CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS DE EMISIONES PROCEDENTES DE …

Departamento de Química Analítica,

Nutrición y Bromatología

CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS DE EMISIONES PROCEDENTES

DE LA COMBUSTIÓN DE BIOMASA, UTILIZADA EN EL

AHUMADO DE ALIMENTOS

TESIS DOCTORAL

Francisco Javier Conde Hardisson

La Laguna, 2008



ANA ISABEL JIMÉNEZ ABIZANDA, Profesora Titular de Química Analítica y

Directora del Departamento de Química Analítica, Nutrición y Bromatología de la

Universidad de La Laguna,

INFORMA: Que la presenta Memoria, titulada “CARACTERÍSTICAS

QUÍMICAS DE EMISIONES PROCEDENTES DE LA

COMBUSTIÓN DE BIOMASA, UTILIZADA EN EL AHUMADO

DE ALIMENTOS”, que presenta el Lcdo. Francisco Javier Conde

Hardisson, para optar al Grado de Doctor en Química por esta

Universidad, ha sido realizada en los laboratorios de este

Departamento y del Servicio de Medio Ambiente de la Universidad

de La Laguna, bajo la dirección de los Dres. D. Venerando González

Díaz y Juan Heliodoro Ayala Díaz.

Para que conste, firmo el presente informe en La Laguna, a dieciocho

de febrero de dos mil ocho.



VENERANDO GONZÁLEZ DÍAZ, Catedrático de Química Analítica, y JUAN

HELIODORO AYALA DÍAZ, Profesor Titular de Química Analítica de la

Universidad de La Laguna

AUTORIZAN la presentación del trabajo “CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS

DE EMISIONES PROCEDENTES DE LA COMBUSTIÓN DE

BIOMASA, UTILIZADA EN EL AHUMADO DE

ALIMENTOS”, realizado por el Lcdo. Francisco Javier Conde

Hardisson, para optar al Grado de Doctor en Química por la

Universidad de La Laguna.

Para que conste y surta los efectos oportunos, firman la presente

en La Laguna, a dieciocho de febrero de dos mil ocho.

AgradecimientosAgradecimientosAgradecimientosAgradecimientos

Desde mi punto de vista, los agradecimientos constituyen una de las partes más importantes de esta

Tesis Doctoral. Expresar con palabras el cariño que se siente hacia las diferentes personas que han

intervenido en este trabajo, tanto desde el punto de vista profesional como sentimental, no es una tarea

sencilla de realizar.

Sin duda alguna, agradezco a mis directores de Tesis, Dr. Venerando González Díaz y Dr. Juan H.

Ayala Díaz, la oportunidad que me han brindado y el enorme esfuerzo que han dedicado en este trabajo.

Especialmente, agradecerle a Venerando la confianza que ha depositado en mí, la comprensión durante

todos estos años y otras tantas cualidades que hacen grande a una persona. A Juan, porque siempre ha

estado disponible para las múltiples tareas realizadas en esta Tesis que, en muchas ocasiones, resultan

difíciles de reconocer y valorar.

Expresar mi más sincero agradecimiento a la Dra. Ana Mª Afonso Perera no sólo por su aporte

profesional, sino también por su apoyo moral durante todos estos años.

Al Servicio de Medio Ambiente de la Universidad de La Laguna (SEMALL) por los diferentes

instrumentos y materiales que me han permitido utilizar. A sus integrantes por la amistad que me han

brindado.

Al Instituto Canario de Investigaciones Agrarias (ICIA) por permitirme hacer uso de sus

instalaciones. Especialmente agradecer a Marichu y a Sergio el aporte de sus conocimientos y la ayuda

prestada en el proceso de ahumado de los quesos.

Al Ministerio de Ciencia y Tecnología, por la financiación de los proyectos CAL00-054-C3-3,

CAL02-075-C3-3 y AGL 2002-02149 que ha permitido la elaboración de esta Tesis Doctoral.

A los compañeros del Departamento de Química Analítica, Nutrición y Bromatología por hacer que

el camino sea más fácil de recorrer. Especialmente, a José Elías y Eladia, quienes en algún momento de mi

vida han resultado ser muy importantes por sus consejos y apoyo. Por supuesto, agradecer a Aurora, Bárbara

y Verónica, el estar a mi lado día a día compartiendo esos momentos buenos y no tan buenos.

A mis grandes amigos, Moncef, Verónica, Fabio y Nacho por su comprensión y apoyo incondicional

durante todos estos años.

A Vidal, Mary Luz, Pasqui, Yaque y Alejandro por su ayuda, apoyo y comprensión. Muchas

gracias por todo lo que habéis hecho por mí.

A mis padres, José y Elia, por el esfuerzo y sacrificio realizado y, además, por estar siempre a mi

lado de una forma u otra. A mis hermanos, Jose, Natalia, David y Daniel porque, junto con mis padres,

constituyen uno de los principales pilares de mi vida. A mi abuela, porque siempre estuviste a mi lado y

siempre lo estarás.

A mi mujer Kayi y mi hijo Javier, porque son el corazón que impulsa mi vida hacia adelante.

A mis padres Pepe y Elia, por su

esfuerzo y sacrificio

A mi mujer Kayi y mi hijo Javier,

por su amor y comprensión

ÍNDICE

CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN

I.1. EL HUMO .......................................................................................................................................... 3

I.1.1. CONCEPTO DE BIOMASA ............................................................................................................. 3

I.1.2. PROCESO DE COMBUSTIÓN ......................................................................................................... 5

I.1.3. COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL HUMO............................................................................................. 6

I.1.3.1. Degradación térmica de la biomasa ...........................................................................8

I.1.3.2. Influencia de la temperatura en el proceso de degradación térmica de la

biomasa .......................................................................................................................9

I.1.3.3. Contenido en oxígeno durante la combustión ..........................................................11

I.1.3.4. Contenido de humedad de la biomasa ......................................................................12

I.1.3.5. Tamaño de partícula de la biomasa..........................................................................13

I.2. ASPECTOS MEDIOAMBIENTALES DEL HUMO ........... ........................................................ 14

I.2.1. EMISIÓN DE PARTÍCULAS Y CONTAMINANTES GASEOSOS.......................................................... 14

I.2.2. TRAZADORES DEL HUMO DE BIOMASA...................................................................................... 15

I.3. EL AHUMADO DE ALIMENTOS ................................................................................................ 17

I.3.1. CONCEPTOS GENERALES .......................................................................................................... 17

I.3.2. TIPOS DE AHUMADEROS ........................................................................................................... 18

I.3.3. AROMAS DE HUMO UTILIZADOS EN ALIMENTOS........................................................................ 19

I.3.4. EFECTOS DEL AHUMADO EN LOS ALIMENTOS ........................................................................... 22

I.3.4.1. Valor nutricional y conservación del alimento .........................................................22

I.3.4.2. Propiedades organolépticas......................................................................................23

I.3.5. EL AHUMADO DE QUESO EN CANARIAS..................................................................................... 23

I.4. OBJETIVOS..................................................................................................................................... 25

CAPÍTULO II: HIDROCARBUROS AROMÁTICOS POLICÍCLICOS EN EL HUMO DE BIOMASA

II.1. INTRODUCCIÓN............................................................................................................................ 29

II.1.1. ORIGEN Y MECANISMOS DE FORMACIÓN DE HAPS DURANTE LOS PROCESOS

DE COMBUSTIÓN....................................................................................................................... 29

II.1.2. CARACTERÍSTICAS DE INTERÉS MEDIOAMBIENTAL DE LOS HAPS .............................................. 31

Índice

II.1.2.1. Propiedades físico-químicas .....................................................................................31

II.1.2.2. Distribución de los HAPs en la atmósfera ................................................................32

II.1.2.3. Poder cancerígeno de los HAPs................................................................................33

II.1.3. EMISIÓN DE HAPS EN HUMOS DE BIOMASA................................................................................ 36

II.1.4. CONTENIDO DE HAPS EN AROMAS DE HUMO.............................................................................. 38

II.1.5. DETERMINACIÓN DE HAPS EN HUMOS DE BIOMASA................................................................... 40

II.1.5.1. Toma de muestra ......................................................................................................41

II.1.5.2. Extracción de HAPs ..................................................................................................42

II.1.5.3. Análisis cromatográfico ............................................................................................42

II.1.6. ANÁLISIS DE HAPS EN AROMAS DE HUMO.................................................................................. 43

II.1.6.1. Tratamiento de las muestras de aromas de humo.....................................................44

II.1.6.2. Técnicas de medida....................................................................................................44

II.1.7. OBJETO DEL TRABAJO............................................................................................................... 45

II.2. PARTE EXPERIMENTAL............................................................................................................. 48

II.2.1. REACTIVOS Y MATERIALES....................................................................................................... 48

II.2.2. EQUIPOS................................................................................................................................... 50

II.2.2.1. Ahumaderos ..............................................................................................................50

II.2.2.2. Sistema de muestreo para la determinación de HAPs en humos de biomasa ...........51

II.2.2.3. Sistema para la obtención de aromas de humo.........................................................52

II.2.2.4. Analizador portátil de temperatura y monóxido de carbono ....................................52

II.2.2.5. Cromatógrafo de gases con detector de espectrometría de masas ..........................52

II.2.3. PROCEDIMIENTOS..................................................................................................................... 53

II.2.3.1. Determinación de la eficiencia del sistema de muestreo .........................................53

II.2.3.2. Proceso de combustión de la biomasa ......................................................................53

II.2.3.3. Toma de muestras de humos de biomasa ..................................................................54

II.2.3.4. Obtención de aromas de humo..................................................................................54

II.2.3.5. Preparación de las muestras de humos de biomasa..................................................54

II.2.3.6. Tratamiento de las muestras de aromas de humo.....................................................56

II.2.3.7. Análisis por cromatografía de gases-espectrometría de masas................................56

II.3. HUMO DE BIOMASA .................................................................................................................... 58

II.3.1. OPTIMIZACIÓN DE LA METODOLOGÍA PARA LA DETERMINACIÓN DE HAPS EN HUMO

DE BIOMASA.............................................................................................................................. 58

II.3.1.1. Eficiencia del sistema de muestreo ...........................................................................58

II.3.1.2. Tratamiento del extracto de las muestras de humo...................................................68

II.3.1.3. Análisis de HAPs mediante CG-EM..........................................................................70

Índice

II.3.2. CONTENIDO DE HAPS EN HUMOS DE BIOMASA........................................................................... 77

II.3.2.1. Influencia de la naturaleza de la biomasa y del tipo de ahumadero.........................79

II.3.2.2. Relación con las características del proceso de combustión ....................................84

II.3.2.3. Relación entre los contenidos de HAPs en las muestras de humo ............................88

II.3.2.3.1. Relaciones entre concentraciones absolutas. Participación del

naftaleno en la formación de los HAPs .................................................... 88

II.3.2.3.2. Perfiles de distribución ............................................................................. 92

II.3.2.3.3. Relaciones isoméricas............................................................................... 94

II.3.2.3.4. Análisis discriminante lineal..................................................................... 96

II.3.2.4. Equilibrio de distribución de los HAPs entre las fases gaseosa

y particulada ..........................................................................................................100

II.3.3. TOXICIDAD POTENCIAL DE LOS HUMOS DE BIOMASA.............................................................. 104

II.3.3.1. Niveles de B(a)PE en los humos de biomasa..........................................................105

II.3.3.2. Contribución de los HAPs a la toxicidad total........................................................108

II.3.3.3. Sustancias indicadoras para la determinación de la toxicidad equivalente

total en humos de biomasa......................................................................................110

II.4. AROMAS DE HUMO.................................................................................................................... 113

II.4.1. METODOLOGÍA PARA LA DETERMINACIÓN DE HAPS EN AROMAS DE HUMO............................. 113

II.4.1.1. Extacción de los HAPs presentes en los aromas de humo ......................................113

II.4.1.2. Determinación de HAPs por CG-EM......................................................................113

II.4.2. CONTENIDO DE HAPS EN AROMAS DE HUMO............................................................................ 117

CAPÍTULO III: COMPUESTOS FENÓLICOS SIMPLES EN EL HU MO DE BIOMASA

III.1. INTRODUCCIÓN.......................................................................................................................... 125

III.1.1. FORMACIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LOS FENOLES SIMPLES................................................. 125

III.1.1.1. Propiedades físico-químicas...................................................................................126

III.1.1.2. Actividad antioxidante............................................................................................127

III.1.1.3. Características organolépticas...............................................................................130

III.1.2. EMISIÓN DE FENOLES SIMPLES EN HUMOS DE BIOMASA......................................................... 131

III.1.3. CONTENIDO DE FENOLES SIMPLES EN AROMAS DE HUMO...................................................... 133

III.1.4. DETERMINACIÓN DE FENOLES SIMPLES EN HUMOS DE BIOMASA........................................... 134

III.1.5. ANÁLISIS DE FENOLES SIMPLES EN AROMAS DE HUMO.......................................................... 135

Índice

III.1.6. OBJETO DEL TRABAJO........................................................................................................... 137

III.2. PARTE EXPERIMENTAL........................................................................................................... 139

III.2.1. REACTIVOS Y MATERIALES ................................................................................................... 139

III.2.2. EQUIPOS................................................................................................................................ 140

III.2.2.1. Ahumadero.............................................................................................................140

III.2.2.2. Sistema de muestreo para la determinación de fenoles simples en humos

de biomasa ..............................................................................................................140

III.2.2.3. Sistema para la obtención de aromas de humo ......................................................140

III.2.2.4. Cromatógrafo de gases con detector de espectrometría de masas.........................140

III.2.3. PROCEDIMIENTOS.................................................................................................................. 141

III.2.3.1. Determinación de la eficiencia del sistema de muestreo.......................................141

III.2.3.2. Proceso de combustión de la biomasa....................................................................142

III.2.3.3. Toma de muestras de humos de biomasa................................................................142

III.2.3.4. Obtención de aromas de humo ...............................................................................142

III.2.3.5.Proceso de microextracción en fase sólida en espacio en cabeza...........................142

III.2.3.6. Análisis por cromatografía de gases-epectrometría de masas...............................143

III.3. HUMO DE BIOMASA .................................................................................................................. 145

III.3.1. OPTIMIZACIÓN DE LA METODOLOGÍA PARA LA DETERMINACIÓN DE FENOLES SIMPLES

EN HUMOS DE BIOMASA.......................................................................................................... 145

III.3.1.1. Eficiencia del sistema de muestreo.........................................................................145

III.3.1.2. Proceso de extracción de las muestras de humos...................................................149

III.3.1.2.1.Experiencias previas............................................................................... 149

III.3.1.2.2. Microextracción en fase sólida en espacio en cabeza............................ 151

III.3.1.3. Análisis de fenoles simples mediante CG-EM ........................................................158

III.3.2. CARACTERIZACIÓN DE COMPUESTOS FENÓLICOS SIMPLES EN HUMOS DE BIOMASA............... 162

III.3.2.1. Contenido de compuestos fenólicos en las muestras de humos ..............................162

III.3.2.2. Perfiles de distribución de los compuestos fenólicos en las muestras de

humos ......................................................................................................................166

III.3.2.3. Sustancias indicadoras para la determinación del contenido total de fenoles

simples en el humo de biomasa ..............................................................................172

III.4. AROMAS DE HUMO.................................................................................................................... 178

III.4.1..METODOLOGÍA PARA LA DETERMINACIÓN DE FENOLES SIMPLES EN AROMAS DE HUMO....... 178

III.4.1.1. Proceso de obtención de los aromas de humo ........................................................178

II.4.1.2. Determinación de fenoles simples por HS-SPME-CG-EM .....................................179

Índice

III.4.2..CONTENIDO DE FENOLES SIMPLES EN AROMAS DE HUMO...................................................... 182

III.4.2.1. Concentración de fenoles simples en aromas de humo en función del tipo de

biomasa ...................................................................................................................182

III.4.2.2. Perfiles de emisión de los compuestos fenólicos en las muestras de aromas

de humo...................................................................................................................189

III.4.2.3. Predicción del contenido de total de fenoles en los aromas de humo.....................193

CONCLUSIONES............................................................................................................................................ 197

BIBLIOGRAFÍA.............................................................................................................................................. 207

Índice

CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN

“Según vamos adquiriendo conocimiento, las cosas no se hacen más

comprensibles, sino más misteriosas”.

Albert Schweitzer (1875-1965). Médico, filósofo, teólogo y músico alemán.

Capítulo I: Introducción

- 3 -

I.1. EL HUMO

I.1.1. CONCEPTO DE BIOMASA

En general, el término biomasa se refiere a cualquier tipo de materia orgánica que

haya tenido su origen inmediato en un proceso biológico, vegetal o animal. Según esta

definición quedan fuera de este concepto los combustibles fósiles o los productos orgánicos

derivados de ellos, aunque también tuvieran un origen biológico en épocas remotas [1-3].

La biomasa vegetal está constituida por biopolímeros de celulosa, hemicelulosa y

lignina. Mientras que la proporción en que se encuentran y la composición química de las

hemicelulosas y ligninas son diferentes para distintos tipos de biomasa, la composición de la

celulosa es uniforme en todos los vegetales. En la Figura I.1 se muestran las estructuras

químicas propuestas para los principales constituyentes de la biomasa vegetal. La celulosa

constituye entre el 40 y 50 % en peso seco de la biomasa y está formada por cadenas lineales

largas de monómeros de D-glucosa, con un grado de polimerización que oscila entre 7·103 y

12·103 [4,5]. Las hemicelulosas (20-30 % en peso) son una mezcla de 100 a 200 polisacáridos

constituidos por diferentes unidades de hexosas (glucosa, manosa y galactosa), pentosas

(xilosa y arabinosa) y pequeñas cantidades de ácidos urónicos. Su estructura está formada por

cadenas lineales largas, sobre las que pueden aparecer cadenas laterales relativamente cortas

[4-7]. Las ligninas (20-30 % en peso) no pueden ser descritas como una simple combinación

de uno o varios monómeros, como es el caso de la celulosa o hemicelulosas. Se trata de un

polímero complejo constituido por cadenas heterogéneas y ramificadas, formadas a partir de

la polimerización de tres alcoholes aromáticos: p-cumarílico, coniferílico y sinapílico. Las

unidades de fenil-propano se unen por enlaces C-O-C y C-C, presentando en su estructura

grupos hidroxilos, carbonilos y metoxilos [4,5,8,9].


- 4 -

HO

O

OH

OH

O HO

O

OH

OH

O HO

O

OH

OH

Monómeros de D-glucosa n = 7-12·103

n

Celulosa

Figura I.1. Estructuras químicas propuestas para la celulosa, hemicelulosa y lignina

presentes en la biomasa vegetal.

CH2

CH3O HOCH2

OCH3

OCH3

HC

CO

CH

CH2OH

O CH3O

O

CH2OH

CH

CH3O O

OCH3

CH2OH

CH

HC

O HC

CH2OH

CHO

CH3O

HC

O OCH3

HOCH2

HC

O

CH

CH

OH CH3O OCH3

HC

CH

CH

CH2OH

CH3O O

CH CHO

O

OCH3

CH2OH

CH

HC

CH3O OH

O

CO

CH

CH2OH

CH3O O

HC

CH2OH

CH

OH CH3O OCH3

O

CH

OCH3

C

CH2OH

OCH3

O

OCH3

HOCH2

HC

CH

CH3O O

CH CHO

O

CO C H

HOCH2

O

OCH3

HC

CH

CH2OH OCH3

OCH3

HC O

CH2OH

CHOH

CH3O

O

O OCH3

HC

H2C

HC

O

CH

CH

HC

O

CH2

CH3O OCH3 O CH

CH

CH2OH

OH OCH3

O CH3O

HC

CH2OH

HC

HC

CH2OH

O

CO

OCH3

O

HC

CH2OH

HC

CH

CH

CHO

OCH3 O

OCH3

p-Cumarílico R1 = R2 = H Coniferílico R1 = 0CH3 R2 = H Sinapílico R1 = R2 = OCH3

HO

CH CH

CH2OH R1

R2

Lignina

HO

O

CH2OH

HO

O OH

O HO O HO

O

OH O

O HO

O O

O HO

O O

OH O

O

HO

O

OH O

HOOC

O

HO

OH

HOH2C O

OH

HOH2C

O

O

HO

O

HOH2C

O

OH

O

HO OH

HO

HO

O

O O

O

OH

HOH2C

O CH2OH

HO O O

OH

O

HO HO

OH

Hemicelulosa


- 5 -

I.1.2. PROCESO DE COMBUSTIÓN

La combustión es el fenómeno por el cual un material (combustible), a partir de una

temperatura determinada, se combina con el oxígeno del aire (comburente) dando lugar a

productos oxidados y a un desprendimiento energía. Las principales reacciones exotérmicas

que se producen durante la combustión son las oxidaciones del carbono, hidrógeno y azufre:

La combustión de la biomasa es un proceso que se produce en varias etapas. Durante

la primera, el agua de la biomasa es eliminada en forma de vapor. A medida que la

temperatura aumenta, tienen lugar reacciones de oxidación, hidrólisis, deshidratación y

pirólisis de los principales constituyentes de la biomasa (celulosa, hemicelulosa y lignina). En

esta etapa se forman sustancias alquitranosas y se desprenden compuestos orgánicos volátiles

que pueden ser combustibles (ácido acético, metano) o inertes (dióxido de carbono, vapor de

agua). Cuando la temperatura supera los 270-400 ºC, se produce la combustión de las

sustancias alquitranosas y compuestos volátiles inicialmente desprendidos, lo que provoca la

emisión de resinas y productos de descomposición de la celulosa, hemicelulosa y lignina. El

proceso de combustión continúa hasta que el flujo de compuestos volátiles disminuye a un

nivel en el que no es posible la propagación de la llama. En estas condiciones, tiene lugar la

incandescencia del carbón generado sin la producción de llama. Al final de la combustión

completa del carbón, sólo quedarán cenizas con elementos minerales, fundamentalmente en

estado de óxidos [10-13].

Desde el punto de vista medioambiental, la eficacia de la transformación de la materia

orgánica combustible en productos finales de oxidación (CO2 y H2O en el caso de compuestos

hidrocarbonados) constituye un aspecto de especial importancia en cualquier proceso de

combustión.

O2

½ O2

½ O2

½ O2

O2

C

C

CO

H2

S

+

+

+

+

+

→

→

→

→

→

CO2

CO

CO2

H2O

SO2

+

+

+

+

+

8100 Kcal/Kg

2425 Kcal/Kg

2419 Kcal/Kg

34100 Kcal/Kg

2500 Kcal/Kg


- 6 -

I.1.3. COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL HUMO

El humo se produce sustancialmente al elevar la temperatura de la biomasa, al tiempo

que se limita el suministro de aire, para prevenir la combustión, pero permitiendo la

destilación destructiva. El destilado, tal como se genera, se encuentra en fase vapor, pero

cuando se enfría, algunos compuestos menos volátiles condensan para formar una fase líquida

dispersa, la cual junto con las partículas de hollín, si están presentes, constituyen el humo

visible. El resto de compuestos más volátiles se distribuyen entre la fase gaseosa y la fase

líquida, de acuerdo con su solubilidad y volatilidad a la temperatura y humedad reinante [14].

En los últimos años, se han realizado numerosos estudios encaminados a establecer la

composición del humo producido por la combustión de restos vegetales, detectándose más de

400 compuestos orgánicos diferentes, entre los que destacan: ácidos, alcoholes, aldehídos,

cetonas, ésteres, furanos, lactonas, fenoles e hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs)

[15-19]. En la Tabla I.1 se muestran algunos de los compuestos orgánicos más representativos

detectados en el humo de distintos tipos de biomasa. Sin embargo, no todos los compuestos

identificados se encuentran en proporciones significativas, ni se detectan en todos los humos

analizados. En general, los compuestos más abundantes en el humo de biomasa son el

acetaldehído, levoglucosano, formaldehído y acetona. Los compuestos fenólicos también se

encuentran en cantidades relativamente altas, mientras que los ácidos carboxílicos no suelen

superar concentraciones de 40 mg/Kgbiomasa. A pesar de que los HAPs se encuentran en

concentraciones relativamente bajas, en comparación con el resto, estos compuestos han

suscitado un gran interés por parte de los científicos, debido a los efectos perjudiciales que

algunos de ellos pueden provocar en la salud de las personas y, con carácter general, en el

medio ambiente.

Aunque nos hemos referido exclusivamente a compuestos orgánicos, en el humo

también pueden encontrarse, asociados a la materia particulada, cantidades considerables de

compuestos inorgánicos, fundamentalmente K y Si. A pesar de que se encuentran en niveles

traza, debe destacarse la presencia en el humo de metales pesados, algunos de los cuales

presentan una toxicidad elevada [20-22].


- 7 -

Tabla I.1. Principales compuestos orgánicos detectados en el humo de biomasa (mg/Kgbiomasa) [20]. Biomasa Compuesto

Pino Roble Eucalipto

Cetonas Acetona 749 462 79 2-Butanona 215 115 77

Aldehídos Formaldehído 1165 759 559 Acetaldehído 1704 823 1021 Propionaldehído 255 153 155 Hexanal 418 90 189 Heptanal 419 77 626 Acroleína 63 44 56 Crotonaldehído 276 177 198 Benzaldehído 49 16 21 Vanillina 243 53.1 52.7

Ácidos carboxílicos Hexadecanoico 21.9 16.9 15.4 Docosanoico 20.8 7.61 5.09 Tetracosanoico 10.2 17.6 11.2 Isopimárico 42.9 3.55 n.d. Abiético 187 1.20 n.d.

Fenoles Fenol 525 300 434 2-Metilfenol 89.6 47.7 37.8 3-Metilfenol + 4-metilfenol 380 179 110 Dimetilfenoles 110 50.7 30.2 Pirocatecol 312 142 215 Guaiacol 279 172 183 4-Metilguaiacol 340 101 81.3 Siringol n.d. 399 289 4-Metilsiringol 0.30 179 133

Azúcares Levoglucosano 1375 706 1940 Otros 403 75 77

HAPs Naftaleno 227 1-Metilnaftaleno 10.6 6.39 4.31 2-Metilnaftaleno 15.0 9.61 5.69 Acenaftileno 18.6 10.8 9.99 Fenantreno 16.4 9.25 8.15 Fluoranteno 7.00 4.81 4.26 Benzo(a)pireno 0.712 0.245 0.301

n.d. = no detectado.

La composición precisa del humo de biomasa depende de numerosos factores, entre

los que se encuentran: composición química, tamaño y humedad de la biomasa utilizada,

temperatura que se alcanza en el proceso de combustión, concentración de oxígeno durante la

misma, etc. [14]. A su vez, estos factores se encuentran interrelacionados, de manera que las

variaciones que pueda experimentar cualquiera de ellos también pueden afectar al resto.


- 8 -

I.1.3.1. Degradación térmica de la biomasa

Diferentes autores han estudiado la degradación térmica de los principales

constituyentes de la biomasa en ausencia de oxígeno (pirólisis) [11,23-28]. Las conclusiones

obtenidas a partir de estos trabajos pueden ser aplicables cuando el proceso se realiza en

presencia de oxígeno (combustión), debido a que, durante la combustión, además de las

reacciones de oxidación anteriormente mencionadas, también se producen procesos de

pirólisis de la celulosa, hemicelulosa y lignina.

Se ha demostrado que la degradación térmica de la celulosa (300 ºC), hemicelulosas

(250 ºC) y ligninas (400 ºC), presentes en la biomasa, va acompañada por la emisión de

compuestos orgánicos que son característicos de cada uno de ellos. Así, los principales

productos de descomposición de la celulosa son glucopiranosas, glucofuranosas y, en menor

proporción, ácidos carboxílicos [11,23,24]. La pirólisis de las hemicelulosas produce

compuestos similares a los que se obtienen a partir de la celulosa (glucopiranosas,

glucofuranosas, galactopiranosas y manopiranosas) [23]. Por el contrario, las ligninas dan

lugar a la formación de compuestos fenólicos, aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos y

alcoholes, generalmente con la retención del grupo hidroxilo y/o metoxilo en el anillo

bencénico [11,23,25-27]. En la Figura I.2 se muestra el mecanismo de pirólisis de la lignina

propuesto por Evans y col. [28].

