Alimentos y Bebidas. Guía definitiva sobre la acidez Métodos analíticos probados y sus resultados. Determinación de ácidos en alimentos y bebidas

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1 Alimentos y Bebidas Determinación de ácidos en alimentos y bebidas phmetros y electrodos de valoración Guía definitiva sobre la acidez Métodos analíticos probados y sus resultados

2 La acidez de los alimentos es un tema de importancia dentro de la industria alimentaria. Las diferencias personales y culturales relativas al sabor, así como las consideraciones sobre almacenabilidad, exigen una estrecha supervisión de la acidez en los alimentos. En esta guía se revisan los distintos métodos de determinación de la acidez y del contenido de ácidos, en función del producto y los requisitos. Contenido 2 1. Introducción 3 2. Descripción general de las soluciones 4 3. Determinación de la valoración 4 Acidez 4 Determinación del ácido ascórbico (vitamina C) 5 Determinación del contenido de citratos 6 Ácido sulfuroso y dióxido de azufre 7 4. Medición de ph 8 5. Conclusiones Más información Apéndice 10 Ti-Note sobre alimentos y bebidas, número Ti-Note sobre alimentos y bebidas, número Ti-Note sobre alimentos y bebidas, número Ti-Note sobre alimentos y bebidas, número Ti-Note sobre alimentos y bebidas, número METTLER TOLEDO Guía sobre la acidez 2

3 1. Introducción La acidez es un parámetro importante en los alimentos. No solo afecta al sabor del alimento de que se trate, sino que influye en la capacidad de proliferación de los microorganismos, como las bacterias y los hongos. En general, cuanto mayor sea la acidez de un alimento, menos probabilidades hay de que se estropee por la acción de microorganismos. Citemos un ejemplo: el microorganismo más peligroso y, probablemente, más conocido de los microorganismos alimentarios es Clostridium botulinum, una bacteria que produce varias toxinas y ha causado innumerables muertes en seres humanos. La acidez ayuda a inhibir la proliferación de la bacteria y, en consecuencia, permite que los procesadores de alimentos comerciales usen un proceso de llenado en caliente, en lugar de los 121 grados centígrados que se necesitarían, como mínimo, en ausencia de dicha acidez. Esto reduce de manera significativa el coste de llenado. Los alimentos ácidos dependen de uno o varios ácidos alimentarios, como el cítrico, el málico o el acético, para lograr estabilidad. Las propiedades conservantes de los ácidos se conocen desde hace tiempo inmemorial y vienen usándose desde antaño para conservar alimentos. Se trata de un proceso denominado habitualmente encurtido. El encurtido es el proceso que consiste en conservar los alimentos mediante la fermentación anaeróbica en salmuera para producir ácido láctico o bien en almacenarlos en soluciones ácidas, como el vinagre. Se dice que comenzó a hacerse hace 4000 años en la India, con la producción de 'achar' a partir de los pepinos autóctonos. La acidez en los alimentos es un tema sometido a una estricta normativa. Citemos un ejemplo: en Estados Unidos, la FDA clasifica los alimentos con un ph de 4,6 o menos en 4 categorías: ácidos, ácidos formulados, acidificados y exentos. Alimento ácido Alimento ácido formulado Alimentos acidificados Alimentos exentos Los alimentos ácidos son aquellos cuyo ph natural es de 4,6 o inferior. Ejemplos de ello son la mayoría de las frutas. Un alimento ácido formulado es un alimento mayoritariamente ácido con pequeñas cantidades de alimentos bajos en ácidos. Ejemplos de ello son las salsas alimentarias (mayonesa) o condimentadas (ketchup, salsa barbacoa). Los alimentos acidificados son alimentos bajos en ácidos a los que se añaden ácidos o alimentos ácidos. Su actividad hídrica es superior a 0,85 y su ph en equilibrio final es de 4,6 o inferior. Ejemplos de ello son los pepinillos o los pimientos en vinagre. Un alimento exento es aquel que (a) se mantiene refrigerado; o bien (b) tiene una actividad hídrica de 0,85 o menos. Las bebidas carbonatadas están excluidas. Un ejemplo de ello es la salsa de chocolate. Figura 1: Clasificación de la FDA estadounidense de alimentos ácidos, Draft Guidance for Industry: Acidified Foods (Proyecto de directrices para la industria: alimentos acidificados) La acidez de los alimentos suele medirse con phmetros y valoradores. Los phmetros (y electrodos) miden el valor del ph. La valoración proporciona un dato preciso del contenido de ácidos. A menudo, la acidez indica también si un alimento está fresco o se ha almacenado correctamente. A continuación citamos algunos ejemplos: Un ph inferior al 6,8 en la leche fresca indica que el ganado padece una infección por leucocitos. El ph del agua para lavar las ostras indica si se ha completado el proceso de limpieza. De lo contrario, la toxina, potencialmente mortal, podría transmitirse a la persona que se comiera la ostra. Reducción del ph de los alimentos pasteurizados y las ensaladas frías (que suele ser de 5,3) a 4,1, para prolongar su periodo de conservación. Un pequeño cambio en el ph del agua de manantial o de pozo puede indicar una posible contaminación de los estratos naturales. En los capítulos siguientes de esta guía se ofrece información más detallada sobre aplicaciones, métodos y recomendaciones en relación con la determinación de la acidez y del contenido de ácidos. METTLER TOLEDO Guía sobre la acidez 3

