran número de ondas electromagnéticas vibrando en todas direcciones alrededor de la dirección de propagación. Si se logra separar de la conglomeración natural, sólo aquellos rangos vibrando en un plano particular, se obtiene entonces la luz polarizada.

Si se mide la rotación de un líquido puro, se calcula la rotación específica mediante la fórmula: [α]= α/dl donde d es la densidad.

Características de la muestra: Se requiere de una solución de glucosa para uso médico. Muestra:

Equipo. Polarímetro

Material y Reactivos. Pipeta graduada de 1 ml., Pipetas volumétricas, Matraces volumétricos de 50 ml,Termómetro, Espátula, Agitador, Solución de dextrosa al 5% comercial, Dextrosa estándar, Hidróxido de amonio 6N, Agua destilada

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Capítulo 2

Procedimiento.

Preparación del estándar. Pesa exactamente muestras de 0.5, 1,1.5, y 3 g de glucosa anhidra y disolver con agua destilada, transferir a matraces de 50 mL, adicionar 0.2 ml de una solución de amoniaco al 1%, afore con agua destilada y mezcla. Deja reposar los matraces preparados a temperatura ambiente durante 30 minutos. Mide la rotación óptica de cada dilución en un tubo de 2 dm.

Preparación de la muestra. Transferir a un matraz volumétrico de 100 ml una muestra que contenga 5g de dextrosa, agregar 0.2 ml de hidróxido de amoniaco y diluir hasta la marca con agua destilada, homogeneizar. Dejar reposar por 30 minutos y determinar la rotación especifica a 25 °C en un tubo de 2 dm.

Cálculos. Construye una tabla con los datos obtenidos.

g de glucosa 0.5 1.0 1.5 2.5 3.0 Problema

Concentración g/ml

α

Elabora una gráfica de g/ml vs. α con los resultados que obtuviste e interpola el valor del problema para obtener la concentración de glucosa en la muestra problema. Concluye sobre la base de los resultados obtenidos.

166

Capítulo 2

2.1.4 Análisis fisicoquímico Proteínas y nitrógeno La palabra proteína proviene del griego protos, que significa "lo primero o lo más importante" . Son grandes moléculas que contienen nitrógeno. Son el componente clave de cualquier organismo vivo y forman parte de cada una de sus células y son para nuestro organismo lo que la madera es para el barco. Cada especie, e incluso entre individuos de la misma especie tienen diferentes proteínas, lo que les confiere un carácter específico tanto genético como inmunológico. La mayor similitud con los humanos, la encontramos entre los animales mamíferos como los bovinos o porcinos y la menor con las proteínas de los moluscos y las de las plantas. Las proteínas están formadas por: carbono, oxígeno, hidrógeno y nitrógeno fundamentalmente, aunque también podemos encontrar, en algunas de ellas, azufre, fósforo, hierro y cobre. Las proteínas se distinguen de los carbohidratos y de las grasas por contener además nitrógeno en su composición (aproximadamente un 16%). Las plantas lo obtienen de los compuestos amónicos y nitratos del suelo, a partir de los fertilizantes químicos, de los abonos orgánicos o de la materia vegetal en descomposición y, en ciertos casos, gracias a la existencia en sus raíces de nódulos formados por bacterias que fijan el nitrógeno atmosférico; el agua del suelo, y el anhídrido carbónico del aire, les suministran el resto de los elementos básicos a partir de los cuales sintetizan sus proteínas. Los animales obtienen la mayor parte del nitrógeno de sus alimentos, tanto de los de origen vegetal como animal. Como producto de su metabolismo, en excrementos o bien tras la muerte del animal, el nitrógeno vuelve al suelo, donde se recicla y comienza de nuevo el proceso. La parte más pequeña en que pueden dividirse son los aminoácidos. Estos aminoácidos son como las letras del abecedario, que con un nº determinado se pueden formar infinidad de palabras. Existen 20 aminoácidos y con ellos se forman todas las proteínas. De estos aminoácidos 8 son esenciales (imprescindibles), es decir, los tenemos que ingerir con la dieta ya que nuestro organismo no los puede obtener de ninguna otra forma.

