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Resonancia Magnética Nuclear y alimentos. Hablamos con Andrés Moreno

RMN de alimentos - Hablando con Científicos - Cienciaes.com

Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología

Ministerio de Ciencia e Innovación

Universidad de Castilla - La Mancha

En 1952 se concedía el Premio Nobel de Física a los investigadores Felix Bloch y Edward Mills por el desarrollo de nuevos métodos para medir con precisión el magnetismo nuclear. Casi 40 años más tarde, en 1991, la Resonancia Magnética Nuclear volvía a ser motivo de la concesión de un Nobel, esta vez de Química, a Richard Emst por sus contribuciones al desarrollo de la metodología que llevó a la espectroscopía RMNuclear de alta resolución. Ahora, la RMN es una técnica que se aplica en múltiples campos, desde la medicina hasta la Química de los Alimentos.

Durante el discurso de presentación del Premio Nobel de 1952, el representante del Comité Nobel comenzó la descripción de la novedosa técnica hablando de la brújula.

“Para el hombre de la calle – decía – supongo que la brújula es el ejemplo más familiar de un instrumento magnético”. Llama la atención que un instrumento tan antiguo, tanto que ni siquiera se sabe quien lo inventó, sirva de apoyo para comprender como funciona una de las técnicas más innovadoras del último siglo.

Efectivamente, la brújula contiene una aguja imantada que se mueve libremente y se orienta siempre en la dirección Norte – Sur, forzada por el campo magnético de la Tierra. Dicho de otra manera, forzada por la acción de un imán terrestre que tiene su origen en el núcleo de nuestro planeta. Allí se piensa que existen corrientes eléctricas rotando sin parar, unas corrientes que convierten, como una dinamo, a la Tierra en un inmenso imán.

Curioso ejemplo, especialmente porque se pretende conectar la inmensa mole de nuestro planeta con la diminuta presencia de otro imán, éste presente en el núcleo atómico. A pesar de los pesares, la analogía es elocuente porque presenta al imán como un objeto dinámico, sin límites definidos, producido por corrientes eléctricas en movimiento y no como la aburrida lámina imantada que adherimos a la puerta del frigorífico.

Salvando las enormes diferencias que existen entre lo que sucede en el mundo de lo gigantesco y de lo ínfimo, lo cierto es que en el interior de los átomos también existe un núcleo cargado eléctricamente que genera el débil campo magnético. La idea había sido propuesta muchas veces teóricamente hasta que los galardonados con el Nobel de 1952 lograron obtener medidas reales de su existencia, superando todas las dificultades que ello entrañaba.

Por supuesto, el núcleo atómico no se comporta como la aguja de la brújula, más bien se parece a un giróscopo que, rotando, apunta su eje en la dirección perpendicular a su rotación. Esta propiedad de los núcleos se llama “spin” (girar, en inglés). Así pues, aunque las semejanzas sean cogidas con la punta de los dedos, la idea sirve. Las corrientes que giran en el centro de la Tierra generan un campo magnético y el spin de los átomos también se asocia con al magnetismo nuclear.

Lo interesante del caso es que, lo mismo que una emisora puede lanzar al aire ondas electromagnéticas a determinadas frecuencias que hacen resonar a la antena del receptor y nos permite escuchar los resultados de fútbol, al enviar ondas de radio de ciertas frecuencias al núcleo de algunos átomos, situados bajo un campo magnético, “resuenan” y responden dándose a conocer. Lo más extraordinario es que cada átomo resuena a su manera y eso permite identificarlos. En esto se basa la Resonancia Magnética Nuclear, Bloch y Mills lograron captar la señal y sintonizar con el Nobel.

Esto fue solo el principio, posteriormente Richard Emst desarrolló una forma mucho más potente de detección de las frecuencias de resonancia de los átomos y sintonizó tambien con el Nobel, en esta ocasión el de Química. Posteriormente la técnica se ha desarrollado mucho más.

