Refractometría en la industria alimentaria
Refractómetros digitales de Hanna Instruments para la industria alimenticia
Conocer la composición y/o pureza de una muestra de manera rápida y precisa se ha convertido en una prioridad en los procesos productivos en la industria alimenticia, sumado a esto, las exigencias en las normativas de calidad vigentes deben incluir a toda la cadena de producción.
El índice de refracción es una característica óptica de una sustancia y de las partículas disueltas en ella. Se define como la relación entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz en una sustancia. La luz cambia de dirección cuando viaja a través de una sustancia con un índice de refracción diferente. A esto se le llama refracción.
Ley de Snell
Al pasar de un material con un índice de refracción mayor a un menor, existe un ángulo crítico en el que un haz de luz entrante ya no puede refractarse, sino que se reflejará en la interfaz entre las dos sustancias. A esto se le llama reflexión interna total.
El ángulo crítico se puede utilizar para calcular fácilmente el índice de refracción de acuerdo con la ecuación:
Donde n2 es el índice de refracción del medio de menor densidad; n1 es el índice de refracción del medio de mayor densidad.
La determinación del Índice de Refracción se ve influenciada por la temperatura y la longitud de onda de la luz emitida. Bajo condiciones controladas de medida, es una propiedad constante para un medio y permite determinar la pureza de una sustancia o cuantificar un determinado compuesto en mezclas binarias de constituyentes conocidos.
Aplicación
Los refractómetros son instrumentos relevantes en la industria alimentaria, se emplean en el análisis de productos líquidos y en el control de operaciones durante el procesamiento de diversos alimentos como: leche y sus derivados (condensada, evaporada, productos lácteos...), frutas, zumos, mermeladas, miel, salsas (ketchup, mostaza, sopas...), fabricación y refinado de azúcar, bollería y repostería.
El monitoreo de la cantidad o índice de concentración de carbohidratos en la industria alimenticia ha sido clave teniendo en cuenta que estas sustancias confieren diferentes características fisicoquímicas y sensoriales tanto a las materias primas como a los productos terminados.
Muchos de los productos lácteos han sido desarrollados teniendo en cuenta la interacción de los carbohidratos con los componentes de la leche, es así como la cuantificación de sus azúcares naturales y añadidos es de vital importancia.
Los monosacáridos, son altamente higroscópicos (humectantes), esto hace que tengan una gran capacidad de adsorción de agua, lo cual los hace muy útiles en panadería y pastelería con el fin de mantener la humedad y jugosidad de los productos a lo largo del tiempo. Además, los azúcares tienen la capacidad de mantenerse en estado vítreo, es decir, con una alta viscosidad, pero sin llegar a formar cristales, lo cual, es la base de la formación de caramelos duros.
Un refractómetro mide indirectamente la densidad de los líquidos. La unidad de medida °Bx (grados °Brix) lleva el nombre de Adolf F. °Brix, un científico del siglo XIX. Según esa escala, 1 ºBx correspondería a un índice de refracción de una solución de sacarosa en agua al 1%.
Los zumos de fruta contienen sacarosa, pero también otros azúcares, ácidos, como el ácido ascórbico o el ácido cítrico, y minerales. Pero contienen también aditivos, como vitaminas, gluconato ferroso, compuestos de calcio o pectinas, para aportar la viscosidad deseada a los zumos, afectan al índice de refracción. Dado que los ácidos de frutas tienen un índice de refracción considerablemente menor que el de la sacarosa, su concentración se determina comúnmente mediante análisis volumétricos y el valor para los grados °Brix requiere corrección.
Existen diversos tipos de equipos en el mercado: manuales, digitales, portátiles, de laboratorio o los que trabajan en continuo. Los equipos manuales miden la línea de sombra en el visor, son muy sencillos, pero poco precisos en la lectura. Los equipos digitales, aportan mayor precisión, al mismo tiempo que están dotados de un sistema de compensación de la temperatura y nos dan el resultado en las unidades de concentración seleccionadas.
Durante la elaboración de vinos, la presencia de azúcares es uno de los parámetros fundamentales de la enología, debido a que esta familia de compuestos interviene prácticamente en todo el proceso, desde la uva al vino, determinando así la calidad del producto final.
Los grados °Brix, indican la cantidad de sólidos de un líquido. En el vino, los °Brix se miden antes de la etapa de vendimia pues el contenido de azúcar y el contenido de alcohol están estrechamente relacionados y así se puede inferir este último una vez fermentado el azúcar. Normalmente el monitoreo es diario durante el proceso de fermentación. El control de conversión permite ajustar la temperatura del proceso para obtener vino de alta calidad.