4 2. Descripción general de las soluciones Determinación de la acidez y del contenido de ácidos La valoración, el análisis químico cuantitativo clásico, es el método idóneo para determinar la acidez y el contenido de ácidos de todo tipo de muestras. METTLER TOLEDO ofrece una completa gama de valoradores automáticos que responden a las necesidades de clientes de todo tipo de lugares de trabajo en el sector de alimentación y bebidas. Valor de ph El valor de ph es otro parámetro que se mide con enorme frecuencia y está relacionado con la acidez. El ph no solo se mide en muestras de los sectores de alimentación y bebidas. Se trata de un parámetro básico prácticamente en todos los laboratorios. La lectura de un papel indicador de ph solía bastar en el pasado. Pero en la actualidad, se necesitan resultados que ofrezcan mayor precisión, exactitud y trazabilidad. Por consiguiente, se aplican phmetros y electrodos para mesas de laboratorio o portátiles. Seleccione el medidor y el electrodo de la completa gama de METTLER TOLEDO que se ajuste a sus requisitos. Valoración Medidores de ph de sobremesa Medidores de ph portátiles Balanza analítica Balanza de precisión Acidez Contenido de ácidos total Ácido ascórbico (vitamina C) Contenido de citratos (ácido cítrico) Dióxido de azufre / ácido sulfuroso Valor de ph 3. Determinación de la valoración Acidez El método Las muestras de alimentos y bebidas pueden contener distintos ácidos o mezclas de ellos. La mayoría son ácidos orgánicos, como el acético, el cítrico, el tartárico o el málico. También hay ácidos inorgánicos (como el fosfórico, por ejemplo) que se usan como ingredientes de las bebidas. La acidez o el contenido de ácidos se valora de forma sencilla con el valorante hidróxido sódico (0,1 M de NaOH) hasta el punto de equivalencia de la curva de neutralización o hasta un punto final de ph absoluto predefinido. El punto final de ph se prefiere cuando los resultados se tienen que comparar con valores anteriores obtenidos tradicionalmente mediante los indicadores de colores. El resultado suele referirse al componente acídico más importante; por ejemplo, ácido tartárico en el vino, o ácido acético en el vinagre. Resultados de acidez Muestra Media % DER n Vinagre 4,74 % de ácido acético 0,15 6 Vino tinto 5,28 g/l de ácido tartárico 0,24 6 Vino blanco 4,35 g/l de ácido tartárico 1,03 6 Zumo de manzana 6,38 g/l de ácido málico 0,17 6 Zumo de naranja 6,97 g/l de ácido cítrico 0,14 6 METTLER TOLEDO Guía sobre la acidez 4