Actualmente, las técnicas asociadas a la RMN permiten no sólo detectar la presencia de átomos concretos sino las moléculas de las que forman parte. Entre sus muchas aplicaciones, la espectroscopía de Resonancia Magnética ha demostrado ser una herramienta muy valiosa para detectar, identificar y cuantificar distintos tipos de moléculas orgánicas presentes en los alimentos. Esta es la técnica que utiliza en sus investigaciones nuestro invitado de hoy, Don Andrés Moreno Moreno, Profesor de Química Orgánica e investigador en el Departamento de Química inorgánica, orgánica y bioquímica de la Facultad de Ciencias y Tecnologías Químicas de Ciudad Real, de la Universidad de Castilla-La Mancha. Utilizando la Resonancia Magnética Nuclear, Andrés Moreno ha llevado a cabo estudios que le han permitido caracterizar alimentos como el queso manchego, el aceite de oliva o el vino.

Aplicación de Resonancia Magnética Nuclear a la Química de Alimentos

En los últimos años, el constante desarrollo de los métodos de Resonancia Magnética Nuclear (RMN) ha permitido su aplicación en el campo de la Química de Alimentos.1 La RMN primero y la Resonancia Magnética de Imagen (RMI) después, han pasado de ser técnicas académicas sin aplicación industrial, a técnicas analíticas capaces de elucidar estructuras químicas, conformaciones moleculares y estudios dinámicos de los componentes de los alimentos en estado sólido o líquido. Todo ello es posible mediante el estudio de diferentes núcleos: 1H, 13C, 31P, 15N, 23Na, etc.

La Resonancia Magnética Nuclear es muy empleada en metabolómica, que se define como el conjunto de ciencias y técnicas dedicadas al estudio completo del sistema de moléculas que constituyen los intermediarios metabólicos, metabolitos, hormonas y otras moléculas señal, que se pueden encontrar en un sistema biológico. La metabolómica es el análisis de un sistema dinámico, que cambia con el tiempo, por ello está siendo muy empleada en las distintas áreas de la ciencia y tecnología de los alimentos.2 Son numerosas las aplicaciones de la RMN en alimentos, ya que permiten examinar cambios en las características físico-químicas de carne, pescado, productos lácteos, vegetales, frutas, zumos y vino. Se pueden estudiar propiedades más específicas, como porcentaje alcohólico, maduración de frutas, contenido en azúcar, relación aceite/agua y la relación de ácidos grasos saturados/insaturados, así como la adulteración de alimentos.

Dada la importancia que actualmente está adquiriendo la Resonancia Magnética Nuclear en el campo de la Química de Alimentos, se ha propuesto llevar a cabo el estudio de diferentes metabolitos presentes en alimentos característicos de la región de Castilla-La Mancha, como son el vino, el aceite o el queso, siendo este último en el que se basa el presente trabajo.

La Resonancia Magnética Nuclear proporciona gran cantidad de información que, convenientemente interpretada, permite caracterizar y discriminar quesos de diferente estado de maduración, así como obtener información sobre su Denominación de Origen.

Es posible el estudio de manera cuantitativa de la fracción lipídica del queso con fines de caracterización o control de la calidad. Además, se trata de una técnica que nos permite determinar la proporción de los distintos aminoácidos libres presentes en el queso a partir de un método de extracción directa. La fracción de aminoácidos libres del
queso ha sido ampliamente estudiada no sólo por su relación con el estado de maduración, sino por la relación con la calidad química y sensorial del queso.

La espectroscopía de Resonancia Magnética es una herramienta muy valiosa, ya que permite detectar, identificar y cuantificar distintos tipos de metabolitos presentes en muestras complejas, como los alimentos, de una forma rápida, sencilla y eficaz.

1 Alberti, E.; Belton, P. S.; Gil, A. M. Annu. Rep. NMR Spectrosc. 2002, 47, 109-148.
2 Wishart, D. S. Trends Food Sci. Techn. 2008, 19, 482-493.
3 Schievano, E.; Guardini, K.; Mammi, S. J. Am. Food Chem. 2009, 57, 2647-2652.

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