Métodos de extracción en el análisis de grasas

Evolución histórica del análisis de las grasas

Al igual que la determinación de las proteínas y las fibras, la determinación de la grasa total es un componente importante del análisis del valor nutritivo y de la evaluación de la calidad de los alimentos y piensos, puesto que las grasas figuran entre los proveedores de energía más importantes para las personas y los animales. No solo en la industria alimentaria y de piensos la determinación del contenido de grasa juega un papel importante, sino que también en la industria manufacturera el contenido de grasa en las materias primas se determina para evaluar la aptitud de ciertos procesos de transformación y en el marco de los controles de calidad. Incluso en el sector medioambiental se determina el contenido de grasa en el agua y las aguas residuales para evaluar la pureza del agua.

No obstante, un gran parte de las grasas y sus sustancias acompañantes, que deben analizarse, está ligada física y químicamente. Por eso, para una determinación de la grasa total se requiere una digestión de la muestra. Con el paso del tiempo, se han desarrollado para ello distintos métodos químicos clásicos por vía húmeda que presentan una sorprendente longevidad. Porque, aunque entretanto también han surgido modernos métodos de determinación rápida, como NIR (espectroscopia de infrarrojo cercano) o RMN (resonancia magnética nuclear), los métodos químicos por vía húmeda siguen siendo de referencia en el análisis de las grasas.

Visión general de la evolución histórica del análisis de las grasas mediante química analítica por vía húmeda

Digestión Extracción Análisis Nombre Introducción
Ninguna Extracción sólido-líquido Gravimétrico Soxhlet 1890
Hidrólisis clorhídrica Extracción sólido-líquido Gravimétrico Weibull-Stoldt 1892
Hidrólisis alcalina (amoniaco) Extracción sólido-líquido Gravimétrico Röse-Gottlieb (Mojonnier) 1893
Hidrólisis sulfúrica Extracción sólido-líquido Gravimétrico Gerber 1938

Por lo general, para la determinación de la grasa total o de la grasa bruta se pueden diferenciar entre métodos de referencia, métodos químicos rápidos y métodos espectroscópicos rápidos o secundarios. No obstante, se consideran métodos de referencia los métodos clásicos gravimétricos y químicos por vía húmeda.

Además, los métodos gravimétricos y químicos por vía húmeda entran todos en la categoría de extracciones sólido-líquido.

Extracción sólido-líquido

En la extracción sólido-líquido se aísla de forma controlada una sustancia o un grupo de sustancias de una mezcla de sólidos con la ayuda de un disolvente líquido. La extracción en caliente clásica, en la que la muestra se transporta en un cartucho de celulosa y, a continuación, se coloca en un disolvente en ebullición, fue la primera extracción de este tipo. No obstante, con la extracción en caliente por lo general no se puede efectuar una extracción completa de la muestra, puesto que se produce un equilibrio entre el disolvente y la muestra. Sin embargo, las regulaciones y normas que rigen en la industria alimentaria y de piensos con el paso del tiempo se han vuelto cada vez más estrictas, por lo que el interés por métodos más precisos y efectivos para la extracción de sólidos sigue creciendo. Por ello, la extracción en caliente clásica se ha ido desarrollando cada vez más, lo que a su vez ha dado lugar a nuevas extracciones sólido-líquido. Las tres extracciones sólido-líquido más conocidas son:

  • la extracción Soxhlet,
  • la extracción Butt o Twisselmann, y
  • la extracción Randall.

Extracción Soxhlet

En el año 1879, Franz von Soxhlet desarrolló un aparato de vidrio para la extracción continuada de sólidos. Este aparato denominado Soxhlet permite la realización automática de varios ciclos de extracción con una muestra.

Con este, el disolvente se calienta en un matraz hasta el punto de ebullición, con lo cual el vapor del disolvente asciende por un tubo lateral hasta el tubo refrigerante. Allí, se condensa el vapor y, seguidamente, gotea hacia la cámara de extracción. En esta cámara se encuentra la muestra que se va a extraer en un cartucho de celulosa. El disolvente que gotea de retorno se acumula en la cámara de extracción hasta la altura de la curvatura del sifón, por encima de esta se reconducirá al matraz inferior junto con el extracto disuelto mediante el efecto sifón. Mediante la repetición continuada de este proceso, se puede conseguir finalmente una extracción cuantitativa. Después de la extracción, el disolvente debe separarse en un aparato aparte y la grasa aislada se debe secar para pesarse.

En comparación con la extracción en caliente clásica, en la que la extracción de la muestra tiene lugar en un disolvente en ebullición, la temperatura de la cámara de extracción es inferior, lo que hace que el proceso de extracción en el aparato Soxhlet requiera claramente más tiempo. Así, el tiempo necesario para una extracción cuantitativa Soxhlet depende de la muestra que vaya a extraerse y puede durar hasta 8 horas o incluso más.

