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Instrumentación

Resonancia de alimentos

Un equipo de la estatal de investigación agropecuaria Embrapa y una empresa privada desarrollan un aparato para la realización de análisis instantáneos de frutas, carnes y aceites de oliva

Ciruela es analizada por la reverberación prototipo construido en San Carlos

Eduardo CesarCiruela es analizada por la reverberación prototipo construido en San CarlosEduardo Cesar

La medicina se vale de la técnica de resonancia magnética nuclear (RMN) desde la década 1980 para el diagnóstico de enfermedades cerebrales, musculares y óseas. Y ese vasto uso medicinal ahora está trasladándose a otras áreas. Está permitiendo, por ejemplo, que los consumidores sepan en el supermercado si una fruta está dulce o no, si la mayonesa es efectivamente light o si el aceite de oliva está adulterado. Diversos estudios desarrollados por el equipo del investigador Luiz Alberto Colnago, de Embrapa Instrumentación, unidad de la estatal Empresa Brasileña de Investigación Agropecuaria (Embrapa) con sede en la ciudad de São Carlos, en el interior paulista, muestran estas utilidades que pueden en el futuro tener uso comercial. La tecnología de Embrapa fue incorporada por la empresa brasileña Fine Instrument Technology, que desarrollará el producto en esa misma ciudad.

La tomografía por resonancia magnética nuclear se emplea en el análisis de la calidad interna de frutas in natura desde la década de 1980 para evaluar los efectos de los golpes, las bajas temperaturas y los defectos fisiológicos, y también las consecuencias de la infestación de plagas y las enfermedades. “La RMN también ha sido empleada para estudiar la variabilidad de los compuestos presentes en las uvas y en la calificación de tomates en cuanto a la firmeza y la madurez”, añade Colnago.

El problema radica en que estos estudios se realizan en aparatos similares a los empleados en medicina, cuyos costos pueden ascender a millones de dólares. De no ser así, los análisis sólo pueden realizarse al cortar las frutas en trozos o poniendo jugos en pequeños tubos. No es posible analizar los productos en sus propios embalajes. Lo que Colnago hizo fue desarrollar métodos y aparatos de resonancia magnética nuclear de bajo costo destinados al análisis no invasivo de alimentos in natura o envasados. “En el análisis de frutas, carnes frescas y productos comerciales envasados no tenemos competencia directa, con aparatos de bajo costo”, asegura. Colnago comenta que en la Universidad de California en Davis, Estados Unidos, el profesor Michael McCarthy ha usado equipamientos (tomógrafos) de alto costo para estudiar vegetales. “Analizó fundamentalmente aguacates, ciruelas y aceitunas”, informa el investigador de Embrapa. “Sin embargo, el principio de análisis que desarrolló es distinto al nuestro, es más lento y los análisis no pueden hacerse en aparatos de bajo costo.”

Al igual que cualquier aparato de este género, los desarrollados en São Carlos están compuestos por un imán, una estación de transmisión y recepción de ondas de radio y una computadora. La estación transmisora y receptora de ondas de radio, de la marca Tecmag, se importó desde Estados Unidos, en tanto que el desarrollo de una antena estuvo a cargo de Colnago. Los productos para análisis pueden estar envasados siempre y cuando no lo estén en material metálico o tetra pak, pues éstos impiden el paso de las ondas de radio. La función de los imanes consiste en magnetizar los productos. Las señales de radio (energía electromagnética), en la frecuencia de nueve megahertz (MHz), generada en un transmisor de radio AM modulada en pulso, se envían a la muestra a través de la antena. “Luego de que se irradia el producto, éste induce una señal en la antena, conocida como señal de resonancia magnética. A continuación se la amplifica, se la convierte al formato digital y se la almacena en una computadora.”

