Resonancia Magnética Nuclear (RMN)

• Permite el estudio de la estructura molecular a través de un fenómeno que ocurre por la interacción de radiación electromagnética en el orden de las radiofrecuencias con los núcleos de ciertos átomos inmersos en un campo magnético estático externo.

Alcances de la técnica

• La elucidación de compuestos pequeños en la química orgánica.
• La determinación de estructuras de moléculas biológicas y sus interacciones.
• El estudio cinético de reacciones.
• El diseño racional de drogas y el diagnóstico por imágenes en medicina.

Análisis no dirigido: Comparación de alto rango de ingredientes. No requiere conocimiento previo de composición. Aplica tecnologías ómicas. Genera huella metabólica. Dominante en estudios recientes.

Técnicas espectroscópicas de RMN:

• RMN de alta resolución ¹H.
• Experimentos 2D para la identificación.
• RMN de campo bajo.

Espectroscopia Infrarroja (IR)

Rangos del Espectro Electromagnético:

• UV: 200-400 nm (0.2-0.4 µm)
• Vis: 400-800 nm (0.4-0.8 µm)
• IR: 800-1,000,000 nm (0.8-1000 µm)

Se incide radiación del EEM en el rango IR sobre las moléculas. Los enlaces vibran y medimos la energía asociada a esa vibración. Los enlaces se estiran o flexionan.

Obtenemos un espectro IR para realizar análisis cuantitativo y cualitativo.

Vibraciones observadas

• Estiramientos: Simétricos y asimétricos.
• Flexiones:
  • En el plano: Tijereteo, balanceo.
  • Fuera del plano: Aleteo, torsión.

Debe haber un momento dipolar; cada vibración tendrá una energía específica. Cada tipo de enlace requiere de diferente energía para estirarse o flexionarse; los estiramientos y flexiones que se generan nos dan información de los grupos funcionales presentes en las moléculas.

• Eje Y: Absorbancia.
• Eje X: Número de onda.
• Huella digital: 1500-500 cm⁻¹.

Propiedades Físicas de los Alimentos

Conocer estas propiedades es fundamental para el diseño de productos, optimización de procesos y control de calidad.

Categorías de Propiedades

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

Tamaño, Forma, Volumen y Atributos Relacionados

Incluye: Tamaño, Forma, Volumen, Distribución de partícula, Densidad, Porosidad, Tamaño de poro y Encogimiento. Son propiedades clave utilizadas para tamizado, clasificación, control de calidad, flujo y transferencia de calor/masa.

• Tamaño: Clasificación de frutas y hortalizas, granos, calidad de sólidos, tamizado y procesos de extracción.
  • Técnicas: Tamizado, elutriación con aire, sedimentación.
  • Variable: Distribución, distancia.
  • Propiedad obtenida: Espesor, tamaño de partícula.
  • Importancia: Clasificación de frutas y hortalizas, separación de materiales extraños.
• Forma:
  • Parámetros: Esfericidad, razón de aspecto, radio de curvatura, ángulo de reposo.
  • Importancia: Afectan el flujo y comportamiento mecánico. Selección y clasificación industrial.
  • Técnicas de medición: Embudo (caída libre), medición geométrica.
  • Variables: Ángulo de reposo.
  • Propiedad: Fluidez del material, geometría del alimento.
• Distribución del tamaño de partícula: Influye en la funcionalidad y calidad del producto final.
  • Métodos: Elutriación, sedimentación/centrifugación, tamizado.
  • Variables: Cantidad, porcentaje en cada fracción de tamaño.
  • Propiedad: Tamaño, distribución de partícula.
  • Importancia: Afecta solubilidad. Crucial para calidad de harinas, bebidas en polvo y alimentos instantáneos.
• Volumen: Clave para la textura y apariencia (“ojo”).
  • Métodos: Dimensiones, desplazamiento de líquido, procesamiento de imágenes.
  • Variables: Desplazamiento o dimensiones.
  • Propiedad: Volumen total del alimento.
  • Importancia: Relacionado inversamente con la textura. Afecta la aceptación sensorial.
• Densidad: La calidad de los alimentos se puede evaluar midiendo su densidad.
  • Importante en: Procesos de separación como centrifugación y sedimentación, transporte hidráulico y neumático de polvos particulados.
  • Técnicas: Densímetro, método gravimétrico.
  • Variables: Masa, volumen.
  • Propiedad: Densidad real y aparente.
  • Importancia: Cálculos de sedimentación, centrifugación y transporte de polvos.
• Porosidad: Propia de alimentos secos e intermedios. Se mide de manera directa determinando el volumen del material poroso y el volumen del material tras la destrucción de poros.
  • Técnicas: Medición directa, métodos ópticos.
  • Variables: Volumen de los sólidos.
  • Propiedad: Porcentaje de poros en los alimentos.
  • Importancia: Define la textura.

Propiedades Reológicas

Estudian el comportamiento de flujo y deformación de sistemas alimentarios. La reología evalúa la viscosidad y textura, datos esenciales para la calidad, diseño de procesos e ingeniería.