167

Capítulo 2

Dependiendo de que proteínas se encuentren o no podemos clasificar las proteínas en:

Proteínas completas: tienen todos los aminoácidos esenciales en cantidad suficiente y en la proporción adecuada para mantener la vida y permitir un normal desarrollo y crecimiento. Son denominadas también, de buena calidad o de alto valor biológico (es la capacidad que tiene una proteína, para formar otras nuevas en el individuo que las ingiere). Las encontramos fundamentalmente en los alimentos de origen animal (leche, pescado, carne y huevo), y en la soja de origen vegetal.

Proteínas incompletas: Carecen de alguno de los aminoácidos esenciales, se denomina limitante; permiten la vida pero no el crecimiento y desarrollo. Las encontramos en alimentos de origen vegetal: cereales, legumbres y frutos secos mayoritariamente.

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Capítulo 2

6 Análisis de proteínas determinación de nitrógeno proteínas por el método de KJELDAHL Objetivos: a- Conocer el fundamento del análisis de proteínas por el método de Kjeldahl. b- El estudiante se familiarizará con los equipos y el procedimiento del análisis de proteínas por el método de Kjeldahl y la recuperación de amoníaco. c- El estudiante aprenderá a realizar los cálculos pertinentes para la determinación de nitrógeno en proteínas. Contenido teórico El problema que representa proporcionar proteínas adecuadas a la población del mundo se encuentra en un plano secundario en comparación con el problema de la alimentación mundial. Además de su significado nutritivo, las proteínas juegan un papel importante en las propiedades organolépticas de los alimentos. Pues ellas ejercen una influencia controladora en la textura de los alimentos provenientes de fuentes animales. El contenido proteico del trigo y su harina es considerado como uno de los mejores indicadores de la calidad de la panificación. El análisis para la determinación de proteínas, a pesar de no estar incluido generalmente como factor de clasificación en los estándares de granos se acepta como un factor comercial. Las proteínas existen en los alimentos en combinación física o química con carbohidratos o lípidos. Las glucoproteínas y las lipoproteínas afectan las propiedades reológicas de las soluciones alimenticias o poseen aplicaciones técnicas como emulsificantes comestibles. El "envejecimiento" de la carne está relacionado con cambios químicos en las proteínas. Las proteínas naturales puras poseen poco sabor. Durante el proceso de calentamiento (ebullición, panificación, asado) las cadenas laterales de aminoácidos se degradan o interactúan con otros componentes de los alimentos (ejemplo, la lisina con los azúcares reductores) para conferir sabores típicos. El calentamiento excesivo puede, por otro lado, reducir el valor nutritivo.

169

Capítulo 2

El analista de alimentos comúnmente desea saber el contenido proteico total de los alimentos, aunque dicho contenido esté conformado por una mezcla compleja de proteínas. Actualmente todos los métodos para determinar el contenido proteico total de los alimentos son de naturaleza empírica. El aislamiento y pesado directo de la proteína proporcionaría un método absoluto, sin embargo dicho método es llevado a cabo sólo a veces en investigaciones bioquímicas pero es completamente impráctico para el análisis de alimentos. En 1883 el investigador danés Johann Kjeldahl desarrolló el proceso básico del conocido método actual de análisis de proteínas por el método Kjeldahl para analizar nitrógeno orgánico. En esta técnica se digieren las proteínas y otros componentes orgánicos de los alimentos en una mezcla con ácido sulfúrico en presencia de catalizadores. El nitrógeno orgánico total es convertido en sulfato de amonio, la mezcla digerida se neutraliza con una base y se destila posteriormente en una solución de ácido bórico. Los aniones del borato así formado se titulan con HCl estandarizado, lo cual se convierte en el nitrógeno de la muestra. El resultado del análisis representa el contenido de proteína cruda del alimento ya que el nitrógeno también proviene de componentes no proteicos. Así, Kjeldahl usó originalmente permanganato de potasio para llevar a cabo el proceso de oxidación sin embargo, los resultados no fueron satisfactorios de manera que este reactivo se descartó. En 1885 Wilforth encontró que se podía acelerar la digestión con ácido sulfúrico añadiendo algunos catalizadores. Gunning en 1889 sugirió la adición de sulfato de potasio para elevar el punto de ebullición de la mezcla de la digestión para acortar la reacción. Por lo tanto, el procedimiento de esta técnica es más correctamente conocido como Método Kjeldahl-Wilforth-Gunning. FUENTES DE ERROR. Constituyen fuentes de error en este método la inclusión de nitrógeno no protéico como parte de la proteína; la pérdida de nitrógeno durante la digestión, la digestión incompleta de la muestra. Las proporciones excesivas de sulfato de sodio o potasio que se añaden al ácido (para elevar el punto de ebullición) pueden resultar