Teniendo en cuenta que la naturaleza química de la celulosa es uniforme en todos los

tipos de vegetales, las variaciones en la composición de los humos procedentes de la pirólisis

de los diferentes tipos de biomasa serán debidas fundamentalmente a la constitución de las

hemicelulosas y ligninas. Así, la pirólisis de maderas duras (angiospermas) genera humos con

mayores cantidades de derivados del 2,6-dimetoxifenol (siringol) y ácidos carboxílicos que

los humos de maderas blandas (gimnospermas). Estas diferencias de comportamiento frente a

la pirólisis, puede tener explicación en la elevada proporción de alcohol sinapílico que existe

en la lignina presente en las maderas duras, mientras que los alcoholes más abundantes en la

lignina de las maderas blandas y las plantas son el coniferílico y p-cumarílico,

respectivamente [11,14,29,30].


- 9 -

I.1.3.2. Influencia de la temperatura en el proceso de degradación térmica de la

biomasa

La temperatura a la que tiene lugar la degradación térmica constituye una variable

determinante en la composición química del humo de biomasa. Entre los trabajos más

significativos puede mencionarse el realizado por Alen y col. [23] sobre el efecto de la

temperatura en los productos emitidos por la pirólisis de los constituyentes de la madera de

pino escocés (Pinus sylvestris). Los autores observaron que los principales compuestos

formados entre 400 y 600 ºC, al someter a pirólisis la celulosa de la madera, fueron

glucopiranosas y glucofuranosas, sin embargo, a temperaturas superiores a 800 ºC, la emisión

de estos compuestos disminuye considerablemente (Figura I.3.A). Por otro lado, la emisión de

glucopiranosas y glucofuranosas, procedentes de la pirólisis de la hemicelulosa de la madera,

alcanzan un máximo entre 600 y 800 ºC, mientras que las galactopiranosas y manopiranosas

aumentan en el intervalo de temperatura comprendido entre 400 y 1000 ºC (Figura I.3.B). En

+

O

R2

HO CH

HC

CH2OH

OH

R1

R1

R2

O

R2

⋅CH

HC

CH2OH

R1

R1

R2

⋅O

R1

R2

R2

CH CH CH2OH

OH

R1

+

OH

O

R2

CH

HC

CH2OH

OH

R1

R1

R2

O

⋅O

R1

R2

O

R2

CH

HC

CH2O⋅

OH

R1

R1

R2

O

+

R2

OH

R1

R2

O O

R2

CH

HC

CH2O⋅

OH

R1

R1

R2

O R2

CH CH

OH R1

R1 + CH2

O

+ O⋅

Figura I.2. Mecanismo de pirólisis de la lignina propuesto por Evans y col. [28].


- 10 -

cuanto a la pirólisis de la lignina de la madera, los principales compuestos emitidos a 400 ºC

fueron aldehídos fenólicos y derivados alquílicos del 2-metoxifenol. Cuando la temperatura

alcanza los 600 ºC, los aldehídos fenólicos se transforman en catecoles y alquil-fenoles,

mientras que, a temperaturas superiores a 800 ºC, la emisión de compuestos fenólicos

disminuye considerablemente (Figura I.3.C).

En otro estudio, Schlotzauer y col. [31] encontraron que los compuestos más

abundantes procedentes de la pirólisis de la lignina a 700 ºC fueron metoxi-fenoles. La

máxima concentración de fenoles se encuentra en el humo obtenido a temperaturas

Figura I.3. Influencia de la temperatura en los productos emitidos por la pirólisis de la

celulosa (A), hemicelulosa (B) y lignina (C) de la madera de pino escocés [23].

37

42

47

52

57

300 500 700 900 1100

Com

posi

ción

rel

ativ

a (%

)

Temperatura (ºC)

A

0

4

8

12

16

20

300 500 700 900 1100

B

Com

posi

ción

rel

ativ

a (%

)

Temperatura (ºC)

0

10

20

30

40

50

300 500 700 900 1100

Com

posi

ción

rel

ativ

a (%

)

Temperatura (ºC)

C

Glucopiranosas y glucofuranosas Glucopiranosas y glucofuranosas

Galactopiranosas y manopiranosas

Aldehídos fenólicos

Derivados del 2-metoxifenol

Catecoles


- 11 -

comprendidas entre 500 y 600 ºC. Resultados similares se han encontrado por Guillén y col.

[32] al establecer la composición de aromas de humo en función de la temperatura de la

pirólisis.

Por otra parte, la temperatura junto con el oxígeno, juegan un papel muy importante en

la eficiencia de la combustión y, por tanto, en la emisión de compuestos característicos del

proceso, como puede ser el caso del CO y los HAPs para combustiones en defecto de

oxígeno. Como se comentará posteriormente, la formación de estos hidrocarburos tiene lugar

mediante la ruptura de las moléculas que constituyen la materia orgánica y la recombinación

de las especies formadas por pirosíntesis. Diversos trabajos demuestran que las emisiones de

HAPs procedentes de la pirólisis y la combustión incompleta de biomasa alcanzan un máximo

en el intervalo de temperatura comprendido entre 600 y 900-950 ºC [33-36].

I.1.3.3. Contenido en oxígeno durante la combustión

Varios estudios han puesto de manifiesto que, el contenido en oxígeno, no sólo

interviene en las reacciones de oxidación, sino que también puede influir en los procesos de

pirólisis de la biomasa, a través de mecanismos radicalarios que no se encuentran bien

establecidos [37-39]. En general, la presencia de oxígeno provoca un aumento en la velocidad

de ruptura de los polímeros que constituyen la biomasa, así como en la formación de CO y

CO2 a partir de los polisacáridos. Además, se producen variaciones en la energía asociada al

proceso de descomposición de la lignina.

Butt y col. [39] estudiaron la formación de fenoles simples a partir de la degradación

térmica de la madera de pino (Pinus radiata) en función de la cantidad de oxígeno,

obteniendo los resultados que se agrupan en la Tabla I.2. Puede observarse que, en general, la

cantidad de fenoles procedentes de la degradación térmica de la madera de pino aumenta con

el contenido de oxígeno. Además, algunos compuestos como el 4-metil-2-metoxifenol,

parecen alcanzar una concentración máxima cuando el contenido de oxígeno presente durante

la combustión se aproxima al 10 %.


- 12 -

Tabla I.2. Influencia del porcentaje de oxígeno en la emisión de fenoles (mg)

procedentes de la pirólisis de 100 g de madera de pino [39].

Concentración de oxígeno (% v/v) Compuestos fenólicos

0 10 20

Fenol 0.00 2.97 8.16

2-Metoxifenol 0.08 4.55 6.30

4-Metil-2-metoxifenol 0.21 0.41 0.41

4-(2-Propenil)-2-metoxifenol 0.08 0.86 1.09

2,6-Dimetoxifenol 0.08 0.05 0.14

2-Metoxi-4-formilfenol 0.64 1.71 2.04

Total 1.09 10.5 18.1

La cantidad de oxígeno en el interior de la cámara de combustión también ejerce una

influencia positiva en la eficiencia del proceso, siempre que el resto de las variables

permanezcan constantes. Sin embargo, el contenido de aire no es independiente de otras

variables que también afectan a la eficacia de combustión, como son la temperatura y la

adecuada proporción de la mezcla de gases. Por una parte, un flujo de aire elevado mejora el

contacto entre el material combustible y el oxígeno, lo que contribuye a aumentar la eficacia

de combustión. Al contrario, el aire en exceso es capaz de absorber calor de las reacciones de

combustión disminuyendo la temperatura y por tanto la eficacia de la combustión [40].

I.1.3.4. Contenido de humedad de la biomasa

El contenido en humedad varía en función del tipo de biomasa. La cantidad de

humedad presente en la biomasa puede influir de manera considerable en la temperatura y el

contenido de oxígeno durante el proceso de combustión. Cuando la humedad es muy alta,

gran parte de la energía liberada en la combustión se invierte en la evaporación del agua

disminuyendo la temperatura de la llama. En estas condiciones, la eficacia del proceso de

combustión disminuye y aumenta la formación de humo. Sin embargo, si el contenido de

humedad es bajo, la combustión se produce de forma vigorosa, limitándose el suministro de

oxígeno. Este hecho provoca que la combustión de la biomasa sea incompleta, dando lugar a

un aumento en la formación de partículas en el humo [41].


- 13 -

I.1.3.5. Tamaño de partícula de la biomasa

En general, los materiales vegetales pueden constituir el combustible de un proceso de

combustión natural o provocado con una determinada finalidad. Para determinadas

aplicaciones, como el ahumado de alimentos, pueden utilizarse una gran variedad de formas y

tamaños, entre los que destacan: troncos y ramas de madera, hojarasca, y cáscaras de frutos

secos como almendras, avellanas, cacahuetes y nueces. Además, con objeto de aumentar la

densidad energética de los residuos procedentes de la industria de la madera,

fundamentalmente serrín y virutas, es frecuente compactarlos y, de este modo, producir

briquetas o pelets [42-44].

El tamaño de partícula de la biomasa es un parámetro que determinará en gran medida

la velocidad del proceso de combustión. Al disminuir el tamaño de las partículas de la

biomasa, la superficie que se encuentra en contacto con el oxígeno del aire aumenta y, por

tanto, se incrementa la emisión de gases combustibles y su mezcla en la cámara de

combustión. En estas condiciones tiene lugar una rápida evaporación del agua presente en el

interior de la biomasa. Además, como se observa en la Figura I.4, al aumentar la velocidad de

combustión, se produce una deficiencia de oxígeno, con lo que se favorece la emisión de CO

y compuestos orgánicos de distinto tipo [45,46].

Tamaño de partícula (mm)

Vel

ocid

ad d

e co

mbu

stió

n (K

g/m

2 h)

Con

cent

raci

ón d

e C

O (

%)

140

150

160

170

180

190

200

210

0 10 20 30 40

12

14

16

18

20

Figura I.4. Velocidad de combustión (●) y emisión de CO (O) en función del

tamaño de partícula de la biomasa [45].


- 14 -

I.2. ASPECTOS MEDIOAMBIENTALES DEL HUMO

A pesar del aumento en el consumo de combustibles fósiles durante el siglo pasado,

los procesos de combustión de biomasa se han incrementado considerablemente en los

últimos años. Por otro lado, resulta difícil controlar la cantidad de biomasa que se quema,

debido a que son actividades no reguladas que se utilizan con diferentes propósitos:

energéticos (generación de electricidad, calefacción), procesado de alimentos (cocción,

ahumado), lúdicos (hogueras, tabaco), así como en la eliminación de residuos agrícolas o de

otros tipos [47-51].

Desde el punto de vista medioambiental, los procesos de combustión, en general,

constituyen un grave problema por el daño que puede provocar la emisión de partículas y

sustancias contaminantes a la atmósfera. Estos problemas se acentúan en invierno, como

consecuencia de un aumento del consumo de biomasa destinada a la calefacción de domicilios

particulares.

I.2.1. EMISIÓN DE PARTÍCULAS Y CONTAMINANTES GASEOS OS

Los principales contaminantes emitidos a la atmósfera durante los procesos de

combustión son: materia particulada, CO2, CO, NOx, SO2 e hidrocarburos. El interés que han

recibido estos contaminantes se debe fundamentalmente a los efectos perjudiciales que

pueden provocar en la salud de las personas y, en general, en el medio ambiente. Entre estos

contaminantes el CO2 es uno de los principales compuestos responsables del efecto

invernadero [2,52-54]. Asimismo, diversos estudios han confirmado que los compuestos

orgánicos volátiles y los NOx juegan un papel muy importante en la formación de ozono

troposférico. La presencia de concentraciones elevadas de ozono en las capas inferiores de la

atmósfera puede dañar la vegetación y afectar a la salud humana [55-58].

Por otra parte, la combustión de biomasa constituye una fuente de considerable

importancia en la emisión de materia particulada a la atmósfera. En Suecia, la cantidad de

partículas producidas por la combustión de madera varía entre 8600 y 65000 T/año, valores

que representan entre el 18 y el 58 % del total de partículas emitidas anualmente [59]. La

importancia medioambiental de la materia particulada no se reduce a su contribución a la


- 15 -

disminución de la visibilidad o a la absorción de radiación solar, sino que también está

relacionada con los aumentos de enfermedades pulmonares crónicas. El tamaño de partícula

determinará su deposición a lo largo del tracto respiratorio. Así, las partículas de pequeño

tamaño tienen un coeficiente de difusión elevado, que les permite llegar hasta los alveolos.

Sin embargo, los efectos negativos también están relacionados con la composición química de

las partículas [60-62]. En este sentido, los HAPs son compuestos que han recibido una gran

atención por parte de los científicos debido a que algunos de ellos poseen propiedades

cancerígenas y mutagénicas [63-66]. Los hidrocarburos con mayor poder cancerígeno,

aquellos que presentan 5 ó 6 anillos en su estructura molecular, se encuentran retenidos,

principalmente, por la materia particulada de pequeño tamaño [67-69].

En general, el riesgo de padecer cáncer asociado a la inhalación de HAPs en el aire

ambiente, se ha estimado en base a sus toxicidades relativas con respecto al benzo(a)pireno,

hidrocarburo considerado como uno de los más cancerígenos, según la Agencia Federal para

la Protección del Medio Ambiente de los Estados Unidos (EPA) [70-73]. En el año 2005 se

aprobó la Directiva de la Unión Europea 2004/107/CE en la que se fija que la concentración

de benzo(a)pireno en el aire ambiente no puede superar el valor de 1 ng/m3, valor referido al

contenido total en la fracción de materia particulada de 10 µm de diámetro [74]. En cualquier

caso, el riesgo de padecer cáncer aumenta cuando la combustión se produce en lugares

cerrados o con poca ventilación. Estudios realizados en la India, ponen de manifiesto que un

elevado número de mujeres no fumadoras, que queman biomasa para la cocción de alimentos,

padecen algún tipo de enfermedad pulmonar crónica [75]. En estos ambientes, se han hallado

concentraciones de benzo(a)pireno que alcanzan valores de 0.70 µg/m3, en verano y de

1.70 µg/m3 en invierno. Kandpal y col. [76] obtienen resultados ligeramente inferiores

(0.28-0.61 µg/m3) en cocinas que utilizan madera como material combustible.

I.2.2. TRAZADORES DEL HUMO DE BIOMASA

Como se ha comentado anteriormente, la combustión de biomasa constituye una

fuente de contaminación atmosférica de gran importancia. Existen varios estudios que han

centrado la atención en la búsqueda de compuestos que puedan ser utilizados como trazadores

del humo de biomasa, es decir, sustancias, grupos de sustancias o relaciones entre


- 16 -

componentes que sean característicos del humo obtenido a partir de un material concreto, en

unas condiciones determinadas. A partir de la cuantificación de estos trazadores en la

atmósfera, podría estimarse la fracción de contaminantes que tienen su origen en una

determinada fuente de combustión [11,24,77-82].

Algunos autores han propuesto la utilización de las emisiones de potasio y cloruro de

metilo, como indicadores para determinar la materia particulada presente en la atmósfera, que

tiene su origen en la combustión de biomasa [77-80]. Sin embargo, la principal limitación de

estas sustancias como trazadores, se debe a que no presentan una fuente de emisión única. En

consecuencia, es aconsejable el uso de otros compuestos, como pueden ser el levoglucosano o

el 2-metoxifenol [24,81,82].

Por otro lado, también es frecuente utilizar relaciones entre HAPs con objeto de

establecer las fuentes de emisión de estos compuestos. Para minimizar el efecto de factores

tales como diferencias de volatilidad entre los distintos HAPs, las relaciones suelen estar

restringidas a HAPs con igual masa molecular. Entre las diferentes relaciones habitualmente

utilizadas destacan las siguientes: fluoranteno/(fluoranteno + pireno) [Ft/202]; 1,7-

dimetilfenantreno/(1,7-dimetilfenantreno + 2,6-dimetilfenantreno) [1,7-diMFe/206] e

indeno(1,2,3-cd)pireno/(indeno(1,2,3-cd)pireno + benzo(ghi)perileno) [I(1,2,3-cd)P/276].

Estas relaciones permiten establecer diferencias entre las fuentes de combustión que utilizan

materiales vegetales y las emisiones procedentes de fueles fósiles (Tabla I.3). Un valor de

0.50 para la relación Ft/202 suele tomarse como límite de separación entre ambos tipos de

humo, siendo las relaciones superiores a 0.50 representativas de la combustión de biomasa.

Para la relación 1,7-diMFe/206, valores inferiores a 0.45 se suelen considerar característicos

de la combustión de fueles fósiles, mientras que relaciones superiores a 0.70 son

características de combustión de hierba, madera y carbón. Por último, un valor de 0.50 en la

relación I(1,2,3-cd)P/276 es usualmente definido como punto de transición entre las

emisiones procedentes de petróleo y de biomasa. Sin embargo, debido a las bajas

concentraciones del indeno(1,2,3-cd)pireno y benzo(ghi)perileno en los humos, esta última

relación es menos categórica, ya que se encuentra muy afectada por los errores

analíticos [83,84].


- 17 -

Tabla I.3. Relaciones isoméricas entre HAPs utilizadas para diferentes fuentes de combustión.

Relación isomérica Fuente de combustión

Ft/202 1,7-diMFe/206 I(1,2,3-cd)P/276

Petróleo 0.40-0.50 < 0.45 0.20-0.50

Biomasa > 0.50 > 0.70 > 0.50

I.3. EL AHUMADO DE ALIMENTOS

I.3.1. CONCEPTOS GENERALES

El proceso de ahumado ha sido utilizado desde la prehistoria con objeto de aprovechar,

entre otras, las propiedades bactericidas y antioxidantes que algunos compuestos del humo

confieren al alimento. Aunque en la actualidad existen varios métodos alternativos de

conservación, el ahumado sigue gozando de una gran popularidad, ya que proporciona al

producto un perfil organoléptico específico, muy apreciado por algunos consumidores. En el

ahumado, la absorción de los componentes de la fase gaseosa a través de la superficie del

alimento se considera mucho más importante que el depósito de la fracción líquida del humo

sobre la misma [85,86]. Los alimentos frecuentemente utilizados en el ahumado son: carnes,

pescados, mariscos y quesos.

En general, los procesos de ahumado pueden ser clasificados según la temperatura del

humo en: ahumados en frío y ahumados en caliente. En el primer caso, la temperatura del

humo no suele superar los 30 ºC, mientras que en el segundo se pueden alcanzar los 100 ºC.

En este último caso se consigue el objetivo de cocinar el alimento al mismo tiempo que se

produce el ahumado [14,86].

Durante el proceso de ahumado, el agua intersticial que contiene el alimento absorbe

muchos de los compuestos presentes en el humo, introduciéndolos hacia el interior del

mismo. Inicialmente, los alimentos que van a ser ahumados contienen aproximadamente un

80 % de humedad. Este valor va disminuyendo progresivamente durante el proceso de

ahumado. Por esta razón, mientras que al comenzar el proceso de ahumado los compuestos

del humo se absorben rápidamente, al irse deshidratando el alimento va disminuyendo la

velocidad de retención de las sustancias presentes en el humo. Por tanto, la capacidad del


- 18 -

alimento para absorber los compuestos del humo, dependerá no sólo de la composición

química de la biomasa, sino también de las condiciones en las que se realice la combustión.

Cuando el humo generado por la combustión de la biomasa se encuentra a altas temperaturas

y el contenido de humedad es bajo, aumenta la velocidad con la que el alimento pierde el

agua, dando lugar a alimentos con superficies firmes, que dificultan la absorción de los

compuestos presentes en el humo [14,86,87].

I.3.2. TIPOS DE AHUMADEROS

Entre los diferentes tipos de ahumaderos normalmente utilizados en la industria

alimentaria, se pueden encontrar grandes variaciones en el tamaño y la complejidad de los

mismos. En término generales, se pueden clasificar en: ahumaderos tradicionales y

ahumaderos mecánicos [14,86].

El ahumadero tradicional (Figura I.5.A) consiste en una chimenea larga en la que el

alimento se coloca sobre el rescoldo de una hoguera que produce humo. En este tipo de

ahumado, es muy difícil controlar el proceso de combustión, sin embargo un operador bien

entrenado puede llegar a obtener un producto final de gran calidad. La dirección del humo

varía a lo largo del proceso y, en ocasiones puede reavivarse la llama, produciéndose el

Figura I.5. Tipos de ahumaderos normalmente utilizados. (A) Ahumadero

tradicional, (B) Ahumadero mecánico.

Humo Aire

A B


- 19 -

sobrecalentamiento del alimento situado en las proximidades del fuego. Además, la

desecación del alimento no es uniforme, debido a que el humo se encuentra prácticamente

saturado de vapor de agua después de haber pasado por las primeras filas de alimentos, no

pudiéndose lograr el secado de los alimentos situados en la parte superior. Aunque es una

operación laboriosa, esta situación es posible evitarla cambiando la disposición de los

alimentos durante el proceso de ahumado.

En el ahumadero mecánico (Figura I.5.B) es posible controlar las condiciones en las

que el alimento es ahumado, especialmente la temperatura y la velocidad del humo. De esta

manera, mediante el control de estas dos variables, junto con la cantidad de aire que se

introduce y se expulsa del ahumadero, es posible regular la velocidad de deshidratación del

alimento. La cámara de combustión se encuentra situada fuera del cuerpo principal del

ahumadero y permite regular la cantidad de humo que se desea utilizar. El alimento se

dispone en estantes colocados sobre carretillas que se introducen o se sacan del ahumadero.

De esta manera, al tiempo que varios alimentos son ahumados, otros pueden estar en fase de

preparación. El control que permite este tipo de ahumaderos hace posible la obtención de

productos más limpios y uniformes, sin el empleo de demasiada mano de obra, e

independiente de las condiciones climáticas.

I.3.3. AROMAS DE HUMO UTILIZADOS EN ALIMENTOS

Una de las principales objeciones que se hacen a los alimentos ahumados se refiere a

la presencia en los humos de sustancias perjudiciales para la salud, como pueden ser los HAPs

y sus derivados [88-91]. En tal sentido, adquiere relevancia la alternativa que consiste en

proporcionar a los alimentos algunas características organolépticas similares a las que se

consiguen con los procedimientos tradicionales de ahumado, mediante su tratamiento con

aromas de humo [92].

Los aromas de humo son preparados comerciales líquidos obtenidos haciendo pasar

humo a través de agua, aceites o disolventes orgánicos, o sólidos preparados por adsorción del

humo en sal, especias o glucosa. En general, los aromas de humo se obtienen por

condensación del humo producido por combustión, destilación en seco o tratamiento con

vapor sobrecalentado de un determinado material vegetal, en condiciones controladas de


- 20 -

temperatura y oxígeno. El humo condensado se separa mediante procesos físicos en un

condensado de humo primario de base acuosa, constituido fundamentalmente por ácidos

carboxílicos, aldehídos, cetonas y fenoles, una fase de alta densidad, con un contenido

mayoritario en alquitrán, y una fase oleosa, las dos últimas insolubles en agua. Finalmente, el

condensado de humo primario y la fracción de alta densidad de alquitrán, después de ser

sometidos a diferentes procesos de purificación para eliminar los compuestos más

perjudiciales para la salud humana, pueden ser utilizados para ser incorporados a los

alimentos [14,93]. En la Figura I.6 se muestran las etapas más importantes en la obtención de

aromas de humo.

En general, la aplicación de los aromas de humo a los alimentos se suele

realizar mediante alguno de los siguientes procesos:

o Por incorporación directa a la mezcla de ingredientes que constituyen los

alimentos.

o Por inmersión del alimento a ahumar en una disolución del aroma de humo,

durante un tiempo comprendido entre 5 y 60 segundos.

o Por pulverización sobre la superficie del alimento.

o Por inyección en el alimento, mediante jeringas o agujas hipodérmicas.

Producción de humo

Combustión Condensación

Refinado

Filtrado

Figura I.6. Etapas más importantes en el proceso de obtención de

aromas de humo comerciales.


- 21 -

En comparación con el ahumado tradicional, la utilización de aromas de humo

presenta una serie de ventajas, entre las que destacan las siguientes:

o Su aplicación a los alimentos es rápida y sencilla.

o Son productos de baja toxicidad y no se emiten grandes cantidades de sustancias

contaminantes a la atmósfera.

Sin embargo, para la obtención de un producto ahumado tradicional, es necesario que

exista un cierto grado de desecación del alimento. Además, el tratamiento de alimentos con

aromas de humo requiere de un proceso térmico posterior para que se desarrollen las

reacciones químicas necesarias para la formación del color. Por tanto, el tratamiento con este

tipo de aditivo debe ser contemplado como una alternativa o complemento del ahumado

tradicional [86].

Tabla I.4. Concentración de los principales compuestos orgánicos detectados en

aromas de humo comerciales (g/Kg) [94].

Aroma de humo Compuesto

A B C

Cetonas 12.9 0.49 1.03

Aldehídos 1.17 0.05 0.26

Furanos y piranos 15.0 0.61 1.08

Ésteres 1.06 0.10 0.34

Ácidos carboxílicos 0.76 0.03 2.31

Fenoles 2.26 0.24 0.29

Guaiacoles 3.08 0.45 0.44

Siringoles 6.51 1.22 0.82

Catecoles 2.96 0.57 0.81

Alquil-aril-éteres 0.83 0.09 0.07

Hidrocarburos lineales 0.28 0.06 n.d.

Otros 0.95 0.11 0.04


La composición química de los aromas de humo depende, no sólo de la naturaleza de

la biomasa y de las condiciones utilizadas para generar el humo, sino también de los


- 22 -

tratamientos de purificación realizados durante su elaboración. En la Tabla I.4 se muestran las

concentraciones de los principales compuestos orgánicos presentes en algunos productos

comerciales. Se puede observar que, mientras algunos aromas de humos, como los

identificados por A, están constituidos principalmente por cetonas, furanos y piranos, en otros

aromas (B) los compuestos más abundantes son derivados del siringol o (C) ácidos

carboxílicos.

I.3.4. EFECTOS DEL AHUMADO EN LOS ALIMENTOS

En general, el proceso de ahumado produce cambios en el valor nutricional y en las

propiedades organolépticas de los alimentos.

I.3.4.1. Valor nutricional y conservación del alime nto

Las altas temperaturas alcanzadas por el humo producido durante el ahumado en

caliente, pueden provocar la destrucción de algunos aminoácidos básicos como el triptófano,

cisteina y lisina. Estas pérdidas se producen en la capa superficial del alimento (5-10 mm),

donde las condiciones ambientales son más severas. Sin embargo, la destrucción de estos

aminoácidos no sólo es función de la temperatura, sino que también se deben a las

interacciones con los componentes del humo y los ingredientes (NO3-, NO2

-) que pueden ser

añadidos durante el proceso de curado [14,95].

Por otro lado, se ha demostrado que los compuestos fenólicos procedentes de la

combustión de biomasa, poseen propiedades antioxidantes que pueden retardar la

peroxidación de los lípidos y otras biomoléculas esenciales. Además, algunos componentes

del humo como el formaldehído pueden tener propiedades antimicrobianas e inhibir el

crecimiento de determinados microorganismos. En general, la preferencia del ahumado con

maderas duras puede ser debida a que proporciona a los alimentos bajos valores de pH y, por

tanto, mayor estabilidad microbiológica [14,85,96-98].


- 23 -

I.3.4.2. Propiedades organolépticas

Como se ha comentado anteriormente, el perfil organoléptico que el ahumado le

confiere al alimento, es el principal motivo por el que el proceso de ahumado se sigue

utilizando ampliamente en varios países. En cuanto a los efectos que el ahumado produce en

las características sensoriales de los alimentos destacan:

o Textura. Los procesos de ahumado que provocan rápidas deshidrataciones del

alimento, dan lugar a texturas firmes, con diferencias muy acusadas entre la

superficie y el interior del producto [14].

o Color. Las interacciones entre compuestos con grupos carbonilo y amino resultan

ser de gran importancia en el desarrollo del color de los alimentos ahumados.

