Detección y control de calidad del aceite de palma con espectroscopía NIR.
2 oct. 2023
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El aceite de palma es un aceite comestible procedente del fruto de la palma aceitera (Elaeis guineensis). Las palmeras aceiteras sólo crecen en regiones tropicales. Son originarios de África pero fueron llevados al sudeste asiático hace poco más de un siglo. Actualmente, las plantaciones de palma aceitera en Indonesia y Malasia suministran más del 85% del aceite de palma utilizado en todo el mundo.1].
El aceite de palmiste crudo de alta calidad y el aceite de palma rojo crudo se procesan y utilizan en una amplia variedad de productos. La selección y el control de calidad son fundamentales para garantizar que se cumplan ciertas especificaciones para el uso del aceite de palma en varias industrias. Una forma sencilla de hacerlo es con espectroscopia de infrarrojo cercano (NIR).
¿Para qué se utiliza el aceite de palma?
El aceite de palma se encuentra en más del 50% de los bienes de consumo preenvasados, desde pizza, fideos instantáneos y dulces como helados, hasta productos cosméticos y de cuidado personal, como desodorantes, champús, pasta de dientes y lápices labiales.2]. Incluso los productos de limpieza como el jabón y el detergente no están exentos. Este omnipresente aceite también se utiliza en la alimentación animal y como biocombustible en muchas partes del mundo (Figura 1).
Se pueden producir dos tipos de aceite a partir de la palma aceitera. El aceite de palma crudo (o aceite de palma rojo crudo) proviene del prensado de la pulpa, y el aceite de palmiste crudo proviene de triturar la semilla (también conocida como hueso) en el centro de la fruta (Figura 2).
Procesamiento de aceite de palma: molienda y refinación
La Figura 3 ilustra el proceso de molienda y refinación del aceite de palma. Después de moler la fruta, el aceite de palma crudo (CPO) resultante tiene un color rojo natural. Esto se debe a su alto betacaroteno contenido. El aceite de palma rojo crudo que ha sido refinado, blanqueado y desodorizado (es decir, aceite de palma RBD) es de color amarillo claro o incluso incoloro porque ya no contiene carotenoides.
Después de la molienda, el aceite de palma crudo pasa por un fraccionamiento. Esto abarca tanto los procesos de cristalización como los de separación donde se obtienen fracciones sólidas (estearina de palma) y líquidas (oleína) de CPO. Las impurezas se eliminan de estas fracciones mediante procesos de fusión y desgomado.
El aceite se refina aún más. Se filtra y blanquea para eliminar olores y coloraciones y, en última instancia, produce aceite de palma RBD y ácidos grasos libres. El aceite de palma RBD se puede fraccionar aún más para producir aceite de cocina o utilizarlo como ingrediente en otros productos.
Control de calidad del aceite de palma.
Hay muchas etapas durante su producción en las que se puede monitorear el aceite de palma con fines de control de calidad (QC). La espectroscopia de infrarrojo cercano es un método que se puede utilizar no sólo para el control de calidad durante la producción de aceite de palma, sino –muy importante– también para las empresas que compran aceite de palma y necesitan evaluar su calidad antes de utilizarlo en otros productos.
El uso de espectroscopia NIR hace que el control de calidad sea más eficiente y rentable, como se muestra en este artículo. A continuación se presenta una breve descripción general de NIRS, seguida de ejemplos de aplicaciones de NIRS para la industria del aceite de palma. Estos ilustran cómo los productores de aceite de palma pueden beneficiarse de la implementación de NIRS en el flujo de trabajo de control de calidad.
¿Cómo funciona la espectroscopia NIR?
La luz y la materia interactúan de muchas maneras. Sin embargo, la luz utilizada en métodos espectroscópicos (por ejemplo, NIRS) normalmente se describe mediante la longitud de onda o los números de onda en lugar de la energía aplicada. Un espectrómetro NIR (por ejemplo, el Metrohm Analizador de líquidos DS2500) mide esta interacción para generar espectros a partir de una muestra (Figura 4).
Esta técnica analítica es bastante sensible a la presencia de ciertos grupos funcionales (es decir, -CH, -NH, -OH y -SH) en las muestras. Como tal, NIRS es ideal para cuantificar parámetros químicos en el aceite de palma como contenido de agua (humedad), Ácidos grasos libres (FFA), valor de yodo (IV), y deterioro del índice de blanqueabilidad (DOBI), entre otros. La interacción luz-materia también depende de la muestra. Esto permite la medición de parámetros físicos y reológicos (por ejemplo, densidad y viscosidad). Esta gran cantidad de información está contenida en solo un espectro NIR, lo que hace que este método sea adecuado para un análisis multiparamétrico rápido.
Modo de medición
Los modos de medición NIRS dependen del tipo de muestra. El modo de transmisión es más apropiado para analizar muestras líquidas como el aceite de palma (Figura 5). En este caso, la luz NIR viaja a través de la muestra mientras es absorbida. Luego se detecta cualquier luz NIR no absorbida.
Ventajas de utilizar la espectroscopia NIR
Está claro que sencillez con respecto a la medición de muestras y velocidad Hay dos ventajas principales de utilizar la espectroscopia NIR para el control de calidad:
- Tecnica rapida – los resultados se obtienen en <1 minuto.
- Sin preparación de muestras – medir la muestra tal cual.
- Bajo coste por muestra – no se necesitan reactivos para el análisis.
- Respetuoso con el medio ambiente – no se generan residuos.
- Medición no destructiva – las muestras se pueden reutilizar después del análisis.
- Fácil de manejar – Los usuarios inexpertos tienen éxito inmediatamente.
