La cromatografía gaseosa de última generación como técnica de medida de un Hobbit y 13 enanos aromáticos

Enanos-el-hobbit-wallpaper-935255-2Debo reconocer que no me lo esperaba. Tras encapsular a “casi” todos los miembros de la comunidad del anillo con mi poderoso ejército de ciclodextrinas jamás pensé que una pandilla de enanos me iba a dar los quebraderos de cabeza que estos mocosos, dirigidos por el patético Thorin, me proporcionaron en su largo peregrinar hacia Erebor, la Montaña Solitaria.

Por supuesto, y a pesar de su dura resistencia, al final de la batalla mi triunfo fue total. Eso sí, para vencerlos no me bastó con mis tropas de agentes encapsulantes, las ciclodextrinas, sino que tuve que echar mano de una de mis armas más poderosas y de la que ustedes, queridos lectores, jamás han oído hablar … vayamos por partes.

Uno de los principales problemas de la industria alimentaria es la rápida degradación del color de determinadas frutas cuando se emplean para elaborar zumos, néctares, etc.. Por ello, el gran objetivo de dicho sector es la búsqueda de nuevos aditivos que solucionen ese problema. Sin embargo, uno de los grandes errores que se cometen a la hora de la búsqueda del aditivo perfecto es evaluar su efecto sobre una característica determinada del producto sin tener en cuenta lo que le pueda ocurrir a otras propiedades del alimento, como puede ser el olor.

En el capítulo de la serie “La Comunidad del Anillo y los Ejércitos Encapsulantes” titulado “Gimli, el enano bioencapsulado por culpa de su mal olor” recordarán que yo, el gran Sauron, me centré en el efecto de la adición de mis tropas de ciclodextrinas sobre el color del zumo de pera. Hoy, teniendo en cuenta que existen otros atributos sensoriales que son básicos para el desarrollo y comercialización de un nuevo producto como es el caso de su olor, me centraré en el efecto de la adición de ciclodextrinas sobre el aroma del zumo de pera.

Zumo de pera sin (izq.) y con (der.) ciclodextrinas

Zumo de pera sin (izq.) y con (der.) ciclodextrinas

Es posible que ustedes hoy estén empanados y aun no hayan caído en la “más que evidente relación” existente entre el zumo de pera, Sauron, los compuestos volátiles responsables del aroma de un alimento y los 13 enanos protagonistas de “El Hobbit, un viaje inesperado”. Aunque supongo que no hará falta ya que los lectores de este blog son inteligentes, se lo explico por si acaso están teniendo un mal día.

¿Por qué traté a la compañía de Thorin como compuestos responsables del olor del zumo de pera? Porque los enanos tienen las mismas características que los aromas presentes en los alimentos: baja concentración (los enanos son muy pequeños), muy volátiles (los enanos son muy difíciles de atrapar y siempre se escapan), muy reactivos (los enanos no paran de moverse e interaccionan entre ellos) y, sobre todo, muy aromáticos (estos enanos echan una peste de tanto caminar que no hay forma de acercarse a ellos).

Está clarísimo: los enanos son exactamente iguales a los compuestos aromáticos presentes en el zumo de pera… pero, ¿por qué de pera y no de uva? Pues porque al frente de todos ellos estaba mi odiado Bilbo Bolson, un Hobbit procedente de La Comarca, ese bucólico lugar donde los parajes verdes repletos de frondosos perales abundan por doquier. Claro y en botella.

Ciclodextrina encapsulando compuesto bioactivo

Ciclodextrina encapsulando compuesto bioactivo

Tras mucho pensar la estrategia a seguir en la gran batalla de evaluar el efecto de las ciclodextrinas sobre el aroma del zumo de pera, decidí que para atrapar a los 13 enanos (perdón, compuestos volátiles) había que arriesgar y emplear una metodología diferente a la utilizada con Légolas, Gimli, Gandalf, Aragorn, etc. En esta ocasión no me valía solo con encapsularlos en su conjunto y ver si el aroma resultante le gustaba al consumidor, sino que debía saber cuáles eran las familias de volátiles que mejor eran encapsuladas por mis tropas encapsulantes y a qué concentración estaban en el zumo de pera en presencia de ciclodextrinas. Con ello tendría a todos los enanos no solo encapsulados sino también identificados y cuantificados. Otra obra maestra del Señor Oscuro de Mordor.

