Alimentos mejores y más seguros mediante espectroscopía
La calidad y seguridad alimentaria es una preocupación para todos nosotros. Lo que quizá no sepas es que la espectroscopía está empezando a desempeñar un papel importante para asegurar que los alimentos cumplan con los estándares de calidad y seguridad.
El pH, la polaridad, la temperatura, la presión y la viscosidad afectan a la calidad y seguridad de los alimentos. Y todas estas características pueden medirse mediante espectroscopía.
Dado que la calidad y la seguridad están relacionadas con estas propiedades, es importante idear formas rápidas y sencillas de medirlas. Un investigador utiliza espectroscopía óptica para identificar moléculas que tienen características que pueden revelar los marcadores de seguridad y calidad que busca.
"Identificamos moléculas fluorescentes que se encuentran de forma natural en los alimentos, es decir, moléculas fluorescentes comestibles", dijo Richard Ludescher, Ph.D., y profesor de ciencia de los alimentos con experiencia en biofísica y proteínas en la Universidad Rutgers de Nueva Jersey. "Estamos identificando cuáles de esas moléculas tienen una propiedad fluorescente que puede indicarnos sobre un estado físico o químico, que a su vez puede indicarnos esa propiedad y seguridad."
Ludescher se centra en las moléculas que se encuentran de forma natural en los alimentos que consumimos y que fluorescen. Estas moléculas son sensibles bajo espectroscopía óptica a las propiedades físicas y químicas relevantes para la ciencia de los alimentos.
"Mi investigación se basa en que, cuando tienes moléculas fluorescentes en solución, sus propiedades de fluorescencia suelen verse influenciadas por propiedades particulares de la solución", afirmó. "Te indica si son sensibles al pH, polaridad, temperatura, presión o viscosidad. Entonces ahora tienes un sensor, un químico sensible a esa propiedad. Ahora puedes medir el pH mediante una señal de esa molécula."
El pH es una propiedad importante para los alimentos. Los fabricantes deben tener cuidado con cómo cambia en la carne, por ejemplo, ya que un pH incorrecto puede crear productos o propiedades indeseables. El pH final, el pH medido 24 horas después del sacrificio, puede determinar la ternura de la carne, según estudios publicados por los Institutos Nacionales de Salud.
"Las industrias alimentaria y agrícola enfrentan muchos desafíos tanto para cumplir con las normativas de la FDA como para las expectativas de los clientes", según un informe de photonics.com. "La Ley de Modernización de la Seguridad Alimentaria, aprobada a finales de 2010, introdujo nuevos estándares de calidad en el suministro alimentario de EE. UU. con la intención de prevenir una crisis sanitaria, en lugar de responder después de que las personas enfermaran. Incluye el establecimiento de normas basadas en la ciencia para los controles preventivos de calidad en instalaciones alimentarias, la producción y cosecha de frutas y verduras, y las inspecciones obligatorias de la FDA para garantizar el cumplimiento. Las regulaciones establecen directrices estrictas para ayudar a detectar materiales defectuosos o potencialmente peligrosos en los productos antes de que sean enviados a los consumidores."
Todas las empresas alimentarias y agrícolas, incluidos los importadores, deben contar con medidas preventivas para garantizar que sus productos cumplan con la normativa establecida.
La mayoría de las soluciones de pruebas de calidad suelen requerir la destrucción de parte del producto para pruebas de laboratorio. Y que las pruebas pueden ser un proceso largo. Si las pruebas se realizan en el lugar, los resultados pueden tardar unas horas. Las pruebas fuera del centro podrían tardar varios días.
La cromatografía y la espectroscopía de absorción atómica han sido históricamente las técnicas analíticas comunes en la industria agrícola para una amplia variedad de análisis. Desafortunadamente, cada método requiere una preparación significativa de muestras y largos retrasos para obtener los resultados.
Espectroscopía y seguridad alimentaria
La espectroscopía de fluorescencia ofrece otra oportunidad.
"Los métodos espectroscópicos miden la dependencia en longitud de onda de la interacción de la luz con la materia", según el informe photonics.com. "Esta interacción podría ser la cantidad de luz absorbida por una muestra, o la reflexión difusa de la luz en una muestra, haciendo de la espectroscopía una herramienta valiosa para medir una gran variedad de líquidos, sólidos y gases. Incorporando ciertos tipos de cabezas y sondas de medición, es posible medir muestras en línea sin destruir ningún producto ni retrasar el proceso."
