Importancia de las Cenizas en Alimentos La cantidad de cenizas representa el contenido total de minerales en los alimentos. La determinación del contenido de cenizas puede ser importante por varias razones: •
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Son una parte del análisis próximal para la evaluación nutricional. Las cenizas son el primer paso en la preparación de una muestra de alimentos para análisis elemental específico. La determinación del contenido de cenizas sirve si rve para obtener la pureza de algunos ingredientes que se usan en la elaboración de alimentos tales como: azúcar, pectinas, almidones y gelatina. El contenido de cenizas se usa como índice de calidad en algunos alimentos como mermeladas y jaleas. jaleas. En estos productos productos el contenido contenido de cenizas cenizas es indicativo indicativo del contenido contenido de frutas en los mismos: por lo tanto, se le considera como un índice de adulteración, contaminación o fraude. Es importante en productos de cereales porque revela el tipo de refinamiento y molienda. Ejemplo una harina de trigo integral integral (todo el grano) grano) contiene contiene aproximadam aproximadamente ente 2% de cenizas; mientras que la harina proveniente del endospermo tiene un contenido de cenizas de 0,3%. Quiere decir que la mayoría de las cenizas están en las cáscaras. Se puede esperar un contenido de cenizas constante en productos animales, pero de otra fuente como las plantas, este puede ser variable. Se usa como índice de calidad en el vinagre. Hay normas al respecto. En algunos productos no sólo porque se establece el contenido de cenizas total sino además, el % de esa ceniza soluble en agua, en ácido y también la alcalinidad que presenta. Las cenizas contienen los elementos inorgánicos, mucho de los cuales son de interés nutricional como es el caso del calcio, fósforo, etc. Cuando en algún producto alimenticio hay un alto contenido de cenizas se sugiere la presencia de algún adulterante inorgánico.
El método más común para determinar cenizas es la calcinación en mufla a temperaturas entre 500 y 600ºC. Para determinar cenizas en azúcar se han recomendado métodos basados en la conductividad eléctrica (vía húmeda). húmeda). El contenido contenido de cenizas en carnes carnes oscila entre 0,8 - 2% en base húmeda. húmeda. En frutas y hortalizas hortalizas está comprendido entre 2 - 12%. Los elementos minerales en los alimentos se encuentran en combinaciones orgánicas e inorgánicas. Las sales inorgánicas, tales como: fosfato, carbonato, cloruro, sulfato, nitrito de sodio, potasio, calcio, son comunes. También pueden encontrarse presentes sales de ácidos orgánicos: málico, oxálico, acéticos, péptico, péptico, etc., Por otra parte ciertos elementos elementos minerale minerales s pueden pueden encontrarse encontrarse formand formando o complejos complejos de moléculas orgánicas. A veces en la determinación de cenizas es conveniente mezclar el producto con arena como por ejemplo leche.
Métodos Usados en la Determinación de Cenizas C enizas Existen tres métodos para la determinación de cenizas que son: •
Calcinación (vía seca)
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Oxidación húmeda (digestión).
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Cenizas a baja temperatura(cenizas temperatura(cenizas plasma)
- Calcinación Se refiere a la determinación de las cenizas en una mufla a temperaturas que oscilan entre 500 y 600oC. El agua y sustancias volátiles son evaporadas, mientras que las sustancias orgánicas son incineradas en presencia del oxigeno del aire para producir CO 2 y óxido de nitrógeno. La mayoría de los minerales son convertidos a óxidos, sulfato, fosfato, cloruro y silicato. Los elementos tales como: Fe, Se, Pb y As, pueden volatilizarse parcialmente con este procedimiento, es por ello que otros métodos se deben usar como paso preliminar para análisis elemental específico. Las ventajas de este método son: Es un método seguro y no requiere adición de reactivos y sustancias del blanco. Se requiere de una pequeña atención sólo para evitar la formación de llamas y ello se logra subiendo la
temperatura lentamente hasta aproximadamente 200oC. Después que se ha quemado la materia orgánica, se continua subiendo la temperatura hasta aproximadamente 500oC. Usualmente se pueden manipular varios crisoles a la vez y las cenizas resultantes se pueden utilizar para muchos análisis como: determinación, de elementos químicos, cenizas insolubles en ácido y solubles e insolubles en agua. Entre sus desventajas tenemos: El largo tiempo que se requiere para la incineración (12-18 horas o toda la noche). La pérdida de elementos volátiles y las interacciones entre los componentes minerales y los crisoles. Entre los elementos que se pueden perder por volatilización tenemos: As, B, Cd, Cr, Fe, Pb, Hg, Ni, P, V, y Zn.
