Materiales vítreos modificados para aplicaciones analíticas en alimentos de origen agropecuario

Abstract

En la actualidad, los mercados exigen la producción de productos agropecuarios con una calidad organoléptica e higiénico-sanitaria cada vez mayor. Algunas de las técnicas usualmente empleadas para el control de calidad de alimentos son costosas, consumen gran cantidad de reactivos y otras generalmente requieren procedimientos de extracción que generan grandes cantidades de residuos que deben ser tratados. Por ello, el desarrollo de nuevos métodos que utilicen sistemas y/o microsistemas analíticos simples, rápidos y de bajo costo es de sumo interés. Este trabajo de Tesis Doctoral está orientado a la síntesis y caracterización de nuevos materiales vítreos modificados para ser utilizados en el desarrollo de sistemas analíticos que permitan detectar y/o cuantificar diferentes sustancias de interés en matrices agropecuarias. En una primera instancia, se sintetizó un nuevo material a base de óxidos de molibdeno, vanadio, litio y boro para ser utilizado como electrodo de trabajo en técnicas electroanalíticas. La síntesis de estos electrodos resultó ser sencilla, rápida y de bajo costo. La superficie del electrodo así generada no requiere pretratamientos para su utilización. Se estudió su comportamiento electroquímico mediante Voltamperometría Cíclica, empleando la cupla redox de ferrocianuro de potasio. Se utilizó este nuevo electrodo de trabajo para la determinación de hierro en muestras de leche en polvo fortificadas, empleando Voltamperometría de Onda Cuadrada. Los resultados obtenidos con este método fueron validados mediante el empleo de la técnica ICP-AES mostrando una buena concordancia entre ambos. Como segundo trabajo de Tesis, se procedió a la determinación de azúcares reductores en muestras de miel, desarrollando un sensor químico espectrofotométrico. Para esto, se sintetizó un nuevo material a base de óxidos de molibdeno, sodio y boro. Se usó un diseño de experimento de tipo Box-Behnken, con el fin de optimizar los parámetros de síntesis del nuevo material. Los valores obtenidos fueron validados empleando el método de Fehling-Causse-Bonnans, obteniéndose resultados satisfactorios. Por otro lado, se diseñó y fabricó en el laboratorio un biosensor visual que permite realizar medidas de screening para la detección de glucosa en muestras de miel, trabajando a temperatra ambiente. Para esto, se empleó como sustrato un material vítreo particulado comercial a base de sílice. El biosensor se diseñó empleando un nuevo procedimiento para anclar glucosa oxidasa. Finalmente, se diseñó un biosensor tipo sándwich empleando un electrodo de carbono vítreo comercial, modificado con un hidrogel (quitosano y mucina) en presencia de la enzima tirosinasa. Este biosensor permitió la determinación de polifenoles oxidables totales por cronoamperometría en muestras de yerba mate, té negro y té verde comerciales. Este trabajo fue desarrollado en la Universidad Nacional de Córdoba durante seis meses, en el marco de una pasantía de investigación para jóvenes docentes otorgada por la Universidad Nacional del Sur. Los métodos propuestos son sencillos, rápidos, de bajo costo y con baja generación de residuos, siendo una buena alternativa respecto a las normativas vigentes para la determinación de analitos (hierro, glucosa y fenoles) en productos agropecuarios.

Currently, markets demand the production of agricultural products with increasingly greater organoleptic and hygienic-sanitary quality. Some of the techniques usually used for food quality control are expensive, consume a large amount of reagents, and others generally require extraction procedures that generate large amounts of waste that must be treated. Therefore, the development of new methods that use simple, fast and low cost analytical systems and/or microsystems is of great interest. This Doctoral Thesis work is based on the synthesis and characterization of new modified glass materials to be used in the development of analytical microsystems that allow detecting and/or quantifying different substances of interest in agricultural matrices. In the first instance, a new material was synthesized based on molybdenum, vanadium, lithium and boron oxides to be used as a working electrode in electroanalytical techniques. The synthesis of these electrodes is simple, fast and low cost. The resulting electrode surface does not require any pretreatment before use. Its electrochemical behavior was studied by Cyclic Voltammetry, using the redox couple of potassium ferrocyanide. This new working electrode was used for the determination of iron in fortified milk powder samples, using Square Wave Voltammetry. The results obtained with this method were validated by using the ICP-AES technique, showing good agreement between both. On the other hand, the determination of reducing sugars in honey samples was carried out, developing a spectrophotometric chemical sensor. For this purpose, a new material was synthesized based on molybdenum, sodium and boron oxides. A Box Behnken experimental design was used in order to optimize the synthesis parameters of the new material. The values obtained were validated using the Fehling-Causse Bonnans method, obtaining satisfactory results. A visual biosensor was designed and fabricated in the laboratory to allow screening measurements for the detection of glucose in honey samples, working at room temperature. A commercially available silica-based particulate vitreous material was used as the substrate. The biosensor was designed using a novel procedure for anchoring glucose oxidase. Finally, a sandwich biosensor was developed using a commercial glassy carbon electrode modified with a hydrogel (chitosan and mucin) in the presence of the enzyme tyrosinase. This biosensor allowed the determination of total oxidizable polyphenols by chronoamperometry in samples of commercial yerba mate, black tea and green tea. This work was developed at the Universidad Nacional de Córdoba for six months, within the framework of a research internship for young teachers granted by the Universidad Nacional del Sur. The proposed methods are simple, fast, low-cost and with low waste generation, being a good alternative to current regulations for the determination of analytes (iron, glucose and phenols) in agricultural products.