Cada compuesto tiene una huella digital o composición y disposición molecular única de los átomos. Por tanto, cada sustancia interactuará con la luz en diferentes longitudes de onda, lo que facilita la identificación de estas moléculas de forma no destructiva.
La industria láctea utiliza espectroscopía NIR (infrarrojo cercano) para monitorizar el contenido de azúcar, grasa y agua de los productos.
La tecnología va más allá del control de calidad. Una muestra puede estar contaminada o, mediante espectroscopía, mostrar ciertas desviaciones respecto a un estándar preexistente. Como resultado, se puede enviar una señal de advertencia de que algo va mal.
Las pruebas en línea de productos alimentarios, durante la producción, son el método preferido para controlar estas diferencias y alertar a los científicos sobre problemas con los materiales.
Los científicos alimentarios también desarrollan nuevos alimentos. Cada uno tiene problemas que deben resolverse. La espectroscopía de fluorescencia juega un papel. El reto es averiguar cómo fabricar el alimento y mantenerlo seguro.
La producción de vino está llamando la atención de la espectroscopía de fluorescencia. La mayoría de las bodegas tienen varias marcas y campos de cultivo. Los enólogos deben vigilar estas frutas para detectar el contenido fenólico de la uva, lo que le dará el color, sabor y sensación en boca deseados. La espectroscopía de fluorescencia es una forma más económica y rápida de caracterizar el contenido fenólico en uvas y vino que los métodos tradicionalmente convencionales.
HORIBA Scientific patentado recientemente un instrumento llamado Aqualog®, que hace que este proceso sea más rápido y menos costoso. Con el Aqualog, puedes recopilar toda la composición de todos los compuestos coloreados y fenólicos. El tiempo de adquisición es de aproximadamente 30 segundos. En menos de un minuto, los operadores pueden automatizar completamente el análisis en términos de identidad y concentración fenólica.
La espectroscopía de fluorescencia también está complementando la producción de aceite de oliva.
Los científicos creen que los compuestos fenólicos, como los que se encuentran en el aceite de oliva, pueden contribuir a una menor tasa de enfermedades coronarias y cánceres de próstata y colon. El aceite de oliva es una fuente de al menos 30 compuestos fenólicos.
Los aceites de oliva tienen huellas fluorescentes únicas. En el aceite de oliva extravirgen fresco, las emisiones provienen de fenoles, tocoferoles y clorofilas. Durante el deterioro del aceite, aparece nueva fluorescencia a partir de productos de oxidación. La espectroscopía de fluorescencia puede distinguir estas características durante la fabricación y mientras el producto está en las estanterías de los supermercados.
Los investigadores descubrieron que podrían utilizar fluorescencia en el análisis del aceite de oliva para detectar componentes fluorescentes durante el almacenamiento, para monitorizar el deterioro del aceite de oliva extra-virgen. Además, otros estudios demostraron que la fluorescencia, así como otras técnicas espectroscópicas, incluyendo la NIR (espectroscopía infrarroja cercana) y la MIR (espectroscopía del infrarrojo medio), podrían utilizarse para cuantificar la adulteración de aceites de oliva extravígenes con aceite refinado y desodorizado.
Los científicos de seguridad alimentaria utilizan espectrometría de plasma acoplado inductivamente y emisión óptica (ICP-OES) y espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente (ICP-MS) para medir metales pesados en alimentos que pueden causar cáncer, problemas neurológicos y enfermedades cardiovasculares al consumirse.
La espectroscopía de fluorescencia de rayos X (EDXRF) dispersiva de energía ayuda a los laboratorios de alimentos a optimizar la producción. Los científicos utilizan esta tecnología para medir nutrientes y fortificantes, detectar contaminantes y adulterantes incidentales, e identificar contaminantes de cuerpos extraños durante la producción y el envasado de alimentos. También proporciona información esencial sobre las concentraciones de minerales y metales tóxicos. EDXRF es adecuado para investigadores que dirigen programas de biofortificación utilizando micronutrientes.
La espectroscopía Raman puede proporcionar información vibracional molecular detallada para el analito objetivo en muestras de alimentos en un corto periodo de tiempo. La espectroscopía Raman mejorada en superficie (SERS) puede ayudar a detectar contaminantes químicos y bacterianos en los alimentos y determinar la composición y las cualidades de los mismos.
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