170

Capítulo 2

en una descomposición por calor y la consecuente pérdida de amoníaco. Generalmente se recomiendan temperaturas de digestión de 370-410°C. También puede ocurrir pérdida de nitrógeno si se utiliza demasiado selenio o la temperatura de la digestión no se controla cuidadosamente; las condiciones son aún más críticas que con el cobre o el mercurio cuando se usan como catalizadores. ESTRATEGIA. En la práctica comercial se tienen que analizar un gran número de muestras diariamente, así que se utilizan estrategias que ahorran tiempo de análisis. En el análisis de la harina de trigo se digiere 1 gramo de muestra usando una cantidad conocida de ácido sulfúrico 0.1253N y titulando (mediante una bureta de lectura invertida) con hidróxido de sodio 0.1253N, así se hace posible reportar el porcentaje de proteína directamente de la lectura de la bureta.

Reacciones llevadas a cabo en el método de KJELDAHL Digestión

Neutralización y destilación

Titulación El anión borato (proporcional a la cantidad de nitrógeno) es titulado con HCl estandarizado:

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Capítulo 2

Material. 1 matraz de digestión Kjeldahl con capacidad de 125 mll 1 matraz de Erlenmeyer de 10 mll 1 matraz volumétrico de 100 mll 1 mechero de Bunsen. 2 pinzas (nueces). 1 soporte universal. 1 pipeta de 5 ml 1 pipeta de 10 mll 1 frasco gotero de 25 mll 1 frasco ámbar con capacidad de 1 litro. 1 piseta grande con agua destilada. 1 microbureta. 3 cuerpos de ebullición. 1 par de guantes de asbesto. 1 pinzas largas. 1 embudo de cristal chico o mediano. Equipo. Aparato digestor Kjeldahl (1 para todo el grupo). 1 aparato destilador micro Kjeldahl (1 por equipo). Reactivos. Verde de bromocresol al 0.1% diluido en alcohol al 95%. Rojo de metilo al 0.1% diluido en alcohol al 95%. Ácido bórico al 2%. Ácido clorhídrico 0.01N (solución valorada). Hidróxido de sodio al 30%. Ácido sulfúrico concentrado. Mezcla catalizadora para la digestión: 2.5 g de dióxido de selenio + 100 g de

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sulfato de potasio + 20 g de sulfato de cobre pentahidratado (proporcionada por la coordinación de laboratorios). Método. 1. Mezcla Indicadora. Prepara por separado los indicadores verde de bromocresol al 0.1% y el rojo de metilo al 0.1% diluidos en alcohol al 95%. Mezcla 10 ml de verde de bromocresol con 2 ml de la solución de rojo de metilo en un frasco gotero.

Capítulo 2

2. Ácido Bórico al 2%. Disuelve 10 g de ácido bórico (en cristales) en 500 ml de agua destilada hirviendo. Después de que se enfríe transfiere la solución a un frasco tapado. Se conserva indefinidamente. 3. Ácido Clorhídrico 0.01N. Prepare un litro y valórela con una solución de NaOH de la misma normalidad. 4. Hidróxido de Sodio al 30%. Disuelva 150g de perlas de hidróxido de sodio en 350 ml. de agua destilada. Almacene la solución en un frasco ámbar con tapón de vidrio. 5. H2SO4 concentrado. 6. Catalizadores para la Digestión. Mezcle 2.5g de dióxido de selenio (SeO2), 100g de sulfato de potasio (K2SO4) y 20 g de sulfato de cobre pentahidratado (CuSO4 . 5H2O).

Procedimiento. DIGESTIÓN. 1. Pesa exactamente 0.15g de harina de trigo en un matraz de microKjeldahl cuidando que la muestra no se adhiera a las paredes o al cuello del matraz. 2. Añade 2.5 ml. de H2SO4, dos perlas de ebullición y aproximadamente 1.0 g de mezcla catalizadora. 3. Somete a digestión la muestra en el aparato de micro Kjeldahl bajo una campana de extracción, con el matraz ligeramente inclinado usando baja temperatura al inicio y aumentando el calor a medida que procede la digestión, rotando los matraces de vez en cuando para asegurarse de que se digiera toda la muestra. La digestión terminará cuando el color de la muestra sea azul-verde claro. El proceso tomará aproximadamente 90 minutos. 4. Enfría el matraz durante unos 4 minutos para que no se endurezca al solidificarse la muestra. 5. Añade 7 ml. de H2O cuidadosamente, poco a poco, a la muestra digerida. Mezcla y permite que se enfríe.