Existen otras escalas como los grados Baumé (°Be) y los grados Oechle (°Oe) (medir la densidad del mosto de uva) que también determinan la concentración de estos compuestos en una muestra y la relación entre las distintas escalas es la siguiente:
Los grados ° Klosterneuburger Mostwaage (° KMW) se utilizan en Austria para medir el contenido en azúcar del mosto. ° KMW está relacionado con ° Oe por la siguiente ecuación: ° Oe = ° KMW x [(0,022 x ° KMW) + 4,54] 1 ° KMW es aproximadamente equivalente a 1% Brix o 5 ° Oe. ° KMW también se conoce como ° Babo.
El alcohol “potencial” o “probable” es una estimación del contenido de alcohol (% vol / vol) en el vino terminado basándose en la conversión entre azúcar y alcohol. Esta conversión depende de muchos factores, tales como el tipo de uva, la madurez, la región de crecimiento, la eficacia y temperatura de fermentación de la levadura.
El grado Plato o la escala Plato se estableció para cuantificar el contenido de azúcar en el mosto para la industria cervecera. Se expresa por porcentaje en peso (% p/p) y por definición:
Los maestros cerveceros deben controlar el azúcar disuelto para poder mejorar el proceso de fermentación de la cerveza.
En el caso de las conservas se requiere el porcentaje de cloruro de sodio expresado en °Be.
Los grados Baumé también pueden ser equivalentes en soluciones de sal:
Se controla en salmueras y hortalizas con el fin de observar si al cabo de 48 horas se ha llegado al equilibrio osmótico deseado, además de monitorear si el peso neto y el peso escurrido del producto es el correcto para el lote en análisis.
Otra aplicación de la Refractometría se ve en la elaboración de mermeladas, existen tres parámetros fundamentales para obtener un producto de calidad: la acidez, el porcentaje de azúcar y la concentración del gelificante, en este caso los grados °Brix finales deberán encontrarse en el rango de 55 – 70 °Brix para mantener su vida de anaquel.
La inversión de los azúcares es uno de los tratamientos más ampliamente utilizados para mejorar sus propiedades tecnológicas. Se trata de la hidrólisis, principalmente de la sacarosa, en glucosa y fructosa, bien por vía enzimática (por acción de la invertasa) o por vía fisicoquímica, mediante tratamiento con ácido y altas temperaturas. Los azúcares invertidos, mejoran la higroscopicidad, aumentan la solubilidad de los azúcares, elevan el sabor dulce y previenen la recristalización en helados.
Las bebidas sin alcohol son dulces debido a la variedad de azúcares o en el caso de las versiones dietéticas o light, por los sustitutos del azúcar. Comúnmente los azúcares cuentan con un alto contenido de fructosa de jarabe de maíz (HFCS) y sacarosa de la planta de caña de azúcar. Los sustitutos del azúcar son endulzantes artificiales que saben cómo la sacarosa, pero no tienen carbohidratos. Los sustitutos de azúcar comunes incluyen sacarina, aspartamo y sucralosa. Independientemente del endulzante, la concentración debe ser monitoreada para obtener un producto consistente y deseable. Una determinación común de la concentración de endulzante es usando un refractómetro para determinar el % Brix de la solución. Entre mayor sea la concentración de endulzante, mayor será el índice de refracción. Esto, a su vez, produce un valor Brix superior. Valores comunes de °Brix para un refresco de cola regular se encuentran alrededor de 6 y 11%.
Los refractómetros digitales de Hanna eliminan la incertidumbre asociada con los refractómetros mecánicos. Después de una simple calibración del usuario con agua destilada o desionizada, las muestras se miden en segundos.
Los equipos digitales, aportan mayor precisión, al mismo tiempo que están dotados de un sistema de compensación de la temperatura arrojando el resultado en las unidades de concentración seleccionadas.
La medición y la temperatura, seleccionables en °C o °F, se muestran en la pantalla LCD de fácil lectura. Con protección contra el agua IP65, estos refractómetros son lo suficientemente duraderos y compactos para usarse en casa, en el laboratorio o en terreno.
Hanna ofrece refractómetros digitales portátiles para medir parámetros que incluyen: Azúcar, Brix, Baumé, salinidad, NaCl, glicol y alcohol potencial para análisis precisos en diferentes industrias, incluyendo las de alimentos, bebidas (jugos), vino, acuicultura y más.