Diferentes estudios sugieren que las reacciones de la lisina, con compuestos como

el aldehído glicólico, 2,3-butanodiona, piruvaldehído, coniferaldehído o

sinapaldehído, son particularmente importantes. El color también se debe a

compuestos del humo que presentan grupos cromóforos y se depositan

directamente en el alimento [14,99,100].

o Sabor y olor. En general, la intensidad del sabor y el olor que un proceso de

ahumado confiere a un alimento determinado, depende de la naturaleza química y

concentración de los componentes del humo, así como del tipo de alimento y de

las interacciones entre los componentes del humo y del alimento. Varios estudios

sugieren que los compuestos fenólicos simples son de gran importancia en el sabor

y olor de alimentos ahumados [14,101,102].

I.3.5. EL AHUMADO DE QUESO EN CANARIAS

El queso es un producto importante en la gastronomía de las Islas Canarias. Los

quesos canarios suelen caracterizarse por su calidad y variedad, por estar elaborados en su

mayoría con leche cruda de cabra y por su comercialización antes de 60 días de su

maduración. El consumo de este producto no se encuentra restringido al postre, sino que se

utiliza como ingrediente principal en numerosas recetas [103].


- 24 -

Para la elaboración de los quesos, las Islas Canarias cuentan con excelentes razas

autóctonas de cabras que se caracterizan por la calidad de su leche, así como por una situación

sanitaria excepcional. En relación a su composición química, la leche procedente de la cabra

palmera destaca no sólo por los contenidos medios de grasa (4.07 %) y proteínas (4.21 %),

sino también por los elevados niveles de α-caseína (3.52 %) [104]. En diversos trabajos sobre

la caracterización del queso canario, realizados por Fresno y col. [105], se han hallado valores

medios en grasas y proteínas, referidos a extracto seco, del 43.0 y 21.0 %, respectivamente.

Las Denominaciones de Origen (DO) obtenidas en 1996 y 2000 por los quesos

elaborados en Fuerteventura y La Palma, respectivamente, han supuesto un importante

reconocimiento a nivel regional, nacional e internacional de estos productos. Así, el queso El

Juncal (La Palma), y los quesos curados de Guía (Gran Canaria) y de pasta prensada

(Fuerteventura), obtuvieron galardones de oro en la edición de 2005 del certamen mundial

“World Cheese Awards” celebrado cada año en Londres. En este certamen, la quesería de

Arico (Tenerife) obtuvo tres reconocimientos, uno de plata y dos de bronce, y la Granja Flor

de Güimar (Tenerife), dos de plata [106]. Además, con la implantación de las DO se ha

conseguido que el nivel de calidad, aprecio y conocimiento del producto aumente en las islas.

Los Consejos Reguladores de las DO, formados por los propios ganaderos y queseros,

certifican al consumidor que aquellos quesos que lleven su contraetiqueta son auténticos y

han sido sometidos a estrictos controles para asegurar su origen y calidad.

Uno de los aspectos más destacados de los quesos elaborados en las Islas Canarias es

su proceso de ahumado. En general, esta actividad es realizada por los ganaderos de forma

artesanal. Entre los diferentes materiales utilizados en el ahumado de quesos se encuentran:

madera de pino canario (Pinus canariensis), acícula de pino canario, tunera seca (Opuntia

ficus indica) y cáscara de almendra (Prunas dulcis), característicos de la isla de La Palma, y

maderas de jara (Cistus monspelienisis) y brezo (Erica arborea) normalmente utilizados en

las islas de La Gomera y El Hierro. En cuanto al proceso de combustión, se suelen emplear

ahumaderos artesanales en los que no es posible controlar rigurosamente las condiciones de

combustión. Con objeto de alcanzar los mejores resultados en el proceso de ahumado, los

ganaderos canarios hacen uso de dos criterios fundamentales. En primer lugar, generar la

mayor cantidad de humo posible y, en segundo lugar, impedir que el fuego se reavive durante

el proceso, con objeto de evitar los efectos negativos que pueden causar las altas temperaturas

en los quesos ahumados.


- 25 -

I.4. OBJETIVOS

El objetivo central de la presente Tesis consiste en la caracterización de componentes

del humo originados en la combustión de los materiales habitualmente utilizados en el

ahumado artesanal del queso en las islas de La Palma, La Gomera y El Hierro, así como en

los aromas de humo obtenidos a partir de los distintos tipos de humo. Los compuestos

seleccionados han sido un grupo numeroso de hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs) y

derivados metilados de los mismos, así como fenoles simples de distinta naturaleza que, como

se ha expuesto, son de especial significación por sus características toxicológicas y

organolépticas, respectivamente.

Para alcanzar el objetivo central planteado, es necesario definir algunos objetivos

parciales, entre los que se encuentran los siguientes:

• Diseñar e implementar las metodologías analíticas adecuadas para la toma de

muestra y determinación de los compuestos químicos anteriormente mencionados,

en los humos y aromas de humo.

• Estudiar la variación en el contenido de HAPs y de los compuestos fenólicos

presentes en los distintos tipos de humo y aromas de humo, en función de las

variables de operación características de los procesos de ahumado, como son la

temperatura del humo y su concentración de monóxido de carbono, en los dos

tipos de ahumaderos normalmente utilizados por los ganaderos canarios.

• Establecer los perfiles de concentración de los compuestos presentes en los

distintos tipos de humo y aromas de humo, así como su relación con la naturaleza

de los materiales utilizados como combustibles.

• Realizar una caracterización toxicológica, del humo obtenido por combustión de

los distintos tipos de biomasa empleados como combustibles, en atención a los

compuestos químicos considerados, así como de los correspondientes aromas de

humo.

• Identificar aquellos compuestos, o relaciones entre compuestos que, a ser posible,


- 26 -

puedan considerarse como representativos de los distintos tipos de humo y aromas

de humo, o constituir sus “huellas dactilares”, de forma que puedan ser utilizados

para garantizar su trazabilidad o permitir la detección de fraudes.

CAPÍTULO II: HIDROCARBUROS AROMÁTICOS

POLICÍCLICOS EN EL HUMO DE BIOMASA

“Una experiencia nunca es un fracaso, pues siempre viene a

demostrar algo”.

Thomas Alva Edison (1847-1931). Físico e inventor estadounidense

Capítulo II: Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos en el Humo de Biomasa

- 29 -

II.1. INTRODUCCIÓN

II.1.1. ORIGEN Y MECANISMOS DE FORMACIÓN DE HAPs D URANTE LOS

PROCESOS DE COMBUSTIÓN

Los HAPs son compuestos orgánicos que contienen dos o más anillos bencénicos

condensados (alternantes) que, además, pueden incorporar anillos con un número impar de

átomos de carbono (no alternantes), de forma que al menos dos átomos sean comunes a cada

par de anillos contiguos. Muchos de estos compuestos se pueden encontrar de forma natural

en numerosos materiales orgánicos fósiles, mientras que otros, como el antraceno, se

producen industrialmente con el propósito de fabricar insecticidas, conservantes y colorantes.

Sin embargo, entre las diferentes fuentes de emisión de HAPs al medio ambiente, destaca la

combustión incompleta de la materia orgánica, tanto en procesos naturales (incendios

forestales, erupciones volcánicas), como en actividades antropogénicas (combustión de

combustibles fósiles, eliminación de residuos, cocción y ahumado de alimentos) [107-110].

Las diferentes etapas que constituyen los mecanismos de formación de los HAPs no

están bien determinadas, sin embargo es probable que se encuentren involucradas reacciones

de pirólisis y de pirosíntesis. En general, se ha establecido que durante los procesos de

combustión a elevadas temperaturas y en condiciones deficientes de oxígeno, las moléculas

que constituyen la materia orgánica se rompen, produciendo radicales de bajo peso molecular

que, posteriormente, se recombinan por pirosíntesis formando los HAPs [11].

En 1973, Crittenden y col. [111] proponen un mecanismo para la formación de HAPs

en el que las moléculas de acetileno reaccionan formando radicales insaturados C4, C6, C8,

C2n. Estas especies pueden interaccionar y estabilizarse como poliacetilenos o, por ciclación,


- 30 -

para dar lugar a la formación de radicales constituidos por un anillo aromático unido a una

cadena de dos átomos de carbono (fenilacetileno y/o estireno). Por último, los diferentes

HAPs se originan por reacciones en las que intervienen los radicales fenilacetileno y estireno.

En 1983, Bockhorn y col. [112] establecen un mecanismo que sólo difiere del

propuesto por Crittenden y col. en que el radical fenilacetileno se origina a partir de la

reacción entre el radical acetileno y el 1,3-butadiino, Figura II.1. Además, los autores

describen detalladamente las diferentes etapas de formación de los HAPs a partir del radical

fenilacetileno. Otros autores han sugerido la formación de HAPs a partir de radicales

ciclopentadienilos [113,114].

A pesar de la dificultad para establecer el mecanismo de formación de los HAPs,

diferentes autores han establecido que, en general, el primer compuesto que se origina durante

los procesos de combustión es el naftaleno, debido a su elevada volatilidad y estabilidad. Una

vez formado este hidrocarburo, los HAPs de alto peso molecular, especialmente aquellos que

son termodinámicamente más estables, se originan por la adición de moléculas de acetileno y

ciclaciones intramoleculares de los HAPs más ligeros, a medida que aumenta la temperatura

de combustión [113-116].

Figura II.1. Mecanismo de formación de los HAPs propuesto por Bockhorn y col. [112].

+ nC2H2

CH

·C2H + C

CH

C

+ C2H2

C ·C H

C

C

CH

CH C C H

C

C

CH

CH

HC

HC·

C CH

·

CH C

· H

C CH

C CH ·

· CH

·CH

HAPs de alto peso molecular

-·C2H - H·

+ C2H2 + C2H2


- 31 -

II.1.2. CARACTERÍSTICAS DE INTERÉS MEDIOAMBIENTAL DE LOS HAPs

II.1.2.1. Propiedades físico-químicas

Los sistemas conjugados de orbitales π de los HAPs son los responsables de su

estabilidad química. En la Tabla II.1 se muestran las estructuras químicas y algunas de las

propiedades físico-químicas de los HAPs normalmente analizados en los humos procedentes

de la combustión de biomasa. En general, los HAPs son sólidos a temperatura ambiente y

según su volatilidad se pueden clasificar como compuestos orgánicos semivolátiles. Por otro

lado, estos compuestos son solubles en diferentes disolventes orgánicos, y prácticamente

insolubles en agua, especialmente en el caso de los que poseen mayor peso molecular. Como

consecuencia del carácter hidrofóbico, los HAPs son sustancias que, una vez en el interior de

los organismos, se bioacumulan y concentran en los lípidos, en función de su persistencia, que

aumenta con el tamaño de la molécula.

Tabla II.1. Estructura y propiedades físico-químicas de los HAPs [64].

HAPs

Estructura química

Presión de vapor (Pa)

Temperatura ebullición (ºC)

Solubilidad en agua (mg/L)

Naftaleno 10.4 218.0 31.0

Acenaftileno 0.90 270.0 16.1

Acenafteno 0.30 277.5 3.80

Fluoreno 0.09 295.0 1.90

Fenantreno 0.02 339.0 4.57

Antraceno 1.0·10-3 340.0 0.05

Fluoranteno 1.2·10-3 375.0 0.26

Pireno 6.0·10-4 360.0 0.13

Benzo(a)antraceno 2.8·10-5 435.0 0.01

Criseno 5.7·10-7 407.0 -

Benzo(b)fluoranteno 6.7 ·10-8 481.0 1.5·10-3

Benzo(k)fluoranteno 5.2·10-8 481.0 8.0·10-4

Benzo(a)pireno 7.0·10-7 495.0 3.8·10-3

Indeno(1,2,3-cd)pireno ≈ 10-11 - -

Dibenzo(a,h)antraceno 3.7·10-10 524.0 6.0·10-4

Benzo(ghi)perileno 1.3·10-11 525.0 2.6·10-4


- 32 -

En la atmósfera, la mayor parte de los HAPs pueden sufrir reacciones de fotooxidación

en las que intervienen óxidos de nitrógeno, ozono y radicales hidroxilos, con velocidades que

pueden ser del orden de horas o días.

II.1.2.2. Distribución de los HAPs en la atmósfera

En la atmósfera, la distribución de los HAPs entre las fases gaseosa y particulada es un

proceso que depende de la temperatura, humedad relativa, composición de la materia

particulada y propiedades de los hidrocarburos, como el peso molecular y la presión de vapor.

En general, se ha comprobado que los HAPs de bajo peso molecular tienden a permanecer en

la fase gaseosa, mientras que los HAPs de alto peso molecular se encuentran asociados a las

partículas, principalmente aquellas con diámetros inferiores a 10 µm [117-119].

La constante de distribución, KD (m3/µg), de los HAPs entre las fases gaseosa y

particulada en el humo de biomasa se puede definir como:

donde Cp y Cg son las concentraciones de cada hidrocarburo en las fases particulada y

gaseosa, respectivamente, expresadas en µg/m3, y MP es la concentración total de materia

particulada en el humo de biomasa (µg/m3) [120].

En términos generales, los HAPs pesados se encuentran asociados a las partículas

mediante procesos de adsorción y absorción. La contribución global de estos procesos se ha

tenido en cuenta en la expresión propuesta por Pankow y col. [120,121], para la constante de

distribución:

Cp / MP KD =

Cg (1)

PL0 KD =

Ns aMP T e(Q1-Q2)/RT

+ PL

0 PMMO χMO 106

fOM RT (2)

Adsorción Absorción


- 33 -

donde Ns es el número de puntos activos (mol/cm2) en las partículas, aMP es el área superficial

de la materia particulada (cm2/µg), T es la temperatura (ºK), Q1 y Q2 son las entalpías de

desorción y volatilización (KJ/mol) respectivamente, R es la constante universal de los gases

(8.31 J/mol·K), PL0 es la presión de vapor del hidrocarburo subenfriado en estado líquido y a

25 ºC (Pa), fOM es la fracción de materia orgánica en las partículas, PMMO es el peso

molecular de la materia orgánica (g/mol) y χMO es el coeficiente de actividad del hidrocarburo

en la materia orgánica.

Con independencia de los procesos de adsorción y absorción, la constante de

distribución es inversamente proporcional a PL0. En una determinada muestra, el logaritmo de

las constantes de distribución de compuestos de la misma naturaleza química se relaciona

linealmente con el logaritmo de PL0 de cada compuesto según la siguiente ecuación:

donde m y b son la pendiente y la ordenada en el origen de la regresión lineal. Cuando los

términos Ns aMP T e(Q1-Q2)/RT y fMO / PMMO χMO, en los procesos de adsorción y absorción,

respectivamente, permanecen constantes entre los compuestos de la misma naturaleza

considerados, el valor de la pendiente es próximo a 1 en el equilibrio [120,122].

II.1.2.3. Poder cancerígeno de los HAPs

La primera evidencia de los efectos cancerígenos de los HAPs se produce en 1775,

cuando el médico inglés Percival Pott asocia el cáncer de escroto de los deshollinadores con

la exposición prolongada al alquitrán y el hollín. En la década de los 30, se demuestra que el

benzo(a)pireno presente en el alquitrán de hulla es cancerígeno [66]. Actualmente, existen

varios estudios en los que se determinan el riesgo de padecer cáncer en personas expuestas a

estos compuestos por vía respiratoria y dérmica [72,75,123].

Sin embargo, no todos los HAPs han mostrado poseer el mismo carácter cancerígeno,

aparte de que no suelen generarse, o encontrarse en un medio de forma individual. Así, la

Agencia Federal para la Protección del Medio Ambiente de los Estados Unidos (EPA) ha

log KD = −m log PL0 + b (3)


- 34 -

seleccionado 16 HAPs como contaminantes cuyo estudio debe considerarse prioritario. Por

otra parte, el Comité Científico de Alimentos de la Comisión Europea (SCF), conocido

actualmente como la Autoridad para la Seguridad en la Alimentación Europea (EFSA),

selecciona 15 HAPs que, debido a sus propiedades toxicológicas, son considerados de gran

interés desde el punto sanitario. Estos hidrocarburos priorizados por la EPA y la EFSA se

encuentran en la Tabla II.2.

Tabla II.2. Factores equivalentes de toxicidad propuestos por diferentes autores, para los HAPs

priorizados por la EPA (1-16) y la EFSA (9-23).

HAPs

Nisbet y col. (1992)a

EPA (1993)b

Kalberlah y col. (1995)c

Cecinato (1997)d

Larsen y col. (1998)e

1. Naftaleno 0.001 - - - -

2. Acenaftileno 0.001 - 0.01 - -

3. Acenafteno 0.001 0 0.001 - -

4. Fluoreno 0.001 - 0 - -

5. Fenantreno 0.001 - 0 - 0.0005

6. Antraceno 0.01 - 0.01 - 0.0005

7. Fluoranteno 0.001 - 0.01 - 0.05

8. Pireno 0.001 - 0.001 - 0.001

9. Benzo(a)antraceno 0.1 0.1 0.1 0.06 0.005

10. Criseno 0.01 0.001 0.01 - 0.03

11. Benzo(b)fluoranteno 0.1 0.1 0.1 0.07 0.05

12. Benzo(k)fluoranteno 0.1 0.01 0.1 0.07 0.1

13. Benzo(a)pireno 1 1 1 1 1

14. Indeno(1,2,3-cd)pireno 0.1 0.1 0.1 0.08 0.1

15. Dibenzo(a,h)antraceno 1 1 1 0.6 1.1

16. Benzo(ghi)perileno 0.01 - 0.01 - 0.02

17. Benzo(j)fluoranteno - - 0.1 - 0.05

18. Ciclopenta(c,d)pireno 0.1 - - - 0.02

19. Dibenzo(a,e)pireno - - - - 0.2

20. Dibenzo(a,h)pireno - - - - 1

21. Dibenzo(a,i)pireno - - - - 0.1

22. Dibenzo(a,l)pireno - - - - 1

23. 5-Metilcriseno - - - - - a Referencia [124]. b Referencia [125]. c Referencia [126]. d Referencia [127]. e Referencia [128].


- 35 -

Con objeto de poder establecer la toxicidad de una muestra, como consecuencia de la

presencia en la misma de HAPs, es necesario tener en cuenta la aportación de cada uno de los

hidrocarburos presentes. En tal sentido, es preciso considerar no sólo el número, naturaleza y

concentración de los HAPs que contenga la muestra, sino la toxicidad relativa de cada uno de

ellos. Con tal finalidad, se ha introducido un término, conocido como factor equivalente de

toxicidad (FET), que constituye una herramienta muy útil en la estimación cuantitativa del

poder cancerígeno total de una muestra medioambiental, en relación con su contenido de

HAPs. En base a estudios toxicológicos, a cada hidrocarburo se le atribuye un valor de FET

que indica el grado de toxicidad en relación con un hidrocarburo, el benzo(a)pireno, del que

se conocen perfectamente sus propiedades cancerígenas, y al que se le asigna arbitrariamente

un valor de referencia igual a la unidad. En atención a lo expuesto, el poder cancerígeno total

de una muestra se determina considerando la concentración de cada hidrocarburo analizado y

sus respectivos valores de FET. En la Tabla II.2 se muestran los FETs propuestos por

diferentes autores para los HAPs priorizados por la EPA y la EFSA. Se puede observar que

los hidrocarburos que presentan mayor poder cancerígeno son aquellos que poseen cinco o

seis anillos en su molécula. La toxicidad potencial de una muestra, expresada como

benzo(a)pireno equivalente (B(a)PE), depende del FET seleccionado para cada hidrocarburo.

Las actividades cancerígena y mutagénica de los HAPs, están íntimamente

relacionadas con su estructura química. En general, los HAPs planares son más estables y

menos tóxicos que los hidrocarburos que poseen estructuras no planares. Además, la

introducción de un grupo alquilo en la molécula de los HAPs, también parece jugar un papel

esencial en su actividad cancerígena, ya que tal sustitución puede provocar una distorsión

molecular en la estructura de la molécula, pudiendo originar un efecto activador o

desactivador [63,64,66]. Los HAPs no son, aparentemente, cancerígenos en sí mismos, pero

durante su metabolización pueden convertirse en cancerígenos activos en el interior del

organismo receptor. El proceso de inducción de cáncer en mamíferos involucra a un grupo de

enzimas que son capaces de convertir a los HAPs en productos solubles en agua. Este tipo de

enzimas son las oxidasas de función múltiple que pertenecen al grupo citocromo P450. Los

HAPs pueden ser transformados en diolepóxidos, Figura II.2, que rápidamente puede formar

carbocationes capaces de enlazarse covalentemente con las macromoléculas de ADN,

modificando el mensaje genético transmitido durante la formación de nuevas células.

Reacciones semejantes también se han observado con otras macromoléculas como la

albúmina y la hemoglobina [64,66,129].


- 36 -

II.1.3. EMISIÓN DE HAPs EN HUMOS DE BIOMASA

Como se ha comentado en el Capítulo I, la emisión de HAPs procedentes de los

procesos de combustión de biomasa, depende de la naturaleza y composición química de la

biomasa, y de las condiciones en que se realiza la combustión. Así, en la Figura II.3, se

observa cómo varía la emisión de algunos HAPs, cuando la temperatura de combustión se

hace variar en el intervalo comprendido entre 700 y 900 ºC [36]. Por otro lado, cuando la

combustión se realiza en atmósferas pobres en oxígeno, aproximadamente el 80-89 % de los

HAPs emitidos son compuestos con pesos moleculares inferiores a 202 uma, es decir, HAPs

que contienen entre dos y cuatro anillos aromáticos [33]. Atendiendo a la concentración

individual de los HAPs, suelen destacar los elevados valores encontrados para el naftaleno,

acenaftileno, fenantreno, fluoranteno y pireno, mientras que los HAPs de alto peso molecular

como el benzo(a)antraceno, benzo(b)fluoranteno, benzo(k)fluoranteno, benzo(a)pireno y

dibenzo(a,h)antraceno son emitidos en bajas concentraciones [130,131].

Figura II.2. Representación esquemática del metabolismo de activación del benzo(a)pireno. C

once

ntra

ción

HA

P (

µµ µµ g/K

g)

Figura II.3. Influencia de la temperatura en la formación del fluoreno (●),

antraceno (o), criseno (▲) y pireno (■).

Temperatura (ºC)

650 700 750 800 850 950 900 0

1

2

3

4

1 2 3

4 5

O

3

OH

OH 3

O

OH

3

OH

OH

Macromolécula

OH

3

OH


- 37 -

En los últimos años, se han realizado inventarios de emisiones potenciales de HAPs

procedentes de la combustión de diferentes tipos de biomasa [20,21,110,132], Tabla II.3.

Entre los trabajos más significativos puede mencionarse el de Hedberg y col. [21] sobre la

emisión de HAPs en humos de madera de abedul. En relación a la concentración total de

HAPs, los valores mínimo y máximo hallados por estos autores oscilan entre 16.4 y 1282

mg/Kgmadera, respectivamente. Estos valores son considerablemente superiores a los

encontrados por Schauer y col. [20] en los humos de madera de pino, roble y eucalipto.

Kakareka y col. [133,134] también han observado variaciones significativas en la emisión de

HAPs procedentes de la combustión de diferentes tipos de biomasa. Además, estos autores

resaltan la importancia del tipo de horno y la temperatura de combustión, en la cantidad de

HAPs presentes en los humos de biomasa.

Tabla II.3. Emisión de HAPs (mg/Kgbiomasa) procedentes de la combustión de diferentes tipos de

biomasa.

Biomasa HAPs

Abedula Robleb Abetoc Trigoc Maízc

Naftaleno 13.57 348.0 1.330

2-Metilnaftaleno 9.61 2.575 0.745 0.891

Acenaftileno 10.8 2.418 2.095 0.497

Acenafteno 1.15 2.518 0.013 0.629

Fluoreno 27.4 3.83 0.857 0.333 0.085

Fenantreno 99.1 9.25 3.938 2.977 1.823

Antraceno 19.3 2.15 0.723 0.870 0.316

Fluoranteno 29.4 4.81 1.766 1.205 0.966

Pireno 25.5 3.63 1.469 1.071 0.908

Benzo(a)antraceno 3.5 0.630 0.250 0.327 0.174

Criseno 4.1 0.755 0.217 0.412 0.233

Benzo(b)fluoranteno 6.1 0.400 0.056 0.321 0.018

Benzo(k)fluoranteno n.d. 0.303 0.136 0.300 0.030

Benzo(a)pireno 3.6 0.245 0.035 0.158 0.006

Benzo(e)pireno 1.8 0.231 0.054 0.182 n.d.

Perileno 0.5 0.019 n.d. 0.008 n.d. Indeno(1,2,3-cd)pireno n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. Dibenzo(a,h)antraceno n.d. n.d. n.d. n.d. Benzo(ghi)perileno 2.6 n.d. 0.002 n.d. n.d. (HAPs)Totales 222.9 47.81 30.58 359.0 7.906

a Referencia [21]. b Referencia [20]. c Referencia [132].


- 38 -

Aparte de los mencionados, son muchos los estudios de interés relacionados con la

producción de HAPs en procesos de combustión. Entre ellos, destacan algunos como los

realizados por Fine y col. [135] sobre la caracterización de emisiones de partículas finas

procedentes de la combustión de distintos tipos de madera en chimeneas, así como el de Ross

y col. [136], relativo a la emisión de HAPs procedentes de la combustión de carbón y biomasa

en un horno de lecho fijo, y el de Gulyurtlu y col. [137] que estableció el efecto de los

parámetros de funcionamiento de un horno de lecho fluidizado en la formación de HAPs

durante la combustión de cáscara de coco.

II.1.4. CONTENIDO DE HAPs EN AROMAS DE HUMO

Los alimentos expuestos a la acción directa del humo con objeto de ser ahumados,

pueden llegar a contener concentraciones considerables de HAPs en su superficie. Después

del ahumado, los HAPs pueden experimentar descomposición fotoquímica e interacciones

con otros compuestos presentes en el alimento ahumado, con lo cual se produce una

progresiva disminución en la concentración de los mismos. Sin embargo, estos hidrocarburos

pueden penetrar en el interior del alimento ahumado, donde se encuentran protegidos de la luz

y del oxígeno, con lo que su concentración se estabiliza después de un determinado período

[88].

Como se ha comentado en la Introducción general de esta Tesis, la forma de preparar

los aromas de humo favorece la eliminación de una cantidad considerable de los HAPs

presentes inicialmente en el humo y, en consecuencia, los alimentos preparados con la

intervención de estos productos presentan menor riesgo para la salud que aquellos otros que

han sido ahumados mediante procedimientos artesanales. No obstante, con objeto de controlar

la toxicidad en los aromas de humo debido a la presencia de HAPs, el Consejo y el

Parlamento Europeo han adoptado el Reglamento 2065/2003 [93], en el que se establece que

las concentraciones de benzo(a)pireno y benzo(a)antraceno en aromas de humo utilizados en

alimentos no pueden superar valores de 10 y 20 µg/Kg, respectivamente. Debido a su

toxicidad, el benzo(a)pireno ha sido propuesto en varios estudios como un indicador

apropiado para estimar el contenido total de los HAPs considerados como cancerígenos

[138,139].


- 39 -

Al tomar en consideración el contenido de HAPs presentes en los aromas de humo

comerciales, Tabla II.4, los hidrocarburos que poseen 2 y 3 anillos en su estructura molecular

suelen representar entre el 89 y el 98 % de los HAPs totales. En general, la concentración de

HAPs en los aromas de humo disminuye a medida que aumenta el peso molecular del

hidrocarburo. Por otra parte, los elevados contenidos de HAPs encontrados en algunos

preparados comerciales pueden ser debidos a las altas temperaturas alcanzadas durante el

proceso de combustión [140]. En relación a la concentración de benzo(a)pireno, los valores

encontrados no suelen superar los límites establecidos por la Unión Europea en el Reglamento

2065/2003 [93], aunque algunos autores han encontrado concentraciones de este derivado, en

algunos aromas de humo comerciales, que se aproximan a los 300 µg/Kg [141].