Aprender más acerca de NIRS como técnica secundaria en nuestras publicaciones anteriores del blog.
Cumplimiento de ASTM de NIRS para control de calidad
ASTM E1655: Prácticas estándar para el análisis cuantitativo multivariado por infrarrojos
«Estas prácticas abarcan una guía para la calibración multivariada de espectrómetros infrarrojos utilizados en la determinación de las características físicas o químicas de materiales. Estas prácticas son aplicables a análisis realizados en la región espectral del infrarrojo cercano (NIR) (aproximadamente 780 a 2500 nm) hasta la región espectral del infrarrojo medio (MIR) (aproximadamente 4000 a 400 cm).-1).»
Aplicaciones y parámetros típicos para el análisis NIRS.
Los productos de aceite de palma están sujetos a muchos métodos de prueba estandarizados para determinar sus propiedades químicas y físicas. Las pruebas de laboratorio son una parte indispensable de la investigación, el desarrollo y el control de calidad. La Tabla 1 enumera los parámetros de prueba más relevantes para el control de calidad de diversas formas de aceite de palma (por ejemplo, aceite de palma crudo (CPO), aceite de palmiste crudo (CPKO) y aceite de palma refinado, blanqueado y desodorizado (RBD).
Tabla 1. Muchos parámetros de control de calidad de los productos de aceite de palma se miden mediante técnicas de laboratorio convencionales que requieren reactivos químicos, técnicos capacitados y preparación de muestras. NIRS es una técnica alternativa adecuada que puede determinar todos estos parámetros en menos de un minuto.
| Parámetro | Método convencional (primario) |
|---|---|
| Humedad | Titulación de Karl Fischer |
| Ácidos grasos libres (FFA) | Titulación |
| Valor de yodo (IV) | Titulación |
| Deterioro del índice de blanqueabilidad (DOBI) | Fotometría |
| Caroteno | Fotometría |
NIRS: una solución llave en mano para el análisis del aceite de palma
Metrohm ofrece NIRS como una solución llave en mano para el análisis de aceite de palma con modelos de precalibración listos para usar para la determinación del índice de yodo (IV), la humedad (% de agua) y el contenido de ácidos grasos libres (FFA) (Tabla 2). Diferentes precalibraciones específicas están dedicadas al análisis de productos como aceite de palma crudo (CPO), aceite crudo de palmiste (CPKO), o estearina u oleína de palma cruda refinada, blanqueada y desodorizada (RBD). Estos modelos de precalibración permiten utilizar esta solución llave en mano inmediatamente sin ningún desarrollo de método.
Tabla 2. Los modelos de precalibración Metrohm NIRS disponibles para productos de aceite de palma seleccionados se muestran con rango de medición y error estándar de validación cruzada (SECV).
| Parámetro | CPKO | CPO | RBD | |
|---|---|---|---|---|
| AGL (%) | Rango | 0–4 | 2,5–6 | 0–0,25 |
| SECV | 0,11 | 0,26 | 0,03 | |
| Humedad (%) | Rango | 0–0,3 | 0–0,3 | 0–0,1 |
| SECV | 0,03 | 0,05 | 0,01 | |
| IV | Rango | 7–19 | 49–53 | 21–63 |
| SECV | 0,27 | 0,22 | 0,56 |
Los resultados del análisis del aceite de palma crudo con el Metrohm Analizador de líquidos DS2500 se muestran en Tabla 3. Todos los componentes medidos por NIRS exhiben valores de correlación sólidos. Además, el error estándar de validación cruzada (SECV) tiene un valor cercano al error estándar de calibración (SEC) para todos los modelos.
Tabla 3. Ejemplo de análisis multicomponente en aceite de palma crudo (CPO) mediante NIRS.
| FFA | IV | Contenido de humedad | DOBI | Contenido de caroteno | |
|---|---|---|---|---|---|
| R2 | 0,835 | 0,911 | 0,638 | 0,842 | 0,677 |
| SEGUNDO | 0,266% | 184mg/100g | 0,046% | 0,17 | 22,9 µg/g (ppm) |
| SECV | 0,270% | 210 mg/100 g | 0,047% | 0,19 | 23,4 µg/g (ppm) |
Resumen
La espectroscopia de infrarrojo cercano es una opción excelente para el análisis de varios parámetros de calidad clave en el aceite de palma CPO, CPKO y RBD. Un solo instrumento NIRS puede medir múltiples parámetros de control de calidad en una fracción del tiempo que otras técnicas analíticas.
El análisis de muestras de aceite de palma con métodos primarios (es decir, titulación, titulación Karl Fischer y fotometría) puede tardar hasta 30 minutos. La determinación química húmeda convencional requiere reactivos químicos, preparación de muestras, múltiples instrumentos y personal de laboratorio capacitado. Por el contrario, el análisis multiparamétrico del aceite de palma con NIRS tarda menos de un minuto. Es posible un mayor rendimiento de la muestra debido al rápido tiempo de obtención de resultados y al hecho de que no es necesaria la preparación de la muestra. Esto también da como resultado menores costos por muestra, no solo por el ahorro de tiempo, sino también porque no se necesitan productos químicos.
Referencias
[1] WikiCorporaciones. Industria del aceite de palma. https://www.wikicorporates.org/wiki/Palm_Oil_Industry (consultado el 7 de septiembre de 2023).
[2] Fondo Mundial para la Vida Silvestre. ¿Qué productos cotidianos contienen aceite de palma?. Aceite de palma. https://www.worldwildlife.org/pages/what-everyday-products-contain-palm-oil (consultado el 7 de septiembre de 2023).
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