En primer lugar realicé un análisis sensorial del zumo de pera en presencia de diferentes tipos de ciclodextrinas naturales: alfa, beta y gamma. Tras analizar los resultados obtenidos la ciclodextrina que escogí para encapsular sus compuestos volátiles fue aquella formada por 6 anillos de glucosa: alfa-ciclodextrina… precisamente la que también arrojó los mejores resultados cuando se evaluó el efecto de las ciclodextrinas naturales sobre el color del zumo de pera.

La adición al zumo de frutas de dicha molécula, que además de ser considerada segura por la FDA americana posee el código E-457 en la lista positiva de aditivos alimentarios de la UE, provocó que varios compuestos volátiles se introdujeran en la cavidad interna de las ciclodextrinas (al igual que hacían los compuestos responsables del color) resultando un aroma final que fue positivamente valorado por un experto y entrenado grupo de catadores pertenecientes a la Universidad de Murcia y a la Universidad Miguel Hernández de Orihuela.

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Eso sí, para conseguir un perfil organoléptico del gusto del consumidor la concentración de alfa-ciclodextrina adicionada al zumo de pera no debía superar el valor de 15 mM, ya que cuando pasaba ese valor los catadores observaron una disminución generalizada en las intensidades de la mayoría de los olores y en atributos tales como “verde”, “ácido”, “fresco” y “afrutado”… y esto no era del gusto de los consumidores.

Perfecto, el análisis sensorial demostraba mis tropas encapsulantes habían atrapado a esta banda de apestosos enanos volátiles, pero faltaba lo más difícil… cuantificarlos e identificarlos. El Gran Ojo sin Párpado quería saber familia, nombre y concentración de cada uno de estos enanos cuando una concentración de 15 mM de alfa-ciclodextrina era adicionada como aditivo alimentario al zumo de pera. Sigamos avanzando.

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Habitualmente para identificar a mis enemigos volátiles presentes en los zumos de frutas suelo emplear en mi Torre de Mordor un proceso de extracción de aromas muy simple. Se basa en un proceso de extracción líquido-liquido de los compuestos volátiles del alimento al que le sigue una cromatografía gaseosa de carácter semicuantitativo.

Sin embargo, esa técnica es demasiado lenta y poco sensible para identificar y cuantificar a los aromas del zumo de pera en presencia de ciclodextrinas… por lo que para aniquilar a los 13 enanos volátiles tuve que emplear mi triple arma secreta: la HS-SPME + GC-MS + GC-FID. Tranquilos, no salgan corriendo.Veamos lo que significa ese galimatías de letras y por qué gracias a esa nueva arma puede destrozar a los 13 enanos en tres pasos.

La microextracción en fase sólida por espacio de cabeza (HS-SPME) es la técnica que permite extraer los aromas encapsulados presentes en el zumo de pera para su posterior identificación. Consiste en una especie de aguja cubierta con un material especial que sirve para extraer distintos tipos de moléculas de diferentes medios líquidos o gaseosos. Introduciendo dicha aguja en el zumo de pera sus aromas se adhieren a ella y quedan preparados para su posterior uso en el siguiente paso del proceso.

"Aguja" empleada para extraer aromas en HS-SPME

“Aguja” empleada para extraer aromas en HS-SPME

En los últimos años la técnica HS-SPME se está empleando mucho ya que es más rápida, simple, limpia y fácil de usar que las técnicas tradicionales de extracción de aromas.

A pesar de todas estas ventajas el hecho de que en Mordor empleemos HS-SPME como técnica de extracción se debe a dos motivos aun más importantes que los anteriores. Por un lado esta técnica permite detectar bajísimas concentraciones de compuestos volátiles (pueden estar en el orden de partes por trillón) y, por otra parte, las muestras obtenidas con esta metodología no deben ser forzosamente identificadas al momento sino que pueden ser tranquilamente analizadas días después de la extracción sin perder cantidades significativas de los compuestos volátiles.