173

Capítulo 2

DESTILACIÓN. 6. Enciende la unidad destiladora. 7. Si es posible ajusta la velocidad de destilación a aproximadamente 5 ml por minuto. 8. Abre la llave del agua para tener H2O circulando por el refrigerante todo el tiempo. 9. Añada la muestra a la cámara de ebullición por medio de un embudo (para recuperar las perlas de ebullición) y enjuaga el matraz con aproximadamente 5ml de H2O destilada. 10. Coloca 1 frasco Erlenmeyer con 10 ml de ácido bórico y 2 gotas de indicador bajo la salida de destilación. 11. Añade aproximadamente 10 ml. de la solución de NaOH a la cámara de ebullición LENTAMENTE. La mezcla digerida se tornará oscura (azulgris o café oscuro). Si no cambia de color añade más NaOH. 12. Deja un poco de NaOH en la copita superior del destilador. 13. Colecta aproximadamente 20 ml del destilado (4-5 minutos). El destilado estará listo para ser titulado cuando se torna verde en el matraz receptor. 14. Retira el matraz de Erlenmeyer y limpia la unidad destiladora enjuagando la cámara de ebullición varias veces con agua destilada cada vez que se añada agua destilada hasta llenar la copita superior de la unidad destiladora para el enjuague (deja que ésta hierva primer). Luego abre la llave de la parte que permite salir las muestras hacia fuera de la unidad destiladora, una vez vacía procesa la muestra. Si queda todavía un poco de agua en el fondo permite que hierva para que se vaya hacia la segunda parte de la unidad destiladora. El matraz estará listo para recibir la segunda cantidad de agua destilada (para lavar la unidad destiladora), esta operación se repite al menos unas 4 veces.

NOTA: La llavecita de la segunda parte de la unidad destiladora (que conduce la muestra procesada hacia el vasito permanece cerrada en posición horizontal) durante el procesamiento de la muestra. Sólo se abre cuando se enjuaga el destilador.

174

Capítulo 2

Titulación 15. Titula la muestra con 0.1N de HCl. Un color violeta indica el punto final de la titulación. Compárese este color con el del blanco. Cada equivalente del HCl usado corresponde a un equivalente de NH3 o a un equivalente de N en la muestra original. El peso del N en mg está dado por miliequivalentes del ácido X 14 (el peso equivalente del N). Recuperación de amoníaco Una posible fuente de variación en este método es la pérdida del gas amoníaco o una falla en atrapar el amoníaco en el ácido bórico. Esto puede ocurrir en diferentes pasos del proceso. Una técnica para buscar la recuperación del amoníaco consiste en destilar cantidades conocidas de amoníaco líquido y titularlo con HCl. Se obtendrá otra vez el color púrpura en el ácido bórico. Mientras se digieren las muestras, se puede destilar una solución de sulfato de amonio. Añade 5, 10 o 15 ml (mediante una pipeta) de solución de sulfato de amonio a la cámara de ebullición de la unidad destiladora. Enjuágala después con agua destilada y, si es posible, desionizada. Coloca inmediatamente la punta de la unidad destiladora en 10 ml de ácido bórico + indicador. Debes de colectar aproximadamente 20 ml. de destilado. Titula la muestra con el HCl estandarizado, registre los ml. de HCl empleados y calcule el peso del nitrógeno en el (NH4)2SO4. Cálculos Moles de HCl = Moles de NH3 = Moles de N en la muestra. % N = NHCl x muestra mol

Volumen de ácido corregido

x

14 g N

x

100g de

En donde: NHCl = Normalidad del HCl en moles/1000ml. Volumen del ácido corregido = (ml. del ácido estandarizado para la muestra) - (ml. de ácido estandarizado para el blanco). 4 = Peso atómico del nitrógeno. Se utiliza un factor para convertir el porcentaje de N a por ciento de proteína cruda. El porcentaje de N en proteína para la harina de trigo es de 18% y su factor de conversión es de 5.70.

