Sensor piezoeléctrico QCM para la caracterización sensorial del aceite de oliva

Resumen

En este trabajo se ha llevado a cabo el desarrollo de un dispositivo basado en un sensor piezoeléctrico denominado Microbalanza de Cristal de Cuarzo (QCM) para la caracterización sensorial del aceite de oliva. Su realización se incluye en una de las líneas de investigación del proyecto nacional INIA de referencia RTA04-128 y de título Estudio y aplicación de nuevas técnicas en la caracterización en línea delaceite de oliva virgen durante su producción en almazara. El desarrollo de esta investigación se ha divido en dos fases: 1ª. Diseño del sistema sensorial QCM 2ª. Análisis de muestras de aceite de oliva con el sistema sensorial QCM que seha puesto a punto. Para la primera parte se seleccionaron diez adsorbentes (carbowax 20M, dimetilpolisiloxano, ftalato de dinonilo, silicona OV-101, silicona OV-17, siliconaOV-275, polietilenglicol, SPAN 80, SPAN 85 y vaselina), utilizados comúnmentecomo fases estacionarias de la cromatografía de gases, para constituir las capassensibles de los sensores QCM. Asimismo, se escogió el compuesto polivinilcloruro(PVC) como sustrato soporte que permitía una mayor adherencia del compuestoadsorbente sobre la superficie pulida del electrodo de oro del cristal QCM. Posteriormente, y de acuerdo con la bibliografía [Aparicio et al., 1996; Reiners y Grosch, 1998; Aparicio y Luna, 2002; Dhifi et al., 2005; Kanavouras et al., 2005;Morales et al., 2005; Luna et al., 2006], se seleccionaron seis compuestos volátiles(hexanal, ácido acético, acetato de (Z)-3-hexenilo, 1-octen-3-ol, 2-butanona yundecano) presentes en los aromas del aceite de oliva y principales responsables dedistintas connotaciones sensoriales. A continuación, se calculó la mayor cantidad de sustrato soporte que provocabala menor caída de frecuencia de oscilación del sensor, para lo que se estudiaron doceconcentraciones distintas de polivinilcloruro en el disolvente tetrahidrofurano (THF)y seis volúmenes de depósito de dichas disoluciones. Después, se estudiaron dosmétodos de construcción de los sensores QCM, así como, la repetibilidad del métodoseleccionado. Posteriormente, se diseñó el sistema de trabajo que se emplearía en todo eldesarrollo de la parte experimental. Este desarrollo básicamente consistió en unsistema estático, introducido en un baño termostatizado a una temperatura en torno alos 28ºC. La última parte de la primera fase estuvo marcada por el estudio del comportamiento de los diez adsorbentes seleccionados tras ser expuestos a cuatroconcentraciones de los seis volátiles elegidos. Para ello, se construyeron cuarentasensores agrupados en diez conjuntos, uno por cada adsorbente, de forma que se analizaron cuatro concentraciones de adsorbente para constituir la capa sensible del sensor QCM. Igualmente, se comprobó cuáles de los cuarenta sensores se ajustaban a la ecuación de Sauerbrey que dictamina que el incremento de la frecuencia de oscilación(
F, Hz) de un sensor QCM es proporcional a la cantidad de masa (
m) depositada o adsorbida sobre él, ecuación [1.1]. ( )1/ 2 2 0 2 q q f f A Fc m F C m r m - × × D = - ×D = [1.1] A partir de los resultados obtenidos, y tras el cálculo de la sensibilidad de los sensores QCM construidos, se seleccionaron seis sensores (S15, S20, S24, S28, S32 yS40) que, cumpliendo la ecuación de Sauerbrey, presentaban intensidades derespuesta mayores cuando fueron expuestos a los seis compuestos volátiles. Asimismo, se estudió la sensibilidad de estos seis sensores frente a los compuestos volátiles seleccionados y las relaciones existentes entre la concentraciónde volátil y la respuesta de cada sensor, encontrándose que, con el sistema de trabajoestático y cerrado empleado, todas las relaciones eran ajustadas por una ecuación desegundo grado, cumpliéndose así la ecuación de Sauerbrey citada. La segunda fase del trabajo experimental estuvo enfocada en el análisis de lasmuestras de aceite de oliva con el sistema sensorial desarrollado en la primera fase. Para ello, se utilizaron cuarenta y ocho muestras de aceite de oliva obtenidas de lacentrífuga vertical de la planta piloto situada en la Estación Experimental IFAPAVenta del Llano (Mengíbar, Jaén). Todas las muestras fueron analizadas química ysensorialmente por el panel de cata del citado centro IFAPA; de este modo, dieciochomuestras de aceite fueron catalogadas en la categoría virgen extra, seis se catalogaron virgen y el resto fueron clasificadas lampantes. Paralelamente, se modificó el sistema de trabajo original para adaptarlo a lasmedidas con aceite de oliva. Igualmente, y con el objetivo de poder contrastar losresultados del sistema sensorial QCM con la normativa oficial de valoración sensorialdel aceite de oliva, se buscó que la temperatura del aceite durante su análisis con elsistema QCM fuese 28 ± 2 ºC, que es la exigida en la normativa oficial. La última parte de la segunda fase consistió en la valoración sensorial de lascuarenta y ocho muestras de aceite de oliva con el sistema QCM, considerando comorespuesta el incremento de la frecuencia de oscilación del sensor QCM (
F, Hz) trassu exposición a los aromas de los aceites de oliva vírgenes extra, vírgenes ylampantes. De los resultados obtenidos se desprende que, de los cuarenta sensores QCMempleados, con sólo cuatro de ellos (S20, S24, S28 y S32), y con veinte minutos de medida, se obtiene la discriminación entre las muestras lampantes (que no pueden serconsumidas directamente y necesitan refinación) y muestras vírgenes extra y vírgenes(que pueden ser embotelladas y consumidas como tales), siendo este hecho un paso importante, ya que simplifica la construcción de un futuro array de sensores. También cabe destacar, en relación a la durabilidad de los sensores construidos,que estos pueden perder capacidad de adsorción en porcentajes menores del 20% enun tiempo próximo a los 10 meses, tiempo superior a la campaña oleícola. Finalmente, es reseñable que al ser un sistema de pequeño tamaño, fácil manejo, que no necesita personal especializado, no requiere preparación previa de lamuestra y al ser de bajo coste, podría implantarse on-line en la almazara,convirtiéndose en una herramienta muy útil para un adecuado almacenamiento delaceite en la bodega según calidades sensoriales al poder realizar una clasificaciónprevia de los aceites.