Oxidación húmeda (Digestión húmeda) Es un procedimiento en el cual se oxidan las sustancias orgánicas usando ácidos y agentes oxidantes o sus combinaciones. Los minerales son solubilizados sin volatilización. Las cenizas húmedas son preferibles a menudo a las cenizas secas como una preparación para un análisis elemental especifico La necesidad de vigilancia constante y la posibilidad de altos valores del blanco, hacen al método menos adecuado para el trabajo de rutina. El procedimiento consiste en oxidar la muestra en presencia de ácido nítrico, sulfúrico, perclórico y peróxido de hidrógeno, proporcionando calor hasta lograr la destrucción de toda la materia orgánica y que aparezcan humos blancos. Los ácidos se pueden usar en diferentes combinaciones, teniendo cuidado con el perclórico que es explosivo. Este método es muy aplicado a muestras con alto contenido en grasas(carnes y derivados). La oxidación húmeda posee ventajas frente a la calcinación en seco, ya que se utilizan temperaturas más bajas (menos de 350oC) y hay poca probabilidad de pérdida de los elementos por volatilización. El tiempo de la oxidación es corto. Entre sus desventajas se tienen: Se toma virtualmente todo el tiempo del operador. Se usan reactivos corrosivos y solamente se puede manipular un pequeño número de muestras.
Cenizas a baja temperatura (cenizas plasma) Se refiere a un tipo especifico de método de cenizas secas en la cual los alimentos son oxidados en un vacío parcial por oxígeno naciente, formado por un campo electromagnético. Las cenizas así son obtenidas a una temperatura mucho más baja que con la mufla, previniendo la volatilización de muchos elementos. Las estructuras cristalinas usualmente permanecen intactas. La mayor desventaja es la pequeña capacidad para las muestras y lo caro del equipo. Debido a que ciertos alimentos poseen alto contenido de minerales, el contenido de cenizas se hace importante. Se puede esperar un contenido constante de cenizas de productos de animales, pero de otras fuentes como las plantas, este puede ser variable.
Contenido de Cenizas en los Alimentos El contenido de cenizas de la mayoría de los alimentos frescos raramente es mayor de 5%. Aceites puros y grasas generalmente contienen poca cantidad o nada de cenizas. Los productos tales como tocino puede contener 6% de cenizas y la carne seca de res puede poseer un contenido tan alto como 11,6% (base húmeda. Grasas, aceites y mantequillas varían de 0,00 a 4,09%; mientras que productos secos varían de 0,5 a 5.1%. Frutas, jugo de frutas y melones contienen de 0,2, a 0,6% de cenizas; mientras que las frutas secas contienen de 2,4 a 3,5%. Harinas y comidas varían de 0,3 a 1 .4%. El almidón puro contiene 0,3% y el germen de trigo 4,3%. Se podría esperar que el grano y sus derivados con salvado tendrían un contenido superior. Nueces y derivados contienen de 0,8 a 3,4% de cenizas; mientras que a carne, aves y alimentos marinos contienen entre 0,7 y 1,3% de cenizas.
