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Fundamento de Análisis de alimentos Cenizas

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Alberto Luis HuamaníHuamaní 55

CAPITULO IV

DETERMINACION DE

CENIZA EN ALIMENTOS

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Objetivos: Conocer el fundamento de las técnicas de determinación de ceniza en

alimentos y su cuantificación

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4.1 CENIZA EN ALIMENTOS

Las cenizas son los residuos inorgánicos de los alimentos que permanecen en la muestra

posterior a la ignición u oxidación completa de la materia orgánica.

Las cenizas de un alimento son un término analítico equivalente al residuo inorgánico

que queda después de calcinar la materia orgánica. Las cenizas normalmente, no son las

mismas sustancias inorgánicas presentes en el alimento original, debido a las perdidas

por volatilización o a las interacciones químicas entre los constituyentes.

Las cenizas de los alimentos están constituidas por el residuo inorgánico que queda

después de que la materia orgánica se ha quemado. Las cenizas obtenidas no tienen

necesariamente la misma composición que el material mineral presente en el alimento

original, ya que pueden existir pérdidas por volatilización o alguna interacción entre los

componentes del alimento.

La cantidad o valor obtenido de las cenizas en un alimento puede considerarse como

una medida general de calidad, por ejemplo, en las harinas se puede determinar qué tan

refinada es, ya que entre más refinada sea, menos será la cantidad de cenizas presentes

en la harina. La determinación de cenizas también es útil para determinar el tipo de

alimento, así como para detectar adulteraciones y contaminaciones.

En cereales y harinas las cenizas es de principal importancia su determinación y radica

en que nos sirve para conocer el grado de extracción de la harina analizada. Mientras

menor sea el porcentaje de cenizas, menor será la contaminación con salvado y germen.

Recordemos que el endospermo del grano contiene 0,3% aproximadamente de cenizas,

en cambio en la cáscara esta puede alcanzar valores hasta del 9%.


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El valor principal de la determinación de cenizas (y también de las cenizas solubles en

agua, la alcalinidad de las cenizas y las cenizas insolubles en ácido) es que supone un

método sencillo para determinar la calidad de ciertos alimentos, por ejemplo en

las especias y en la gelatina es un inconveniente un alto contenido en cenizas. Las

cenizas de los alimentos deberán estar comprendidas entre ciertos valores, lo cual

facilitará en parte su identificación (Kirk et al., 1996).

Durante la determinación es importante obtener un residuo blanquecino, completamente

libre de partículas oscuras, como carbón que no se ha incinerado completamente.

En los vegetales predominan los derivados de potasio y en las cenizas animales los del

sodio. El carbonato potásico se volatiliza apreciablemente a 700°C y se pierde casi por

completo a 900°C. El carbonato sódico permanece inalterado a 700°C, pero sufre

pérdidas considerables a 900°C. Los fosfatos y carbonatos reaccionan además entre sí

(Hart, 1991).

Para la determinación de cenizas se siguen principalmente 2 métodos, en seco y

vía húmeda.

La ceniza en alimento es el residuo inorgánico que permanece después de la quema de

materia orgánica de una muestra. La ceniza esta constituida principalmente de grandes

cantidades de k, Na, Ca y Mg; pequeñas cantidades de Al, Fe, Cu, Mn y Zn y trazas de

Ar, I, F y otros elementos

Fundamento: Cuantificación de residuos inorgánicos que quedan después de la

ignición (T=600ºC) u oxidación completa de la materia orgánica de un alimento. Es

esencial el conocimiento básico de las características de varios métodos para analizar

cenizas así como el equipo para llevarlo a cabo para garantizar resultados confiables.

Existen tres tipos de análisis de cenizas: cenizas en seco para la mayoría de las muestras

de alimentos; cenizas húmedas (por oxidación) para muestras con alto contenido de

grasa (carnes y productos cárnicos) como método de preparación de la muestra para

análisis elemental y análisis simple de cenizas de plasma en seco a baja temperatura

para la preparación de muestras cuando se llevan a cabo análisis de volátiles

elementales.

4.2 TIPOS DE CENIZA

4.2.1 Cenizas acidas insolubles

Los contaminantes minerales insolubles. Son los minerales del suelo (en su mayoría

silicatos y silicio de opalina) solubles únicamente en HBr ó HF.

