Bioanalizadores automatizados para la monitorización continua en procesos de control en la industria agroalimentaria

Resumen

En la industria agroalimentaria, la importancia de la automatización se ha incrementado drásticamente en los últimos años debido a la necesidad de monitorizar, con un bajo coste económico, y con el menor tiempo de demora y el mayor grado de fiabilidad posibles, determinados parámetros químicos que permitan no sólo el control de un proceso de elaboración o maduración sino también del producto final. La ingeniería de la automatización tiene un papel muy importante en el desarrollo de instrumentos de análisis innovadores, como son los analizadores de procesos. El progreso de la automatización, una de las áreas principales de la química analítica, es inconcebible sin los rápidos avances realizados en informática y, además, las técnicas de análisis en flujo son la base para el desarrollo de analizadores en continuo en procesos de automatización del trabajo analítico. Por lo tanto, es indispensable el trabajo en tándem de ambas disciplinas para el desarrollo de analizadores automáticos y automatizados. Asimismo, los biosensores son herramientas analíticas que proporcionan selectividad y rapidez a los métodos de análisis y, por ello, muy útiles para el desarrollo de bioanalizadores de parámetros químicos en la industria agroalimentaria. Esta Tesis Doctoral, titulada Bioanalizadores automatizados para la monitorización continua en procesos de control en la industria agroalimentaria, describe el desarrollo y puesta a punto de nuevos métodos de análisis automatizados y no automatizados, basados en técnicas de análisis en flujo y detección con biosensores enzimáticos amperométricos para la determinación de analitos de interés en la industria agroalimentaria. En la primera parte de la Tesis se ha llevado a cabo el diseño, desarrollo y optimización de bioanalizadores en continuo para la monitorización de parámetros químicos en cerveza y vino. En primer lugar, se ha llevado a cabo el desarrollo de bioanalizadores semiautomáticos, como son: un sistema de análisis de flujo en continuo para el análisis de etanol en cervezas 0,0 y Sin sin tratamiento previo de las mismas; un sistema FIA para el análisis de etanol en cervezas 0,0 y Sin, sin aplicarlas dilución previa; un sistema FIA para el análisis de ácido (L)málico en vinos que emplea un nuevo biosensor para el análisis de este compuesto; y un sistema FIA basado en el empleo de biosensores de ácido (D)láctico y de ácido (L)láctico para el análisis simultáneo de ambos isómeros en cervezas, desarrollando un biosensor para el análisis del isómero D. Para cada bioanalizador, se han optimizado las variables experimentales relacionadas con el funcionamiento de sus componentes, obteniendo unas características analíticas y operacionales satisfactorias. Posteriormente, se ha llevado a cabo la automatización de los bioanalizadores de etanol y de ácido málico, obteniendo un prototipo automatizado para la monitorización on line y off line de etanol en cervezas 0,0 y Sin y un prototipo automático para el análisis off line de ácido (L)málico en vinos. Para ello, se ha llevado a cabo, trabajando con ingenieros informáticos y electrónicos, el diseño mecánico y electrónico de los prototipos, y el diseño y desarrollo de los softwares de control. Así, se han obtenido unos instrumentos de análisis que trabajan de manera autónoma, proporcionando una sensibilidad, precisión y rendimiento de muestreo adecuados para las aplicaciones objetivo. En la segunda parte de la Tesis, se ha llevado a cabo el diseño y optimización de un sistema de análisis de flujo en continuo que emplea una sonda de microdiálisis y un biosensor de glucosa para el análisis directo de este azúcar en fruta fresca. Así, se ha desarrollado un método de análisis in vivo no destructivo, sencillo, rápido y de bajo coste. La sencillez del método y del sistema de flujo diseñado, hace del bioanalizador semiautomático de glucosa un desarrollo fácil de adaptar a un sistema de análisis automatizado.