REFRACTOMETRÍA, TECNOLOGÍA NECESARIA DEBIDO A LAS VIGENTES NORMAS DE CALIDAD

El uso de la refractometría en diversos procesos productivos se ha hecho cada vez más necesaria debido a las exigencias en las normativas de calidad vigentes, las cuales incluyen a toda la cadena de producción desde el cultivo de las materias primas, su recepción y la elaboración de productos finales en las industrias del rubro químico, agroalimentario y farmacéutico, entre otros.

La determinación del índice de refracción (una propiedad física fundamental de cualquier sustancia) se usa, por ejemplo, para conocer la composición o pureza de una muestra, a través de un instrumento llamado refractómetro.

Por esto, el uso de los refractómetros ha cobrado gran interés en el área de la fabricación de bebidas y un claro ejemplo está relacionado a 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 de elaboración que conduce desde la uva al vino determinando la calidad del producto final.

Para conocer la concentración de azúcares en los mostos naturales se recurre habitualmente a la determinación del índice de refracción, que posteriormente es transformado a una escala que determina el porcentaje en peso de azúcares o sólidos solubles totales, conocida como grados Brix (°Bx). Sin embargo, existen otras escalas como los grados Baumé (°Be) y los grados Oechle (°Oe) que también determinan la concentración de estos compuestos en una muestra y la relación entre las distintas escalas es la siguiente:

1,8°Bx = 1°Be 0,2°Bx = 1°Oe

Por otra parte, los dos principales azúcares fermentables presentes en las vacuolas de los granos de uva son laglucosa y la fructuosa (que provienen de la hidrólisis enzimática de la sacarosa durante la asimilación clorofílica) y durante la maduración la concentración de fructuosa se incrementa.

En los granos maduros las concentraciones máximas de ambos azúcares oscilan en el rango de 150 y 350 g/L de jugo, según las cepas; en este estado la relación glucosa/fructosa se encuentra alrededor de 1 y 0,95, mientras que en el vino esta relación debería disminuir considerablemente y estar comprendida entre 0,2 y 0,4. Para controlar esto, se hace necesaria la medición y seguimiento de los azúcares durante todo el proceso fermentativo, generalmente en °Brix o su correspondiente en °Baumé, calculando la relación glucosa/fructosa por medio del equivalente de azucares reductores obtenido de una tabla de comparación. Sin embargo, actualmente existen algunos instrumentos digitales que son capaces de realizar esta conversión de manera automática.

Otro parámetro que puede ser calculado en función de los ºBrix obtenidos es el porcentaje de alcohol probable, fundamental para conocer la calidad del producto a obtenerse, de acuerdo a la siguiente ecuación:

Alcohol probable (%) = 0.55 * ºBrix

En la industria de alimentos y bebidas la refractometría tiene un amplio espectro de aplicaciones. Puntualmente se puede mencionar a los productos derivados de frutas y hortalizas, como por ejemplo, en los enlatados de frutas en almíbar se realiza la denominada prueba de corte (cut-out), para determinar la homogeneidad de un lote, midiendo el porcentaje de sólidos solubles totales (°Brix) en el líquido sobrenadante y la pulpa. En el caso de las hortalizas en conserva se determina el porcentaje de cloruro de sodio expresado en °Be (los grados Baumé también pueden ser equivalentes en soluciones de sal siendo la relación 1°Be = 1% de NaCl) en la salmuera y la hortaliza con el fin de observar si al cabo de 48 horas se ha llegado al equilibrio osmótico deseado, además de ver 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.

El principio de funcionamiento de un refractómetro se basa en la velocidad de la luz que depende del medio en el que viaja, si un rayo de luz atraviesa sesgadamente desde un medio hacía otro de diferente densidad, cambia su dirección cuando traspasa la superficie.
Este cambio en la dirección se denomina refracción.

Por lo tanto, cuando la luz atraviesa hacía un medio más denso, el haz se aproximará a la perpendicularidad trazada sobre la superficie divisoria en el punto de incidencia. Este fenómeno se debe fundamentalmente a que la velocidad de la luz cambia, es decir, se hace más lenta cuanto más denso sea el medique traspasa.

Se denomina ángulo de incidencia (ial ángulo formado entre el rayo en el primer medio y la perpendicular, mientras que el correspondiente ángulo en el segundo medio se denomina ángulo de refracción (r).

Existen diversas leyes, que son capaces de determinar el índice de refracción de diversas sustancias, como se mencionó anteriormente la velocidad de la luz depende del medio que atraviesa; la relación de velocidades de la luz en el vacío y en cualquier otra sustancia se conoce como índice de refracción absoluto. Sin embargo, para fines prácticos esta relación se sustituye por:

nλ= Vaire/VM

Donde:

nl es el índice de refracción a una longitud de onda (l) determinada.

vaire es la velocidad de la luz en el aire.

vM es la velocidad de la luz en un medio M.

La ley de Snell plantea también que es posible demostrar que el índice de refracción podría determinarse en función de la siguiente relación:

nλ = (Sen.(i)aire)/(Sen.(r)M)

Donde:

nl es el índice de refracción a una longitud de onda (l) determinada.

(i) aire es el ángulo de incidencia de la luz en el aire.

(r) M es el ángulo de refracción de la luz en un medio M

Por otra parte, antes de realizar cualquier medición de índice de refracción es necesario controlar dos variables que pueden afectar el resultado:

• La longitud de onda (l); se deberá definir si se trabajará en el espectro visible, infrarrojo o ultravioleta.

• La temperatura, un incremento en esta variable permite una disminución de la densidad y por lo tanto que la luz viaje más rápidamente y en sentido inverso cuando la temperatura disminuye.

• Calibración del instrumento, que habitualmente se realiza con agua destilada.

Existen diversos tipos de refractómetros, clasificados generalmente en instrumentos óptico-mecánicos y los actuales instrumentos digitales que brindan mayor precisión.

a) Instrumentos óptico-mecánicos: Su diseño no ha variado notablemente desde el original planteado por Abbé (1874) y Pulfrich (1887). Se basa en observar el reflejo de la luz a través de una muestra colocada sobre un prisma, la refracción y el reflejo interno total de la luz en la interface (el punto de contacto entre la muestra y el prisma) permite que se genere un punto de sombra que establece el valor del índice de refracción o su equivalente en la escala en la cual se trabaja. Este tipo de instrumento, puede entregar lecturas poco precisas ya que, está sujeta a la apreciación de una persona, es decir, la medición se visualiza por medio ocular obteniéndose el valor cuando el límite hace intersección con la escala.

b) Instrumentos digitales: En el caso de este tipo de instrumentos la luz que proviene desde un LED que pasa a través de un prisma en contacto con la muestra. Un sensor de imagen determina el ángulo crítico en el cual la luz no es más refractada a través de la muestra. La mayoría de los instrumentos aplican en forma automática la compensación de temperatura a la medición y convierten el índice de refracción de la muestra a una unidad de medida específica.

Además, pueden programarse escalas distintas y el resultado se muestra en formato digital, brindando gran simplicidad al proceso y ahorro de tiempo en las conversiones.

En resumen, la refractometría tiene una amplia gama de aplicaciones en diversas industrias por lo que se deberá buscar instrumentos capaces de ajustarse a los procesos productivos en los cuales se rebaja.