175

Capítulo 2

Grasas Los lípidos son un conjunto muy heterogéneo de biomoléculas cuya característica distintiva -aunque no exclusiva ni general- es la insolubilidad en agua, siendo por el contrario, solubles en disolventes orgánicos (benceno, cloroformo, éter, hexano, etc.). Están constituidas básicamente por tres elementos: carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O); en menor grado aparecen también en ellos nitrógeno (N), fósforo (P) y azufre (S). Los lípidos pueden encontrarse unidos covalentemente con otras biomoléculas como en el caso de los glicolípidos (presentes en las membranas biológicas). También son numerosas las asociaciones no covalentes de los lípidos con otras biomoléculas, como en el caso de las lipoproteínas y de las estructuras de membrana. (1)

Las grasas y los aceites se diferencian uno del otro porque a temperatura ambiente los aceites son líquidos oleosos, esta característica está dada porque son triglicéridos no saturados, mientras que las grasas presentan ácidos grasos saturados. Los lípidos están presentes en los aceites vegetales, tales como, maíz, girasol, oliva, cacahuete y otros, dichos aceites son ricos en ácidos grasos insaturados. También están presentes en las grasas de origen animal, tales como, la manteca, margarina o mantequilla, tocino etc. Estos productos son ricos en ácidos grasos saturados. Por el contrario las grasas de los pescados están provistas en su mayoría de ácidos grasos insaturados. (2)

Los alimentos que generalmente ingerimos están compuestos en la mayoría de los casos por una combinación de ácidos grasos saturados y ácidos grasos insaturados, los primeros son más difíciles de ser usados por el organismo ya que tienen menos posibilidades de combinarse con otras moléculas, están limitadas por estar todos sus posibles puntos de enlace ya utilizados o "saturados". Esta dificultad para combinarse con otros compuestos hace que sea difícil romper sus moléculas en otras más pequeñas que atraviesen las paredes de los capilares sanguíneos y las membranas celulares. Por eso, en determinadas condiciones pueden acumularse y formar placas en el interior de las arterias (arteriosclerosis). (3)

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Capítulo 2

En medios acuosos los lípidos son incapaces de formar soluciones verdaderas; algunos tienen un grupo polar en los extremos de la molécula por lo que en medios acuosos pueden formar: micelas, monocapas y bicapas que son grupos macromoleculares con gran cantidad de lípidos. Los lípidos son moléculas anfipáticas (igual que los detergentes) cuya acción se debe a su facilidad para formar micelas. (1)

Las Grasas Saturadas se encuentran principalmente en aquellos alimentos de origen animal, por ejemplo, carne bovina, cordero, cerdo, pollo etc. También están presentes en la yema de los huevos, en los derivados lácteos tales como, cremas, natas, leche y queso, también tienen grandes cantidades de grasas saturadas algunos mariscos especialmente las gambas, langostas, cangrejos. (2)

Cuando las Grasas Insaturadas se presentan en forma líquida, reciben el nombre de aceites, los más comunes de origen vegetal son el aceite de maíz, girasol o de soja. Cabe destacar que estos aceites pueden convertirse en compuestos semi-sólidos mediante el proceso químico denominado hidrogenación, por lo tanto esta grasa pasaría a comportarse como saturada, este es el caso de productos como la manteca, margarina y mantequilla. (3)

(1)http://www.biologia.edu.ar/macromoleculas/lipidos. htm#Comportamiento%20en%20solución (2) http://www.portalfitness.com/nutricion/grasas/principal.htm (3) http://www3.usal.es/~dbbm/modmol/modmol03/mm03t02.htm

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Capítulo 2

7 Características de lípidos Objetivos: Demostrar algunas características de los lípidos. Hipótesis: Los lípidos fuera de los organismos tienen propiedades químicas y físicas que pueden fácilmente ser estudiadas.Introducción

Material •

Agua.

•

2 Platos desechables.

•

Cucharas desechables.

•

Color vegetal rojo.

•

Tijeras.

•

Detergente en polvo.

•

3 vasos tequileros.

•

Aceite para cocinar.

•

Navaja de precisión.

•

2 Botellas de plástico.

•

Papel de estraza.

•

Alcohol.

•

1 Taza de peltre.

•

Intestinos de pollo.