Tabla II.4. Concentración de HAPs (µg/Kg) presentes en aromas de humo comerciales [92].

Aromas de humos HAPs

A B C D E

Naftaleno 678 509 62.5 9.74 18.9

2-Metilnaftaleno 352 98.9 52.0 1.72 7.69

1-Metilnaftaleno 364 81.2 95.0 2.42 6.16

2,6-Dimetilnaftaleno 127 13.2 25.7 0.77 3.28

1,6-Dimetilnaftaleno 119 11.0 23.9 0.80 3.13

Fluoreno 380 33.8 120 0.62 1.22

Fenantreno 665 38.5 56.9 0.94 2.37

Antraceno 118 8.81 11.8 n.d. n.d.

3-Metilfenantreno 35.3 3.51 12.5 0.24 0.61

2-Metilantraceno 17.2 1.60 5.64 n.d. 0.79

Fluoranteno 43.3 12.1 19.3 0.20 0.66

Pireno 33.5 12.7 22.6 0.16 0.64

Benzo(a)antraceno 4.41 1.53 3.50 0.07 0.11

Criseno + trifenileno 3.34 1.42 3.03 n.d. 0.25

Benzo(b)fluoranteno 1.48 0.60 1.31 n.d. n.d. Benzo(k)fluoranteno 1.72 0.78 1.45 n.d. n.d. Benzo(a)pireno 2.86 1.11 2.18 n.d. n.d. Benzo(e)pireno 1.74 0.72 1.37 n.d. 0.08

Perileno 0.59 0.29 0.37 n.d. n.d. Indeno(1,2,3-cd)pireno 1.57 0.38 1.10 n.d. n.d. Dibenzo(a,h)antraceno 0.41 0.22 0.51 n.d. n.d. Benzo(ghi)perileno 1.94 0.63 1.70 n.d. n.d. (HAPs)Totales 2952 832 524 17.7 46.0



- 40 -

II.1.5. DETERMINACIÓN DE HAPs EN HUMOS DE BIOMASA

La determinación de HAPs y sus derivados en humos de biomasa requiere de

metodologías analíticas adecuadas a la naturaleza de la muestra, al tipo de analito y a la

concentración de los mismos en las muestras objeto de análisis. En general, los métodos

empleados para la identificación y cuantificación de HAPs en humos de biomasa, siguen unas

pautas comunes que se pueden resumir en: toma de muestra, extracción de HAPs y análisis

cromatográfico. En la Tabla II.5 se recogen algunas de las metodologías analíticas utilizadas

para la determinación de HAPs en humos de biomasa.

Tabla II.5. Metodologías analíticas para la determinación de HAPs en humos de biomasa.

Combustibles Toma de muestra Extracción/Purificación Análisis Ref. Maderas, cebada, maíz, arroz y trigo

Filtro, XAD-2 y borboteadores

Soxhlet y extracción líquido-líquido (Diclorometano)/Columna gel de sílice y alúmina.

CG-EMa [132]

Maderas Filtro y XAD-2 Ultrasonido (diclorometano)/ Columna de gel de sílice

HPLC-UVb [109]

Maderas Filtro, XAD-2, borboteadores

Soxhlet (tolueno)

CG-EM [142]

Residuos de madera

Borboteadores (lana de vidrio y diclorometano)

Soxhlet (diclorometano)

HPLC-UV [33]

Residuos de corcho Filtro y XAD-2 Soxhlet (diclorometano)

CG-EM [143]

Residuos de ganado

Filtro, cartucho de XAD-2/PUF

Soxhlet (n-hexano/diclorometano 1:1 v/v)/Columna gel de sílice

CG-EM [144]

Residuos urbanos Filtro y PUF Soxhlet (diclorometano)

CGMDc-EM [145]

Residuos médicos Filtro y cartucho de XAD-16/PUF

Soxhlet (n- hexano/diclorometano 1:1 v/v)

CG-EM [108]

Pino y carbón Filtro, XAD-2 y carbón activo

Lavado con tolueno/Columna de alúmina

CG-FIDd [136]

Carbón XAD-2 impregnado con diclorometano

Soxhlet (diclorometano)

CG-EM [146]

Carbón Filtro y PUF Ultrasonido y Soxhlet (diclorometano)/Columna de gel de sílice y alúmina

CG-EM [147]

a Cromatografía de gases-espectrometría de masas. b Cromatografía líquida de alta resolución con detector ultravioleta. c Cromatografía de gases multidimensional. d Cromatografía de gases con detector de ionización de llama.


- 41 -

II.1.5.1. Toma de muestra

La toma de muestra constituye una de las etapas más importantes de la metodología

analítica, debido a que el resultado final se encuentra afectado por los errores cometidos en la

misma, independientemente de la precisión y exactitud de las demás etapas de la metodología.

Entre los principales problemas de los sistemas de muestreo para determinar HAPs en

humos de biomasa destacan: insuficiente adsorción y/o absorción, reevaporación y

destrucción química del material recogido. Además, en ocasiones, las pérdidas de HAPs

durante el muestreo son casi inevitables como consecuencia de sus reactividades y

volatilidades.

Los métodos de muestreo normalmente utilizados para identificar y cuantificar HAPs

presentes en muestras gaseosas suelen consistir en sistemas que combinan filtros de fibra de

vidrio o cuarzo para retener la fracción de HAPs enlazada a las partículas, borboteadores y

sorbentes sólidos, como la espuma de poliuretano (PUF) y las resinas de XAD, para retener

las fracciones semivolátil y volátil respectivamente. A sus características apropiadas para la

retención de HAPs, la espuma de poliuretano y las resinas utilizadas, unen como ventajas su

bajo costo y lo fácil que son de manejar, transportar y almacenar.

Aunque el carbón no está considerado como biomasa, los sistemas de muestreo para

capturar HAPs en humos producidos por la combustión del mismo pueden servir como

referencia en el presente trabajo. Así sucede con el sistema de muestreo diseñado por Yan y

col. [146] para el análisis de HAPs en humos de carbón consiste en un borboteador en el que

se introduce una cierta cantidad de la resina XAD-2 mezclada con diclorometano y sumergido

en un baño de hielo.

Oanh y col. [109] utilizan un sistema de muestreo constituido por un filtro de vidrio

seguido de un cartucho de XAD-2 en el muestreo de HAPs en humos de biomasa, mientras

que Kakareka y col. [133,134] emplean un filtro de fibra de vidrio seguido de tres

borboteadores de n-hexano o un cartucho de PUF.

Por último, las normas UNE-77250 y EPA-TO13A describen un sistema de muestreo

para la determinación de HAPs en aire ambiente basado en la utilización de un filtro de


- 42 -

partículas asociado a un cartucho de PUF o resina de XAD-2 [148,149].

II.1.5.2. Extracción de HAPs

Existen diferentes métodos para realizar la extracción de los hidrocarburos presentes

en el humo de biomasa después de ser retenidos en el sistema de muestreo apropiado. Cuando

los HAPs son atrapados en un soporte sólido, la extracción suele realizarse con el empleo de

diferentes disolventes orgánicos (diclorometano, n-hexano, tolueno, acetona) en sistemas de

extracción Soxhlet [142-145], aunque también se ha empleado la extracción líquida

convencional y la asistida por ultrasonidos [109,136,147].

La complejidad de las muestras de humo, obliga a introducir una etapa de limpieza del

extracto obtenido en el proceso de extracción. Con tal finalidad, es habitual que se proceda a

una separación en columna de los HAPs, dejando retenidos en la misma una parte importante

de los compuestos presentes en la muestra original, que podrían interferir en la etapa de

medida. El método más usado en la purificación del extracto obtenido, es la cromatografía

líquido-sólido de baja resolución empleando como fase estacionaria gel de sílice, alúmina,

florisil o combinaciones de éstas, y como fase móvil disolventes orgánicos de polaridad

intermedia como diclorometano y/o pentano [132,136,144,147].

II.1.5.3. Análisis cromatográfico

En el humo procedente de la combustión de biomasa, el número de HAPs es alto y,

por otra parte, las concentraciones en las que pueden encontrarse en dichas muestras pueden

ser considerablemente diferentes. En consecuencia, para el análisis de estos compuestos, se

requieren técnicas con alto poder de resolución y sensibilidad. Entre las técnicas normalmente

utilizadas en el análisis de HAPs en humos de biomasa, destaca la cromatografía de gases con

detector de ionización de llama o acoplada a un espectrómetro de masas [132,136,142,143],

aunque algunos autores también han empleado la cromatografía líquida de alta resolución con

detector de fluorescencia o visible-ultravioleta [33,109].


- 43 -

II.1.6. ANÁLISIS DE HAPs EN AROMAS DE HUMO

Las metodologías analíticas utilizadas para la determinación de HAPs en aromas de

humo están condicionadas principalmente por la complejidad de las muestras, constituidas por

un elevado número de sustancias que pueden interferir en la etapa de medida, y por las

pequeñas concentraciones a las que habitualmente se encuentran algunos HAPs en las citadas

muestras. Por estos motivos, es habitual que en el análisis de HAPs presentes en aromas de

humo sea necesario introducir etapas de purificación y preconcentración. Entre las

metodologías desarrolladas, en la Figura II.4 se incluye un esquema en el que se observan las

principales etapas del proceso analítico para la determinación de HAPs en aromas de humo

[150].

Saponificación

Extracción líquido-líquido

Extracción en fase sólida (C18)

Purificación

Concentración

Cromatografía de gases

Cromatografía líquida de alta resolución

Figura II.4. Metodología analítica para la determinación de

HAPs en aromas de humo.

Aroma de humo


- 44 -

II.1.6.1. Tratamiento de las muestras de aromas de humo

En el tratamiento de los aromas de humos para la determinación de HAPs, algunos

autores recomiendan que, en primer lugar, se realice una hidrólisis alcalina con una disolución

de KOH en metanol con la finalidad de que los compuestos fenólicos se encuentren ionizados

como fenolatos y, por tanto, evitar que se transfieran a la fase orgánica cuando se realice la

extracción de los HAPs e interfieran en la medida final [92,151]. Sin embargo, la importancia

de esta etapa previa de purificación no está muy clara en la literatura debido a que ha sido

considerada irrelevante por otros autores [152,153].

Los métodos normalmente utilizados para la extracción de los HAPs presentes en los

aromas de humo son la extracción líquido-líquido convencional, con disolventes no polares

como diclorometano, ciclohexano o n-hexano, y la extracción en fase sólida con cartuchos

constituidos por C18 [151,152,154]. La extracción con fluidos supercríticos también ha sido

considerada como un método adecuado para la determinación de HAPs en aromas de humo

[155]. Al comparar este método con la extracción en fase sólida, se ha observado que no

existen diferencias significativas en los porcentajes de recuperación del benzo(a)pireno

obtenidos por ambos métodos [155].

Por último, con objeto de evitar que determinados compuestos, que no han sido

eliminados en las etapas anteriores, puedan interferir en la etapa de medida, el extracto

obtenido se purifica mediante cromatografía líquido-sólido de baja resolución, en condiciones

similares a las empleadas para la determinación de HAPs en humos de biomasa [92,154].

II.1.6.2. Técnicas de medida

En general, las técnicas utilizadas para la identificación y cuantificación de HAPs en

aromas de humo son la cromatografía de gases y la cromatografía líquida de alta resolución

con uno o dos detectores [88,92,154]. El poder de resolución de la cromatografía de gases es

superior al de la cromatografía liquida de alta resolución, sin embargo, esta última presenta

mayor selectividad, especialmente entre compuestos que son isómeros [150].

En el caso de la cromatografía de gases, el detector de ionización de llama, aunque no


- 45 -

proporciona información sobre la estructura del compuesto, permite alcanzar límites de

detección y cuantificación considerablemente bajos [150]. La detección por espectrometría de

masas, no sólo aporta información sobre la identidad de los compuestos analizados, sino que

también permite realizar determinaciones cuantitativas de uno o más iones característicos del

espectro de masas del compuesto. De este modo, es posible cuantificar productos con el

mismo tiempo de retención, siempre que sus espectros de masas sean diferentes. Además, la

sensibilidad de este tipo de detector es similar o inferior al de ionización de llama.

En la cromatografía líquida de alta resolución, el uso de la detección con

espectrometría de masas es relativamente reciente. Los detectores comúnmente empleados

son: visible-ultravioleta, diodos en línea y fluorescencia [88,150]. La sensibilidad del detector

de fluorescencia es unas 100 veces superior en comparación con los diodos en línea y visible-

ultravioleta. A esta ventaja se une la posibilidad de identificar compuestos, cuando el detector

de fluorescencia permita el registro simultáneo de espectros de emisión y excitación [88].

Finalmente, existen técnicas analíticas que, aunque están restringidas al análisis de un

solo analito, son más rápidas y sencillas. En este sentido, Falcón y col. [152] han desarrollado

un método para la determinación de benzo(a)pireno en aromas de humo por

espectrofluorimetría sincrónica.

II.1.7. OBJETO DEL TRABAJO

En Canarias, los procesos de combustión de biomasa están normalmente relacionados

con el ahumado de quesos y la eliminación de residuos agrícolas. En base a lo expuesto, es

presumible que, tanto el humo como el aroma de humo procedente de la combustión de los

distintos tipos de biomasa utilizada como combustible con las finalidades que se acaban de

mencionar, se encuentren cantidades variables de HAPs y sus derivados.

El objetivo central del trabajo que se agrupa en este Capítulo se ha orientado a la

determinación y caracterización del contenido de HAPs y sus alquil-derivados, presentes en

seis tipos de humo procedentes de la combustión de: maderas de pino canario (Pinus

canariensis), jara (Cistus monspelienisis) y brezo (Erica arborea), acículas de pino canario,

tunera seca (Opuntia Ficus indica) y cáscara de almendra (Prunas dulcis), normalmente


- 46 -

utilizados en el ahumado de quesos palmero, gomero y herreño

Para alcanzar este objetivo central se introducen otros, de carácter parcial, como los

que se incluyen a continuación:

• Optimizar las condiciones de trabajo para efectuar la toma de muestra en el humo

de biomasa, para la posterior determinación de HAPs y sus alquil-derivados. Con

tal finalidad, se utiliza un diseño experimental factorial de las siguientes variables:

temperatura del humo, flujo de muestreo y cantidad de XAD-2 utilizada en el

cartucho. La determinación de HAPs y sus alquil-derivados en el humo se realiza

mediante una modificación de los normas UNE-77250 o EPA-TO-13A aplicables

en el análisis de HAPs en aire ambiente.

• Establecer el contenido de HAPs y sus alquil-derivados en el humo procedente de

la combustión de los seis tipos de biomasa anteriormente mencionados, así como

su relación con características del proceso de combustión, como la temperatura y

concentración de monóxido de carbono.

• Aportar evidencias acerca de la influencia de la naturaleza de la biomasa y las

condiciones de combustión en la concentración individual y total de los HAPs

presentes en los humos.

• Relacionar los contenidos de los distintos HAPs y derivados metilados en el total

de las muestras de humo, con la finalidad de establecer criterios que permitan

apoyar los mecanismos relacionados con la formación de HAPs mediante procesos

de pirosíntesis, así como introducir indicadores que permitan diferenciar los

humos obtenidos por combustión de biomasa de los correspondientes a otras

fuentes de emisión.

• Establecer una metodología analítica adecuada para el análisis de HAPs y sus

alquil-derivados en los aromas de humo procedentes de la combustión de los seis

tipos de biomasa utilizada y efectuar la determinación de los contenidos de dichos

hidrocarburos en muestras representativas.


- 47 -

• Determinar la toxicidad potencial de los humos procedentes de los seis tipos de

materiales utilizados y de los respectivos aromas de humo, así como la

contribución de cada HAP a la toxicidad total y la aportación de los mismos, en

función de su presencia en las fases particulada o gas de los humos.


- 48 -

II.2. PARTE EXPERIMENTAL

II.2.1. REACTIVOS Y MATERIALES

Las disoluciones patrón HAP Mix 9 (100 mg/L, en acetonitrilo), HAP Mix 112 (100

mg/L, en acetonitrilo) y HAP deuterados Mix 25 (500 mg/L, en acetona) fueron suministradas

por Dr. Ehrenstorfer (Reference Materials, Augsburgo, Alemania). En la Tabla II.6 se

muestran los hidrocarburos presentes en cada una de las disoluciones patrón utilizadas. A

partir de estas disoluciones se preparan disoluciones de trabajo de HAPs de 10 mg/L por

dilución en diclorometano. Estas disoluciones se conservan a 4 ºC durante un máximo de 30

días.

Tabla II.6. Hidrocarburos aromáticos policíclicos utilizados en las determinaciones de

cromatografía de gases-espectrometría de masas.

HAP Mix 9 HAP Mix 112 HAPs deuterados Mix 25a

Naftaleno (N) 2-Metilnaftaleno (2-MN) Acenafteno-d10 (Ace-d10)

Acenaftileno (Aci) 1-Metilnaftaleno (1-MN) Fenantreno-d10 (Fe-d10)

Acenafteno (Ace) 1,3-Dimetilnaftaleno (diMN) Criseno-d12 (Cr-d12)

Fluoreno (Fl) 1,4-Dimetilnaftaleno (diMN) Perileno-d12 (Per-d12)

Fenantreno (Fe) 1,8-Dimetilnaftaleno (diMN)

Antraceno (A) 2,6-Dimetilnaftaleno (diMN)

Fluoranteno (Ft) 2,3,5-Trimetilnaftaleno (2,3,5-triMN)

Pireno (P) 1-Metilfenantreno (1-MFe)

Benzo(a)antraceno (B(a)A) 1-Metilantraceno (1-MA)

Criseno (Cr) 3,6-Dimetilfenantreno (3,6-diMFe)

Benzo(b)fluoranteno (B(b)Ft) 1,2-Benzofluoreno (BFl)

Benzo(k)fluoranteno (B(k)Ft) 2,3-Benzofluoreno (BFl)

Benzo(a)pireno (B(a)P)

Indeno(1,2,3-cd)pireno (I(1,2,3-cd)P)

Dibenzo(a,h)antraceno (diB(a,h)A)

Benzo(ghi)perileno (B(ghi)Per) a Patrones internos utilizados en el análisis por cromatografía de gases-espectrometría de masas.


- 49 -

A partir de una disolución de 2000 mg/L de decafluorobifenilo (DFB) en

diclorometanno (Accustandard, New Haven, CT, USA), se prepara otra de concentración 10

mg/L, por dilución en diclorometano, y se almacena a una temperatura de 4 ºC, durante un

tiempo máximo de 90 días.

El sulfato sódico anhidro, suministrado por Merck (Darmstadt, Alemania), se lava con

diclorometano y se calienta a 450 ºC durante 4 horas, antes de ser utilizado.

La gel de sílice, tipo 60 con 70-230 mallas y suministrada por Aldrich (Steinheim,

Alemania) se purificó por extracción Soxhlet con diclorometano, durante 6 horas, y se activó

a 150 ºC durante 16 horas.

Los filtros circulares de fibra de cuarzo de 3.2 cm de diámetro fueron suministrados

por Supelco (Bellefonte, PA, USA).

Los cilindros de espuma de poliuretano (PUF) de 22 mm de diámetro y 3 cm de

longitud, suministrado por Supelco, se limpian por extracción Soxhlet con dietileter:n-hexano

1:9 v/v, durante 16 horas, y se secan bajo una lámpara de infrarrojo, antes de su uso. .

La resina de XAD-2, suministrada por Supelco, también fue lavada en Soxhlet con

diclorometano, durante 16 horas, y secada bajo una lámpara de infrarrojo, antes de ser usada.

Los materiales utilizados como combustibles en los procesos de combustión, han sido

los siguientes: maderas de pino canario (Pinus canariensis), jara (Cistus monspelienisis) y

brezo (Erica arborea), acículas de pino canario, tuneras secas (Opuntia ficus indica) y

cáscaras de almendras (Prunas dulcis), Figura II.5. Estos materiales han sido recogidos

directamente en sus lugares de origen y utilizados sin tratamiento alguno, excepto la

adecuación de su tamaño a las dimensiones del ahumadero.


- 50 -

II.2.2. EQUIPOS

II.2.2.1. Ahumaderos

La combustión de la biomasa para la generación de humo se ha realizado en dos tipos

de ahumaderos: bidón y horno, Figura II.6. El bidón es un cilindro metálico de 90 cm de alto

y 63 cm de diámetro. La parte superior se encuentra descubierta y sobre ella se coloca una

parrilla de madera, sobre la que se deposita el queso a ahumar. A través de un orificio

localizado en la parte inferior del bidón, se introduce la biomasa a utilizar como combustible.

El horno está constituido por dos cámaras metálicas, en una se realiza la combustión y

en la otra el ahumado del queso. Ambas se conectan mediante un conducto por el que circula

el humo sin ningún tipo de control.

Figura II.5. Materiales vegetales normalmente utilizados como

combustibles en el ahumado de quesos canarios.

Pino canario Jara Brezo

Acícula de pino Tunera seca Cáscara de almendra


- 51 -

II.2.2.2. Sistema de muestreo para la determinación de HAPs en humos de

biomasa

Como se observa en la Figura II.7, el sistema utilizado para la toma de las muestras de

humo, está constituido por un filtro de fibra de cuarzo, seguido de un cartucho de

PUF/XAD-2/PUF y una trampa de gel de sílice para retener la humedad. El humo se impulsa

a través del sistema mediante una bomba portátil de aire Bravo H, TCR Tecora (Milán, Italia),

equipada con medidores de tiempo, volumen y flujo.

A

B

C

Figura II.7. Sistema de muestreo para la determinación de hidrocarburos en

humos de biomasa. A) Ahumadero artesanal; B) Filtro de fibra

de cuarzo y cartucho de PUF/XAD-2/PUF; C) Bomba de aire.

Humo

Punto de muestreo

Horno

Biomasa

Bidón

Punto de muestreo

Biomasa

Humo

Figura II.6. Puntos de muestreo y características de los dos dispositivos utilizados

para la combustión de biomasa.


- 52 -

II.2.2.3. Sistema para la obtención de aromas de hu mo

El sistema utilizado para la obtención de aromas de humo está constituido por un filtro

de fibra de cuarzo, seguido de un borboteador de vidrio que contiene 100 mL de agua

destilada y una trampa de gel de sílice, Figura II.8. El humo es impulsado a través del sistema

mediante una bomba portátil de aire, descrita en la sección anterior.

II.2.2.4. Analizador portátil de temperatura y monó xido de carbono

Las medidas de temperatura y las concentraciones de monóxido de carbono en el

humo obtenido durante la combustión de biomasa, se han realizado “in situ” con un

analizador portátil de gases MRU 89/5 Vario (Hamburg, Alemania).

II.2.2.5. Cromatógrafo de gases con detector de esp ectrometría de masas

Para el análisis de los HAPs y sus derivados metilados se ha utilizado un cromatógrafo

de gases Varian 3800 acoplado a un espectrómetro de masas Varian Saturn 2000, equipado

con una columna capilar WCOT CP-Sil 8 CB de 30 m x 0.25 mm de diámetro interno

(Chrompack, Holanda). El equipo incorpora un automuestreador Varian modelo 8200 CX.

Para el control del instrumento y la adquisición de los datos se hizo uso del software Saturn

GCMS Workstation 5.3.

Figura II.8. Sistema para la obtención de aromas de humos.

Borboteador (100 mL agua)

Gel de Sílice

Bomba de Aire

Rotámetros

Controles

Filtro

Humo


- 53 -

II.2.3. PROCEDIMIENTOS

II.2.3.1. Determinación de la eficiencia del siste ma de muestreo

Para determinar la eficiencia de muestreo, el filtro es impregnado con 400 µL de una

disolución patrón de los hidrocarburos en diclorometano, a una concentración de 10 mg/L.

Con objeto de evaporar el diclorometano, el filtro se almacena en un recipiente limpio,

protegido de la luz, y se deja a temperatura ambiente durante cinco minutos. A continuación,

con objeto de simular el proceso de ahumado, se hace pasar aire húmedo producido por un

baño termostático de agua a través del sistema de muestreo, durante veinte minutos, tiempo

habitualmente utilizado en los procesos artesanales de ahumado. El filtro y el cartucho de

PUF/XAD-2/PUF pueden ser almacenados a T ≤ 4 ºC, en recipientes limpios y protegidos de

la luz, durante un tiempo máximo de 15 días antes de su extracción. La temperatura del aire

que circula por el sistema constituido por el filtro y el cartucho, se puede regular por control

de la temperatura del baño de agua.

Para la determinación de los HAPs y sus derivados alquilados, retenidos en los filtros

y cartuchos, se utiliza el sistema de extracción y la metodología que se describe en las

secciones II.2.3.5 y II.2.3.7.

II.2.3.2. Proceso de combustión de la biomasa

En los dos tipos de ahumaderos, los procesos de combustión son similares. La

combustión comienza con la ayuda de pequeñas cantidades de acícula de pino. A

continuación se introduce en la cámara de combustión el material que se vaya a quemar.

Durante el proceso de combustión, se adicionan pequeñas cantidades de agua sobre la

biomasa, con objeto de generar un humo que sea lo más denso posible y evitar los efectos

negativos que pueden causar las altas temperaturas de la llama en el queso a ahumar.


- 54 -

II.2.3.3. Toma de muestras de humos de biomasa

Con objeto de retener los hidrocarburos presentes en las fases particulada y gaseosa

del humo generado en los dos tipos ahumaderos, el filtro acoplado al cartucho de

PUF/XAD-2/PUF se coloca en las proximidades del queso a ahumar. La bomba de aire

permite impulsar el humo a través del sistema de muestreo, a un flujo previamente

optimizado, durante un tiempo de 20 min. En la Figura II.7 se puede observar la disposición

del sistema de muestreo cuando se usa el bidón como ahumadero artesanal. Después de la

toma de muestra, el filtro y el cartucho se recubren con papel de aluminio, lavado con

n-hexano, y se trasladan al laboratorio en neveras portátiles. Las muestras son almacenadas a

una temperatura inferior a 4 ºC y protegidas de la luz, durante un tiempo inferior a una

semana, antes de su extracción.

II.2.3.4. Obtención de aromas de humo

El humo producido por la combustión de la biomasa se hacer pasar a través de un filtro

de fibra de cuarzo y es recogido en 100 mL de agua destilada, a un flujo de 2 L/min, durante

un tiempo de 40 min. La muestra de aroma de humo obtenida se filtra y se almacena en el

laboratorio a una temperatura inferior a 4 ºC y protegida de la luz, durante un máximo de

7 días, antes de la extracción de los HAPs y sus derivados metilados.

II.2.3.5. Preparación de las muestras de humos de biomasa

En la Figura II.9 se muestran las etapas más importantes del proceso de extracción.

Los hidrocarburos retenidos en el filtro y en el cartucho de PUF/XAD-2/PUF, son extraídos

en un Soxhlet durante 18 horas con 300 mL de una disolución de dietiléter:n-hexano 1:9 v/v a

la que se añaden 100 µL de una disolución de DFB de 10 mg/L en diclorometano, usado

como patrón interno. El extracto se pasa a través de una columna de secado, que contiene 10 g

de sulfato sódico anhidro y se concentra en un evaporador TurboVap II que opera a una

temperatura de 35 ºC y una presión de aire de 8-10 psi.


