¿Qué son los compuestos volátiles?

Los compuestos volátiles en alimentos, fármacos y cosméticos

Los compuestos volátiles son compuestos químicos que tienen una alta presión de vapor a temperatura ambiente, permitiéndoles evaporarse fácilmente y ser percibidos por el olfato. Estos compuestos son cruciales en diversas industrias debido a sus propiedades sensoriales y funcionales.

En la industria alimentaria, los compuestos volátiles son responsables de los aromas y sabores que determinan la aceptación y preferencia de los consumidores por ciertos productos. Algunos ejemplos habituales, los terpenos en los cítricos y los aldehídos en frutas frescas.
En la industria farmacéutica, los compuestos volátiles se utilizan en la formulación de medicamentos para mejorar la palatabilidad, así como en terapias aromáticas y en la producción de inhaladores.
En la industria cosmética, estos compuestos son fundamentales para el desarrollo de perfumes, lociones y productos de cuidado personal, donde los aromas atractivos y duraderos son esenciales para la experiencia del usuario.

La capacidad de estos compuestos para evaporarse rápidamente y proporcionar una respuesta sensorial inmediata los convierte en elementos clave para la innovación y la satisfacción del consumidor en estas industrias.

El problema doble de los compuestos volátiles

Los compuestos volátiles pueden causar diversos problemas en las industrias alimentaria, farmacéutica y cosmética, principalmente relacionados con la estabilidad, la calidad y la seguridad de los productos.
El contenido de humedad y la actividad de agua (aw) de los productos son dos parámetros cruciales para controlar estos problemas. Pero a su vez, los compuestos volátiles generan diversos problemas en las técnicas analíticas utilizadas para determinar tanto el contenido de humedad y como la aw en estos productos.

Problemas relacionados con la vida útil de los alimentos, fármacos y cosméticos

Uno de los problemas más significativos es la volatilización no deseada, que puede llevar a la pérdida de aroma y sabor en alimentos, la degradación de principios activos (API) en medicamentos y la disminución de la eficacia de fragancias en cosméticos.

Pérdida de aroma y sabor en alimentos

• Volatilización no deseada: los compuestos volátiles responsables del aroma y el sabor pueden evaporarse durante el procesamiento, almacenamiento y manipulación de los alimentos. Esto lleva a una pérdida significativa de calidad sensorial, afectando la aceptación del producto por los consumidores.
• Interacción con la matriz alimentaria: La volatilización puede ser influenciada por la matriz del alimento, la presencia de otros ingredientes y las condiciones de almacenamiento (temperatura, humedad, luz).

El café es ejemplo de producto en el que la aw es crítica para su estabilidad. El café contiene una variedad de compuestos aromáticos que contribuyen a su sabor y aroma. Pero, estos compuestos son sensibles a la humedad y se pueden volatilizar fácilmente si la aw del café es elevada. Si lo exponemos a una aw elevada, ya sea humedad ambiental o un almacenamiento inadecuado, los compuestos aromáticos se escapan fácilmente hacia la fase gaseosa, dando lugar a una pérdida de aroma y sabor. Además, la presencia de humedad puede acelerar la degradación de los aceites esenciales en el café, afectando a su calidad.

Para evitar esto, hay que almacenar el café en condiciones que permitan mantener la aw controlada (recipientes herméticos y secos). Además, durante la producción y envasado, se utilizan técnicas para minimizar la exposición del café a la humedad y preservar su frescura y sabor.

Degradación de principios activos en medicamentos

• Estabilidad química: los principios activos en medicamentos pueden ser sensibles a la volatilización, especialmente en formulaciones líquidas o semisólidas. La pérdida de compuestos volátiles puede alterar la concentración del API, afectando la eficacia del medicamento.
• Protección del API: las formulaciones deben diseñarse para proteger los principios activos de la volatilización, utilizando excipientes adecuados, envases herméticos y condiciones de almacenamiento controladas.

El ácido linoleico es un ácido graso omega-6 común en muchos aceites vegetales, como el aceite de girasol y el de cártamo.
Si tenemos un aceite cosmético y lo dejamos abierto en un entorno con baja humedad relativa, el aceite puede experimentar volatilización debido a la evaporación de algunos de sus componentes más volátiles, como los alcoholes grasos. Como resultado, el aroma (y el sabor) del aceite cambiarán con el tiempo.
Por otro lado, si almacenamos el aceite en un lugar con humedad relativa elevada, esta puede afectar a su estabilidad. El agua puede interactuar con el ácido linoleico y oxidarlo. Lo que puede llevar a la formación de compuestos no deseados, como peróxidos lipídicos, que afectan a su calidad.

En conclusión, tanto la volatilización como los cambios en la aw pueden influir en la calidad y la estabilidad de los aceites con ácido linoleico. Es importante almacenar estos aceites en condiciones adecuadas para preservar su calidad y beneficios.