5 Trucos y consejos Las muestras líquidas simplemente se diluyen con agua desionizada. Cuando se usa el vasos de precipitado de valoración estándar de METTLER TOLEDO, se recomienda un volumen total de ml. De este modo, se asegura que el electrodo de ph indicador se sumerja debidamente en la muestra. Use agua desionizada sin dióxido de carbono para diluir las muestras. Las muestras carbonatadas se someten a desprendimiento de gases en un baño ultrasónico durante 5 minutos, para que expulsen el dióxido de carbono. Sin embargo, podría ser preciso hervirlas para eliminar los gases por completo. La determinación de la acidez se produce sin problemas y con toda facilidad en la mayoría de los casos. La reacción de neutralización es rápida. Por consiguiente, la velocidad de valoración puede ser alta, lo que permite tiempos de análisis breves. Consulte las notas de la aplicación o el manual de uso del valorador para obtener los mejores parámetros de control de velocidad de la valoración. Más detalles Ti-Note sobre alimentos y bebidas, número 06 y aplicación de valoración M400 Ti-Note sobre alimentos y bebidas, número 08 Figura 1: Valorador automático típico para aplicaciones básicas de rutina, con interfaz de usuario One Click. Valorador compacto G20 de METTLER TOLEDO Determinación del ácido ascórbico (vitamina C) El método El ácido ascórbico se hace reaccionar con 2,6-diclorofenolindofenol (DPI) en una solución acídica. El ensayo oxidimétrico se lleva a cabo voltimétricamente. Indicación mediante electrodo de platino de dos puntas. En la valoración voltimétrica, se aplica al electrodo una corriente de polarización constante. En el punto de equivalencia, el potencial aumenta intensamente. Resultados de ácido ascórbico Muestra Media % DER n Zumo de naranja 42,13 mg/100 g 0,34 3 Zumo de manzana 0,89 mg/100 g 2,49 3 Zumo de pomelo rosa 25,03 mg/100 g 1,04 5 Kiwi 102,0 mg/100 g 0,59 3 METTLER TOLEDO Guía sobre la acidez 5

6 Trucos y consejos El ácido ascórbico es sensible a la luz, la temperatura y el oxígeno. Por consiguiente, debe evitarse la exposición de las muestras a estos elementos. Las muestras de zumo que contienen pulpa y otras partículas insolubles se deben homogeneizar bien para proporcionar análisis repetibles. Agite vigorosamente o use una trituradora. En la mayoría de los casos no es necesario filtrar los zumos de frutas, porque ni siquiera un contenido de pulpa considerable suele dificultar la reacción del ensayo. Si es preciso analizar frutas, deben cortarse finamente o triturarse. El trabajo de homogeneización debe ser breve, para evitar la oxidación del ácido ascórbico. El tamaño de muestra aplicado depende del contenido de ácido ascórbico. Con un valorante de 0,02 M de DPI, cuyo consumo se limitará a un recorrido de bureta como máximo, se puede valorar la cantidad siguiente de ácido ascórbico: Bureta de 10 ml 5 15 mg de ácido ascórbico Bureta de 5 ml 2,5 7 mg de ácido ascórbico Ajuste el valor de ph de la muestra a ph 3. Añada soluciones de ácido oxálico para reducirlo o de hidróxido de sodio para aumentarlo. Con los valoradores automáticos, se puede incluir en el método un paso de ajuste automático del ph antes del paso de valoración con DPI. De este modo, la valoración se realizará de manera totalmente automatizada. La solución de valorante DPI debe prepararse nueva cada día, y conservarse en un tarro de vidrio marrón. La reacción del ensayo también se puede realizar amperimétricamente. En este caso, se aplica un potencial de polarización constante al electrodo de platino de dos puntas y se registra la corriente. La evaluación correcta de la curva de valoración amperimétrica requiere el procedimiento especial de evaluación segmentada. Más detalles Ti-Note sobre alimentos y bebidas, número 07 y aplicación de valoración M411 Determinación del contenido de citratos El método La muestra se valora con sulfato de cobre (0,05 M de CuSO4). Los iones de cobre (II) forman un complejo estable en proporción 1:1 con el citrato. Los iones libres de cobre, detectados con un electrodo selectivo de iones de cobre, indican el punto final de la valoración. Las aguas carbonatadas deben someterse a desprendimiento de gases. El siguiente paso de preparación es el intercambio de cationes. A continuación, se añade bórax a la muestra. Por último, se lleva el valor de ph a 9,4 usando una solución de hidróxido de sodio. Resultados del ácido cítrico Muestra Media % DER n Agua mineral con ácido cítrico 3,068 g/l 0,44 6 Trucos y consejos Acondicione brevemente el Cu-ISE en agua desionizada después de cada valoración. Mida el valor de ph antes de la valoración mediante un electrodo (por ejemplo, DGi115-SC). De este modo se documenta que se estableció el valor de ph correcto. Los valoradores automáticos modernos permiten automatizar el procedimiento completo, incluidas las adiciones de solución de bórax, hidróxido de sodio y metanol. Si lo prefiere, el ph se puede ajustar en 9,4 mediante una valoración de punto final con NaOH. Inserte en el método una función de valoración adicional, antes de la valoración con sulfato de cobre. Más detalles Ti-Note sobre alimentos y bebidas, número 11 y aplicación de valoración M472 METTLER TOLEDO Guía sobre la acidez 6