4.2.2 Cenizas alcalinas

Una determinación muy útil para determinar el balance ácido-base de los alimentos y

para detectar adulteración de los alimentos con minerales.


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4.3 METODOS PARA DETERMINAR LA CENIZA

El método de determinación de ceniza es muy simple y consiste en la quema de la

muestra en mufla utilizando temperaturas de 550ºC a 570ºC por tiempos pre-

determinados. Para cada tipo de muestra existen condiciones recomendadas que deben

ser verificadas antes de proceder la determinación.

La ceniza obtenida no es necesariamente de la misma composición que la materia

mineral presente originalmente en el alimento, pues pude haber perdida por

volatilización u alguna interacción entre los constituyentes de la muestra. Los elementos

minerales se presentan en la ceniza bajo la forma de óxidos, sulfatos, silicatos y

cloratos, dependiendo de las condiciones de incineración y de la composición del

alimento. Algunos cambios pueden ocurrir como oxalatos de calcio pueden ser

transformados en carbonatos, o también en óxidos. La composición de la ceniza va a

depender de la naturaleza del alimento y del método de determinación utilizado.

Muestras con alto contenido de humedad deben ser secadas antes de la incineración, y,

por tanto muchas veces es ventajoso combinar la determinación directa de humedad y la

determinación de cenizas.

La presencia de grandes cantidades de cenizas en productos como azúcar, almidón,

gelatina, frutas ácidas o pectina es indeseable y, por tanto cuidados especiales deben ser

tomados durante sus procesos productivos.

Las cenizas son los residuos inorgánicos de los alimentos que permanecen en la muestra

posterior a la ignición u oxidación completa de la materia orgánica.

4.3.1 Método de cenizas totales en seco

La determinación en seco es el método más común para cuantificar la totalidad de

minerales en alimentos y se basa en la cuantificación de residuos inorgánicos que

quedan después de la ignición (T=600ºC) u oxidación completa de la materia orgánica

de un alimento.

En este método toda la materia orgánica se oxida en ausencia de flama a una

temperatura que fluctúa entre los 550 -600°C; el material inorgánico que no se volatiliza

a esta temperatura se conoce como ceniza (Nollet, 1996).

Esta técnica se realiza mediante el uso de una mufla capaz de mantener temperaturas de

500 a 600ºC. El agua y los vapores son volatizados y la materia orgánica es quemada en

presencia de oxígeno en aire a CO2 y óxidos de N2. La mayoría de los minerales son

convertidos en óxidos, sulfatos, fosfatos, cloruros y silicatos. Elementos como el hierro,

selenio, plomo y mercurio pueden volatilizarse parcialmente con este procedimiento (si

se requiere de un análisis elemental se tiene que recurrir a otro método).

Ventajas

Es un método seguro.

No requiere de adicción de reactivos.


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No requiere de atención directa una vez iniciada la ignición.

Se pueden procesar muchas muestras de una vez.

La ceniza resultante puede ser utilizada para otras determinaciones (I.E.

minerales)

Desventajas

Se requiere de mucho tiempo para la determinación (I.E. tiempo e ignición,

12 a 18 horas o toda la noche).

Las muflas son caras.

Se pierden elementos volátiles.

Interacción entre componentes minerales y crisoles.

Elementos que corren el riesgo de perderse en el análisis en seco As, B, Cd, Cr. Cu, Fe,

Pb, Hg, Ni, P, V, Zn.

Figura 4.1: Equipos de mufla para determinar ceniza en seco

a) Materiales

a. Crisol de porcelana.

b.Mortero

c. Desecador, con desecante de perclorato de magnesio ó silicagel.

b) Equipos de laboratorio

a. Homo de incineración (Mufla).

b.Balanza analítica de precisión.

c) Procedimiento del método en seco

1. Coloque el crisol limpio en un horno de incineración a 600°C durante una hora.

Luego traslade el crisol del homo al desecador y enfríelo a la temperatura del

laboratorio. Péselos (p1) tan pronto como sea posible para prevenir la adsorción de


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humedad, usando siempre pinzas de metal para manejar los crisoles después de

que incineran o secan.