Resumiendo. Aunque estuviesen a muy baja concentración los volátiles encapsulados en ciclodextrinas (es decir, los enanos de la compañía de Thorin) la técnica HS-SPME permite extraerlos sin mayor problema del zumo de pera y tenerlos tiempo en mazmorras hasta que llegue el momento del segundo paso… su identificación.

Una vez extraídos los compuestos volátiles hay que identificarlos. Para ello la aguja de HS-SPME que contiene los volátiles extraídos del zumo de pera se introduce en un cromatógrafo gaseoso (GC). En ese momento los compuestos aromáticos se volatilizan y se inyectan en la cabeza de una columna cromatográfica donde posteriormente son arrastrados por un gas inerte…. hasta que llegan al detector donde deben ser identificados.

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Para identificar cada uno de los volátiles que componían el zumo de pera encapsulado empleé un detector de masas acoplado al cromatógrafo gaseoso (GC-MS). Este tipo de detector permite analizar con gran precisión la composición de diferentes elementos químicos separando los núcleos atómicos en función de su relación carga-masa (z/m) e identificándolos por comparación con patrones experimentales o con los resultados que han encontrado otros investigadores y que se hallan en la bibliotecas que suelen llevar incorporadas los cromatógrafos en su software.

Sorprendentemente, al aplicar las técnicas de HS-SPME + GC-MS para extraer e identificar los volátiles del zumo de pera me llevé una gran alegría. Los enanos aromáticos no eran 13 como la tropa de Thorin… sino 26, lo que hace que se cumpla el dicho de “un enano vale por dos”. La segunda de las sorpresas fue que, aunque todos estos enanitos apestosos parecían de la misma familia, en realidad los compuestos volátiles extraídos pertenecían a distintas estirpes.

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Los mayoritarios eran los esteres con 10 miembros, seguidos de los aldehídos con siete componentes, luego estaban los terpenos con cinco miembros; los alcoholes con un solo compuesto volátil y al final un grupo de bastardos al que denominé como “otros” por su diferente naturaleza. Sea como fuere, los enanos jamás iban a llegar a Erebor para recuperar sus tierras y el antiguo tesoro de la Casa de los Enanos que ahora posee mi amigo el dragón Smaug… la patética compañía de diminutos ya estaban bajo el poder del Señor Oscuro de Mordor.

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La estrategia diseñada por el gran Ojo sin Párpado estaba llegando a su fin. Tras extraer los volátiles encapsulados en el zumo de pera gracias a la técnica de HS-SPME, y una vez identificados mediante GC-MS, solo faltaba el proceso final de cuantificación de los mismos. Los enanos estaban encapsulados, extraídos del zumo, guardados en sus mazamorras y por fin había identificado sus nombres. Para completar la faena solo me quedaba ver cuáles de ellos estaban a mayor concentración en el zumo de pera en presencia de ciclodextrinas…es decir, saber cuáles eran los que más mandaban en la tropa de enanos.

Para tal fin volví a emplear la cromatografía de gases pero esta vez acoplada a un detector de ionización de llama (GC-FID)… el tercer paso de mi arma secreta. El detector de ionización de llama es uno de los detectores más usados y versátiles ya que presenta alta sensibilidad, amplio intervalo lineal de respuesta, bajo ruido de fondo y además su mantenimiento y proceso de fabricación es sencillo. La gran desventaja que tiene es que en el proceso de ionización se destruye la muestra… pero eso para Sauron no es un inconveniente: una vez identificados quienes eran los responsables mayoritarios del aroma de pera en presencia de ciclodextrinas no importaba quemarlos a todos. El Señor Oscuro de Mordor no hace prisioneros…

GC-FID

GC-FID

El fundamento de GC-FID es muy sencillo. Grosso modo podríamos decir que los volátiles de la pera contenidos en el gas a medir se conducen al interior de una llama, se queman en ella y se ionizan en el proceso. Los iones se recogen y se produce una señal eléctrica, que se mide a continuación. De esta forma podemos saber con gran exactitud las concentraciones de cada uno de los compuestos que formaban parte de la muestra inicial.