• Técnicas: Viscosímetros, reómetro.
• Variables: Fuerza de cizalla, torque.
• Propiedad: Viscosidad, flujo.
• Importancia: Control y calidad de salsas y mieles, diseño de tuberías.

Tipos de fluido:

• Fluidos viscosos y pseudoplásticos.
• Fluidos dependientes del tiempo: Reopéctico, Tixotrópico.

Textura

Propiedad clave para la aceptación del alimento. Se mide sensorial o instrumentalmente.

• Técnicas: Texturómetro, farinógrafo.
• Variables: Fuerza, distancia.
• Propiedad: Dureza, elasticidad, adhesividad, viscosidad.
• Importancia: Atributo crítico en la aceptación del consumidor.

Tipos de ensayo:

• Compresión: Distancia que un alimento se comprime.
• Ruptura-flexión: Fuerza requerida para flexionar o romper.
• Cizalla de corte: Fuerza necesaria para cortar un alimento.
• Punción: Fuerza necesaria para empujar la sonda dentro del alimento.
• Penetración: Distancia que un cono o aguja se hunde.
• Análisis de Perfil de Textura (TPA): Comprime dos veces un alimento del tamaño de un bocado para simular la mordida. Mide dureza, cohesividad, elasticidad, etc.

Instrumentos para textura: Texturómetro, farinógrafo, extensógrafo/alveógrafo, amilógrafo.

Propiedades Térmicas y Electromagnéticas

Propiedades Térmicas

Importantes en el diseño de procesos. Incluyen: conductividad, calor específico, difusividad y entalpía.

• Técnicas: Calorímetro, calorimetría diferencial de barrido (DSC).
• Variables: Energía, temperatura, flujo de calor.
• Propiedad: Conductividad térmica/eléctrica.
• Importancia: Diseño de procesos de cocción, asegura seguridad alimentaria y eficiencia energética.

Propiedades Electromagnéticas

Incluyen el color y las propiedades dieléctricas.

• Color: Depende de la absorción de longitudes de onda. Escala principal: CIELAB.
  • Técnicas: Espectrofotómetros, colorímetros.
  • Variables: Absorbancia.
  • Propiedad: Color.
  • Importancia: Determina aceptación visual y control de calidad en frutas, carnes, jugos y panificados.
• Propiedades Dieléctricas: Capacidad del alimento de absorber energía de microondas y convertirla en calor.
  • Técnicas: Equipos medidores de permitividad dieléctrica.
  • Variables: Constante dieléctrica.
  • Propiedad: Capacidad de absorción de energía.
  • Importancia: Diseño de procesos de calentamiento por microondas.

Actividad de Agua y Propiedades Superficiales

• Actividad de agua (aw) y sorción: Incluye propiedades coligativas, isotermas y modelos.
  • Técnicas: TGA (TBS), higrómetros.
  • Variable: Ganancia o pérdida de peso, presión de vapor, humedad.
  • Propiedad: Higroscopicidad, aw.
  • Importancia: Control de crecimiento microbiano y determinación de vida de anaquel.
• Propiedades superficiales: Tensión superficial, actividad superficial, tensión interfacial, ángulo de contacto y sistemas coloidales.
  • Técnicas: Tensiómetros.
  • Variables: Energía superficial, fuerza.
  • Propiedad: Tensión superficial, capacidad para formar emulsiones.
  • Importancia: Estabilidad de mayonesas, aderezos, lácteos, espumas y bebidas.

Fundamentos Químicos y Fórmulas

pH = −log[H⁺] | [H⁺] = 10^−pH | [H⁺] = M
pOH = −log[OH⁻] | pH = 14 − pOH
[OH⁻] = 10^−pOH | [OH⁻] = M
pH + pOH = 14 | moles = gramos / peso molar
M = moles / litros de solución

Si el pH baja y el pOH sube, la solución es ácida.

Resumen de Aplicaciones Técnicas

La técnica de espectrofotometría infrarroja por transformada de Fourier (FT-IR) permite identificar principalmente grupos funcionales. En un espectro FT-IR, la zona de huella digital permite identificar compuestos y su autenticidad, ya que es característica de cada sustancia.

El principio de la RMN se basa en que núcleos atómicos con espín (como los protones) actúan como pequeños imanes. Al colocarlos en un potente campo magnético externo (B₀), se alinean y precesan. Al aplicar pulsos de radiofrecuencia (RF), estos núcleos absorben energía y cambian de estado, para luego emitir esa energía al relajarse, generando una señal que revela información sobre la estructura molecular y el entorno químico.

Estas técnicas permiten analizar líquidos, sólidos y semisólidos. Sus principales usos en alimentos son: determinación de composición química, identificación de adulteración, autenticidad y control de calidad.

Etiquetas: Control de calidad alimentaria, Espectroscopia IR, Propiedades físicas de alimentos, reología, RMN, Textura