2. Pese 1,5 a 2,0 g de muestra sobre el peso de crisol (p2). Colóquelo en un horno

incinerador y manténgalo a temperatura de 600°C durante 3 a 5 horas.

3. Luego se saca de la mufla y se traslada el crisol a un desecador para enfriarse a

temperatura ambiente. Cuando este frío, pese el crisol tan pronto como sea posible

para prevenir la absorción de humedad y registre el peso (p3).

d) Cálculo

Cantidad de ceniza

g de ceniza = peso de crisol mas ceniza – peso de crisol vacio

Porcentaje de ceniza (%)

100muestra de

ceniza de % x

peso

gCeniza

4.3.2 Método de Cenizas en húmedo (Oxidación)

Es una oxidación húmeda ó digestión húmeda. Oxidación de la materia orgánica usando

ácidos y agentes oxidantes o sus combinaciones. Los minerales se oxidan sin

volatilización. Su uso principal es el de preparar las muestras para el análisis mineral

específico y determinación de venenos metálicos.

La determinación húmeda se fundamenta en la descomposición de la materia orgánica

en medio ácida y agente oxidante o sus combinaciones (oxidación húmeda ó digestión

húmeda) por lo que la materia inorgánica puede ser determinada por gravimetría, y

también por algún otro método analítico para las sales que permanezcan en disolución

acuosa o ácida. Para la determinación húmeda se dan cenizas alcalinas, ácidas y

neutras y esto se basa en el tipo de anión o catión ya sea metálico o complejo de

tal forma hay minerales como tartratos, citratos que producirán cenizas con un carácter

alcalino. Es necesario tomar en cuenta que también un índice de alcalinidad de cenizas

es muestra del contenido de carbonatos en disolución acuosa.

Las ventajas y desventajas de estos métodos se muestran en la Tabla 4.1 (Nollet, 1996).

Este es un procedimiento de oxidación de substancias orgánicas usando ácidos y un

antioxidante o una combinación de ambos. Los minerales así son solubilizados sin

volatilizarlos. La calcinación húmeda es a menudo preferible como una preparación de

la muestra antes del análisis elemental de la misma. El ácido Nítrico y el ácido

perclórico, sin embargo para el ácido perclórico una campana de extracción de humos es

preferible. Este procedimiento debe ser realizado encampana de extracción de humos

especial y con mucha precaución cuando se trabaje con alimentos grasos.


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Tabla 4.1. Comparación entre métodos para determinar cenizas totales

Método Ventajas Desventajas

Seco

Simple

No se requiere atención

durante la generación de

cenizas

No se requieren reactivos

Se pueden manejar

muchas muestras

Es un método estándar

para la determinación de

cenizas

6. Se puede determinar

cualquier tipo de materia

inorgánica

Se requiere alta temperatura

El equipo es caro

Hay pérdidas por volatilización

Hay interacciones entre minerales y

recipientes.

Hay absorción de

elementos traza por recipientes

de porcelana o sílice

Poca utilidad para análisis de Hg, As, P

y Se

Calentamiento excesivo puede hacer

ciertos componentes insolubles.

Hay una dificultad de manejo de

cenizas por ser higroscópicas, sensibles

a la luz, etc.

Húmedo

Relativamente no se

requiere alta temperatura

El dispositivo es simple

La oxidación es rápida

Se mantiene la disolución

acuosa lo cual es bueno

para análisis mineral.

El equipo no es caro

No hay volatilización de

minerales

Se requieren altas cantidades de

materiales corrosivos.

Se requieren ácidos explosivos

Se requiere estandarizar los reactivos

Las reacciones son fumantes

o Manejar sistemáticamente varias

muestras no es sencillo

6. El procedimiento es tedioso y

gasta mucho tiempo.

Reactivos usados

• Preferentemente se utilizan ácidos nítrico y perclórico, sin embargo, se debe

tomar la precaución de utilizar campanas de extracción potentes.

• Se debe tener cuidado cuando se están analizando alimentos grasosos.

Ventajas:

Los minerales usualmente permanecen en solución y

casi no hay pérdida de minerales por volatilización debido a que se utiliza menor

temperatura.

