Actualmente, más de 240.000 toneladas de alimentos y suplementos alimenticios por año, en todo el mundo, son tratados con radiación. Sin embargo, esta cantidad es todavía pequeña en comparación con la cantidad de alimentos producidos. Por ejemplo, en Alemania el consumo per cápita es de aprox. 1,4 toneladas por año. No obstante, tanto las normas vigentes en materia de protección de los consumidores como la necesidad de una cadena de producción alimentaria trazable y transparente, exigen una estrategia adecuada de control de los alimentos. Las directivas de la Unión Europea (UE) [2] establecen claramente que los alimentos irradiados, así como los alimentos que contienen ingredientes irradiados (independientemente de su porcentaje) deben ser etiquetados (la figura 1 muestra el símbolo internacional de irradiación de alimentos). Además, las autoridades nacionales son responsables de publicar una lista de autorización de alimentos irradiados (y materiales de embalaje para algunos países). Por ejemplo, en Alemania sólo las especias, las hierbas y los condimentos vegetales pero no las aves de corral o los camarones se limpian para la irradiación. Por lo tanto, los organismos nacionales o federales están obligados a controlar los productos lácteos y los alimentos importados de acuerdo con las normas de la UE y garantizar que las leyes correspondientes sean observadas por la industria alimentaria y los importadores.
Control de Irradiación de Alimentos y RPE
La irradiación de alimentos se utiliza para reducir el riesgo para la salud asociado con patógenos transmitidos por los alimentos tales como Salmonella y para prolongar la vida útil (inhibición del brote, retraso de maduración). De hecho, la radiación ionizante inhibe la división de microorganismos y crea los llamados productos radiolíticos, así como los radicales libres. En un ambiente seco estos radicales son relativamente estables. Por ejemplo, los huesos de aves de corral irradiados o las especias secas pueden contener una cantidad sustancial de radicales estables que pueden ser fácilmente detectados por espectroscopia RPE (RPE = resonancia paramagnética electrónica, también conocida como ESR). Durante los años noventa se llevaron a cabo extensas consultas y ensayos de turno rotatorio para establecer normas europeas para la preparación de muestras, el protocolo de medición y la identificación inequívoca de los alimentos irradiados a través de EPR.
Actualmente existen tres normas de la UE, que definen el control de irradiación de alimentos a través de la espectroscopia RPE.
EN 1786: 1996 Alimentos - Detección de alimentos irradiados con hueso - Método por espectroscopia ESR.
EN 1787: 2000 Productos alimenticios - Detección de alimentos irradiados que contengan celulosa mediante espectroscopía RPE.
EN 13708: 2001 Productos alimenticios - Detección de alimentos irradiados que contienen azúcar cristalino por espectroscopía de RPE.
Espectro EPR de un hueso de pollo irradiado registrado con el analizador de alimentos e-scan. El espectro de la muestra (forma de línea simétrica axialmente en el centro del barrido de campo) se mide en paralelo con el espectro del marcador de referencia (forma de línea de señal isotrópica a campo superior a la derecha) con un valor de g conocido (1.980). El eje horizontal da los valores del campo B0 en Gauss.
Con los espectrómetros estándar RPE de investigación como las series EMX y ELEXSYS de Bruker, el control de la irradiación de los alimentos puede realizarse con una sensibilidad superior. Sin embargo, los técnicos calificados o los científicos están obligados a operar estos espectrómetros complejos con su gama completa de capacidades técnicas. Para que el control de la irradiación de los alimentos por RPE se convierta en un método seguro, fiable y aceptado, se necesita un sistema PRE de sobremesa dedicado que sea fácil de configurar y operar, y que ofrece protocolos y aplicaciones diseñados específicamente, así como calibración y autovalidación confiables como una parte integral del paquete. Para este propósito, el analizador de alimentos e-scan de Bruker es el producto elegido y representa el sucesor del exitoso analizador RPE de mesa EMS104 con el que se realizaron muchas de las pruebas round-robin.
Detección de alimentos irradiados con hueso
El método implementado para detectar alimentos irradiados con hueso sirve como un ejemplo de cómo el analizador de alimentos e-scan puede ser utilizado en el control de alimentos. Los huesos de los animales son predominantemente hidroxiapatita, Ca10 (PO4) 6 (OH) 2. Si la hidroxiapatita está expuesta a radiaciones ionizantes (rayos X, rayos gamma o electrones acelerados), se generan radicales estables (principalmente de impurezas como CO2) y presentan espectros RPE bastante distintos y característicos. Por lo tanto, cuando los huesos han sido irradiados, la señal RPE característica obtenida puede describirse mediante un tensor g simétrico axial con g1 = 2,002 (1) y g2 = 1,998 (1). Por otro lado, los huesos que no han sido irradiados generalmente dan una señal correspondiente a un isotrópico g = 2,005 (1). La señal RPE "axial" debida a la irradiación es estable durante 12 meses o más e incluso soporta el calentamiento. Por lo tanto, esta señal proporciona la base para identificar alimento irradiado que contiene hueso, por ejemplo, aves de corral, conejo, cerdo y pescado.