- 55 -

El siguiente paso de la metodología analítica consiste en purificar el extracto. Mediante una

columna rellena con 10 g de gel de sílice. Antes de su utilización, se dejan eluir 40 mL de

pentano a través de la columna. A continuación, se transfiere el extracto concentrado a la

columna y se eluye una primera fracción con 25 mL de pentano. Esta fracción, que contiene

los hidrocarburos alifáticos captados en el filtro y en el cartucho, es desechada. La fracción

que contiene los compuestos aromáticos se eluye con 25 mL de pentano:diclorometano 6:4

v/v a 1.5 mL/min y se concentra a un volumen de aproximadamente 800 µL, en un

evaporador TurboVap II con las condiciones mencionadas anteriormente. A continuación, se

añaden 100 µL de una disolución que contiene los patrones deuterados y se diluye a 1 mL con

diclorometano. El extracto final se almacena en viales de color topacio a T ≤ 4 ºC durante un

máximo de 30 días antes del análisis por CG-EM.

Filtro y Cartucho de PUF/XAD-2/PUF

Adición DFB

Extracción Soxhlet

Secado con Na2SO4 anh.

Concentración en TurboVap II

Purificación con Gel de Sílice:1) 25 mL Pentano2) 25 mL Pentano:Diclorometano

(6:4, v/v)

Fracción HAPs y derivados metilados


Análisis por CG-EM

Adición de Patrones Internos Deuterados

Filtro y Cartucho de PUF/XAD-2/PUF

Adición DFB

Extracción Soxhlet

Secado con Na2SO4 anh.


Purificación con Gel de Sílice:1) 25 mL Pentano2) 25 mL Pentano:Diclorometano

(6:4, v/v)

Fracción HAPs y derivados metilados


Análisis por CG-EM

Adición de Patrones Internos Deuterados

Figura II.9. Método de extracción para la determinación de

los HAPs presentes en las muestras de humos.


- 56 -

II.2.3.6. Tratamiento de las muestras de aromas de humo

Para realizar el análisis de los HAPs y sus derivados metilados en los aromas de humo,

se toma una alícuota de 90 mL de la muestra y se añaden 100 µL de una disolución de DFB

de 10 mg/L en diclorometano, usado como patrón interno. A continuación se extrae tres veces

con 15 mL de diclorometano y los extractos reunidos se hacen pasar a través de una columna

de secado que contiene 10 g de sulfato sódico anhidro. El extracto seco se concentra en un

evaporador TurboVap II, con las condiciones mencionadas en el apartado anterior, a un

volumen de aproximadamente 800 µL, se añaden 100 µL de una disolución que contiene los

patrones deuterados y se diluye a 1 mL con diclorometano para su posterior análisis por CG-

EM.

II.2.3.7. Análisis por cromatografía de gases-espe ctrometría de masas

El análisis de los extractos de las muestras de humo y de los aromas de humo se

realiza por CG-EM. Las condiciones de operación son las siguientes:

Cromatógrafo de gases Gas portador: He. Flujo constante: 0.9 mL/min Volumen de inyección: 2 µL Tipo de inyección: Splitless Temperatura del inyector: 300 ºC Programa de Temperatura del Horno: 2 min a 60 ºC, se aumenta a 8 ºC/min hasta

290 ºC y se mantiene a esta temperatura durante 12 min

Espectrómetro de masas Fuente de iones: Impacto electrónico (70eV) Adquisición de datos: Modo "scan" (rango de masas entre

30-350 uma) Temperatura de la trampa de iones: 200 ºC Temperatura de la línea de transferencia: 290 ºC Temperatura del “Ion trap manifold”: 80 ºC

Los HAPs fueron identificados atendiendo a sus respectivos tiempos de retención y

mediante la comparación de sus espectros de masas con los de la librería NIST v.1.7a (Varian


- 57 -

Inc.). Las determinaciones cuantitativas se llevaron a cabo mediante el uso de los patrones

internos y empleando el modo “monitorización del ión seleccionado (SIM)”, para lo cual se

seleccionaron los valores de masa correspondientes a los iones moleculares de los diferentes

hidrocarburos analizados.


- 58 -

II.3. HUMO DE BIOMASA

II.3.1. OPTIMIZACIÓN DE LA METODOLOGÍA PARA LA DETE RMINACIÓN

DE HAPs EN HUMO DE BIOMASA

II.3.1.1. Eficiencia del sistema de muestreo

Considerando que la toma de muestra es una de las etapas más críticas del proceso

analítico, resulta evidente la importancia de establecer la eficiencia del sistema de muestreo

usado para retener los diferentes tipos de HAPs presentes en las muestras de humo.

Según se ha comentado con anterioridad, los objetivos analíticos de este trabajo deben

alcanzarse sin que se alteren las condiciones experimentales que se suelen utilizar para

obtener el humo utilizado en el ahumado artesanal del queso en Canarias. De esta forma, la

toma de muestra adquiere, en el caso que nos ocupa, una consideración especial en cuanto a

que, por una parte, la composición de las muestras que se someten a análisis deben ser

representativas del humo obtenido por combustión de la biomasa en los procesos de ahumado

ordinarios y, por otra, la obtención de las muestras de humo que vayan a ser analizadas debe

realizarse sin modificar el tipo de ahumadero, ni uniformizar el tamaño de los trozos de

biomasa a quemar o su contenido en humedad, ni regular el caudal de aire durante la

combustión o el momento de añadir agua para evitar que el fuego se reavive, así como la

cantidad de agua añadida para conseguir tal efecto.

En cualquier caso, es evidente que algunos parámetros, como el flujo de humo a

muestrear, forman parte de la metodología analítica a optimizar. De igual forma, el tiempo de

muestreo debe ser fijado. En tal sentido, después de comprobar que no era un parámetro

crítico, porque el método analítico es suficientemente sensible, se optó por fijarlo a un valor

de 20 min similar al utilizado durante el proceso de ahumado, que suele oscilar entre 15 y 30

min, en función del tipo de ahumadero y del material vegetal a quemar.

Como se ha comentado anteriormente, la mayoría de los sistemas descritos en la

bibliografía para realizar la toma de muestras gaseosas, se han diseñado para muestras de aire


- 59 -

ambiente. En la Norma UNE-77250, referida a la determinación de HAPs totales en aire

ambiente, se utiliza un muestreador de alto volumen para hacer pasar el aire a través de un

filtro de fibra de vidrio o de cuarzo, que se encarga de retener los HAPs asociados a la materia

particulada contenida en la muestra, y a continuación por un cartucho de PUF o una resina de

XAD-2, con objeto de retener los HAPs presentes en la fase gaseosa. Diferentes autores han

establecido que la capacidad de la resina XAD-2 para retener los HAPs de bajo peso

molecular es superior a la del PUF.

En la adaptación de la Norma que se pretende realizar, para su utilización en el

muestreo del humo de biomasa, se ha mantenido el diseño del sistema utilizado para la toma

de muestra de aire, en cuanto a la utilización de un filtro. Sin embargo, para la retención de

los HAPs contenidos en la fase gaseosa, se ha utilizado un dispositivo de vidrio que contiene

dos cilindros de PUF entre los que se intercala una determinada cantidad de la resina XAD-2.

Con objeto de alcanzar la máxima eficiencia en la retención de los HAPs, se ha procedido a

comprobar el comportamiento del sistema PUF/XAD-2/PUF y, además, se ha optimizado la

cantidad de resina a introducir en el sistema.

Por último, existen variables, como la temperatura del humo a muestrear, que no

pueden ser controladas por el analista debido a las razones antes comentadas, en cuanto a la

ausencia de control al realizar la combustión. En este sentido, se trata de una variable que no

es posible optimizar, aunque es evidente que puede influir de manera notoria en la retención

de los analitos en el sistema de muestreo y, en consecuencia, puede resultar oportuno intentar

conocer su valor óptimo.

En general, los métodos tradicionales utilizados para alcanzar las condiciones óptimas

de trabajo siguen estrategias donde sólo se modifica una variable, mientras que el resto de los

factores permanecen constantes. De este modo, la variación de la respuesta se puede atribuir a

la variación de dicho factor y, por tanto, revela el efecto del mismo. Esta aproximación

presenta las siguientes desventajas:

o Se requiere de un gran número de experiencias.

o No permite el análisis de los cambios que se puedan producir en la respuesta

cuando dos o más factores se modifican simultáneamente.


- 60 -

o Sólo es posible conseguir una aproximación al valor óptimo.

El diseño estadístico de experimentos, también denominado diseño experimental,

constituye una alternativa a esta estrategia, permitiendo que se puedan variar simultáneamente

un gran número de factores al mismo tiempo que se estudian sus efectos.

El uso de un diseño factorial de dos niveles, para encontrar los valores más adecuados

de las variables que afectan a la eficiencia de muestreo, permite una consideración global del

número de experimentos a realizar y de los posibles efectos de interacción entre las variables

seleccionadas. La aplicación de una aproximación estadística, como es el diseño factorial,

permite disminuir el tiempo de puesta a punto del método, así como proporcionar datos

menos ambiguos.

Como se acaba de comentar, junto a variables que nos vienen impuestas por formar

parte de la técnica utilizada en algunas islas del Archipiélago Canario para producir el humo

utilizado en el ahumado de alimentos, existen otras que, por las razones expuestas, han sido

fijadas por nosotros. En consecuencia, entre las variables no incluidas en los apartados

anteriores, y que pueden afectar a la eficiencia de muestreo, quedan el flujo de muestreo a

utilizar y la cantidad de XAD-2 en los cartuchos de muestreo. A estas variables se une la

temperatura del humo en el lugar de la toma de muestra, a la que ya se ha hecho referencia.

Con objeto de establecer los valores óptimos de estas variables, se ha utilizado un

diseño factorial completo de dos niveles, 23, con un punto central, dando lugar a 9

experiencias. Las variables estudiadas, así como sus valores (“+” representa el máximo, “-”

representa el mínimo y “0” representa el punto central) se muestran en la Tabla II.7. Los

niveles máximo y mínimo de la temperatura se han seleccionado de acuerdo con medidas

previas realizadas en los humos a analizar, mientras que la cantidad de XAD-2 viene impuesta

por las propias limitaciones encontradas en el tamaño del cartucho de muestreo. Los valores

extremos para el flujo de muestreo, así como la longitud del PUF (3 cm), se han fijado

tomando en consideración las especificaciones señaladas por fabricantes de cartuchos de

muestreo similares. Además, experiencias previas realizadas en los humos a analizar han

mostrado que, cuando el flujo es igual o superior a 4 L/min, la materia particulada del humo

procedente de la combustión de la biomasa puede saturar rápidamente el filtro y, por tanto,

impedir el paso de humo a través del sistema de muestreo. El tiempo de muestreo es una


- 61 -

variable que viene condicionada por el ahumado de los alimentos que, en los procesos

artesanales seguidos por los ganaderos en Canarias, suele durar aproximadamente 20 min. En

todas las experiencias, al sistema de muestreo se añade la misma cantidad de HAPs y sus

derivados metilados.

Tabla II.7. Niveles de los factores en el diseño factorial. Factor Clave Menor (-) Mayor (+) Central (0)

Temperatura de muestreo (ºC) A 35 65 50

Velocidad de Flujo (L/min) B 2 4 3

Cantidad de XAD-2 (g) C 0.00 1.50 0.75

La Tabla II.8 muestra la matriz del diseño experimental. El listado de las experiencias

del diseño factorial representa el orden aleatorio estadístico con el que se llevaron a cabo las

experiencias. La respuesta considerada ha sido el porcentaje de recuperación de cada uno de

los hidrocarburos estudiados.

Tabla II.8. Matriz del diseño factorial.

Factor Experimento

A B C 1 + + + 2 - + + 3 0 0 0 4 + + - 5 - - - 6 + - + 7 + - - 8 - - + 9 - + -

En la Figura II.10 se muestran las cartas de Pareto del 2-metilnaftaleno y

dibenzo(a,h)antraceno, compuestos que pueden considerarse representativos de los

hidrocarburos de bajo y alto peso molecular, respectivamente. En estas cartas, las longitudes

de las barras son proporcionales al valor absoluto de los efectos estimados, lo que permite

comparar la importancia relativa de los diferentes factores. Se puede observar que, en general,

el factor que más influye en la eficiencia de muestreo es la temperatura, con un efecto


- 62 -

negativo en la mayoría de los casos. Sin embargo, la cantidad de XAD-2 presenta un efecto

positivo que disminuye a medida que aumenta el peso molecular del hidrocarburo. Por otra

parte, el flujo de muestreo tiene un efecto negativo en los hidrocarburos de bajo peso

molecular y positivo en los de alto peso molecular, aunque, en comparación con el resto de

los factores, es el que menos influye en la eficiencia de muestreo. La interacción más

importante para los hidrocarburos de bajo peso molecular tiene lugar entre la temperatura y la

cantidad de XAD-2. El efecto positivo de esta interacción pone de manifiesto que, la

disminución de la eficiencia de muestreo provocada por el aumento de la temperatura es

menos acusada a medida que la cantidad de XAD-2 aumenta. Para los hidrocarburos de alto

peso molecular, el valor de la interacción entre el flujo y la cantidad de XAD-2 indica la

existencia de un efecto sinérgico entre ambos factores.

En la Tabla II.9 se muestran las condiciones óptimas para llevar a cabo el muestro de

los hidrocarburos analizados, así como las recuperaciones obtenidas a partir del diseño

factorial. Tomando en consideración los resultados de las variables que pueden ser

controladas, flujo de muestreo y cantidad de XAD-2 en el cartucho, se han seleccionado sus

valores para alcanzar las condiciones óptimas de trabajo. Como se ha comentado

anteriormente, el flujo es una variable con una influencia escasa en la eficiencia de retención,

por tanto, a pesar de que valores de 4 L/min son ligeramente más favorables, se ha

0 2 4 6 8 10

C

B

AC

BC

AB

A

Efecto

9.56 - 5.28

0.23

0.78

- 3.53

5.23

II

0 10 20 30 40 50

BC

B

AB

AC

C

A - 40.9

23.6

18.8

5.10

- 3.40

- 2.40

I

Efecto

Figura II.10. Cartas de Pareto de los principales efectos en el diseño factorial del 2-

metilnaftaleno (I) y dibenzo(a,h)antraceno (II).


- 63 -

seleccionado 2 L/min con objeto de evitar que la materia particulada del humo pueda saturar

los filtros durante el tiempo de muestreo. Por otra parte, en la Tabla II.9 se puede observar

que, en aproximadamente el 80 % de todos los hidrocarburos analizados, la cantidad óptima

de XAD-2 en el cartucho es de 1.5 g.

Tabla II.9. Condiciones óptimas y recuperaciones obtenidas a partir del diseño factorial.

Condiciones óptimas Compuesto

A B C Recuperación (%)

HAPs

N 35 2 1.50 86.7

Aci 35 4 0.00 84.5

Ace 35 2 1.50 86.0

Fl 65 4 0.00 85.3

Fe 65 2 1.50 83.2

A 65 4 1.50 72.5

Ft 65 2 1.50 96.3

P 65 2 1.50 105

BFl-1 35 4 1.50 82.0

BFl-2 35 4 1.50 82.3

B(a)A 35 4 1.50 87.5

Cr 35 4 1.50 89.1

B(b+k)Fta 35 4 1.50 94.7

B(a)P 35 4 1.50 91.5

I(1,2,3-cd)P 35 4 1.50 90.4

diB(a,h)A 35 4 1.50 89.0

B(ghi)Per 35 4 1.50 92.3

HAPs metilados

2-MN 35 2 1.50 83.6

1-MN 35 2 1.50 82.5

diMN-1 35 4 0.00 85.1

diMN-2 35 4 0.00 86.3

diMN-3 35 2 1.50 86.1

diMN-4 35 4 0.00 89.6

2,3,5-triMN 35 4 0.00 88.9

1-MFe+1-MAa 65 2 1.50 75.0

3,6-diMFe 65 4 1.50 84.6

a Mezcla de HAPs no resuelta.


- 64 -

Puesto que la temperatura de muestreo viene fijada por las condiciones en las que se

realiza la combustión de los materiales vegetales, se han construido superficies de respuestas

considerando el efecto de la cantidad de XAD-2 y el flujo de muestro sobre el porcentaje de

recuperación de los HAPs, a diferentes temperaturas. Los resultados incluidos en la Figura

II.11, para dos HAPs representativos, el 2,3,5,-trimetilnaftaleno y el dibenzo(a,h)antraceno,

ponen de manifiesto que, a medida que disminuye la temperatura del humo, aumenta la

eficiencia del sistema de muestreo. Este efecto es más significativo en los hidrocarburos de

bajo peso molecular que en los de alto peso molecular. Sin embargo, incluso en condiciones

extremas de temperatura, las recuperaciones de los HAPs y sus derivados metilados pueden

ser consideradas aceptables según la Norma UNE-77250 [148], excepto para el naftaleno.

60

70

80

90

50

35

45

55

01.5 0.75 4

32

40

65

75

85

35 ºC

65 ºC

50 ºC

I

60

70

80

90

50

35

45

55

01.5 0.75 4

32

40

65

75

85

35 ºC

65 ºC

50 ºC

I

79

81

83

85

87

89

67

69

71

73

75

77

01.5 0.75 4

2

35 ºC

50 ºC

65 ºC

3

II

79

81

83

85

87

89

67

69

71

73

75

77

01.5 0.75 4

2

35 ºC

50 ºC

65 ºC

3

II

XAD-2 (g) XAD-2 (g)Flujo(L

/min)

Flujo(L/m

in)

Rec

uper

ació

n (%

)

Rec

uper

ació

n (%

)

Figura II.11. Superficies de respuestas estimadas a diferentes temperaturas de los efectos

cantidad de XAD-2 y flujo en la recuperación del 2,3,5-trimetilnaftaleno (I) y

dibenzo(a,h)antraceno (II), representativos de los hidrocarburos de bajo y alto

peso molecular respectivamente.


- 65 -

En atención a los resultados que se acaban de comentar, se ha procedido a realizar un

estudio mas detallado de la influencia de la temperatura en la retención de los hidrocarburos

procedentes de la combustión de biomasa en ahumaderos tradicionales. Con tal finalidad, se

han realizado algunas experiencias utilizando filtros a los que se añaden cantidades conocidas

de los patrones de HAPs y sus derivados metilados, disueltos en diclorometano (4 µg de cada

compuesto). En las condiciones experimentales previamente optimizadas, se hace pasar aire

saturado en humedad a las temperaturas de 35 y 65 ºC a través del sistema de muestreo. Una

vez finalizado el tiempo de muestreo, similar al utilizado en el ahumado artesanal de los

quesos, se han establecidos los contenidos de cada uno de los hidrocarburos estudiados, en el

filtro y el cartucho de PUF/XAD-2/PUF. A partir de estos resultados se ha determinado la

eficiencia de muestreo (EM) mediante la ecuación:

donde CC y CF son las cantidades de hidrocarburo presentes en el cartucho de

PUF/XAD-2/PUF y el filtro, respectivamente, después de que el aire pase a través del sistema

de muestreo y C0 es la cantidad inicial de hidrocarburo en el filtro.

Los resultados encontrados a ambas temperaturas se muestran en la Tabla II.10. Se

puede observar que, cuando la temperatura es igual a 35 ºC, los HAPs de pesos moleculares

comprendidos entre el naftaleno y el pireno, así como todos los derivados metilados, tienen

eficiencias de muestreo que, generalmente, son superiores al 70 %, mientras que para los

restantes HAPs tales eficiencias son inferiores o cercanas al 36 %. De esta manera, se pone de

manifiesto que los hidrocarburos pertenecientes al primer grupo son retenidos

preferentemente por el cartucho de PUF/XAD-2/PUF, mientras los HAPs más pesados son, en

su mayor parte, retenidos en el filtro.

EM (%) = x 100 CC

C0 - CF


- 66 -

Tabla II.10. Eficiencias de muestreo en el sistema PUF/XAD-2/PUF y retención a diferentes

temperaturas.

T= 35 ºC T= 65 ºC Compuesto

Filtro Cartucho EM (%) ER (%) Filtro Cartucho EM (%) ER (%) HAPs

N n.d. 3.15 78.8 78.8 n.d. 1.74 43.5 43.5

Aci n.d. 3.11 77.7 77.7 n.d. 2.46 61.4 61.4

Ace n.d. 3.29 82.3 82.3 n.d. 2.30 57.5 57.5

Fl 0.20 2.76 72.5 73.9 0.13 2.89 74.5 75.3

Fe 0.33 2.58 70.4 72.8 0.13 3.23 83.6 84.1

A 0.55 2.04 59.1 64.7 n.d. 2.91 72.8 72.8

Ft 0.25 3.00 80.1 81.3 n.d. 3.84 96.1 96.1

P 0.14 3.50 90.7 91.0 n.d. 4.22 105 105

BFl-1 2.42 0.55 34.9 74.2 0.43 2.05 57.4 62.0

BFl-2 2.50 0.47 31.3 74.2 0.44 1.95 54.9 59.9

B(a)A 2.94 0.27 25.5 80.3 0.57 2.21 64.2 69.3

Cr 2.97 0.31 30.1 82.0 0.95 1.69 55.4 66.0

B(b+k)Fta 3.05 0.35 36.2 84.8 1.50 1.25 49.8 68.6

B(a)P 3.02 n.d. 0.0 75.5 2.14 0.93 50.1 76.8

I(1,2,3-cd)P 2.97 0.36 34.5 83.2 2.65 0.28 20.6 73.2

diB(a,h)A 2.91 0.32 29.0 80.7 2.62 0.17 12.4 69.7

B(ghi)Per 2.99 0.32 31.3 82.6 2.67 0.18 13.8 71.4

HAPs metilados

2-MN 0.11 3.11 79.9 80.5 0.09 2.10 53.6 54.6

1-MN 0.06 3.12 79.1 79.5 0.05 2.06 52.2 52.8

diMN-1 0.13 3.14 81.2 81.8 0.12 2.42 62.4 63.5

diMN-2 0.08 3.21 82.0 82.4 0.08 2.30 58.6 59.5

diMN-3 n.d. 3.29 82.4 82.4 0.06 2.28 57.9 58.5

diMN-4 n.d. 3.38 84.6 84.6 n.d. 2.55 63.8 63.8

2,3,5-triMN 0.11 3.06 78.6 79.2 0.09 2.48 63.5 64.4

1-MFe+1-MA 0.52 2.21 63.3 68.1 n.d. 3.01 75.3 75.3

3,6-diMFe n.d. 3.04 75.9 75.9 n.d. 3.36 84.1 84.1

n.d. = no detectado. a Mezcla de HAPs no resuelta.


- 67 -

Los resultados obtenidos a temperaturas de 65 ºC muestran algunas diferencias en

relación al comportamiento descrito previamente. Así, la mayoría de los compuestos

pertenecientes al primer grupo presentan eficiencias de muestreo que son considerablemente

inferiores, con diferencias que, en general, son superiores al 15 % y, superando el 34 % en el

caso del naftaleno. Sin embargo, los HAPs más pesados, incluidos los derivados metilados del

fenantreno, presentan eficiencias de muestreo considerablemente superiores. En cualquier

caso, a 65 ºC aproximadamente el 85 % de todos los hidrocarburos analizados son más

retenidos por el cartucho de PUF/XAD-2/PUF que por el filtro.

A partir de estos resultados se puede establecer que, para determinar el contenido de

HAPs y sus derivados metilados en muestras de humo, es necesario el análisis combinado del

cartucho y el filtro. No obstante, las experiencias demuestran que, si la temperatura del humo

es suficientemente alta, se pueden perder cantidades relativamente altas de los HAPs de

menor peso molecular.

En atención a lo expuesto anteriormente, puede ser más representativo establecer la

eficiencia de retención (ER), según la ecuación:

donde CT representa la suma de los contenidos, obtenidos mediante análisis, de hidrocarburos

retenidos en el filtro y en el cartucho de PUF/XAD-2/PUF, mientras que C0 es la cantidad de

hidrocarburo añadida inicialmente en el filtro.

En la Tabla II.10 se puede observar que, para todos los hidrocarburos estudiados, las

eficiencias de retención son altas a la temperatura de 35 ºC, con valores que oscilan entre 64.7

y 91.0 %, y un valor medio de 76.2 %. Las experiencias realizadas a 65 ºC muestran

eficiencias de retención que, en general, son inferiores a las anteriores. Así, las eficiencias

correspondientes a los hidrocarburos de bajo peso molecular (naftaleno y sus derivados

metilados, acenafteno y acenaftileno) varían entre 44.3 y 63.8 %, con un valor medio de

57.3 %. Sin embargo, para los demás hidrocarburos, la eficiencia de retención presenta un

valor medio del 75.0 %, comprendido en el intervalo del 59.9 y 105 %. Los resultados

ER (%) = x 100 C0

CT


- 68 -

obtenidos permiten establecer que, aunque la inclusión de la resina XAD-2 supone una

aportación importante para la retención de los HAPs ligeros, el sistema es relativamente poco

eficaz para la retención de estos hidrocarburos. En consecuencia, esta circunstancia debe

tenerse en cuenta al proceder al análisis de muestras reales de humo.

II.3.1.2. Tratamiento del extracto de las muestras de humo

Como se ha comentado en la Parte Experimental del presente Capítulo, la disolución

procedente de la extracción de los HAPs retenidos en el sistema de muestreo es sometida a

procesos de secado, preconcentración y purificación, según el procedimiento descrito en la

Norma UNE-77250 [148], antes de su análisis por CG-EM. Puesto que durante estas etapas de

la metodología analítica se pueden producir pérdidas de los analitos, especialmente de

aquellos que son más volátiles, se ha procedido a establecer los errores asociados a las

mismas.

Con tal finalidad, se han realizado experiencias encaminadas a establecer el porcentaje

de recuperación de cada uno de los HAPs y derivados metilados estudiados, en el conjunto de

operaciones incluidas en el tratamiento de la muestra. El procedimiento seguido comienza con

la adición de una cantidad conocida de estos compuestos y de decafluorobifenilo (DFB),

patrón interno recomendado por la Norma UNE-77250 [148], a la disolución utilizada para la

extracción de los HAPs retenidos en el sistema de muestreo. A continuación, la disolución se

analiza siguiendo las diferentes etapas de secado, preconcentración y purificación de la

metodología analítica. Los resultados medios obtenidos se han agrupado en la Tabla II.11. La

recuperación media hallada para el DFB es del 92.4 %, mientras que los 28 hidrocarburos

estudiados presentan recuperaciones medias que oscilan entre 80.2 y 109 %. De acuerdo con

la Norma UNE-77250 [148], las recuperaciones se consideran satisfactorias si muestran

valores comprendidos entre el 75 y el 125 %. En consecuencia, se puede considerar que las

pérdidas asociadas al tratamiento de la disolución procedente de la extracción de los HAPs

retenidos en el sistema de muestreo son aceptables. Los valores de las desviaciones estándar

relativas son, en general, inferiores al 10 %.


- 69 -

Tabla II.11. Recuperaciones medias y desviaciones estándar relativas,

asociadas al tratamiento de las muestras para el análisis

de los hidrocarburos estudiados.

Compuesto Recuperación (%)a D.S.R. (%) DFB 92.4 3.61

HAPs N 83.9 5.60 Aci 80.5 2.37 Ace 85.8 7.23 Fl 96.2 6.35 Fe 81.2 4.84 A 80.2 6.69 Ft 87.4 8.18 P 86.3 8.80 BFl-1 109 10.9 BFl-2 105 9.47 B(a)A 93.6 9.60 Cr 95.0 6.31 B(b)Ft 91.5 10.9 B(k)Ft 93.3 8.72 B(a)P 88.3 6.78 I(1,2,3-cd)P 90.8 4.12 diB(a,h)A 90.6 2.83 B(ghi)Per 89.8 5.68

HAPs metilados 2-MN 82.3 5.42 1-MN 83.2 5.23 diMN-1 83.7 6.92 diMN-2 83.9 6.64 diMN-3 82.4 5.56 diMN-4 83.0 5.48 2,3,5-triMN 88.6 6.90 1-MFe 92.6 9.75 1-MA 91.6 10.6 3,6-diMFe 89.9 9.95

D.S.R. = Desviación estándar relativa. a Media de seis experiencias Ante la necesidad de postergar el análisis de las muestras después de ser tomadas y

tratadas, se ha propuesto el almacenamiento de las disoluciones procedentes de la extracción

de los HAPs retenidos en el sistema de muestreo, a temperaturas iguales o inferiores a 4 ºC.