El tiempo de oxidación es corto y requiere de campana de extracción, estufa,

pinzas largas y equipo de seguridad.

Desventajas:

Necesita supervisión continua por parte del operador.

Se necesitan reactivos corrosivos.

Solo pueden procesarse pocas muestras a la vez.

Se necesita realizar todo el trabajo con campana de extracción.


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Riesgo del método

El ácido perclórico interfiere en el análisis del hierro reaccionando con el hierro de la

muestra para formar perclorato ferroso, el cual forma un complejo insoluble con el

óxido fenantroleno en el procedimiento.

Problemas del método

Puede haber fugas en el sistema de vacío, y este es muy peligroso por los gases.

Los sellos de las cámaras pueden desgastarse y originar fugas.

Pueden romperse en las juntas tipo T (por lo común son de plásticos) en el

sistema de vacío.

Se debe tener cuidado de reemplazar estas piezas

4.3.3 Cenizas por secado en plasma a baja temperatura (cenizas a baja

temperatura o por plasma)

Este procedimiento emplea un procedimiento de calcinación por secado muy especial,

en el cual el alimento es oxidado bajo condiciones de vacío parcial, a menor

temperatura que en la mufla normal, previniendo la volatilización de muchos elementos.

Las estructuras cristalinas generalmente permanecen intactas.

Fundamento: Los alimentos son oxidados en un vacío parcial mediante oxígeno

naciente (O3) en condiciones de un campo electromagnético a baja temperatura.

El generador de frecuencia es luego activado a una frecuencia ligeramente menor que

14mhz y ajustado por la cantidad de watage aplicada (50 – 200 watts) para controlar la

velocidad de incineración.

Se introduce una pequeña cantidad de oxígeno cuya molécula se rompe para formar

oxígeno naciente mediante un generador de un campo electromagnético de

radiofrecuencia. Un poder de frecuencia ajusta la velocidad de incineración. Se puede

introducir aire como un procedimiento de incineración más noble para conservar los

componentes microscópicos y estructurales como los cristales de oxalato de calcio en

los tejidos foliares.

Este procedo ocurre a una temperatura muy inferior que la mufla, evitando así, la

volatilización de la mayoría de los elementos.

Las estructuras cristalinas comúnmente permanecen intactas,

Algunos modelos contienen agitadores de la muestra.

El progreso de la incineración puede observarse a través de las cámaras de vidrio.


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Fundamento:

Se introduce una pequeña cantidad de oxígeno cuya molécula se rompe para formar

oxígeno naciente mediante un generador de un campo electromagnético de

radiofrecuencia.

Un poder de frecuencia ajusta la velocidad de incineración. Se puede introducir aire

como un procedimiento de incineración más noble para conservar los componentes

microscópicos y estructurales como los cristales de oxalato de calcio en los tejidos

foliares.

Ventajas

Existe menor riesgo de pérdida de elementos traza por volatilización que en el

método tradicional de cenizas en seco.

La temperatura baja utilizada con la incineración por plasma (150ºC o menor)

generalmente permite a las estructuras microscópicas permanecer inalteradas.

Desventajas

• Pequeña capacidad para procesar muestras a la vez

• El equipo es muy costoso

4.4 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA PARA LA DETERMINACIÓN DE

CENIZAS

Los equipos de molienda de acero pueden introducir contaminantes a la muestra.

El material de vidrio no debe estar rayado pues puede introducir contaminantes. Se debe

usar agua desionizada.

Material vegetal

Selección cuidadosa de una muestra representativa del lote.

Secado por métodos convencionales.

Molienda.

Tallos y tejidos foliares deben ser secados en dos etapas: a 55ºC primero y

después a temperaturas más alta para evitar contaminación por lignina.

El material vegetal con 15% de cenizas o menor humedad puede ser sometido al

análisis sin el secado.

Productos grasos y azucarados

Los productos animales, jarabes y especias requieren de tratamientos previos debido a

su alto contenido de grasas (provocan hinchamientos, salpican) o alto contenido de

azúcar (producen espuma) que pueden ocasionar pérdidas de muestra.


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4.5 EQUIPOS

4.5.1 Ceniza en seco

Muflas convencionales: Requieren de un rango desde 110 voltios (las de

laboratorio) o requieren de un rango de 208 ó 240 voltios.

