Aplicación de la resonancia magnética nuclear a la determinación de la riqueza grasa en aceitunas

• Autores: Fernando Romero Guzmán
• Directores de la Tesis: Jaime Gracián Tous (dir. tes.), Juan M. Martínez Moreno (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Sevilla ( España ) en 1976
• Idioma: español
• Número de páginas: 166
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Idus
• Resumen

  • Para el desarrollo racional de los procesos industriales , son precisos controles en las materias primas, en los productos intermedios y en los productos finales. Una buena parte de estos controles la ocupan las determinaciones analíticas, que permiten inferir los resultados de la planta a partir de los de muestras pequeñas.

    Los condicionantes económicos de la Industria valoran extraordinariamente el factor tiempo, por lo que los métodos analíticos de aplicación industrial deben tenerlo muy en cuenta: en la industria se necesitan conocer los resultados a tiempo, por lo que los análisis han de ser rápidos y fáciles de ejecutar e interpretar.

    El desarrollo de la instrumentación científica permite el que se pueda disponer de ciertas técnicas mediante las cuales se realizan, con facilidad y rapidez, determinaciones analíticas, lo que se puede aprovechar para el control industrial. Sus resultados pueden, en su momento, ser transferidos a centrales automáticas programadas, que, a la vez, conducen el proceso en función de los datos que los instrumentos de análisis les van enviando.

    Es decir, la buena marcha de los procesos industriales demanda métodos analíticos objetivos, precisos, rápidos y susceptibles de utilizarse en sistemas automáticos de medida y control.

    Una de las industrias menos desarrolladas en este sentido es la de extracción del aceite de oliva. En las almazaras, en general, no se lleva a cabo un buen control analítico debido, en gran parte, a la inexistencia de métodos que reúna satisfactoriamente, las condiciones antes enumeradas. Para el control del proceso que se lleva a cabo en esta industria, entre los parámetros de mayor interés económico están la humedad y la riqueza grasa de la materia prima y del producto sólido final, u orujo. Para la determinación de riqueza grasa en aceitunas, el método oficial existente en España viene definido por la norma UNE 55-030, y es un procedimiento de extracción con hexano, en caliente, de la pasta de aceitunas previamente deshidratada con sulfato sódico anhidro. Dado que su duración es de 7 a 8 horas, y que implica el empleo de un disolvente inflamable, se ha tratado de sustituir por otros que eliminasen algunas de sus desventajas. En los años 60 se comenzó a extender el método del “Oleómetro C.N.T.A”, en el que la riqueza grasa se determina extrayendo un peso conocido de pasta de aceitunas, en frío, con un disolvente orgánico (orto-diclorobenceno), en determinada proporción y midiendo la densidad de la miscela filtrada. Con diversas modificaciones (termistatación, lectura sobre contador, empleo de otro disolvente, etc.) se está introduciendo en la actualidad un oleómetro conocido por el nombre de “Foss-let”, siendo la duración de un análisis de alrededor de 20 minutos.

    Pero, de todos modos, no se ha hallado ninguna técnica lo suficientemente satisfactoria, hasta el momento.

    Durante la última década se ha propagado mucho en el campo de las semillas oleaginosas la determinación de materia grasa por resonancia magnética nuclear. Esta técnica es no destructiva, rápida, cómoda y susceptible de automatización. A la vista de los resultados obtenidos con semillas, el Departamento de Análisis del Instituto de la Grasa consideró de interés la posibilidad de aprovechar la misma base al objeto de aplicarla a la determinación de riqueza grasa en aceituna y orujos. Como consecuencia de lo expuesto hasta ahora, se planteó y llevó a cabo la presente investigación.

    La resonancia magnética nuclear tiene su fundamento en la capacidad de algunos núcleos de comportarse como imanes elementales y de orientarse, en consecuencia, en presencia de un campo magnético externo; esta orientación puede invertirse comunicando una cierta energía al sistema, en forma de radiofrecuencias, constituyendo este cambio del sentido de la orientación lo que se denomina resonancia magnética nuclear.

    Uno de los núcleos que pueden resonar es el de hidrógeno-1, mientas que no presentan esta propiedad el carbono-12, el nitrógeno-14 y el oxígeno-16, entre otros. Por consiguiente, en los materiales orgánicos sólo resonarán, normalmente, los núcleos de hidrógeno-1 y de carbono-13.

    El número de núcleos que cambian de orientación es proporcional al número de núcleos de la misma especie presentes, a una relación determinada de frecuencia a campo magnético, que en el caso de los protones vale 42’58 MHz.T-1. La existencia en el mercado de espectómetros que pueden separar las resonancias de los líquidos de las de los sólidos, permite la medición de la absorción de energía de r.f. del aceite y del agua, en aquellos productos que los contengan.