Con objeto de comprobar el tiempo durante el que pueden conservarse estos extractos, sin


- 70 -

pérdidas excesivas, se ha procedido al análisis de una disolución patrón de los HAPs

estudiados, conservada a dicha temperatura en un refrigerador, a distintos tiempos. En la

Figura II.12 se muestra el gráfico de control correspondiente al fluoreno, compuesto tomado

como representativo de los hidrocarburos estudiados. En general, se observa que, durante 30

días de almacenamiento, no existen variaciones significativas en la concentración de los

HAPs y sus derivados metilados.

Por último, en el análisis de blancos constituidos por el filtro y el cartucho de

PUF/XAD-2/PUF no se observa contaminación en cantidades significativas por parte de los

hidrocarburos considerados. Estas comprobaciones también se han realizado con los

componentes del sistema de muestreo después de ser extraídos los HAPs retenidos en la etapa

de toma de muestra. El PUF y la resina XAD-2, después de ser lavados en un Soxhlet con éter

dietílico:n-hexano 1:9 v/v y diclorometano respectivamente, como se indica en la Parte

Experimental, pueden ser reutilizados. De esta forma, se han utilizado hasta 5 veces sin que

los resultados se vean afectados.

II.3.1.3. Análisis de HAPs mediante CG-EM

Existen diferentes técnicas analíticas apropiadas para la determinación de HAPs en

muestras de diversa naturaleza. En este trabajo, la selección de la metodología a utilizar ha

estado condicionada fundamentalmente por la complejidad de las muestras, constituidas por

2.05

2.10

2.15

2.20

2.25

2.30

2.35

0 5 10 15 20 25 30

Tiempo almacenamiento (días)

Con

cent

raci

ón (

mg/

L)

Media

Límite de aviso

Límite de control

Figura II.12. Estabilidad de las disoluciones de fluoreno con el tiempo de almacenamiento.


- 71 -

un elevado número de HAPs en concentraciones relativamente altas, y por la presencia en las

mismas de compuestos que sólo se diferencian por la posición que ocupa alguno de sus

sustituyentes en la molécula. El potencial de la cromatografía de gases para alcanzar

separaciones con resoluciones elevadas para muchos analitos, y la posibilidad que ofrece la

detección mediante espectrometría de masas de identificar y cuantificar compuestos que se

fragmenten de forma diferente, nos ha llevado a seleccionar la CG-EM como técnica analítica.

Las condiciones experimentales adecuadas para la determinación de los HAPs y sus

derivados metilados están descritas en la Parte Experimental del presente Capítulo. La

Figura II.13 muestra un cromatograma representativo, correspondiente a una disolución

patrón de los 28 hidrocarburos estudiados, los patrones internos deuterados y el patrón interno

de recuperación (DFB) en diclorometano. Se puede observar que, en general, se han

alcanzado buenas separaciones entre los compuestos analizados. Para los cuatro derivados

dimetilados del naftaleno y los dos benzoderivados del fluoreno, incluidos en la disolución

patrón empleada, aunque aparecen en el cromatograma con picos diferenciados, no ha sido

posible establecer una correspondencia entre las respectivas señales cromatográficas y la

naturaleza química de los isómeros.

Figura II.13. Cromatograma correspondiente a una disolución patrón de los 28 hidrocarburos

estudiados, los patrones internos deuterados y el DFB. Para la identificación de

picos, ver la Tabla II.12.

1 2

3

5 6 7

8

9

11

12

13

15

16

17

18

19

20 21

22

26

24 23

27 28

29 31 32 33

700

600

500

400

300

200

100

0 10 15 20 25 30 35 40 5

Tiempo (min)

K-C

uent

as

4

10

14 25

30


- 72 -

Tabla II.12. Tiempos medios de retención e iones moleculares de los compuestos

estudiados.

No.

Compuesto

Tiempo de retención

(min)a ±±±± D.S.

Ion molecular (m/z)

1 DFBb 9.15 ± 0.01 334

2 N 10.97 ± 0.02 128

3 2-MN 12.98 ± 0.01 142

4 1-MN 13.26 ± 0.01 142

5 diMN-1 14.83 ± 0.01 156

6 diMN-2 15.06 ± 0.01 156

7 diMN-3 15.39 ± 0.01 156

8 Aci 15.63 ± 0.01 152

9 diMN-4 15.97 ± 0.01 156

10 Ace-d10c 16.03 ± 0.02 164

11 Ace 16.14 ± 0.01 154

12 2,3,5-triMN 17.30 ± 0.01 170

13 Fl 17.68 ± 0.02 166

14 Fe-d10c 20.47 ± 0.02 188

15 Fe 20.55 ± 0.02 178

16 A 20.70 ± 0.01 178

17 1-MFe 22.35 ± 0.02 192

18 1-MA 22.39 ± 0.02 192

19 3,6-diMFe 23.36 ± 0.02 206

20 Ft 24.10 ± 0.01 202

21 P 24.78 ± 0.01 202

22 BFl-1 25.80 ± 0.02 216

23 BFl-2 26.01 ± 0.01 216

24 B(a)A 28.39 ± 0.01 228

25 Cr-d12c 28.41 ± 0.01 240

26 Cr 28.49 ± 0.01 228

27 B(b)Ft 31.45 ± 0.03 252

28 B(k)Ft 31.53 ± 0.01 252

29 B(a)P 32.45 ± 0.02 252

30 Per-d12c 32.65 ± 0.03 264

31 I(1,2,3-cd)P 37.09 ± 0.05 276

32 diB(a,h)A 37.22 ± 0.05 278

33 B(ghi)Per 38.40 ± 0.08 276

D.S. = Desviación estándar. a Media de cuatro experiencias. b Patrón interno utilizado en los estudios de recuperación de los HAPs. c Patrones internos utilizados en la cuantificación de los HAPs y sus derivados metilados.


- 73 -

La complejidad del cromatograma pone de manifiesto la necesidad de utilizar varios

patrones internos en la cuantificación. En la Tabla II.12 se muestran los tiempos medios de

retención de los hidrocarburos analizados y de los derivados deuterados usados como patrones

internos de cuantificación, y del patrón de recuperación, así como los iones moleculares

seleccionados en la cuantificación de cada uno de los hidrocarburos. Atendiendo al

comportamiento cromatográfico, los patrones internos deuterados se utilizan en la

cuantificación de los siguientes grupos de HAPs:

Acenafteno-d10 Fenantreno-d10 Criseno-d12 Perileno-d12

Naftaleno Fenantreno Benzo(a)antraceno Benzo(b)fluoranteno

1-Metilnaftaleno Antraceno Criseno Benzo(b)fluoranteno

2-Metilnaftaleno 1-Metilfenantreno Benzofluoreno-1 Benzo(a)pireno

Dimetilnaftaleno-1 1-Metilantraceno Benzofluoreno-2 Indeno(1,2,3-cd)pireno

Dimetilnaftaleno-2 3,6-Dimetilfenantreno Dibenzo(a,h)antraceno

Dimetilnaftaleno-3 Fluoranteno Benzo(ghi)perileno

Dimetilnaftaleno-4 Pireno

2,3,5-Trimetilnaftaleno

Acenaftileno

Acenafteno

Fluoreno

Para la cuantificación de los hidrocarburos se utiliza el método del patrón interno. Los

gráficos de calibración se construyen representando las relaciones entre las áreas de pico

correspondientes al ión molecular seleccionado del hidrocarburo en estudio y la de su

respectivo patrón interno, frente a las relaciones entre las concentraciones de las disoluciones

patrón y la de su patrón interno. Para la construcción de las curvas de calibrado se han

utilizado siete niveles de concentración comprendidos entre 0.4 y 4.2 mg/L.

Los parámetros de calidad del método cromatográfico se muestran en la Tabla II.13.

En todos los casos, se obtienen relaciones lineales con valores de coeficientes de correlación

que oscilan entre 0.996 y 0.999. Los límites de detección para el método cromatográfico,

calculados como tres veces la desviación estándar de los residuales dividido por la pendiente

[156], se encuentran comprendidos entre 0.05 y 0.14 mg/L, equivalentes a 1.3 y 3.5 µg/m3 en

las muestras de humo.


- 74 -

Tabla II.13. Parámetros de calidad del método cromatográfico.

Compuesto Pendiente ±±±± D.S. Ord. Origen ±±±± D.S. R2 L.D. (mg/L)a L.D. (µµµµg/m3)b

HAPs

N 1.844 ± 0.019 0.029 ± 0.022 0.999 0.05 1.3

Aci 1.491 ± 0.018 -0.061 ± 0.022 0.999 0.06 1.5

Ace 1.122 ± 0.013 -0.025 ± 0.015 0.999 0.06 1.5

Fl 1.116 ± 0.013 -0.056 ± 0.015 0.999 0.06 1.5

Fe 1.164 ± 0.022 -0.050 ± 0.026 0.998 0.09 2.3

A 1.025 ± 0.014 -0.025 ± 0.016 0.999 0.07 1.8

Ft 0.862 ± 0.015 0.026 ± 0.018 0.998 0.09 2.3

P 0.790 ± 0.018 0.032 ± 0.021 0.998 0.11 2.8

BFl-1 0.790 ± 0.015 -0.023 ± 0.018 0.998 0.10 2.5

BFl-2 0.774 ± 0.007 0.010 ± 0.009 0.999 0.05 1.3

B(a)A 1.011 ± 0.026 -0.291 ± 0.030 0.996 0.13 3.3

Cr 1.442 ± 0.015 0.038 ± 0.017 0.999 0.05 1.3

B(b)Ft 0.895 ± 0.025 -0.085 ± 0.029 0.996 0.14 3.5

B(k)Ft 1.270 ± 0.018 0.030 ± 0.021 0.999 0.07 1.8

B(a)P 0.719 ± 0.010 -0.054 ± 0.012 0.999 0.07 1.8

I(1,2,3-cd)P 0.873 ± 0.010 0.006 ± 0.011 0.999 0.06 1.5

diB(a,h)A 0.753 ± 0.011 -0.061 ± 0.013 0.999 0.08 2.0

B(ghi)Per 0.966 ± 0.011 0.001 ± 0.013 0.999 0.06 1.5

HAPs metilados

2-MN 1.168 ± 0.013 -0.038 ± 0.016 0.999 0.06 1.5

1-MN 0.954 ± 0.010 -0.018 ± 0.012 0.999 0.05 1.3

diMN-1 1.193 ± 0.015 -0.062 ± 0.018 0.999 0.07 1.8

diMN-2 1.219 ± 0.012 -0.013 ± 0.014 0.999 0.05 1.3

diMN-3 1.240 ± 0.015 -0.020 ± 0.017 0.999 0.06 1.5

diMN-4 1.090 ± 0.011 -0.031 ± 0.013 0.999 0.05 1.3

2,3,5-triMN 1.520 ± 0.014 -0.037 ± 0.016 0.999 0.05 1.3

1-MFe 0.476 ± 0.007 -0.045 ± 0.008 0.999 0.08 2.0

1-MA 0.911 ± 0.010 0.024 ± 0.012 0.999 0.06 1.5

3,6-diMFe 0.902 ± 0.025 0.017 ± 0.029 0.996 0.14 3.5

D.S.R. = Desviación estándar relativa. a Límite de detección para el método cromatográfico. b Límite de detección en las muestras de humo.

Con objeto de evaluar la reproducibilidad del sistema cromatográfico, se han analizado

diferentes disoluciones con concentraciones de 1 mg/L de cada uno de los hidrocarburos

estudiados, durante cuatro días. Los resultados, agrupados en la Tabla II.14, muestran que las


- 75 -

concentraciones medias halladas oscilan entre 0.93 y 1.05 mg/L. Los valores correspondientes

a las desviaciones estándar relativas oscilan entre 1.67 y 5.27 %.

Tabla II.14. Reproducibilidad del método cromatográfico.

Compuesto Hallado (mg/L)a D.S.R (%)

HAPs

N 1.02 1.67

Aci 0.96 3.58

Ace 0.98 2.87

Fl 0.98 2.99

Fe 0.93 2.80

A 0.94 3.89

Ft 0.96 3.74

P 1.00 4.45

BFl-1 0.93 2.41

BFl-2 0.97 4.69

B(a)A 0.93 1.82

Cr 1.05 3.46

B(b)Ft 0.93 4.41

B(k)Ft 0.99 5.27

B(a)P 0.96 4.36

I(1,2,3-cd)P 0.97 5.21

diB(a,h)A 0.94 2.42

B(ghi)Per 1.00 2.88

HAPs metilados

2-MN 0.96 3.98

1-MN 1.00 2.94

diMN-1 0.96 2.14

diMN-2 0.97 3.18

diMN-3 0.98 3.17

diMN-4 0.99 1.70

2,3,5-triMN 0.96 3.20

1-MFe 0.93 2.69

1-MA 0.98 2.52

3,6-diMFe 0.95 3.46

D.S.R. = Desviación estándar relativa. a Media de cuatro determinaciones.


- 76 -

Las condiciones experimentales establecidas para el muestreo y el tratamiento de

muestra, se han utilizado para la determinación de HAPs y sus derivados metilados en humos

procedentes de la combustión de los seis tipos de biomasa en los dos ahumaderos descritos en

la Parte Experimental de este Capítulo. La Figura II.14 muestra un cromatograma

representativo procedente de una muestra de humo producido por la combustión de madera de

pino canario. Los cromatogramas de todas las muestras de humo son complejos, sin embargo,

con la metodología propuesta es posible identificar y cuantificar casi todos los hidrocarburos

estudiados. Además, al comparar los espectros de masas de los hidrocarburos identificados en

las muestras de humo con los almacenados en la librería NIST v.1.7a, se obtienen valores que

pueden considerarse aceptables (≥ 75.0 % de coincidencia). En la Figura II.15 se muestran los

espectros de masas del acenaftileno y benzo(a)pireno, como compuestos representativos de

los hidrocarburos de bajo y alto peso molecular. Se puede observar la gran similitud que

existe entre los espectros de masas de los hidrocarburos presentes en las muestras de humo y

los correspondientes a los de la librería.

27.5 10 12.5 15 17.5 20 22.5 25 0.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

2

3

4 5

6

7

8

11

12

13

15

16 18

21 20 23 22

1

Tiempo (min)

M-C

uent

as

35.0 40.0 30.0 32.5 37.5 0

10

20

30

40

27.5

24 26

28 31

29 32 33

Tiempo (min)

K-C

uent

as

Figura II.14. Cromatograma representativo de una muestra de humo procedente de la

combustión de madera de pino canario. Para la identificación de picos, ver

la Tabla II.12.


- 77 -

II.3.2. CONTENIDO DE HAPs EN HUMOS DE BIOMASA

Se han determinado los contenidos de HAPs y sus derivados metilados en un total de

114 muestras procedentes de la combustión de maderas de pino, jara y brezo, acícula de pino,

tunera seca y cáscara de almendra en los dos tipos de ahumaderos considerados, con la

distribución que se indica en la Tabla II.15.

50 100 150 200 250 300

63

152

170 186 204

76 98 126

152

243

350 0

25

50

75

100

0 25

50

75

100 A

bund

anci

a re

lativ

a (%

)

m/z

Muestra de humo

Librería

Acenaftileno

50 100 150 200 250 300 350 0

25

50

75

100

0

25

50

75

100

Ab

unda

ncia

rel

ativ

a (%

)

m/z

252

252

147

73 147

150 224 200

190 215

Muestra de humo

Librería

Benzo(a)pireno

Figura II.15. Comparación de espectros de masas del acenaftileno y benzo(a)pireno,

obtenidos a partir del cromatograma de una muestra de humo y de los

almacenados en la librería NIST v.1.7a, como compuestos representativos

de los hidrocarburos de bajo y alto peso molecular.


- 78 -

Tabla II.15. Muestras de humo tomadas para el análisis de HAPs y sus

derivados metilados.

Número de muestras Biomasa

Horno Bidón

Pino 11 8

Jara 14 4

Brezo 14 6

Acícula de pino 11 8

Tunera seca 11 8

Cáscara de almendra 11 8

Como se ha comentado anteriormente, la temperatura del humo en el punto de

muestreo constituye una variable que influye significativamente en la eficiencia de retención

de los HAPs en el sistema de muestreo, con un efecto negativo. Aunque se trata de una

variable que no se controla experimentalmente, afortunadamente los operarios procuran que

dicha temperatura se mantenga a valores bajos, para evitar que el alimento a ahumar se vea

afectado negativamente.

Por otra parte, al tomar en consideración el tratamiento de las disoluciones

procedentes de la extracción de los HAPs retenidos en el sistema de muestreo, se han añadido

a los extractos cantidades conocidas de decafluorobifenilo, patrón interno recomendado por la

Norma UNE-77250 [148], y se ha establecido la recuperación en cada una de las muestras de

humo analizadas. El valor medio obtenido es de 82.3 % que se debe considerar como

aceptable, según la Norma UNE a la que se ha hecho referencia.

En otro orden de cosas, con objeto de evaluar la sistemática a utilizar en el tratamiento

de los resultados, se ha aplicado el test de Kolmogorov-Smirnov. El test compara, en términos

estadísticos, la función de distribución de los resultados obtenidos con la teórica y calcula la

discrepancia máxima, en valor absoluto, entre la distribución observada y la teórica,

proporcionando asimismo un valor de probabilidad p [157,158]. En general, los resultados

obtenidos muestran que las concentraciones correspondientes a cada uno de los hidrocarburos

analizados, en el humo procedente de la combustión de cada tipo de material, no siguen una

distribución normal, a un nivel de significación del 95 %. Por consiguiente, se han utilizado

métodos no paramétricos en el tratamiento estadístico de los resultados [158].


- 79 -

II.3.2.1. Influencia de la naturaleza de la biomasa y del tipo de ahumadero

Las Tablas II.16 y II.17 son representativas de los resultados correspondientes a los

contenidos de cada uno de los 28 HAPs seleccionados en este estudio, obtenidos en el

conjunto de los procesos de combustión representativos de los distintos tipos de biomasa y

realizados en los dos dispositivos empleados, horno y bidón, respectivamente. Dichas Tablas

contienen las medianas obtenidas a partir de las concentraciones determinadas para cada HAP

en las muestras de humo obtenidas al quemar las distintas porciones de un mismo tipo de

biomasa. Para los seis tipos de materiales utilizados, los valores de HAPs totales

corresponden a las medianas obtenidas a partir del total de los HAPs en cada una de las

muestras de humo. Con objeto de evitar la influencia de la presión y la temperatura durante el

muestreo del humo, la concentración de los hidrocarburos ha sido expresada en condiciones

normales (T = 25 ºC, P = 1 atm).

En las distintas muestras de humo analizadas, se observa que los cinco compuestos

más abundantes en los humos estudiados son el naftaleno, 1-metilnaftaleno, 2-metilnaftaleno,

acenaftileno y fenantreno. En los dos tipos de ahumaderos, la aportación de estos cinco

hidrocarburos al contenido total de HAPs en las muestras de humo varía entre el 61.6 y

73.0 %. En un número reducido de muestras, el fluoreno y algunos derivados dimetilados del

naftaleno pueden encontrarse entre los cinco compuestos mayoritarios. Estos resultados

concuerdan con los publicados por otros autores para humos de distintos tipos de materiales

como madera de roble [130], y residuos de corcho [143] y madera [33].

El contenido de hidrocarburos de dos y tres anillos, ha sido relacionado con las

características de los procesos de combustión [33]. En general, valores altos de las

concentraciones de estos HAPs suelen asociarse con combustiones en atmósferas pobres en

oxígeno, más que con otras variables de operación. Aunque nos limitemos a tomar en

consideración a los HAPs sin sustituyentes, la presencia de los derivados con dos y tres

anillos en las muestras de humo analizadas es ampliamente mayoritaria. En efecto, la suma de

los contenidos de naftaleno, acenaftileno, acenafteno, fluoreno, fenantreno y antraceno,

representan porcentajes comprendidos entre 78.6 y 89.8 %, sobre el total de HAPs sin

sustituyentes.


- 80 -

Tabla II.16. Concentración de HAPs y sus derivados (µg/m3) procedentes de la combustión en

horno de los seis tipos de materiales estudiados.

Biomasa Compuesto

Pinoa Jarab Brezob Acículaa Tuneraa Almendraa

HAPs

N 907.8 764.3 542.8 855.8 175.9 154.3

Aci 180.3 185.6 122.1 128.2 25.6 31.6

Ace 28.6 23.5 17.5 16.3 2.2 5.1

Fl 114.0 134.3 110.8 87.7 8.7 30.9

Fe 244.4 232.5 143.6 141.0 30.0 58.2

A 57.9 63.5 41.7 28.4 7.7 14.6

Ft 27.7 24.3 14.9 24.3 8.9 8.8

P 30.3 19.9 13.4 15.2 4.9 7.2

BFl-1 18.0 42.2 25.6 17.5 7.9 5.6

BFl-2 21.3 32.9 17.2 14.4 6.3 5.9

B(a)A 34.6 18.1 14.5 19.9 8.6 8.2

Cr 23.1 13.5 7.8 15.5 6.0 3.4

B(b)Ft 22.3 18.8 11.6 22.1 5.6 5.2

B(k)Ft n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d.

B(a)P 21.7 10.0 6.6 14.1 4.0 4.3

I(1,2,3-cd)P 6.4 6.9 3.4 n.d. n.d. n.d.

diB(a,h)A n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d.

B(ghi)Per 5.3 6.7 3.9 n.d. n.d. n.d.

HAPs metilados

2-MN 382.2 337.9 228.3 226.7 31.8 81.9

1-MN 248.9 220.1 150.3 177.9 23.2 47.1

diMN-1 78.9 95.5 82.7 77.0 5.1 25.8

diMN-2 99.0 107.5 83.1 73.9 4.0 27.2

diMN-3 55.6 60.2 32.1 39.3 2.4 16.1

diMN-4 4.0 n.d. n.d. 3.4 n.d. n.d.

2,3,5-triMN 35.3 36.1 70.4 30.1 2.5 11.3

1-MFe n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d.

1-MA 67.5 23.9 11.8 32.1 n.d. 11.4

3,6-diMFe 21.8 n.d. n.d. 7.5 n.d. n.d.

(HAPs Totales)mediana 3104 2547 1898 2119 404.8 583.9

n.d. = no detectado. a número de muestras de humo (n) = 11. bn = 14.


- 81 -

Tabla II.17. Concentración de HAPs y sus derivados (µg/m3) procedentes de la combustión en

bidón de los seis tipos de materiales estudiados.

Biomasa Compuesto

Pinoa Jarab Brezoc Acículaa Tuneraa Almendraa

HAPs

N 204.9 582.8 78.1 280.7 275.3 104.5 Aci 70.9 219.4 19.9 122.8 106.1 21.5 Ace 8.6 13.2 2.2 13.0 11.3 4.5 Fl 44.2 74.9 10.0 55.8 52.0 21.2 Fe 74.0 122.2 19.0 86.7 83.8 30.7 A 21.6 31.2 4.7 23.4 21.3 9.7 Ft 22.9 25.5 5.9 23.8 17.3 6.4 P 21.6 24.1 6.0 24.8 16.1 5.8 BFl-1 13.8 16.9 4.1 12.3 13.0 4.6 BFl-2 13.6 12.9 2.5 11.3 10.6 3.2 B(a)A 14.9 15.0 8.7 13.8 12.7 8.1 Cr 5.8 9.8 n.d. 6.8 6.8 2.9 B(b)Ft 10.5 20.5 n.d. 9.1 10.3 4.3 B(k)Ft n.d. 11.4 n.d. n.d. n.d. n.d. B(a)P 9.0 18.3 n.d. 7.0 7.3 3.5 I(1,2,3-cd)P 3.2 10.8 n.d. 2.6 2.7 n.d.

diB(a,h)A n.d. 6.4 n.d. n.d. n.d. n.d. B(ghi)Per n.d. 11.8 n.d. 2.9 1.6 n.d.

HAPs metilados 2-MN 95.6 142.4 29.6 116.0 99.4 50.9 1-MN 64.1 103.2 19.1 82.1 76.3 32.5 diMN-1 26.0 26.9 7.9 29.8 30.7 15.6 diMN-2 29.4 31.1 7.2 26.9 29.3 14.7 diMN-3 16.5 18.0 4.1 17.9 19.1 8.8 diMN-4 1.7 n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. 2,3,5-triMN 10.9 9.3 6.9 13.4 13.1 7.1 1-MFe n.d. n.d. n.d. n.d. 2.0 n.d.

1-MA 20.2 8.2 n.d. 21.4 13.4 6.5

3,6-diMFe n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. (HAPs Totales)mediana 792.1 1604 251.8 1067 945.1 390.1

n.d. = no detectado. a número de muestras de humo (n) = 8. bn = 4. cn = 6.


- 82 -

Por otra parte, en los dos dispositivos utilizados para realizar la combustión, algunos

compuestos como el benzo(k)fluoranteno, indeno(1,2,3-cd)pireno, dibenzo(a,h)antraceno,

benzo(ghi)perileno, dimetilnaftaleno-4, 1-metilfenantreno y 3,6-dimetilfenantreno no han sido

detectados en un número considerable de muestras de humo, o bien sus concentraciones

contribuyen en un porcentaje próximo o inferior al 0.5 % del total de HAPs.

Con frecuencia, algunos derivados metilados del fenantreno y antraceno han sido

citados como constituyentes importantes en las emisiones de vehículos a motor [159,160]. Sin

embargo, son pocos los trabajos que incluyen información acerca del contenido de los

derivados metilados de HAPs en el humo procedente de la combustión de biomasa. Los

resultados obtenidos muestran que estos derivados también representan un porcentaje

importante, con respecto al total de HAPs contenidos en las emisiones producidas por la

combustión de biomasa. En los dos tipos de dispositivos utilizados para la combustión, las

medianas correspondientes a las concentraciones de los derivados metilados estudiados

suponen entre un 17.1 y un 37.8 % de los HAPs presentes en las muestras de humo. Los

resultados obtenidos por Westerholm y col. [160], en humos procedentes de los tubos de

escape de vehículos pesados, muestran que los HAPs metilados representan entre un 12.6 y un

57.1 % del total de los HAPs.

Atendiendo a los contenidos de los compuestos individuales, destacan los altos valores

encontrados para el naftaleno en todas las muestras de humo. A pesar de que el procedimiento

analítico utilizado es relativamente poco eficaz para su retención, las medianas de las

concentraciones representativas de las distintas muestras de humo analizadas, presentan

valores que oscilan entre un 25.9 y un 43.5 % del total de HAPs.

Con objeto de comparar los resultados obtenidos, para los distintos tipos de biomasa y

ahumaderos, se ha realizado un análisis exploratorio de datos. En la Figura II.16 se muestra

una representación del tipo “cajas y bigotes” en la que se puede observar la variabilidad de

los contenidos totales de HAPs en cada uno de los dispositivos y materiales empleados para la

combustión. Las medianas de las concentraciones presentan valores comprendidos entre 404.8

y 3104 µg/m3 para las emisiones en horno; y entre 251.8 y 1604 µg/m3, para las

representativas de las combustiones realizadas en bidón. Tomando en consideración los

intervalos intercuartílicos, se observan los siguientes valores extremos: 136.4 y 4189 µg/m3 en


- 83 -

horno y 176.6 y 2736 µg/m3 en bidón. Estos resultados son comparables a los obtenidos por

Kakareka y col.[133], y por Hattula y col. [161] en humos procedentes de la combustión de

residuos agrícolas (550.4 µg/m3) y madera de aliso (2300 µg/m3), respectivamente.