Análisis de cenizas Preparación de las muestras: Entre 2 y 10 g de muestra son generalmente usados para determinar cenizas. Para este propósito, la molienda o trituración probablemente no alterarán mucho el contenido de cenizas; sin embargo si estas cenizas son un paso previo para la determinación de minerales se debe tener cuidado ya que puede haber contaminación por micronutrientes ya que los molinos son hechos de metal, el uso repetido de materiales de vidrio pueden ser fuente de contaminación; el agua también puede ser fuente de contaminación, por ello es conveniente usar agua destilada desionizada. Los materiales de las plantas son generalmente secados antes de la molienda por los métodos de rutina. La temperatura de secado es de pequeñas consecuencias para las cenizas. Sin embargo la muestra puede ser usada para determinaciones múltiples (proteína, fibra, etc.). Los materiales de las plantas con 15% o menos de humedad pueden ser incinerados sin secado previo. Los productos de animales, Syrups y especias requieren tratamiento previo a la incineración porque su alto contenido en grasas, humedad o azúcar pueden producir pérdidas de muestra. Las carnes, syrups y azúcares necesitan ser evaporados por secado en baño de vapor con unas gotas de alcohol flamendo sobre un mechero. La llama y el humo pueden aparecer en la incineración de muchos productos (quesos, alimentos marinos, especias, etc.). No se debe subir bruscamente la temperatura de la mufla para evitar la formación de llamas que provocan pérdidas de las muestras. La temperatura se debe subir lentamente hasta 200oC y dejarla allí hasta quemar toda la materia orgánica (desprendimiento de humo sin llama), después se sube lentamente hasta 500oC aproximadamente cuando se trate del método de incineración. En este método a veces la selección de los crisoles se hace crítica porque ello depende de su uso específico. Existen crisoles de cuarzo, porcelana, platino, silica etc. Los crisoles de cuarzo son resistentes a los ácidos y halógenos pero no a los álcalis a temperaturas altas. Los Gooch Pyrec están limitados hasta 500oC. Los de porcelana se asemejan al cuarzo en sus propiedades físicas pero se quiebran con los cambios bruscos de temperaturas, son económicos. Los de acero son resistentes a los ácidos y álcalis, son baratos pero están constituidos por cromo y níquel los cuales son fuentes posibles de contaminación. Los crisoles de platino son muy inertes y probablemente los mejores pero son muy caros para uso rutinario. Los de sílica son atacados por alimentos ácidos. Todos los crisoles deben ser marcados con creyón de grafito para su identificación ya que otros tipos de marcadores generalmente se borran con las altas temperaturas. En muchos alimentos, además de determinar las cenizas totales, es conveniente determinar también las cenizas solubles e insolubles en agua. Su alcalinidad y la proporción de cenizas solubles en ácido.
Métodos Usados en la Determinación de Minerales en Cenizas Análisis gravimétrico. Las formas insolubles de los minerales son precipitados, lavados, secados y pesados para estimar el contenido de minerales utilizando procedimientos gravimétricos. El análisis gravimétrico está basado en el hecho de que los elementos constituyentes en cualquier compuesto puro están siempre en las mismas proporciones por peso, por ejemplo, en el NaCI siempre hay un 39,3% de Na(100 x 23 / 58,5). En análisis gravimétrico, el constituyente deseado es separado de las sustancias contaminantes por precipitación selectiva y entonces lavado para minimizar cualquier adherencia o elementos atrapados. El precipitado es entonces secado y pesado. El peso del elemento mineral está en la misma proporción del peso del compuesto, igual que como está en el complejo precipitado. El cloruro por ejemplo es a menudo precipitado por cloruro de plata, el cual es lavado, secado y pesado. El peso del cloruro puede entonces ser calculado del peso del cloruro de plata, porque el cloruro es el 24,74% del peso molecular del AgCl. El calcio puede ser determinado por precipitación como oxalato, y convertido a CaO por ignición y reportado como peso de calcio/peso de muestra (Ver Suzanne, 1995. método modificado).
Los procedimientos gravimétricos son adaptados mejores a tamaños grandes de muestras y son
generalmente limitados a alimentos que contienen a grandes cantidades de los elementos a ser determinados. Los procedimientos que usan AgNO 2 han sido usados para cuantificar cloruros. La mayoría de los elementos traza están en baja cantidad en los alimentos cuyo procedimiento gravimétrico son demasiado largos para tener un valor analítico. Una desventaja de los procedimientos gravimétricos es el tiempo extra en la segunda ignición donde el CaC204 es convertido en CaO. Lavados repetidos tienden a solubilizar algo del CaC 2O4. Sin embargo la coprecipitación de otros minerales necesitan los pasos del lavado.