Prototipos analizan botella de aceite de oliva

Eduardo CesarPrototipos analizan botella de aceite de olivaEduardo Cesar

La resonancia es posible porque núcleos atómicos de cada elemento químico del material absorben energía en una frecuencia específica, y es posible diferenciarlos dentro de una misma molécula. Esto permite obtener la composición química y bioquímica de los productos analizados en un aparato de RMN. Con la ventaja de que la medición se hace en mucho menos de un segundo, en tanto que una imagen médica puede tardar decenas de minutos. “En los aparatos empleados en alimentos no se obtiene una imagen, sino que se mide únicamente el tiempo de desaparición de la señal de radio, que es proporcional a la viscosidad del producto”, explica Colnago. “Cuanto más viscoso, más rápidamente desaparece la señal.”

Tenores grasos
Por eso la señal de una roca, que tiene una “viscosidad” extrema, desaparece de inmediato. En el caso del agua, cuya viscosidad es baja, la señal tarda alrededor de tres segundos para extinguirse. De allí que la señal de resonancia magnética desaparece más rápido para las frutas más dulces, que tienen mayor viscosidad, por ejemplo, que en aquéllas con bajo tenor de azúcar. El mismo proceso se aplica para medir el índice de grasa de un frasco de mayonesa o para verificar si una botella de aceite de oliva fue adulterada con una mezcla de aceite de soja, por ejemplo. En el caso de la carne, es posible verificar tres parámetros: ternura, suculencia y grasa intramuscular.

Pese a ser mucho más baratos que sus similares médicos, los primeros modelos fabricados por el equipo de Embrapa Instrumentación y financiados por la FAPESP son todavía caros para su empleo en supermercados, aparte de ser muy grandes. Por eso Colnago está desarrollando aparatos menores y más baratos. Uno de éstos costó alrededor de 40 mil reales. También se produjo otro, menor y plano, en el cual el producto que se analizará va dispuesto encima, que costó 5 mil reales.

El aparato menor –que tiene un formato circular‒ está desarrollándose para su comercialización por la empresa FIT, creada en 2006, en la ciudad de São Paulo y después instalada en São Carlos. Fue fundada para comercializar equipamientos médicos de resonancia magnética fabricados en China y para desarrollar las partes dichos aparatos hasta que se convirtiese en un producto sino-brasileño. Poco después, la empresa china fue adquirida por una multinacional y FIT se quedó sin el producto para vender, pero continuó desarrollando sus proyectos”, comenta Daniel Martelozo Consalter, gerente de proyectos de la empresa. “En 2009 dimos el primer paso rumbo a la construcción del aparato nacional de resonancia magnética y obtuvimos la aprobación de un proyecto de subvención de la Financiadora de Estudios y Proyectos (Finep) y otro del Programa de Formación de Recursos Humanos en Áreas Estratégicas (Rhae) del Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq)”, dice Consalter.

Con los recursos recibidos, FIT desarrolló cinco bobinas de recepción (parte de un aparato de RMN), para realizar estudios de rodilla, puño, codo y articulación temporomandibular (ATM) y un módulo de control, también conocido como espectrómetro digital, que se vende con el nombre de SpecFIT. “Este módulo de control constituye la base de cualquier equipamiento de resonancia magnética”, dice Consalter. “Durante este proyecto firmamos un convenio con el Instituto de Física de São Carlos (USP) para el desarrollo do SpecFIT.”

Proyectos
1. Desarrollo y validación de espectrómetros y métodos de RMN en el dominio del tiempo para análisis no destructivos de alimentos (nº 2012/20247-8); Modalidad Ayuda a la Investigación – Regular; Investigador responsable Luiz Alberto Colnago (Embrapa); Inversión R$ 222.188,58 (FAPESP).
2. Análisis de productos agrícolas en flujo, con RMN (nº 2009/09526-0); Modalidad Ayuda a la Investigación – Regular; Investigador responsable Luiz Alberto Colnago (Embrapa); Inversión R$ 405.449,82 (FAPESP).

Artículo científico
Colnago, L.A. et al. Why is inline NMR rarely used as industrial sensor? Challenges and opportunities. Chemical and Engineering Technology. v. 37, p. 191-203. feb 2014.

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