En atención a los resultados expuestos, puede concluirse que, en general, la

combustión de maderas de pino, jara y brezo, y acícula de pino en horno, produce humos con

concentraciones totales de HAPs que, en términos estadísticos, son significativamente

superiores a las que se obtienen en los humos de tunera o cáscara de almendra. Cuando los

mismos materiales se queman en bidón, los contenidos de HAPs emitidos son, en general,

inferiores a los obtenidos cuando la combustión se realiza en horno. En el caso de la

combustión de madera de brezo y cáscara de almendra, en bidón, los contenidos totales de

Figura II.16. Representación del tipo “cajas y bigotes” de datos no paramétricos

correspondientes a los contenidos totales de HAPs y derivados, en los humos

procedentes de la combustión de maderas de pino (A), jara (B) y brezo (C), acícula

de pino (D), tunera (E) y cáscara de almendra (F), en horno y bidón. (o) Datos

anómalos.

0

2

4

6

8

Horno Bidón

A B C D E F A B C D E F

HA

Ps

Tot

ales

(µµ µµg

/m3 )

x 10

-3

9


- 84 -

hidrocarburos emitidos, son significativamente menores a los hallados para acícula de pino en

bidón, y para el humo de maderas de pino, jara y brezo, y acícula de pino, en horno. De

acuerdo con los valores de las medianas, el contenido total de HAPs emitidos durante la

combustión en bidón, disminuye en el orden: jara > acícula de pino > tunera > pino > cáscara

de almendra > brezo, mientras que si la combustión se realiza en horno, el orden es el

siguiente: pino > jara > acícula de pino > brezo > cáscara de almendra > tunera.

Por otra parte, al comparar las medianas de las concentraciones totales de HAPs

obtenidas, cuando la combustión de los distintos materiales se realiza por diferentes operarios,

Tabla II.18, se observan diferencias significativas en algunos de los resultados obtenidos.

Tabla II.18. Medianas de las concentraciones totales de HAPs

(µg/m3) en humos producidos por diferentes operarios.

Operario Biomasa

A B

Horno

Pino 3384 1487

Jara 2471 -

Brezo 1391 -

Acícula de pino 2696 1832

Tunera 1514 133.3

Cáscara de almendra 801.2 480.9

Bidón

Pino 3051 547.1

Jara 2417 1097

Brezo 2164 183.6

Acícula de pino 2098 702.3

Tunera 2711 384.2

Cáscara de almendra 631.4 182.4

II.3.2.2. Relación con las características del proc eso de combustión

Como se ha comentado en el Capítulo I de la presente Tesis, la composición química

del humo depende de numerosos factores, como la naturaleza y tamaño de la biomasa

utilizada, temperatura del proceso de combustión, contenido en humedad de la biomasa y


- 85 -

presencia de oxigeno durante la combustión. Además, los operarios encargados de realizar la

combustión de los materiales también ejercen una gran influencia, aunque sea indirecta, en

aspectos tan importantes para los procesos de combustión como son la temperatura y el

contenido en oxígeno.

Por otra parte, entre los objetivos de la Tesis figura el que la composición química del

humo debe ser representativa, en la medida de lo posible, del utilizado en Canarias para el

ahumado del queso. En consecuencia, las muestras de humo analizadas se han obtenido en

condiciones similares a las utilizadas por los ahumadores artesanales, e incluso con la

participación de alguno de ellos. En todo caso, no es posible utilizar diseños experimentales

que permitan establecer la influencia de cada variable, considerada individualmente, o prever

el efecto conjunto de diferentes variables operacionales, en el contenido de hidrocarburos

presentes en el humo.

En atención a lo expuesto y como información adicional acerca de las características

del proceso de combustión, se han medido las temperaturas y concentraciones de monóxido

de carbono, representativas del humo muestreado para realizar las determinaciones de HAPs y

sus derivados metilados. Se han realizado 52 determinaciones representativas de procesos de

combustión en horno y 30 en muestras de humo obtenidas en el bidón.

Los resultados agrupados en la Tabla II.19 muestran que, en el humo procedente de la

combustión de acícula de pino en horno o madera de pino en bidón, se obtienen temperaturas

cuyas medianas presentan valores superiores a 50 ºC. En los restantes casos, los humos

presentan temperaturas comprendidas entre 21.6 y 36.9 ºC, en horno, y entre 36.1 y 46.5 ºC

para los humos producidos en el bidón. El hecho de que las temperaturas obtenidas en el

horno sean ligeramente inferiores a las encontradas en el bidón, excepto para la acícula de

pino, puede ser debido a que la distancia entre la zona donde se produce la combustión y el

punto de muestreo es mayor en el horno que en el bidón.


- 86 -

Tabla II.19. Medianas y rangos de temperaturas y concentraciones de CO en los

humos procedentes de los procesos de combustión de los seis tipos de

biomasa estudiados, en horno y bidón.

Biomasa Temperatura (ºC) CO (mg/m3)

Horno

Pino 31.1 (26.8-53.9) 8417 (4060-11174)

Jara 35.6 (30.1-59.5) 5148 (2334-10487)

Brezo 36.9 (31.6-51.3) 5711 (2409-9654)

Acícula de pino 53.9 (30.4-56.7) 5690 (5094-11412)

Tunera 21.6 (20.1-40.1) 3553 (352-6533)

Cáscara de almendra 26.6 (20.4-46.9) 2083 (1129-3890)

Bidón

Pino 56.1 (32.1-68.0) 2087 (1409-3189)

Jara 45.7 (40.9-62.4) 1115 (894-1648)

Brezo 46.5 (35.8-53.5) 885 (643-1162)

Acícula de pino 36.1 (31.7-48.1) 1050 (443-3026)

Tunera 38.9 (26.2-47.0) 475 (8-1548)

Cáscara de almendra 36.7 (34.0-39.2) 612 (93-1448)

Los contenidos en monóxido de carbono presentan diferencias más nítidas. Los

resultados parecen indicar que, en las condiciones de combustión utilizadas por los diferentes

operarios, la concentración de monóxido de carbono en el humo está más afectada por el tipo

de ahumadero que por la naturaleza de la biomasa. En general, para cada uno de los

materiales, los humos procedentes de la combustión en horno, presentan contenidos en

monóxido de carbono superiores a los que se obtienen cuando se utiliza el bidón. Además, al

comparar entre materiales, se observa que, en el humo procedente de la combustión de las

maderas de pino, jara y brezo, y acícula de pino, los contenidos en monóxido de carbono son

superiores a los que se encuentran en el humo obtenido a partir de la tunera o cáscara de

almendra. En cualquier caso, los resultados correspondientes a las concentraciones de

monóxido de carbono muestran que hay un déficit de oxígeno (condiciones reductoras) en la

zona donde de produce el ahumado del alimento.

El monóxido de carbono y los HAPs son compuestos característicos de procesos de

combustión incompleta y, a su vez, sus concentraciones están íntimamente relacionadas con la

temperatura a la que se produce la combustión [144,162]. Aunque esta relación sólo se refiere

a la zona donde se produce la combustión, se puede extender a las medidas realizadas en este


- 87 -

trabajo con objeto de explicar por qué la combustión de la biomasa en el horno, realizada en

atmósferas más reductoras que en el bidón, produce concentraciones de HAPs totales más

elevadas. En este sentido, los resultados obtenidos muestran que existen correlaciones

significativas, a un nivel de confianza del 95 %, entre las temperaturas y los contenidos en

monóxido de carbono, y la concentración total de HAPs producidos en los procesos de

combustión, sin diferenciar entre los dos dispositivos utilizados. Los valores correspondientes

a los coeficientes de correlación de Spearman (Rs) son: 0.50 y 0.47, para las correlaciones

CO-HAPs totales y temperatura-HAPs totales, respectivamente, Figura II.17.

En la literatura se encuentra bien documentado que durante los procesos de pirólisis, al

aumentar la cantidad de monóxido de carbono presente en el humo, aumenta la cantidad de

HAPs y que, además, la variación de la temperatura de combustión modifica ambos

parámetros [33,137]. Ha de tenerse en cuenta que un aumento de la relación molar entre el

CO y HAPs, provocada por un incremento de la temperatura, puede ser atribuido a la

oxidación parcial del carbón sólido originado en la combustión, así como a la oxidación

parcial de hidrocarburos alifáticos y aromáticos ligeros presentes en el gas emitido [33]. En

cualquier caso, aumentos de la temperatura de combustión en el intervalo comprendido entre

Figura II.17. Correlaciones entre la concentración total de HAPs y, el contenido en monóxido de

carbono (A) y la temperatura (B) en las muestras de humo (n =78) procedentes de

la combustión de los seis tipos de biomasa en los dos ahumaderos estudiados.

0.0 1.5 3.0 4.5 6.0 7.5 9.0

0

2

4

6

8

10

12

HAPs Totales ( µµµµg/m 3) x 10-3

CO

(m

g/m

3 ) x

10-3

HAPs Totales ( µµµµg/m 3) x 10-3

30

40

50

60

70

0 1.5 3.0 4.5 6.0 7.5 9.0

Tem

pera

tura

(ºC

)

A B

20


- 88 -

600 y 900-950 ºC, suelen provocar aumentos en las concentraciones individuales y totales de

los hidrocarburos emitidos [33-36]. Asimismo, a medida que aumenta la temperatura, la

producción de hidrocarburos ligeros se ve desfavorecida, en favor de otros con mayor peso

molecular [34].

II.3.2.3. Relación entre los contenidos de HAPs en las muestras de humo

II.3.2.3.1. Relaciones entre concentraciones absolutas. Participación del naftaleno en

la formación de los HAPs

Los resultados obtenidos ponen de manifiesto que, incluso para las muestras de humo

representativas de un mismo material en un dispositivo de ahumado determinado, existen

diferencias considerables en los contenidos hallados de HAPs. No obstante, en los apartados

anteriores se ha puesto de manifiesto que existen determinados HAPs cuyas concentraciones

suelen ser predominantes en las muestras de humo, que existen un cierto orden en cuanto a la

secuencia de dichas concentraciones y que los contenidos de HAPs guardan relación con las

concentraciones de monóxido de carbono y con la temperatura del humo.

Por otra parte, la existencia de relaciones entre las concentraciones de los HAPs

contenidos en los distintos tipos de muestras de humo, puede ser de considerable utilidad,

como indicio acerca de los mecanismos de formación de estos compuestos, para realizar

previsiones acerca de contenidos totales a partir de medidas individuales, etc. Con tal

finalidad, se han intentado establecer distintas relaciones que puedan existir entre los

contenidos de HAPs en las muestras de humo.

En la Figura II.18.A se han representado las concentraciones de HAPs totales frente a

las concentraciones de HAPs no metilados ((HAPs)NM), en cada una de las 114 muestras de

humo analizadas. Se puede observar la magnífica correlación (Rs = 0.99) que existe entre

ambos parámetros. La pendiente de la recta pone de manifiesto que para el conjunto de las

muestras de humo, la relación HAPs totales/(HAPs)NM es 1.5 (intervalo intercuartílico

comprendido entre 1.3 y 1.7), equivalente a un contenido del 66.7 % de HAPs en los humos

de biomasa. Es decir que, para el conjunto de muestras analizadas, con independencia del tipo


- 89 -

de biomasa utilizada y del ahumadero empleado, dos terceras partes del contenido de HAPs

corresponden a los derivados sin sustituyentes.

Por otra parte, en la Figura II.18.B se han representado los contenidos de HAPs totales

y de naftaleno, hidrocarburo mayoritario en las muestras de humo, para el conjunto de las

muestras analizadas. El elevado coeficiente de correlación obtenido (Rs = 0.98) pone de

manifiesto que las concentraciones de HAPs totales y las correspondientes al naftaleno,

emitidos durante la combustión de los seis materiales en los dos dispositivos utilizados, se ven

afectadas de igual forma por las variables de los procesos de combustión. Además, la estrecha

relación encontrada entre los parámetros comparados, permite proponer al naftaleno como un

indicador del contenido total de hidrocarburos en los humos producidos en las condiciones

anteriormente mencionadas. La ecuación obtenida es la siguiente:

HAPs Totales (µg/m3) = 2.9 N (µg/m3) + 79.5

Intervalo intercuartílico:

Pendiente = 2.5−3.2

Ordenada en el origen = -56.4−265.7

Figura II.18. Correlaciones entre las concentraciones totales de HAPs y, (HAPs)NM (A) y

naftaleno (B) en las muestras de humo (n =114) procedentes de la combustión de

los seis tipos de biomasa en los dos ahumaderos estudiados.

HA

Ps

Tot

ales

(µµ µµg

/m3 )

x 10

-3

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 1 2 3 N (µµµµg/m 3) x 10-3

4

HA

Ps

Tot

ales

(µµ µµg

/m3 )

x 10

-3

0

2

3

4

5

6

7

8

9

1

0 1 2 3 4 5 6

(HAPs)NM (µµµµg/m 3) x 10-3

7

A B


- 90 -

Como se ha comentado en la introducción del presente Capítulo, entre los distintos

mecanismos propuestos en la formación de hidrocarburos a partir de los procesos de

combustión incompleta, se ha sugerido la recombinación sucesiva de radicales acetileno y

1,3-butadiino, como base de la producción de series de HAPs no sustituidos [112], así como

la combinación y reagrupamiento de radicales ciclopentadienilo [113,114]. En ambos casos,

se admite que inicialmente se forma naftaleno. A partir de este compuesto, los hidrocarburos

de alto peso molecular se forman por la adición de moléculas de acetileno y ciclaciones

intramoleculares [112-116].

Los comentarios generales que se acaban de realizar, acerca de la formación de

hidrocarburos, son compatibles con los resultados obtenidos en este trabajo. En la Figura II.19

se han incluido las relaciones entre el contenido total de HAPs presentes en cada una de las

muestras de humo analizadas, agrupados en función del número de anillos, y el contenido de

naftaleno en las mismas muestras. La elevadas correlaciones encontradas, especialmente entre

los hidrocarburos de 2 y 3 anillos, con la concentración de naftaleno (Rs = 0.98 y Rs = 0.93

respectivamente) en las muestras de humo, pueden ser indicativas de la participación del

naftaleno en la formación por pirosíntesis de los hidrocarburos de mayor peso molecular.

0

1

2

3

4

5

6

0 1 2 3 4

N (µµµµg/m 3) x 10-3

HA

Ps

Tot

ales

(µµ µµg

/m3 )

x 10

-3 2 anillos (Rs = 0.98)

3 anillos (Rs = 0.93)

4 anillos (Rs = 0.86)

Figura II.19. Correlaciones entre las concentraciones totales de

hidrocarburos de 2, 3 y 4 anillos y naftaleno en las muestras

de humo (n =114) procedentes de la combustión de los seis

tipos de biomasa en los dos ahumaderos estudiados.


- 91 -

En cualquier caso, a pesar del escaso control de las variables relacionadas con el

proceso de combustión y, en consecuencia, de la gran variabilidad observada en las cantidades

de hidrocarburos emitidos en la combustión de materiales vegetales, el proceso debe

producirse de forma que los mecanismos que regulan la formación de los distintos

hidrocarburos, durante los procesos de pirólisis y pirosíntesis de la combustión, deben ser

básicamente los mismos. En general, en la formación de los hidrocarburos se ven favorecidos

el naftaleno y sus derivados metilados, cuyos contenidos medianos en el humo, representan

entre un 53.1 % y un 70.0 % del total de los hidrocarburos emitidos, Figura II.20. Asimismo,

los hidrocarburos que contienen tres anillos, que también guardan una estrecha relación con el

naftaleno, llegan a representar entre un 18.3 % y un 29.0 %. En la formación progresiva de los

hidrocarburos, los que poseen cuatro anillos suponen entre un 4.92 % y un 11.7 % del total,

siendo la relación con naftaleno la que presenta una correlación inferior. Los hidrocarburos de

mayor peso molecular se forman en concentraciones pequeñas.

A B C D E F A B C D E F 0

20

40

60

80

Con

trib

ució

n (%

)

Horno Bidón

2 anillos 3 anillos

4 anillos

Figura II.20. Porcentaje de contribución de los hidrocarburos, agrupados en función del

número de anillos, al contenido total de HAPs, en los humos procedentes

de la combustión de maderas de pino (A), jara (B) y brezo (C), acícula de

pino (D), tunera (E) y cáscara de almendra (F), en horno y bidón..


- 92 -

II.3.2.3.2. Perfiles de distribución

Los HAPs, incluyendo sus alquil-derivados, están presentes en los humos procedentes

de fuentes naturales y antropogénicas. Además, en determinados lugares, como los núcleos

urbanos, pueden producirse emisiones de estos hidrocarburos desde distintos tipos de fuentes,

como pueden ser las procedentes de vehículos de transporte y calefacciones. En atención a lo

expuesto, las composiciones en HAPs del humo procedente de distintas fuentes pueden ser

similares, especialmente en el caso de los HAPs sin sustituyentes. En consecuencia, si por

razones medioambientales, agroalimentarias o de otro tipo, fuese necesario diferenciar entre

fuentes de emisión, no bastaría con comparar directamente entre los contenidos de

determinados hidrocarburos en las muestras de humo a estudiar. Sin embargo, es posible que

existan relaciones entre las concentraciones de determinados HAPs que puedan ser

representativas de una determinada fuente de emisión.

Con la finalidad de establecer relaciones como las comentadas, se ha procedido, en

primer lugar, a comparar la distribución de concentraciones de HAPs y sus derivados

metilados, en los distintos tipos de humo estudiados, fijando la atención en aquellos

hidrocarburos que han podido ser cuantificados en la mayoría de las muestras de humo

analizadas. Por otra parte, ante la gran variabilidad de concentraciones de HAPs que pueden

hallarse en las muestras de humo, incluso entre las correspondientes a un mismo material,

parece recomendable que, con fines comparativos, se utilicen preferentemente valores

relativos. En la Figuras II.21.A y II.21.B, se ha agrupado las concentraciones de los HAPs y

metil-HAPs normalizadas frente al naftaleno, molécula que ha sido excluida en las

representaciones.

La gran similitud que muestran los perfiles representados en ambas figuras, constituye

una evidencia más de la estrecha relación que existe entre las concentraciones de los HAPs

presentes en el humo de biomasa, con independencia de la naturaleza de la biomasa utilizada

en el proceso de combustión y del dispositivo empleado para quemarla. En atención a la gran

disparidad existente en las concentraciones absolutas de los HAPs, incluso entre muestras

distintas de un mismo material, los resultados expuestos en la Figura II.21, representativos de

un número importante de muestras reales, sin control de las variables operacionales son, de

alguna forma, sorprendentes por lo homogéneos. La reiteración en los valores de las

concentraciones normalizadas en las muestras de humo, prácticamente con independencia de


- 93 -

los numerosos factores que pueden influir en los procesos de combustión, corroboran los

mecanismos de formación de los HAPs, expuestos anteriormente.

Figura II.21. Perfiles de distribución de los HAPs y sus derivados normalizados frente al

naftaleno para los humos de maderas de pino (a), jara (b y brezo (c), acícula

de pino (d), tunera (e) y cáscara de almendra (f), en horno (A) y bidón (B).

f

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

a b

c d

e

HA

P/N

A

2-M

N1-

MN

diM

N-1

diM

N-2

diM

N-3

diM

N-4

2,3,

5-tri

MN

Aci

Ace Fl Fe A

1-M

Fe1-

MA

3,6-

diM

Fe Ft PB

Fl-1

BFl

-2B

(a)A Cr

B(b

)Ft

B(k

)Ft

B(a

)PI(1

,2,3

-cd)

Pdi

B(a

,h)A

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

a b

c d

e f

HA

P/N

B

2-M

N1-

MN

diM

N-1

diM

N-2

diM

N-3

diM

N-4

2,3,

5-tri

MN

Aci

Ace Fl Fe A

1-M

Fe1-

MA

3,6-

diM

Fe Ft PB

Fl-1

BFl

-2B

(a)A Cr

B(b

)Ft

B(k

)Ft

B(a

)PI(1

,2,3

-cd)

Pdi

B(a

,h)A

B(g

hi)P

er

B(g

hi)P

er


- 94 -

Como se ha dicho anteriormente, ante el interés de disponer de indicadores que

permitan diferenciar entre muestras de humo, atendiendo a la naturaleza del combustible

utilizado o del proceso de combustión empleado, puede ser apropiada la comparación entre

relaciones HAP/nafataleno, en casos que se consideren representativos. En atención a los

resultados expuestos, las relaciones correspondientes a los HAPs: 2-metilnaftaleno,

acenaftileno y fenantreno, son las que más se diferencian de las restantes, en el conjunto de

las muestras analizadas. Sin embargo, aunque estas relaciones puedan constituir señas de

identidad en los perfiles comentados, sus valores presentan diferencias que, en general, no son

significativas.

Se han comparado las relaciones fenantreno/naftaleno en las muestras de humo

procedentes de la combustión de los seis tipos de materiales en los dos dispositivos utilizados

para la combustión. Los resultados ponen de manifiesto que, en las muestras obtenidos por

combustión en horno, dicha relación disminuye en el siguiente sentido: pino > jara ≈ brezo ≈

almendra > tunera > acícula de pino, mientras que cuando el proceso se realiza en bidón, la

relación decrece en el siguiente orden: pino > acícula de pino ≈ tunera ≈ almendra > brezo >

jara. Asimismo, para el humo obtenido en horno, la relación 2-metilnaftaleno/naftaleno

disminuye de la siguiente forma: brezo > pino ≈ jara ≈ almendra > acícula de pino > tunera; y

para la combustión en bidón: pino > brezo ≈ acícula de pino ≈ tunera ≈ almendra > jara. Los

resultados expuestos, ponen de manifiesto que las concentraciones relativas de HAPs no

parecen ser concluyentes para diferenciar entre el humo procedente de distintos tipos de

combustibles o dispositivos de combustión.

II.3.2.3.3. Relaciones isoméricas

Entre los parámetros más utilizados para establecer el origen de los HAPs presentes en

muestras de interés medioambiental, o para conocer la contribución de distintas fuentes

contaminantes a la calidad de la atmósfera, en un lugar determinado, se encuentran las

llamadas relaciones isoméricas [83,84,163,164]. Suelen ser relaciones entre las

concentraciones de algunos HAPs, que se caracterizan por poseer una cierta estabilidad y

estar presentes de forma significativa en el humo, y la suma de las concentraciones de todos

los HAPs presentes que posean el mismo peso molecular. Con la utilización de este tipo de

parámetros, se pretende minimizar el efecto de factores tales como las diferencias en


- 95 -

volatilidad que existen entre los distintos HAPs.

Entre las relaciones habitualmente utilizadas por otros autores [83,163,164], se han

seleccionado las siguientes: antraceno/(antraceno + fenantreno) [A/178];

fluoranteno/(fluoranteno + pyreno) [Ft/202], benzo(a)antraceno/(benzo(a)antraceno + criseno)

[B(a)A/228] e indeno(1,2,3-cd)pireno/(indeno(1,2,3-cd)pireno + benzo(ghi)perileno)

[I(1,2,3-cd)P/276].

En la Tabla II.20 se encuentran las medianas y los intervalos intercuartílicos de las

relaciones isoméricas correspondientes a todas las muestras de humo analizadas en las que se

han podido cuantificar los dos HAPs utilizados en cada una de las relaciones. Los valores tan

pequeños de los intervalos intercuartílicos, comprendidos entre 0.03 y 0.09, muestran la gran

similitud existente entre las relaciones isoméricas correspondientes al humo obtenido a partir

de cada uno de los seis de materiales comparados, independientemente del dispositivo

utilizado para realizar la combustión y, por tanto, la notable dificultad para poder diferenciar

entre ellos en base a la comparación de este tipo de relaciones. En otro orden de cosas, los

valores de estas relaciones y, en especial de la A/178, deben considerarse de una fiabilidad

considerable cuando sea necesario recurrir a un parámetro que permita caracterizar el humo

procedente de la combustión de biomasa o, al menos, de los materiales utilizados por nosotros

y otros similares.

Tabla II.20. Relaciones isoméricas entre las concentraciones de HAPs en las

muestras de humos obtenidas por la combustión de los seis tipos de

materiales en los dos dispositivos estudiados.

Relación isomérica Mediana Intervalo intercuartílico

A/178a 0.21 0.03 (0.20-0.23)

Ft/202b 0.53 0.04 (0.51-0.55)

B(a)A/228c 0.60 0.09 (0.56-0.65)

1-MN/142a 0.40 0.04 (0.39-0.43)

diMN-1/156a 0.38 0.05 (0.36-0.41) a número de muestras de humo utilizadas en la relación (n) = 114. b n = 104. c n = 99.


- 96 -

Las relaciones isoméricas establecidas se han utilizado con frecuencia para diferenciar

entre fuentes de contaminación por HAPs (vertidos de petróleo, combustión de materiales

vegetales y emisiones procedentes de fueles fósiles) en muestras medioambientales de diversa

naturaleza [83,164-166]. De esta manera, la relación A/178 suele utilizarse para discernir

entre dos tipos de fuentes de contaminación: aquella provocada por vertidos del petróleo con

valores inferiores a 0.10, y la originada por procesos de combustión, sin considerar la

naturaleza del material combustible, con valores superiores a 0.10. A su vez, la relación

Ft/202 permite diferenciar entre las tres fuentes de contaminación mencionadas anteriormente.

Con carácter general, valores inferiores a 0.40 se suelen considerar característicos de vertidos

del petróleo, mientras que relaciones superiores a 0.40 son características de los procesos de

combustión de fueles fósiles líquidos (0.40-0.50) o de hierba, madera y carbón (> 0.50). En

este estudio, para el conjunto de las muestras consideradas, se ha obtenido una relación de

0.53. Por último, para la relación B(a)A/228, hemos hallado un valor global de 0.60 cuya

significación es, en el momento actual, difícil de establecer porque existen pocas referencias

que permitan su interpretación [84].

Además, en la Tabla II.20 se encuentran dos nuevas relaciones isoméricas,

1-metilnaftaleno/(1-metilnaftaleno + 2-metilnaftaleno) [1-MN/142] y dimetilnaftaleno-

1/(dimetilnaftaleno-1 + dimetilnaftaleno-2 + dimetilnaftaleno-3 + dimetilnaftaleno-4)

[diMN-1/156]. Estas relaciones, con valores de intervalos intercuartílicos comparables a las

obtenidas en los casos anteriores, también podrían resultar útiles para diferenciar entre la

contaminación procedente de las emisiones producidas por la combustión de biomasa y las

originadas por otros tipos de combustibles.

Los datos aportados son poco adecuados para diferenciar entre los seis tipos de

material vegetal utilizados, al ser considerados como fuentes de emisión de HAPs durante su

combustión. Sin embargo, pueden ser concluyentes, por la cantidad de muestras analizadas y

por la similitud entre las relaciones obtenidas, a la hora de disponer de parámetros

representativos del humo empleado para el ahumado artesanal del queso en Canarias.

II.3.2.3.4. Análisis discriminante lineal

El análisis discriminante lineal (ADL) es una técnica de análisis multivariante de


- 97 -

clasificación de individuos, que permite describir las diferencias que existen entre diferentes

grupos preestablecidos en función a los valores que toman determinadas variables en los

individuos [167,168]. De esta manera, el ADL podría ser adecuado para intentar identificar

las características que definen a los seis tipos de humos utilizados en este trabajo, en cada uno

de los dispositivos utilizados para la combustión, a partir de la información suministrada por

los 28 hidrocarburos analizados, así como, determinar los hidrocarburos que más contribuyen

a diferenciar entre los diferentes tipos de humos.

El ADL comprende un conjunto de funciones que son combinaciones lineales de los

hidrocarburos estudiados (variables independientes) de la siguiente forma:

donde Xp son las variables independientes y bp son los coeficientes de la función,

determinados de tal forma que se obtenga la máxima separación entre los seis tipos de humos.

El número de funciones que pueden obtenerse es el mínimo entre el número de variables

independientes y el número de grupos menos uno [167,168].