METODOLOGÍA J Determinación de cenizas en queso crema (kraft). J Se pesó aproximadamente entre 5 y 8 gr de muestra de queso crema en un crisol de porcelana. J Se llevó a estufa para deshidratarlas a 105oC por 16 horas. J Pasado este tiempo, se sacó de la estufa y se colocaron en el desecador para enfriar a temperatura del laboratorio. J Luego fueron puestas en el horno de mufla a 500-600oC durante un día para incinerar hasta obtener cenizas blancas o grises. J Se sacó los crisoles del horno de mufla y se colocaron en desecador para enfriarlos a temperatura del laboratorio. J Se pesó y luego se procedió a los cálculos requeridos. - Preparación de reactivos Solución de 250 ml de Hcl 1:1 Se tomó una alicuota de 125 ml de Hcl y se transfirió a un balón aforado de 250 ml y se diluyó con un volumen de agua destilada igual a 125 ml, para así obtener la solución de Hcl 1:1. Solución de 500 ml (NH 4)2C2O4 4% P/V. Se pesaron exactamente 4 gr de oxalato de amonio, se llevaron a un balón de 500 ml y se aforó con agua destilada. Solución KMnO4 0,05 N. Se pesaron 1,5962 gr KmnO4 puro y se llevó a un beaker de 1000 ml. se calentó la muestra con agitación frecuente hasta que el sólido se disolvió a una temperatura inferior a la de ebullición durante 30 min. Se dejó en reposo durante 24 horas. Se filtro a través de fibra de vidrio. Se paró la disolución a un frasco de vidrio oscuro con tapón de vidrio. Estandarización de solución de KmnO4 con oxalato de amonio. Se midió un volumen de 52,08 ml H2SO4 puros, el cual se transfirió a un balón de 500 ml aforando con agua destilada, para obtener la solución H2SO4 al 10% P/V. De esta solución se tomó una alícuota de 100 ml que fueron mezclados con 0,15 g exactos de oxalato de sodio previamente pesados. La solución preparada se calentó lentamente hasta ebullición. Se enrasó la bureta con solución de KmnO4 procediendo a titular en caliente. El punto final se alcanzó con la aparición del color rosado. Con el volumen gastado de KmnO4 se procedió a calcular su normalidad. Solución alcohólica 50 ml rojo metilo al 0,02%. Se pesaron 0,01 g de rojo metilo y se llevó a un balón de 50 ml y se aforó con alcohol. Solución 250 ml H2SO4 8% P/V. Se midieron 10,87 ml puros de H2SO4 y se llevaron a un balón de 250 ml y se aforó con agua
destilada. Solución de 50 ml NH4OH 0,5%. Se tomó un volumen de 1 ml de hidróxido de amonio y se llevaron a un balón de 50 ml aforando con agua destilada. Preparación de muestra para determinación de Calci o (Ca). Se tomó la muestra incinerada y se le agregó 5 ml de Hcl 1:1. El crisol se colocó en una plancha de calentamiento hasta la sequedad con el fin de deshidratar los silicatos y hacerlos insolubles, todo esto a la temperatura más baja. Alcanzada la sequedad, se bajaron de la plancha y se volvió a agregar 5 ml de Hcl 1:1. Fue puesto el crisol en la plancha y calentar por 30 minutos a temperatura baja a fin de hidrolizar los, pirofosfatos a ortofosfatos. Se filtró a través de un papel de filtro la solución sin cenizas (pero el papel que se utilizó no indicaba esto) en un matraz aforado de 100 ml. El papel de filtro con el residuo se colocó en un crisol y se llevó al horno de mufla para ser incinerada. Al residuo que se obtuvo se le agregó 5 ml de Hcl 1:1 y se calentó a baja temperatura por 5 minutos. Pasado este tiempo se procede a filtrar nuevamente la solución en un papel de filtro. Se recoge el filtrado en el mismo matraz aforado de 100 ml. Se aforó a 100 ml con agua destilada (solución A).
Bibliografía F.L. HART y H.D. FISHER, Análisis Moderno de los Alimentos. De la edición en lengua española, Editorial Acribia. Zaragoza (España). 1991. HAROLD, EGAN y Otros, Análisis Químico de Alimentos de Pearson. Primera Edición. Compañía Editorial Continental, S.A de CV. México. 1987. H.G. MULLER y GITOBIN, Nutrición y Ciencia de los Alimentos, Editorial Acribia, Zaragoza (España).