    En el caso de las semillas, éstas se desecan al objeto de eliminar la señal del agua, con lo que el único líquido que resuena es el aceite. Sin embargo, el problema de las aceitunas (y de algunos otros frutos) es la elevada humedad que supone la existencia de entre 2 y 3 veces más agua que aceite. Las opciones que se tienen para determinar sólo la grasa, son: la eliminación del agua, la eliminación de la resonancia del agua y la separación de las resonancias del agua y el aceite. En relación con todas estas posibilidades, se puede operar con tres técnicas de r.m.n. distintas: la de baja resolución, la de alta resolución y la de impulsos.

    La técnica de alta resolución diferencia las frecuencias de resonancia de los diversos constituyentes, con lo que se permite su cuantificación simultánea. Sin embargo, las determinaciones cuantitativas, por dificultades inherentes a la misma técnica, no son muy buena. Por otro lado, los requerimientos del instrumental en cuanto a su instalación y manejo, así como su coste, hacen prohibitiva su utilización para el control industrial.

    La técnica de impulsos consiste en colocar la muestra en el seno de un campo magnético y someterla a irradiación con ondas de radio, hasta conseguir que los núcleos resuenen. Después, se interrumpe bruscamente la irradiación y se ve el tiempo que tardan los núcleos en abandonar la energía que han absorbido, es decir, el tiempo de relajación. Este tiempo es distinto para el agua y el aceite, con lo que se pueden cuantificar ambas sustancias. Incluso se puede medir el contenido sólido de una grasa plástica. Su desarrollo es relativamente reciente, pero parece que es una técnica muy útil. Sus espectrómetros son menos costosos y más fáciles de manejar e instalar que los de alta resolución.

    En banda ancha o baja resolución se detecta la respuesta conjunta del agua y el aceite. Para cuantificar el aceite en presencia del agua se pueden utilizar tres técnicas basadas, respectivamente, en la eliminación del agua, la eliminación de la señal del agua y la diferenciación de los tiempos de relajación de los protones del agua y el aceite.

    El agua se elimina por calefacción. El problema de las aceitunas es que al calentarlas rezuman aceite, lo que presenta problemas a la hora de las determinaciones cuantitativas. Por otro lado, su gran contenido de humedad hace que el tiempo necesario para la desecación sea considerablemente elevado, si se utilizan las estufas convencionales. En esta investigación se solucionó el primer problema trabajando con aceitunas sajadas y utilizando papel “Melinex”, que impedía la pérdida de aceites, y el segundo se intentó disminuir utilizando las radiaciones infrarrojas y la irradiación con microondas. En el caso de las radiaciones infrarrojas se ha llegado a establecer una metódica duración total es de unas tres horas, en la que se determinan humedad y grasa, presentando, respectivamente, con las metódicas normalizadas, unas correlaciones definidas por r = 0,933 y r = 0,941. La precisión estadística del método de la determinación de riqueza grasa, para un nivel de significación del 99%, es de 2,05. Las manipulaciones precisas fueron: sajar las aceitunas, pesar y cambiar las muestras desde las cápsulas al tubo de medida. El valor de humedad y volátiles es superior al que se obtiene siguiendo la metódica normalizada de desecación en estufa a 105 ºC.

    Por lo que se refiere a la utilización de las microondas, se han hallado una serie de dificultades por causa de que el horno que huno que utilizar carecía de adecuada regulación de potencia y frecuencia. En este sentido, se solicitó la colaboración del Instituto de Investigaciones Físicas del C.S.I.C., que está estudiando las posibles reformas a introducir, con vistas a la utilización que se pretende. Por ello, se hubo de descartar, por el momento, esta forma de desecación.

    La eliminación de la señal del agua se consigue inmovilizándola, transformándola de líquida en sólida. Esto puede conseguirse convirtiendo el agua libre en agua de cristalización, mediante la adición de algún agente sólido deshidratante. Esta metódica requiere la molienda previa de la muestra, habiéndose utilizado un molino de de martillo como el que se recomienda en el método normalizado. Como agentes desecantes se probaron el sulfato sódico anhidro y el sulfato cálcico anhidro (obtenido por desecación del yeso de pintor y del producto comercial “Drierite”). Realizadas experiencias previas se desechó el sulfato sódico, eligiéndose el yeso de pintor, desecado a 250 ºC durante 2 ó 3 horas. La metódica que se estableció en el transcurso del presente trabajo requiere la molienda previa de las aceitunas, la mezcla íntima con el agente deshidratante y un tiempo de contacto de al menos media hora. En total la duración puede ser de unos 40 minutos. El coeficiente de correlación obtenido frente a le metódica normalizada es de 0,949, siendo la precisión estadística de 0,65, para un nivel de significación del 99%. Por este método no se determina la humedad, aunque podría estimarse utilizando una técnica que se verá más adelante.

    La tercera posibilidad, basada en los distintos tiempos de relajación de los protones del agua y del aceite, es la técnica de saturación de radiofrecuencias. Para ella se utilizó el dispositivo de muestras de 150 ml, efectuándose dos medidas