La escena final fue una “orgía élfica”. Todos los enanos, a los que había que sumar a Bilbo Bolson, estaban ardiendo en las llamas del GC-FID. Los 26 patéticos compuestos volátiles fueron chamuscados sin piedad. Ninguno logró escapar del incendio. Fíli, Kíli, Balin, Dwalin, Dori, Nori, Ori, Óin, Glóin, Bifur, Bofur, Bombur, Thorin Escudo de Roble e incluso Bilbo Bolson ardían en el interior del cromatógrafo gaseoso. Qué deleite.

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En la anterior tabla pueden observar el nombre de cada aroma, la concentración de cada uno de ellos en ausencia de cualquier agente encapsulante (grupo control) y la concentración en presencia ciclodextrinas tanto en el momento de adicionarlas como pasados 40 minutos. Si se fijan bien podrán comprobar quiénes eran los líderes de la tropa.

Los 4 enanos volátiles que presentaron mayor concentración fueron el acetato de propilo, el acetato de hexilo, el 2-metil-1-butanol, y el acetato de butilo… conocidos por todos ustedes como Thorin Escudo de Roble, Balin, Glóin (padre de Gimli) y Kill, el enano más guapo de la compañía.

Tropa de enanos identificados gracias a HS-SPME + GC-MS + GC-FID

Tropa de enanos identificados gracias a HS-SPME + GC-MS + GC-FID

Y así, gracias al análisis sensorial e instrumental, y empleando por un lado mi ejército de ciclodextrinas liderado por alfa-ciclodextrina y por otro mi triple arma secreta (HS-SPME + GC-MS + GC-FID), destrocé a toda la compañía de Thorin, hijo de Thráin II y nieto de Thrór, el último rey bajo la Montaña antes del ataque de Smaug el Dorado... pero mi enorme victoria no acabó ahí.

No contento con haber realizado esta obra de arte decidí hacerla pública hace unas semanas en la revista científica Food Analitycal Methods proponiendo a alfa-ciclodextrina como un aditivo capaz de mejorar tanto el color como el aroma del zumo de pera gracias a su poder encapsulante. Glorioso.

Estimados lectores, no hay quien pueda con Sauron. Ni elfos, ni hombres, ni magos, ni enanos, ni árboles, ni hobbits…todos han caído en mis redes. Sin embargo, en el próximo capítulo de esta serie les contaré como el Señor Oscuro de Mordor tiene un punto débil que jamás podrían imaginar y que está poniendo en peligro toda su hegemonía. Su nombre…Galadriel, el amor secreto de Sauron.

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Jose

* ¿Me ayudas a difundir este post en MNM? Solo tienes que pinchar este enlace. GRACIAS.

Fuente: Novel and Precise Method to Isolate, Identify, and Quantify Volatile Compounds in Headspace of Pear Juice Enriched with α-Cyclodextrin. Autores: José M. López-Nicolás & Antonio J. Andreu-Sevilla & Francisco García-Carmona & Ángel A. Carbonell-Barrachina. Food Anal. Methods. (2014) DOI 10.1007/s12161-014-9801-2.

Nota: Los anteriores 11 capítulos de la serie “La comunidad del anillo y los ejércitos encapsulantes” pueden leerlos pinchando en este enlace.

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10 respuestas a La cromatografía gaseosa de última generación como técnica de medida de un Hobbit y 13 enanos aromáticos

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  2. Bárbol dijo:

    Apasionante. Solo una cosa: “a groso modo” no sé qué es. Tal vez querías escribir “grosso modo” (sin la “a” y con dos “eses”).

  3. Excelente artículo. Hoy no suelto mis chorradas habituales. Gracias por el artículo.

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  6. Un artículo fantástico. Y muy interesante, por cierto. La información que en él compartes es fantástica y está muy bien estructurada, así como escrita. Además, los elementos visuales que incorporas sirven perfectamente para ejemplificar muchas de las cosas que dices, por lo que ayudan sobremanera a entender lo expuesto. Gracias por el artículo. Un saludo.

  7. Diego Avalos dijo:

    Hola. Cómo estás? Esta madrugada, desvelado y pensando en cromatógrafos, equipos de laboratorio, y navegando en Internet para variar buscando información, caí en este blog que has creado. Específicamente estoy muy interesado en los cromatografos porque resulta que vivo en un laboratorio abandonado ..bueno te dejo mi mail : dxgxpxavalos@hotmail.com tanta palabreria y después resulta que ignoras mi mensaje. saludos

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