7 Ácido sulfuroso y dióxido de azufre El método El dióxido de azufre o ácido sulfuroso se determina mediante valoración yodométrica. Indicación voltimétrica con un electrodo de platino de dos puntas. El valorante es una solución de yodo (0,02 M ½ I 2). Existen dos métodos posibles: - Dióxido de azufre libre: determinación del dióxido de azufre que reacciona directamente con el yodo. - Dióxido de azufre total: suma del dióxido de azufre libre y enlazado. Antes de la valoración, se añaden 5 ml de hidróxido de sodio (5 M de NaOH), a fin de liberar el dióxido de azufre enlazado a aldehídos, cetonas y otros compuestos. Se deja la mezcla en espera durante 15 minutos. A continuación, se acidifica la muestra con ácido sulfúrico y se trata de la misma forma que en el método de determinación del dióxido de azufre libre. Resultados del dióxido de azufre libre Muestra Media % DER n Vino tinto 10,07 mg/l 1,00 5 Vino blanco 26,43 mg/l 1,54 4 Vino rosado 14,95 mg/l 0,72 5 Resultados del dióxido de azufre total Muestra Media % DER n Vino tinto español 135,28 mg/l 2,34 5 Vino tinto suizo 73,34 mg/l 0,60 4 Vino blanco 86,42 mg/l 1,44 3 Trucos y consejos Las muestras se deben tomar inmediatamente después de abrir la botella y someterse a valoración, para evitar cualquier pérdida de dióxido de azufre. La reacción del ensayo funciona únicamente en soluciones acídicas. Por ello se añade ácido sulfúrico al 25 %. Esta adición se puede llevar a cabo manualmente con una pipeta o automatizarse completamente mediante otra bureta del valorador automático. Para el dióxido de azufre libre, añada 5 ml. Para el dióxido de azufre total, añada 7 ml. En la indicación voltimétrica, se aplica una corriente de polarización predefinida a las puntas de platino del electrodo. El procedimiento del método se debe llevar a cabo exactamente de la misma forma para todas las muestras, a fin de obtener una reproducibilidad adecuada. Más detalles Ti-Note sobre alimentos y bebidas, número 09 y aplicación de valoración M419 Aplicación de valoración M564 Figura 2: Una solución de valoración para automatizar los análisis y la gestión de datos. Valorador Titration Excellence T90 de METTLER TOLEDO con cambiador de muestras Rondo 20 METTLER TOLEDO Guía sobre la acidez 7