•

3 Goteros.

Procedimiento 1. La arteria tapada. * Lavar los intestinos de pollo y cortarlos en pequeños trozos. * Colocarlos en una taza de peltre con un poco de agua hirviendo de 20 a 30 minutos y después dejar enfriar un poco. * En un vaso tequilero coloca aproximadamente la mitad de agua y unas gotas de color vegetal. * Con una cuchara desechable, toma la parte aceitosa de la taza de peltre (se encuentra hasta arriba) y agrégalo lentamente escurriéndola

178

Capítulo 2

por la pared del vaso tequilero, sin que se revuelva con el agua y formando dos capas a esto se llama estratificar. * Deja reposar por unas horas en el refrigerador, después coloca un plato desechable sobre el vaso tequilero, y con cuidado voltéalo de cabeza e sobre el plato. * Anotar las observaciones.

2. Mancha translúcida. - Cortar un pedazo de papel estraza y márcalo con tres espacios. - A cada espacio pon el nombre de: agua, alcohol y aceite. - Agrega con un gotero un poco de agua y colócalo en el papel en su respectivo nombre. - Repite lo mismo con el alcohol y el aceite para cocinar. - Dejar que las gotas se impregnen y verlas a la luz de una ventana. - Deja el papel secar durante 30 minutos hasta que las manchas a la luz.

vuelvas

a ver

- Explicar que pasa.

3. Mezclar agua y aceite. • Con una navaja corta una botella de plástico (Aproximadamente a ¾.) para que quede como un tubo. •

Coloca dos copas tequileras de aceite para cocina.

•

Con cuidado añade lentamente una copa tequilera de agua.

•

Observa el fenómeno.

para

agua

• Repite el experimento en otra botella, pero ahora colocando primero el agua y después el aceite. • Agrega una cucharada de detergente en polvo en cada una de las botellas y agita un poco evitando que se formen burbujas. •

Observa y discutir los resultados.

179

Capítulo 2

Análisis y discusión En los tres procedimientos realizados podemos observar algunas de las características de los lípidos como son: En la primera parte, pudiste observar como a temperatura ambiente el aceite es líquido y al hacerse sólido (refrigerándolo) pasa a formarse un sólido que impide el paso del agua por su hidrofobicidad de los lípidos. En la segunda parte, observaste que sólo los lípidos dejan una mancha en el papel lo que te da una pauta para poder identificarlos. En la última fase, se observa otra de las características muy importantes de los lípidos: su insolubilidad en el agua, además se pudo ver que llegan a formar micelas -como el detergente con el agua- lo que ayudó por unos instantes a que el aceite pudiera romper sus enlaces y disolverse un poco en agua. • Los lípidos se encuentran en forma líquida (aceites) y sólida (grasas) a temperatura ambiente. •

Los lípidos se pueden reconocer por la mancha que dejan en un papel.

•

Los lípidos no se mezclan ni son solubles en el agua.

• Los detergentes ayudan a solubilizar a las grasas y los aceites en el agua. •

Los lípidos pueden formar micelas.

Cuestionario y actividades extraclase

1. ¿Qué son los lípidos? 2. Menciona algunos ejemplos de lípidos. 3. Menciona algunos componentes de las grasas. 4. ¿Qué son las grasas insaturadas? 5. Da algunos ejemplos de lípidos y su importancia en el área de los alimentos.

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Capítulo 2

•

Sólidos

•

Cloruros

•

Hidratos de carbono

En la determinación de almidón se puede observar el análisis físico químico de los sólidos, cloruro e hidratos de carbono: Si se toma un bolillo o una tortilla y se le adiciona una solución de yodo observarás cambios pues el trigo, pan y tortilla contienen almidón y por ende el almidón forma un complejo con el yodo, tal y como lo indica la siguiente reacción: I2+almidón complejo azul oscuro (4)

Para que se forme el color azul oscuro se necesita que haya el suficiente yodo molecular para reaccionar con el almidón pero ese yodo molecular no se form mientras se presete el ion hidrogenosulfito

Entre más almidón tiene un alimento más azul se pone la mezcla, tal fue el caso de la tortilla de maíz que se puso más azul en comparación con el trigo. •

Acidez.

La acidez de un alimento se puede determinar por el valor de Kpa, relacionado con el pH. •

Alcohol.