Muflas de microondas. Utilizan crisoles de fibra de cuarzo. El tiempo de

proceso se reduce drásticamente, sin embargo su capacidad es escasa.

Selección de crisoles

Crisoles de cuarzo: Son resistentes a los ácidos y halógenos pero no a los

álcalis especialmente a altas temperaturas.

Crisoles de pyrex: Resistentes a una temperatura máxima de 500 ºC.

Crisoles de porcelana: Relativamente baratos pero no soportan cambios

bruscos de temperatura.

Crisoles de acero: resistentes a ácidos, álcalis, baratos, pero están compuestos

de una aleación cromo-niquel, posibles fuentes de contaminación.

Crisoles de platino: inertes y probablemente los mejores crisoles pero muy

caros para uso rutinario y para procesar muchas muestras.

Precauciones al marcar los crisoles

No se debe utilizar pluma atómica pues la tinta se desvanece con el calor.

Marcadores de punta de acero, disponibles en el mercado.

De preferencia se debe marcar el crisol con una pluma con punta de diamante y

con una solución de FeCl2 en HCl. Un clavo de hierro disuelto en HCl

concentrado forma una pequeña quemadura útil para marcar.

4.5.2 Para cenizas a baja temperatura y plasma

Consiste de un sistema de vidrio con un número variable de cámaras para muestras que

pueden ser evacuadas mediante una bomba de vacío.

4.6 EJERCICIOS PROPUESTOS

1. Cuál es la importancia de conocer la cantidad de ceniza en alimentos?

2. Dentro de los vegetales (cereales) donde se ubica la mayor cantidad de cenizas?

3. La cantidad de cenizas bajas en harinas que me indica? Y altas que indica?

4. Fundamento de determinación de cenizas del método de cenizas totales en seco.

5. Fundamento de determinación de cenizas del método de cenizas en húmedo.


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6. Fundamento de determinación de cenizas del método de Cenizas por secado en

plasma a baja temperatura.

7. En cereales y harinas las cenizas radica en que nos sirve para conocer el grado

de extracción de la harina analizada. Mientras mayor sea el porcentaje de

cenizas, menor será la contaminación con salvado y germen.( ).

8. En las cenizas de los vegetales predominan los derivados de sodio y en las

cenizas animales los del potasio. ( )

9. No es una de las ventajas de las determinaciones de ceniza en seco:

a) Es un método seguro.

b) No requiere de adicción de reactivos.

c) Requiere de atención directa una vez iniciada la ignición.

d) Se pueden procesar muchas muestras de una vez.

e) La ceniza puede ser utilizada para otras determinaciones (minerales)

10. No es una de las ventajas de las determinaciones de ceniza en húmedo:

a. Requiere temperatura de 600ºC

b. El dispositivo es simple

c. La oxidación es rápida

d. Es bueno para un análisis de un mineral.

e. El equipo no es caro

f. No hay volatilización de minerales

11. En la cuantificación de ceniza el peso de la capsula fue de 27,845 g, Peso de

capsula más muestra fue de= 29,844g, Peso de capsula más ceniza = 27,865 g.

determine el porcentaje de ceniza en el alimento.

4.7 BIBLIOGRAFIA

Boumans, H., Van Gaalen, M.C.M., Grivell, L.A. y Berden, A. 1997. Differential

Inhibition of the Yeast bc1 Complex by Phenanthrolines and Ferroin. The

Journal of Biological Chemistry. 272, 2, 19753-19760.

Nollet, L. M. L (Ed).; Handbook of Food Analysis; M. Dekker, Nueva York 1996.

Hart F. L; Análisis moderno de los alimentos; Acribia. Zaragoza (España), 1991.

Kirk R. S., Sawyer R; Egan, H. Composición y análisis de alimentos de Pearson,

segunda edición; Compañía editorial continental SA de CV, México, 1996.

James, C.S; Analytical Chemistry of Foods: An Aspen Publication, Gaithersburg,

Maryland. 1999

Nielsen S. (ed); Food Analysis Laboratory Manual; Kluwer Academic/Plenum

Publishers, Nueva York, 2003.

capitulo_iv__ceniza.pdf

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