8 4. Medición de ph Todos los alimentos se analizan, y prueban, con nuestros órganos del gusto. Por ello, notamos que algunos son acídicos y otros, alcalinos. Así pues, la determinación cualitativa del valor de ph de los alimentos es, con toda probabilidad, el método de análisis más antiguo del mundo. Con los electrodos y medidores de ph modernos, estas sensaciones del gusto se pueden medir con cifras exactas de manera repetida y objetiva. Figura 2: Escala de ph y valores en ella de diversos alimentos El elemento sensor de un electrodo de ph clásico es una membrana de vidrio de forma esférica, cilíndrica, puntiaguda o plana. Se han desarrollado distintos tipos de vidrios de membrana para lograr propiedades concretas, tales como aptitud para bajas temperaturas y concentraciones reducidas de iones, aplicaciones con altas temperaturas o capacidad para rangos de ph elevado. membrana de vidrio, aprox. 0,2 0,5 mm s s carga positiva s tampón interno carga negativa s capa de gel (capa de hidratación) aprox. 0,01 mm H + H + solución acídica solución alcalina Figura 3: Representación esquemática de la membrana de vidrio Calibración Los electrodos de ph se tienen que calibrar periódicamente. El periodo puede variar entre unos minutos y varias horas, según los requisitos de exactitud y el tipo de muestras. Una calibración de un punto, generalmente a un ph de 7,00, compensa solamente la desviación del punto cero. Es apropiada para resultados rápidos y aproximados. Las calibraciones de dos puntos que también compensan la desviación de la pendiente aumentan de manera considerable la exactitud de la medición. El rango de calibración se selecciona de modo que incluya los valores medidos. A modo de ejemplo, calibre con tampones de ph en 4,00 y 7,00 cuando las muestras se encuentren entre 4,01 y 6,99. Compensación de temperatura La temperatura influye en la pendiente del electrodo y en la intersección isotérmica. La influencia en la pendiente se puede compensar y el compensador de temperatura del phmetro la tiene en cuenta. Los medidores modernos ofrecen la función de compensación automática de la temperatura (ATC). Si se aplica un electrodo 3 en 1, la medición de temperatura se incluye. De lo contrario, se necesita un sensor de temperatura aparte. Sin embargo, los cambios de ph dependientes de la temperatura de la muestra en sí no se pueden compensar automáticamente, porque dependen de las características químicas de la muestra en sí. METTLER TOLEDO Guía sobre la acidez 8

9 Resultados Muestra Valor de ph Media Valor de ph % DER Vino tinto 3,74 0,04 6 Vino blanco 3,37 0,07 6 Zumo de manzana 3,36 0,11 6 Zumo de naranja 3,89 0,02 6 Zumo de tomate 4,14 0,08 6 Zumo de patata 4,26 0,01 6 n Trucos y consejos Seleccione el electrodo de ph apropiado para sus aplicaciones. Consulte el localizador de electrodos en Las proteínas pueden precipitarse en la unión si entran en contacto con el electrolito de referencia KCl. Una unión obstruida ralentiza la respuesta del electrodo, lo que aumenta innecesariamente el tiempo de medición. Las uniones obstruidas se pueden limpiar sumergiendo el electrodo en una solución de pepsina/ácido clorhídrico durante varias horas. Sin embargo, el uso de la combinación adecuada de electrodo y electrolito evita la precipitación. El electrolito de referencia del electrodo de referencia Ag/AgCl siempre contiene iones de plata disueltos. Los sulfuros de la muestra forman sulfuros de plata insolubles. El sulfato de plata (Ag 2S) obstruye la unión, la colorea de negro y provoca mediciones inestables. Limpie la unión obstruida sumergiendo el electrodo en una solución de tiourea/ácido clorhídrico. El electrolito de referencia se puede mantener libre de iones de plata mediante un sistema de referencia con barrera de iones de plata. La capa de grasa del electrodo se puede quitar aclarándolo con etanol. Coloque después el electrodo brevemente en una solución de 0,1 M de ácido clorhídrico o solución de electrolito para rehidratar la membrana de vidrio sensora. Aplique un electrodo de punción para medir el valor de ph de pescados, carnes, quesos y otras muestras de sólidos blandos. Los electrodos con ejes robustos de polisulfona o PEEK prácticamente ya no se rompen. Respete las fechas de caducidad de los tampones de ph. Las muestras cuya conductividad es baja por presentar una concentración reducida de iones (por ejemplo, el agua desionizada, los aceites o los alcoholes) provocan lecturas de ph inestables. Aplique electrodos con uniones de manguito esmerilado para garantizar el flujo de electrolito y una conectividad adecuada entre las celdas de los electrodos sensor y de referencia. Más detalles Aplicación de valoración M560 Aplicación de valoración M494 Figura 3: Medidor de ph con pantalla en color grande y personalizable. phmetro SevenCompact S220 de METTLER TOLEDO con brazo porta electrodo uplace METTLER TOLEDO Guía sobre la acidez 9