La cantidad de alcohol en una sustancia se determina por los grados Gay Lussac de la sustancia. Adicionalmente puede evaluarse midiendo el %vol o los porcentajes de alcohol presentes. Una bebida normal como una cerveza puede contener hasta 13 o GL. • PH. El pH es el logaritmo común del número de litros de disolución que contienen un equivalente gramo de iones hidrógeno. Los valores de pH de algunos alimentos y productos corrientes son:

Alimento.

pH

Ácido cítrico. 2,0 Limón. 2,2-2,4 Vinagre. 2,4-3,4 Manzana. 2,9-3,3 Pan. 5,0-6,0 Col. 5,2-5,4 Harina. 6,0-6,5 Pescado. 6,0-6,3 181

Capítulo 2

8 La acidez medida por el valor de pH es un importante factor para el control de muchos procesos, tanto naturales como de fabricación. Es considerado de gran importancia en la conservación y almacenamiento de alimentos, por su efecto inhibidor del desarrollo de microorganismos y enzimas. En general, las bacterias son mas sensibles a los iones hidrógeno que los fermentos y los mohos. El valor del pH afecta además a diversas propiedades físicas de algunos alimentos, por ejemplo, la textura y la estabilidad o resistencia de los geles de gelatina. Junto con la humedad, la determinación de pH es, probablemente, la que con más frecuencia se realiza en la industria de la alimentación. •

Materia seca, humedad y cenizas.

Humedad y sólidos totales. En la mayoría de las industrias de alimentación, la humedad se suele determinar a diario los niveles máximos se señalan frecuentemente en las especificaciones comerciales. Para ello existen varias razones, principalmente las siguientes: • El comprador de materias primas no desea adquirir agua en exceso. • El agua, si esta presente por encima de ciertos niveles, facilita el desarrollo de microorganismos. • Para la mantequilla, margarina, leche desecada y queso esta señalado el máximo legal. • Los materiales pulverulentos se

aglomeran en presencia de agua, por ejemplo, azúcar y sal. • La humedad del trigo debe ajustarse adecuadamente para facilitar la molienda. • La cantidad de agua presente puede afectar la textura: por ejemplo en las carnes curadas. • La determinación del contenido en agua representa una vía sencilla para el control de la concentración en las distintas etapas de la fabricación de alimentos.

A veces, es difícil la determinación exacta del contenido total en agua. En la práctica es suficientemente apropiado cualquier método que proporcione una buena repetibilidad con resultados comparables, siempre que ese mismo procedimiento se siga estrictamente en cada ocasión. Aparte del uso de refractómetros e hidrómetros para obtener medidas indirectas en el caso de sólidos disueltos; los métodos principales para la estimación de la humedad y de los sólidos totales pueden clasificarse bajo alguno de los siguientes grupos: 1. Métodos de secado, en los cuales el agua se elimina por el calor o por agentes desecantes. 2. Métodos de destilación directa. 3. Métodos eléctricos rápidos.

182

4.Métodos químicos.

Capítulo 2

Análisis bromatológico básico. Determinación de humedad en los alimentos. Objetivos: Familiarizarte con el sistema de secado al horno y los cálculos para determinar el contenido de humedad de una muestra de harina de trigo. De igual manera conocer las técnicas de determinación de cenizas en seco y el uso de la mufla, así como los cálculos para evaluar el contenido de cenizas en una muestra de harina de trigo. Determinación de humedad. La determinación de humedad puede ser el análisis más importante llevado a cabo en un producto alimentario y, sin embargo, puede ser el análisis del que es más difícil obtener resultados exactos y precisos. La materia seca que permanece en el alimento posterior a la remoción del agua se conoce como sólidos totales. Este valor analítico es de gran importancia económica para un fabricante de alimentos, ya que el agua es un “llenador barato”, así: El contenido de humedad es un factor de calidad en la conservación de algunos productos, ya que afecta la estabilidad de: frutas y vegetales deshidratados, leches deshidratadas; huevo en polvo, papas deshidratadas y especias. La determinación de humedad se utiliza como factor de calidad de: jaleas y ates, para evitar la cristalización del azúcar; jarabes azucarados, cereales preparados - convencionales (4-8%); inflados (7-8%). Se utiliza una reducción de humedad por conveniencia en el empaque y/o embarque de: leches concentradas, endulzantes; productos deshidratados (éstos son muy difíciles de empacar si poseen un alto contenido de humedad) y jugos de frutas concentradas. El contenido de humedad se especifica a menudo en identidad, así, el queso cheddar debe tener