Disminución de la eficacia de fragancias en cosméticos

• Persistencia del aroma: la volatilización de compuestos aromáticos puede reducir la persistencia y la intensidad de las fragancias en productos cosméticos como perfumes, lociones y cremas.
• Control de liberación: las formulaciones cosméticas deben controlar la liberación de compuestos volátiles para asegurar una experiencia sensorial duradera. Esto puede implicar el uso de técnicas de encapsulación, emulsiones y otros sistemas de liberación controlada.

Problemas relacionados con técnicas analíticas

Controlar la humedad y la actividad de agua ayuda a minimizar la pérdida de compuestos volátiles y a mantener la calidad del producto durante el almacenamiento y distribución.
El contenido de humedad y la aw de los productos son dos parámetros cruciales para controlar estos problemas.

La humedad del producto se refiere a la cantidad total de agua presente, mientras que la aw hace referencia a la energía del agua en el producto y cómo influye en las reacciones químicas y el desarrollo microbiano. Una aw elevada puede acelerar la volatilización de compuestos aromáticos y farmacéuticos, comprometiendo su estabilidad y efectividad.

Para determinar el contenido de humedad y la aw, se utilizan técnicas como pérdida de masa por desecación, destilación, espectroscopia de infrarrojo cercano (NIR) y medidores de aw. Estas medidas son esenciales para diseñar procesos de conservación adecuados, mejorar la formulación de productos y garantizar su vida útil y seguridad.

Los compuestos volátiles pueden generar varios problemas en las técnicas analíticas utilizadas para determinar el contenido de humedad y la aw en productos alimentarios, farmacéuticos y cosméticos. Estas interferencias pueden afectar la precisión y exactitud de los resultados obtenidos. A continuación se describen los principales problemas y las razones por las cuales los compuestos volátiles interfieren en estas mediciones:

Problemas para determinar el contenido de humedad

Pérdida de volátiles durante el secado

• Método gravimétrico o pérdida de masa por desecación: en técnicas como el secado en estufa, los compuestos volátiles pueden evaporarse junto con el agua, lo que lleva a una sobreestimación del contenido de humedad. Esto es problemático, ya que el peso perdido no corresponde únicamente al agua, sino también a los compuestos volátiles.
• Método Karl Fischer: Aunque es una técnica específica para el agua, los compuestos volátiles que reaccionan con los reactivos del Karl Fischer dar lugar a resultados inexactos.

Interferencias en la Espectroscopia

• Infrarrojo cercano (NIR): Los compuestos volátiles pueden absorber en las mismas longitudes de onda que el agua, generando interferencias en las medidas y dificultando la discriminación precisa entre agua y volátiles.

Problemas en la determinación de la actividad de agua

• Condensación y evaporación de volátiles
  En los higrómetros de punto de rocío (AQUALAB), los compuestos volátiles pueden condensar junto con el agua en la superficie del sensor, afectando las lecturas y provocando una sobreestimación de la aw. En ocasiones, la presencia de volátiles puede alterar la temperatura del punto de rocío.
• Interferencia con los sensores capacitivos
  Los sensores capacitivos (NOVASINA y ROTRONIC) funcionan midiendo la capacidad dieléctrica del material. Los compuestos volátiles presentes en el material pueden afectar la capacidad dieléctrica y por lo tanto a la precisión de la medida. Esto se debe a que los compuestos volátiles pueden adsorberse en la superficie del sensor o cambiar las propiedades del material circundante, alterando la medida.
  Para evitar estas interferencias, es importante conocer la composición del material y los compuestos volátiles antes de medir. Además, puede ser necesario calibrar y corregir para compensar los efectos de estos volátiles en la medida. Así se intenta garantizar que los valores de aw son precisos y fiables.
• Equilibrio de volátiles en el espacio de cabeza
  Medidores de actividad de agua (todas las marcas): los equipos miden en el espacio de cabeza de una cámara sellada con una muestra. Los compuestos volátiles pueden equilibrarse en el espacio de cabeza y contribuir a la presión de vapor total, dando lugar a una sobreestimación de la aw.

Si te interesa medir actividad de agua en productos con volátiles en este enlace encontrarás información para elegir el medidor adecuado.

Razones de las interferencias

• Similitud en las propiedades físicas: los compuestos volátiles tienen propiedades físicas, como la volatilidad y la capacidad de formar vapores, que son similares a las del agua. Esto hace que se comporten de manera similar durante el proceso de medida.
• Reactividad química: algunos compuestos volátiles pueden reaccionar químicamente con los reactivos o interferir en las reacciones analíticas diseñadas para detectar específicamente el agua.
• Absorción espectral: los compuestos volátiles pueden tener bandas de absorción en regiones espectrales similares a las del agua, lo que complica la diferenciación precisa en técnicas espectroscópicas.

Para minimizar estos problemas, es crucial emplear métodos analíticos que sean específicos para el agua y que puedan discriminar entre el agua y los compuestos volátiles.
Se han descrito procedimientos de pretratamiento de muestras que eliminan o separen los volátiles antes de la medir el contenido de humedad, como por ejemplo: la desgasificación, extracción con disolventes, destilación y adsorción. Pero estos pretratamientos afectan a los valores de aw.