10 5. Conclusiones En este documento se presentan varios métodos para determinar la acidez y el contenido de distintos ácidos. Se explican métodos aplicables a instrumentos analíticos modernos, tales como los valoradores automáticos y los phmetros, y se muestra la evolución que han experimentada desde las épocas en que se usaba el papel tornasolado y el indicador de naranja de metilo. Las soluciones automatizadas suelen ofrecer mayor exactitud y repetibilidad que los procedimientos manuales. Mejoran la eficacia y trasladan las pesadas tareas rutinarias a los instrumentos. METTLER TOLEDO pone a disposición de los laboratorios de alimentos los instrumentos adecuados para la elección de método correspondiente. Busque más información sobre nuestros productos y póngase en contacto con nuestros expertos para obtener sugerencias sobre cómo puede beneficiarse de la experiencia de METT- LER TOLEDO en la industria de la alimentación. 6. Más información Si le ha resultado interesante esta guía, nos complace presentarle la colección de guías de METTLER TOLEDO sobre la industria alimentaria. Consulte los siguientes enlaces para acceder a las guías de alimentos correspondientes. Guía definitiva sobre la sal Guía definitiva sobre el azúcar Guía definitiva sobre formulación Guía definitiva sobre grasas y aceites comestibles Guía definitiva sobre contenido en agua y humedad Más información sobre nuestros productos Valoradores phmetros y electrodos Folletos de aplicaciones Folleto de aplicaciones de valoración 31, sobre aplicaciones de valoración seleccionadas para alimentos y bebidas, METTLER TOLEDO Ti-Note sobre alimentos y bebidas, número 16, sobre el número de formol, la acidez y el valor Brix real del zumo de naranja Folleto de aplicaciones de valoración 19, sobre determinaciones en bebidas METTLER TOLEDO Guía para la medición de ph, METTLER TOLEDO Fuentes externas Wikipedia, por ejemplo: FDA, por ejemplo, Acidified and Low-Acid Canned Foods (LACF) 7. Apéndice Ti-Note sobre alimentos y bebidas, número 06 Ti-Note sobre alimentos y bebidas, número 07 Ti-Note sobre alimentos y bebidas, número 08 Ti-Note sobre alimentos y bebidas, número 09 Ti-Note sobre alimentos y bebidas, número 11 METTLER TOLEDO Guía sobre la acidez 10

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21 Buenas prácticas de medición Cinco pasos para obtener mejores resultados de medición Las buenas prácticas de medición de METTLER TOLEDO forman un programa global que le ayuda en el laboratorio y en los entornos de producción, ya que facilita mediciones de garantía de calidad para balanzas, básculas, pipetas e instrumentos analíticos. El primero de los cinco pasos de las directrices de buenas prácticas de medición consiste en la evaluación de las necesidades de medición de sus procesos y de los riesgos asociados. También tenemos en cuenta los requisitos normativos y de regulación correspondientes a su industria. Con toda esta información, las buenas prácticas de medición formulan sencillas recomendaciones para seleccionar, instalar, calibrar y usar instrumentos de medición y pesaje para el pesaje para la valoración para pipeteo para densidad y refractometría 5 Routine Operation 1 Evaluation 4 Calibration / Qualification Good Measuring Practices 2 Selection 3 Installation / Training Para más información: Mettler-Toledo AG Laboratory Division Im Langacher CH-8606 Greifensee, Switzerland Sujeto a cambios técnicos 10/2012 Mettler-Toledo AG Global MarCom Switzerland

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