La tarea de un instrumento RPE en este contexto es determinar con precisión los valores de g según la relación:
g = hn / b B0
donde h es la constante de Planck, n la frecuencia de resonancia de microondas, b el magnetón de Bohr y B0 el campo magnético en resonancia.
Por lo tanto, la exactitud de g depende de la precisión con la que se puede medir la frecuencia de microondas y el campo magnético. La frecuencia se puede medir muy exactamente con un contador de frecuencia o se puede fijar simplemente usando un hardware de DDS (síntesis digital directa). El campo magnético se puede determinar directa o indirectamente. Una medición de campo de RMN proporciona una lectura directa de B0, mientras que la medición RPE de una muestra de referencia con un valor g conocido proporciona una determinación indirecta de B0. Aunque una medición de campo directo puede proporcionar la máxima precisión, el hardware y software adicionales necesarios representan una carga financiera significativa. El método indirecto de calibración de campo está fácilmente disponible en el e-scan en forma de un marcador de referencia patentado por Bruker. La figura 2 muestra un espectro RPE típico de un hueso de pollo irradiado tal como se adquiere en el analizador de alimentos e-scan. Claramente, el espectro consiste en dos componentes, un espectro axial en el centro con dos valores de g y una línea isotrópica a la derecha en el campo más alto. Este último es del marcador de referencia con g = 1.980 conocido. Suponiendo que el barrido de campo sea lineal, los valores de g para la señal de la muestra se pueden calcular automáticamente. Para hacer esta herramienta de análisis tan automática y confiable como sea posible, también se tiene en cuenta la forma de línea espectral. El análisis semicuantitativo también es posible a través de las intensidades relativas de las señales de la muestra y marcador. Sin embargo, una comparación cuantitativa directa de las señales de diferentes muestras de hueso no es fácil, ya que el grado de mineralización depende de la especie animal.
El gráfico generado por Microsoft Excel muestra una superposición de dos espectros RPE obtenidos a partir de la misma muestra de hueso de pollo irradiada, demostrando la característica de exportación de datos del analizador de alimentos e-scan y la excelente reproducibilidad de los resultados.
El concepto E-scan
El Analizador de alimentos E-scan es un miembro de la línea de productos E-scan de Bruker, que cuenta con analizadores EPR de mesa adaptados para aplicaciones específicas. De hecho, el Analizador de Alimentos de e-scan puede ser fácilmente actualizado para operar también como un E-Scan RPE / Lector dosímetro de alanina. Claramente, una de las ventajas del diseño de e-scan es la capacidad de configurar óptimamente el instrumento para la aplicación de interés. En el contexto del control de la irradiación alimentaria, dos características son las más importantes:
Sensibilidad y configuración óptimas para la detección conveniente y fiable de alimentos irradiados (confiabilidad que significa que no se producen identificaciones falsas negativas ni falsas positivas)
Autotest del sistema y validación vía una medida de la dosis de alanina.
Para facilitar la detección óptima de alimentos irradiados, se han desarrollado portadores de muestra para las dos áreas principales de aplicación: alimentos que contienen hueso y que contienen celulosa.
Las características clave de los dos soportes son las siguientes:
Una etiqueta de código de barras única identifica inequívocamente el titular del control de alimentos (a través del lector de códigos de barras interno de e-scan) y el software prohíbe el análisis accidental con el soporte incorrecto.
Inserción guiada del tubo de muestra (5 mm od) a través del soporte de control de alimentos.
Posicionamiento óptimo de muestras con alturas de relleno diferentes utilizando la plantilla portamuestra e-scan.
Marcador de referencia de intensidad RPE permanente (patente pendiente) para el análisis de alimentos que contienen hueso.
Cambio rápido y fácil de los portamuestras.
Uso opcional de etiquetas de muestra de códigos de barras personalizadas para la identificación automática de muestras.
Software de operación cómoda y trazable
Con el fin de proporcionar estas capacidades, se ha implementado el mismo concepto de software (Microsoft Visual Basic Script (VBS®) y características ActiveX) como para el e-scan / Lector dosímetro de alanina. Se garantiza una operación cómoda y trazable, ya que todos los datos brutos y los datos de registro del sistema se almacenan junto con los resultados generados automáticamente (nombre del operador, intensidad de la señal, valor g, etc.). Además, todos los datos y resultados importantes se exportan automáticamente a Microsoft Excel® para facilitar informes y análisis.