Aunque en la actualidad hay procedimientos de extracción claramente más rápidos, en los que la extracción de la muestra tiene lugar directamente en el disolvente en ebullición, el método Soxhlet sigue siendo el método descrito más frecuente para la determinación de grasa en los alimentos y piensos.

Extracción Butt o Twisselmann

Un desarrollo posterior y, al mismo tiempo, una simplificación del método Soxhlet clásico lo encarna el aparato Butt del año 1914 (izquierda). En este aparato, en comparación con el aparato Soxhlet, se suprimen los tubos laterales y la muestra se extrae en un tubo recto.

En la extracción Butt, el cartucho de celulosa con la muestra se sitúa encima del disolvente que se va a calentar, por tanto, el vapor del disolvente caliente pasa por la muestra entrando directamente en contacto con esta. A continuación, los vapores ascienden al tubo refrigerante, allí se condensan y vuelven a fluir por la muestra hasta el matraz. Así, la muestra se extrae de forma continuada mediante los vapores y el disolvente que gotea de retorno. A través del proceso de extracción continuado a temperaturas más elevadas, por lo general, la muestra puede extraerse completamente en menos horas.

Una vez concluida la extracción, se retira el disolvente de la grasa extraída por destilación y el posterior secado al vacío, y la grasa extraída se pesa. El extractor Twisselmann (derecha) –un desarrollo posterior del tubo Butt– tiene adicionalmente una llave de cierre para separar el disolvente entre el recipiente de la muestra y el tubo refrigerante. Una vez completada la extracción, puede cerrarse la llave de cierre y recuperarse el disolvente.

Extracción Randall

El principio de la extracción Randall combina la rapidez de la extracción en caliente con la eficiencia de la extracción Butt o Twisselmann. Este principio también se utiliza en SOXTHERM y se representa esquemáticamente en la siguiente figura:

Extracción en caliente (principio de Randall) (1)
Evaporación del disolvente (2)
Extracción del vapor (extracción Butt) (3)
Evaporación del disolvente (4)
Secado (5)

En el primer paso, el cartucho de extracción con la muestra se encuentra directamente en el disolvente en ebullición (1). De esta manera, se puede extraer muy rápido –normalmente en 30 minutos– una gran parte de la grasa que va a extraerse. En un segundo paso, el nivel del disolvente desciende, de manera que el cartucho con la muestra ya no está sumergido en el disolvente líquido (2). Así, se evita que se produzca un equilibro de la grasa disuelta entre la muestra y el disolvente. En el tercer paso, la muestra se extrae en el vapor de disolvente caliente o a través del disolvente que gotea de retorno (3). La duración de esta segunda fase de extracción depende en gran medida del tipo de muestra, pero suele ser aproximadamente 1 hora. Una vez concluida la segunda fase de extracción, el disolvente se vuelve a evaporar y recuperar (4). Así, puede reutilizarse, lo que no solo supone un ahorro de recursos, sino también de costes. En una última fase, se puede efectuar por último un secado cuidadoso (5). La extracción completa dura por lo general unas 2 horas, por tanto, es claramente más rápida que el método Soxhlet clásico.

Extracción líquido-líquido

El principio de la extracción líquido-líquido se basa en distintos grados de solubilidad de dos disolventes inmiscibles. Normalmente, se utiliza para ello un disolvente polar (p. ej., éter dietílico) y un disolvente apolar (p. ej., éter de petróleo). La extracción de la muestra tiene lugar conforme al principio: “igual disuelve a igual”: los componentes polares de la muestra se disuelven también en un disolvente polar, mientras que los componentes apolares se disuelven en un disolvente apolar. Esto se aplica, por ejemplo, en aparatos como el embudo de decantación o el tubo de Mojonnier.

Diagrama de fases del dióxido de carbono

Extracción con fluidos supercríticos (SFE)

En la extracción con fluidos supercríticos (SFE, por sus siglas en inglés), el medio de extracción se separa de la matriz de muestra utilizando fluidos supercríticos como disolvente de extracción. Por lo general, la extracción se efectúa a partir de una matriz de muestra sólida, pero también puede efectuarse a partir de muestras líquidas. La SFE se puede utilizar tanto como paso de preparación de muestras para fines analíticos como a mayor escala. Así, se utiliza para la eliminación de sustancias no deseadas de un producto, como, por ejemplo, para descafeinar el café, o para la extracción de un producto deseado, como, por ejemplo, la extracción de aceites esenciales.

El dióxido de carbono (CO2) es el fluido supercrítico más utilizado. Las condiciones de extracción para el dióxido de carbono supercrítico están por encima de la temperatura crítica de 31 °C y de la presión crítica de 74 bar. Dentro de estas condiciones, el CO2 se comporta como un líquido y, por tanto, puede utilizarse como disolvente y disolver los componentes solubles de la matriz de muestra. Posteriormente, el extracto se vuelve a poner en las condiciones normales, con lo cual el CO2 se volatiza y elimina.

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