Para aplicar correctamente un ADL, es necesario que las variables independientes

presenten una distribución normal. Con objeto de que los resultados obtenidos se ajusten a

este tipo de distribución se ha aplicado la siguiente ecuación de transformación [157]:

En ambos tipos de ahumaderos, las funciones discriminantes se obtienen mediante el

método de inclusión por pasos, en el que las variables son introducidas o eliminadas del

modelo según el criterio de minimización de la varianza no explicada entre grupos. En el

horno, las variables seleccionadas son: 2-metilnaftaleno, 1-metilnaftaleno, dimetilnaftaleno-3,

2,3,5-trimetilnaftaleno, fluoreno, antraceno, 3,6-dimetilfenantreno, benzofluoreno-2 y

benzo(a)pireno, mientras que en el bidón, los hidrocarburos introducidos en el modelo son:

dimetilnaftaleno-1, dimetilnaftaleno-3, dimetilnaftaleno-4, 2,3,5-trimetilnaftaleno,

acenaftileno, 1-metilfenantreno y benzo(a)pireno. En la Tabla II.21 se muestra el nivel de

significación y el porcentaje de varianza explicada para cada función discriminante en los dos

tipos de ahumadero. Se puede observar que, en el horno, todas las funciones son

Y = b0 + b1X1 + b2X2 + ··· + bpXp

Xtrans = ln (Xp + 1)


- 98 -

estadísticamente significativas a un nivel de confianza del 99.6 % o superior, sin embargo, en

el bidón, sólo las tres primeras funciones son significativas a un nivel de confianza del 98.2 %

o superior. Además, en los dos tipos de ahumadero, la capacidad discriminante de las tres

primeras funciones suman un porcentaje de varianza explicada superior al 87.0 %. En las

Figuras II.22.A y II.22.B se muestra las posiciones de las muestras de humo sobre las tres

primeras funciones discriminantes en los dos dispositivos utilizados para la combustión. A

pesar de que existe un solapamiento entre dos grupos en el bidón, los seis grupos aparecen

bien separados, en la mayoría de los casos, con clasificaciones del 93.1 y 83.3 % en el horno y

el bidón, respectivamente.

Tabla II.21. Varianza y nivel de significación de las funciones

discriminantes en los dos tipos de ahumaderos.

Función discriminante Varianza explicada (%) p

Horno

1 52.0 < 0.001

2 25.1 < 0.001

3 10.8 < 0.001

4 9.30 < 0.001

5 2.90 0.004

Bidón

1 46.1 < 0.001

2 38.2 < 0.001

3 12.6 0.018

4 2.30 0.530

5 0.90 0.572


- 99 -

Aunque las Figura II.22.A y II.22.B refleja las diferencias entre los grupos debidas a

las funciones discriminantes, no ofrece una base que permita valorar la contribución de los

distintos hidrocarburos a la discriminación entre los grupos. En este sentido, los coeficientes

de correlación lineal entre las variables independientes y cada una de las funciones

discriminantes, permiten determinar la importancia de las variables en las funciones.

Teniendo en cuenta que las tres primeras funciones son las que presentan mayor capacidad

discriminatoria, en la Tabla II.22 se señalan los coeficientes de correlación de estas funciones

con las variables incluidas en el modelo. El análisis de los coeficientes de correlación muestra

que, en el horno, las dos variables con valores absolutos más altos son el fluoreno y 2,3,5-

trimetilnaftaleno, mientras que en el bidón son el dimetilnaftaleno-4 y el 1-metilfenantreno.

A pesar de que, en el bidón, el porcentaje clasificación de los seis tipos muestras de

humo es superior al 80.0 %, la separación de los grupos se encuentra poco definida como

consecuencia de la gran dispersión que presentan las posiciones de las muestras de humo

sobre las tres primeras funciones discriminantes, Figura II.22. Además, el dimetilnaftaleno-4

y el 1-metilfenantreno, HAPs que más contribuyen en la discriminación entre los grupos, son

compuestos que no se detectan en la mayoría de las muestras de humo, por lo que podría

Figura II.22. Posición de de las muestras de humos producidas por la combustión de pino (▲),

jara ( ), brezo (O), acícula de pino ( ), tunera ( ) y cáscara de almendra (�)

en el horno (A) y en el bidón (B) sobre las funciones discriminantes.

-3.2

-1.2

0.8

2.8

4.8

-3.30.7

4.7

-3-2

-10

12

-3.2

-1.2

0.8

2.8

4.8

-3.30.7

4.7

-3-2

-10

12

Funci

ón 3

(10.

8 %

)

Función 1 (52.0 %)

Fun

ción

2 (

25.1

%)

Fun

ción

2 (

38.2

%)

Función 1 (46.1 %) Función 3 (12.6 %)

A B

-5-13

7-4.2

-0.2

3.8

-3.9

-1.9

0.1

2.1

4.1

6.1

-5-13

7-4.2

-0.2

3.8

-3.9

-1.9

0.1

2.1

4.1

6.1


- 100 -

resultar conveniente el análisis de otro tipo de sustancias que permitan obtener mejores

resultados.

Tabla II.22. Coeficientes de correlación entre las variables del modelo y las tres

primeras funciones discriminantes.

Función discriminante Variable

1 2 3 Horno

Fl 0.340 0.557 -0.448 A 0.252 0.469 -0.558 BFl-2 0.234 0.381 -0.419 B(a)P 0.026 0.336 -0.243 2-MN 0.216 0.440 -0.315 1-MN 0.211 0.510 -0.340 diMN-3 0.197 0.469 -0.340 2,3,5-triMN 0.365 0.501 -0.059 3,6-diMFe -0.217 0.540 -0.202

Bidón Aci -0.003 0.274 0.331 B(a)P -0.073 0.200 -0.214 diMN-1 0.109 -0.039 0.328 diMN-3 0.152 0.061 0.520 diMN-4 0.590 0.197 0.363 2,3,5-triMN 0.127 -0.271 0.210 1-MFe 0.469 0.314 0.026

II.3.2.4. Equilibrio de distribución de los HAPs en tre las fases gaseosa y

particulada

Los resultados comentados en los apartados anteriores, se refieren al contenido total de

los HAPs formados durante la combustión de los distintos tipos de biomasa. Aparte de esta

información, también es de interés conocer, aunque sea en términos generales, cómo se

distribuyen los hidrocarburos aromáticos policíclicos entre las fases gaseosa y particulada del

humo. Sin duda, al establecer el impacto medioambiental de los procesos de combustión o la

incidencia en la contaminación de los alimentos durante el proceso de ahumado, es

fundamental conocer a qué fracción del aerosol se asocian preferentemente determinados

HAPs.


- 101 -

Como se ha comentado en la introducción del presente Capítulo, la distribución de los

HAPs y sus derivados metilados entre las fases gaseosa y particulada depende de la

temperatura, humedad relativa, composición de la materia particulada y propiedades de los

hidrocarburos, tales como peso molecular y presión de vapor [117-119].

Con la finalidad expuesta, en este trabajo se han tomado muestras de humo

procedentes de la combustión de maderas de jara y brezo en el horno usando, de forma

simultánea, dos sistemas de muestreos similares descritos en la Parte Experimental. Las

muestras tomadas mediante uno de ellos, similar al utilizado en los muestreos empleados

hasta ahora, permiten establecer el contenido total de cada HAP y sus derivados, mientras que

el segundo sistema de muestreo, constituido sólo por un filtro de fibra de cuarzo, permite

obtener muestras representativas del contenido de HAPs y sus derivados en la fase

particulada. De esta manera, por diferencia, es posible determinar la concentración de HAPs y

sus derivados en la fase gaseosa. En la Figura II.23 se muestra la distribución de los

hidrocarburos estudiados producidos por la combustión de maderas de jara y brezo en el

horno. Se puede observar que, en general, existen tres tipos de comportamientos bien

diferenciados:

I. El naftaleno y sus derivados monometilados, permanecen en la fase gaseosa en

porcentajes superiores al 83 %, tanto en el humo procedente de la combustión de

la jara como en el obtenido a partir de brezo.

II. Todos los hidrocarburos con pesos moleculares iguales o superiores al fluoreno

se encuentran preferentemente en la fase particulada. El benzo(a)antraceno y el

1-metilantraceno presentan porcentajes de retención que no superan el 80 %,

mientras que para los HAPs de mayor peso molecular los porcentajes son

superiores al 83 %.

III. Excepto en algún caso, como el del 2,3,5-trimetilnaftaleno, en el humo obtenido

con madera de jara los HAPs con un peso molecular intermedio están presentes

en la fase particulada en porcentajes comprendidos entre el 28 y el 70 %.


- 102 -

0

20

40

60

80

100

120 A

2-M

N1-

MN

diM

N-1

diM

N-2

diM

N-3

2,3,

5-tri

MN

Aci

Ace Fl Fe A

1-M

A Ft PB

Fl-1

BFl

-2B

(a)A Cr

B(b

)Ft

B(a

)PI(1

,2,3

-cd)

PN

20

40

60

80

100

120

0

B

N2-

MN

1-M

Ndi

MN

-1di

MN

-2di

MN

-32,

3,5-

triM

NA

ciA

ce Fl Fe A1-

MA Ft P

BFl

-1B

Fl-2

B(a

)A Cr

B(b

)Ft

B(a

)PI(1

,2,3

-cd)

P

diM

N-4

Dis

trib

ució

n (%

) D

istr

ibuc

ión

(%)

Figura II.23. Distribución de los HAPs y sus derivados metilados entre las fases

gaseosa (■) y particulada (� ) en los humos procedentes de la combustión

de maderas de jara (A) y brezo (B).

B(g

hi)P

er

B(g

hi)P

er


- 103 -

En atención a lo expuesto, puede decirse que los HAPs y sus derivados metilados se

distribuyen de forma diferente entre las fases gaseosa y particulada. Así, en la fase particulada

predominan los hidrocarburos con pesos moleculares superiores al fluoreno, es decir, los

HAPs que poseen cuatro o más anillos en sus moléculas y algunos de los de tres anillos, como

el antraceno y fenantreno. Otros derivados que también poseen tres anillos en su molécula,

como son los HAPs no alternantes: fluoreno, acenafteno y acenaftileno, se encuentran en una

situación intermedia, mientras que el naftaleno y sus derivados metilados se encuentran

preferentemente en la fase gaseosa.

Los resultados comentados ponen de manifiesto que la mayoría de los hidrocarburos

aromáticos policíclicos existentes en el humo resultante de la combustión de la madera de jara

y de brezo, y probablemente de otros muchos tipos de biomasa, se encuentran en las fases

líquida o sólida presentes en el humo. Sin embargo, si prestamos atención a las

concentraciones, veríamos que alrededor del 40 % del total de los HAPs liberados al quemar

madera de jara se encuentran formando parte de la materia particulada presente en el humo. El

caso de la madera de brezo, este valor se acerca al 30%.

En todo caso, la distribución de los hidrocarburos estudiados entre las dos fases debe

ser interpretada con ciertas limitaciones, entre otras razones, por la dificultad que existe para

alcanzar las condiciones de equilibrio durante el proceso de distribución. Las condiciones de

equilibrio de los hidrocarburos pueden ser estudiadas mediante la pendiente de la ecuación:

comentada en la introducción del presente Capítulo. En el modelo para establecer si se

alcanza el equilibrio en la distribución de los HAPs y sus derivados metilados entre las fases

gaseosa y particulada, se han seleccionado los siguientes hidrocarburos: naftaleno, 2-

metilnaftaleno, 1-metilnaftaleno, acenaftileno, acenafteno, fluoreno, fenatreno y antraceno.

En la Figura II.24 se representan las correlaciones logarítmicas entre KD y PL0 en los

humos de madera de jara y brezo. Los coeficientes de correlación son superiores a 0.95 y las

pendientes de las rectas de regresión toma valores de -0.78 y -0.77 para los humos de jara y

brezo, respectivamente. Estos resultados, similares a lo obtenidos por Chen y col. [147],

ponen de manifiesto que no se alcanza el equilibrio entre las dos fases durante el proceso de

log KD = −m log PL0 + b


- 104 -

distribución. Por tanto, los valores antes comentados acerca de los porcentajes de los distintos

tipos de HAPs que se distribuyen entre las dos fases, deben ser tomados como orientativos.

II.3.3. TOXICIDAD POTENCIAL DE LOS HUMOS DE BIOMASA

Con objeto de evitar la incertidumbre asociada al potencial de toxicidad de una

muestra, dependiendo del número, naturaleza y concentración de los HAPs que contenga, se

ha introducido un término, conocido como factor equivalente de toxicidad (FET), que

constituye una herramienta muy útil en la estimación cuantitativa del poder cancerígeno total

de una muestra medioambiental, en relación con su contenido de HAPs. En base a estudios

toxicológicos, a cada hidrocarburo se le atribuye un valor de FET que indica el grado de

toxicidad en relación con un HAP del que se conocen perfectamente sus propiedades

cancerígenas (benzo(a)pireno) y al que se le asigna un valor de referencia igual a 1. Por tanto,

el poder cancerígeno total de una muestra se determina considerando la concentración de cada

hidrocarburo analizado y sus respectivos valores de FETs. En la Tabla II.2 se muestran los

FETs propuestos por diferentes autores, para los HAPs priorizados por la EPA y la EFSA. Se

puede observar que los hidrocarburos que presentan mayor poder cancerígeno son aquellos

-7.5

-7.0

-6.5

-6.0

-5.5

-5.0

-4.5

-1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

Log PL0 (Pa)

Log

KD (

m3 / µµ µµ

g)

A

-8.0

-7.5

-7.0

-6.5

-6.0

-5.5

-5.0

-1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0

Log PL0 (Pa)

Log

KD (

m3 / µµ µµ

g)

B

Figura II.24. Correlación logarítmica entre PL0 y KD de los hidrocarburos seleccionados en los

humos procedentes de la combustión de maderas de jara (A) y brezo (B) en bidón.


- 105 -

que poseen cinco o seis anillos en su molécula. La toxicidad potencial de una muestra,

expresada como benzo(a)pireno equivalente (B(a)PE), depende de los FETs seleccionados

para cada hidrocarburo. En consecuencia, al establecer la toxicidad asociada a la presencia de

HAPs en una muestra o ambiente determinado, existe una cierta incertidumbre derivada de la

falta de acuerdo entre los diferentes autores que han valorado la potencial contribución de

cada hidrocarburo.

Los hidrocarburos presentes en el humo de biomasa se introducen en el organismo,

principalmente, por la vía respiratoria. De esta manera, entre los diferentes valores de FETs

para cada uno de los hidrocarburos de la Tabla II.2, Nisbet y col. [124] y Larsen y col. [128]

proponen FETs basados en ensayos en los que, entre otras vías de penetración, se ha tenido en

cuenta la vía respiratoria. En el estudio realizado por Nisbet y col. [124], los autores han

fijado el valor de 0.001 para todos los HAPs que no poseen propiedades cancerígenas. Sin

embargo, la contribución a la toxicidad total de estos HAPs no cancerígenos puede ser

elevada si, tal y como sucede en las muestras de humo de biomasa, se encuentran en altas

concentraciones. Además, los valores que se obtienen al establecer la toxicidad total de las

muestras suelen estar sobreestimados. Por otro lado, el fluoranteno ha sido considerado por

Nisbet y col. [124] como un HAP no cancerígeno, mientras que, posteriormente, otros autores

han establecido que este hidrocarburo presenta un valor de FET cercano a 0.06. En atención a

lo expuesto, se han seleccionado los FETs propuestos por Larsen y col. [128] como los

valores más adecuados para establecer la toxicidad de las muestras de humo de biomasa.

II.3.3.1. Niveles de B(a)PE en los humos de biomasa

En la Figura II.25 se muestra una representación del tipo “cajas y bigotes” en la que

se puede observar la variabilidad de los niveles de B(a)PE total en cada uno de los

dispositivos y materiales empleados para la combustión. Tomando en consideración los

intervalos intercuartílicos, se observan los siguientes valores extremos: 1.02 y 63.4 µg/m3 en

horno y 0.10 y 43.1 µg/m3 en bidón.


- 106 -

En términos estadísticos, se pueden observar algunas diferencias entre los resultados

expuestos. Cuando la combustión se realiza en el horno, el humo que presenta la mayor

toxicidad potencial es el que se obtiene a partir de la madera de pino, con una concentración

mediana de B(a)PE total de 25.9 µg/m3. Por el contrario, los humos con la menor toxicidad

potencial son aquellos producidos por la combustión de tunera y cáscara de almendra, con

niveles medianos de B(a)PE total inferiores a 5.00 µg/m3. La combustión del resto de los

materiales vegetales estudiados (jara, brezo y acícula de pino) generan humos con toxicidades

potenciales intermedias de aproximadamente 11.0 µg/m3. En este sentido, se puede establecer

que, a un nivel de confianza del 95 %, la toxicidad potencial de los humos disminuye en el

siguiente orden: pino > jara ≈ brezo ≈ acícula de pino > tunera ≈ cáscara de almendra.

60

0

20

40

110

120

A B C D E F A B C D E F

Horno Bidón

B(a

)PE

tota

l (µµ µµg

/m3 )

Figura II.25. Representación del tipo “cajas y bigotes” correspondientes a los niveles totales de

B(a)PE, en los humos procedentes de la combustión de maderas de pino (A), jara

(B) y brezo (C), acícula de pino (D), tunera (E) y cáscara de almendra (F), en

horno y bidón. B(a)PE total = ∑ (FETi HAPi) donde FETi y HAPi son los factores

equivalentes de toxicidad y la concentración de los hidrocarburos considerados,

respectivamente.


- 107 -

Sin embargo, los resultados obtenidos cuando la combustión se realiza en el bidón

presentan algunas diferencias con respecto a los anteriores. Así, la concentración mediana

más alta de B(a)PE total se encuentra cuando el humo procede de la combustión de madera de

jara (28.8 µg/m3). La toxicidad potencial de los humos de madera pino, acícula de pino y

tunera son similares con valores de B(a)PE total de aproximadamente 10.0 µg/m3. Por último,

los niveles totales de toxicidad potencial más bajos se encuentran en los humos de cáscara de

almendra y madera de brezo, 3.38 y 0.18 µg/m3 respectivamente. De este modo, en el bidón,

los valores de B(a)PE total en los humos estudiados disminuyen en el siguiente orden: jara >

pino ≈ acícula de pino ≈ tunera > cáscara de almendra > brezo.

Al comparar entre los dos tipos de ahumaderos utilizados, en general, la combustión

de los materiales vegetales en el horno produce humos con niveles de B(a)PE total superiores

o iguales a los obtenidos en el bidón, excepto para la madera de jara y tunera.

Los resultados de B(a)PE total de la muestras de humos son difíciles de comparar con

los obtenidos por otros autores, no sólo por el tipo de material, sino también por la

condiciones en las que se realiza la combustión. Sin embargo, al determinar los niveles

medios de toxicidad equivalente total en humos procedentes de la combustión de residuos de

corcho y agrícolas, así como de cáscara de coco, se encuentran valores que oscilan entre 2.94

y 57.7 µg/m3, similares a los obtenidos en este trabajo.

Por otro lado, con objeto de comparar la toxicidad potencial entre las fases gaseosa y

particulada de los humos, en la Tabla II.23 se han determinado los niveles de toxicidad

potencial total en las dos fases de los humos de maderas de jara y brezo en el horno. Se puede

observar que los valores de B(a)PE correspondientes a las fases particuladas de los dos tipos

de materiales vegetales son superiores a los obtenidos en las fases gaseosas. De esta manera

se pone de manifiesto que, aunque el contenido total de HAPs en la fase particulada es

considerablemente inferior al encontrado en la fase gaseosa, la elevada toxicidad asociada a

los hidrocarburos de alto peso molecular, que a su vez tienen una baja volatilidad, justifica los

resultados obtenidos.


- 108 -

Tabla II.23. Valores de benzo(a)pireno equivalente correspondientes a las fases gaseosa y

particulada del humo producido por la combustión de jara y brezo en el horno.

B(a)PE total Fase

Jara Brezo

Gas (µg/m3) 0.57 0.29

Partícula (µg/m3) 11.1 10.0

Partícula (mg/Kgpartícula) 21.5 4.66

Además, atendiendo a la posible deposición de los HAPs y sus derivados metilados en

la superficie del alimento durante el proceso de ahumado, puede resultar de interés establecer

los valores de B(a)PE referidos a la masa de las partículas. Los resultados obtenidos se

encuentran en la Tabla II.23 y muestran que la toxicidad potencial de las partículas producidas

por el humo de madera de jara es considerablemente superior a las generadas por el humo de

madera de brezo.

II.3.3.2. Contribución de los HAPs a la toxicidad t otal

Con objeto de establecer la contribución de cada hidrocarburo a la toxicidad total, en

la Figura II.26 se muestran los porcentajes medianos de B(a)PE de cada uno de los HAPs

considerados por Larsen y col. [128] en el horno y el bidón. Debido a su toxicidad, el

benzo(a)pireno es el HAP más importante. En ambos dispositivos utilizados para la

combustión, el porcentaje de contribución de este hidrocarburo al total de B(a)PE en las

muestras de humos analizadas oscila entre 42.4 y 78.6 %. Por otro lado, en el humo producido

por la combustión de madera de jara en el bidón, el dibenzo(a,h)antraceno alcanza un valor

mediano de B(a)PE del 24.6 %.

El resto de los HAPs más importantes, en los seis tipos de materiales vegetales

considerados, son el fluoranteno y el benzo(b)fluoranteno con porcentajes medianos de

aproximadamente 6.65 y 5.44 % respectivamente, en el horno, y 8.28 y 4.52 %,

respectivamente, en el bidón. Además, en el humo producido por la combustión de pino, jara

y brezo en el horno, el indeno(1,2,3-cd)pireno alcanza porcentajes de B(a)PE de


- 109 -

aproximadamente 4.10 %. Los demás hidrocarburos considerados no suelen presentar valores

de B(a)PE superiores al 2 %.

I(1,2,

3-cd)P

B(k)Ft

B(b)F

t

80

5

0

F

C

10

50

60

BaP

E (

%)

A B

D E

70

Fe A Ft PB(a

)A CrB(a

)P

diB(a,h)A

I

10

60

0

F

C

20

40

BaP

E (

%)

A B

D E

80

Fe A FtB(a

)AP Cr

B(k)Ft

I(1,2,

3-cd)P

diB(a,h)A

B(b)F

t

B(a)P

II

Figura II.26. Porcentajes medianos de B(a)PE de los HAPs considerados por Larsen y

col. en los humos de pino (A), jara (B), brezo (C), acícula de pino (D),

tunera (E) y cáscara de almendra (D) en horno (I) y bidón (II).

B(ghi)

Per

B(ghi)

Per


- 110 -

Al determinar los porcentajes de B(a)PE a partir de los emisiones de HAPs

procedentes de la combustión de pino y roble obtenidas por Rogge y col. [169], se encuentran

valores cercanos a 72, 7 y 3 % para el benzo(a)pireno, fluoranteno y benzo(b)fluoranteno,

respectivamente. Por otro lado, la contribución de estos tres hidrocarburos en los humos de

residuos de corcho analizados por Cabañas y col. [143] es del 65.1, 7.78 y 2.92 %

respectivamente. Como puede observarse, estos resultados son bastante similares a los

determinados en este trabajo. Sin embargo, otros autores han establecido que el fluoranteno

puede tener una elevada contribución en detrimento del benzo(a)pireno. Así, en los humos

procedentes de la combustión de madera de roble estudiados por Schauer y col.[20], el

benzo(a)pireno y fluoranteno presentan valores de B(a)PE similares de aproximadamente el

44.4 %.

II.3.3.3. Sustancias indicadoras para la determinac ión de la toxicidad

equivalente total en los humos de biomasa

Desde hace varias décadas, el benzo(a)pireno ha sido utilizado como un indicador para

estimar el poder cancerígeno de muestras medioambientales. Sin embargo, esta propiedad

puede ser cuestionada debido a que la mayor parte de las determinaciones cuantitativas se han

basado en el aumento del riesgo de padecer cáncer de pulmón en trabajadores expuestos al

humo procedente de la combustión del carbón. En la actualidad, los perfiles de emisión de

HAPs procedentes de las principales de fuentes de combustión (transportes, procesado de

alimentos, industrias, hogueras), en ocasiones, difieren considerablemente de los procedentes

del carbón. Así, en determinados procesos de combustión de la madera, el fluoranteno es

emitido en concentraciones que pueden ser 10 veces superiores al contenido de

benzo(a)pireno, mientras que en los humos de carbón, el fluoranteno se suele encontrar en

cantidades que triplican a la del benzo(a)pireno [66].

Entre las diferentes características que debe tener un compuesto para poder ser

utilizado como indicador de los HAPs cancerígenos presentes en los humos de biomasa

destacan:

o La sustancia indicadora debe presentarse habitualmente en todas las muestras de

humo analizadas.


- 111 -

o Las concentraciones del hidrocarburo en las distintas muestras de humo de

biomasa deben ser moderadas o altas, para que sea posible establecerse su

concentración con exactitud y reproducibilidad.

o Atendiendo a los FETs establecidos por diversos autores y, en especial los

propuestos por Larsen y col., el HAP debe presentar una toxicidad considerable.

Con objeto de seleccionar los HAPs que puedan ser utilizados como indicador para

estimar los niveles totales de B(a)PE en las muestras de humos analizadas, en la Tabla II.24 se

señalan las correlaciones entre los B(a)PE de cada HAP y los B(a)PE totales en las muestras

de humos analizadas. Las correlaciones correspondientes al benzo(k)fluoranteno y

dibenzo(a,h)antraceno no se han incluido debido a que sólo se han detectado en un número

reducido de muestras. En general, se han obtenido buenas correlaciones con valores de Rs

superiores a 0.80 excepto para el pireno. Sin embargo, debido a que algunos hidrocarburos

como el criseno, benzo(b)fluoranteno, benzo(a)pireno, indeno(1,2,3-cd)pireno y el

benzo(ghi)perileno no se detectan en algunas muestras de humo o sus concentraciones son

relativamente bajas, no resulta conveniente utilizarlos como sustancias indicadoras de los

HAPs cancerígenos.

Tabla II.24. Correlaciones entre los B(a)PE de cada hidrocarburo considerado y los B(a)PE

totales en las muestras de humos analizadas.

Compuesto Pendiente Ordenada en el origen Rs

Fe 138.7 2.8 0.81

A 558.0 2.5 0.81

Ft 10.9 1.2 0.80

P 456.5 3.6 0.74

B(a)A 189.3 -3.7 0.88

Cr 30.2 3.3 0.86

B(b)Ft 15.2 1.4 0.93

B(a)P 1.4 0.2 0.99

I(1,2,3 cd)P 13.7 5.1 0.91

B(ghi)Per 121.3 1.7 0.94


- 112 -

En sentido contrario al que se acaba de exponer, otros hidrocarburos como el

fluoranteno y benzo(a)antraceno se encuentran presentes en todas las muestras de humos de

biomasa estudiadas en concentraciones que son, en general, más elevadas que los anteriores.

Además, estos HAPs presentan valores de FETs relativamente altos. En la Figura II.27.A y

II.27.B se muestra las correlaciones entre los niveles de B(a)PE calculados y los estimados

utilizando el fluoranteno y el benzo(a)antraceno respectivamente como indicador. Para el

fluoranteno, el valor de la pendiente es de 1.00 (intervalo intercuartílico entre 0.54 y 1.95) y el

correspondiente a la ordenada en el origen es 0.02 (intervalo intercuartílico entre -3.78 y 3.28)

y, para el benzo(a)antraceno, la pendiente toma un valor de 1.00 (intervalo intercuartílico

entre 0.62 y 1.30) y la ordenada en el origen de -0.020 (intervalo intercuartílico entre -1.59 y

3.53). Los resultados obtenidos para la pendiente y la ordenada en el origen, cercanos a 1 y 0,

junto con el Rs > 0.80 muestran la validez de estos hidrocarburos como indicadores de los

HAPs cancerígenos.

0

20

40

60

80

100

120

0 20 40 60 80 100 120

(B(a

)PE

tota

l)ca

lcul

ado

(µµ µµg

/m3 )

(B(a)PE total) estimado (µµµµg/m 3)

0

20

40

60

80

100

120

0 20 40 60 80 100 120

(B(a

)PE

tota

l)ca

lcul

ado

(µµ µµg

/m3 )

(B(a)PE total) estimado (µµµµg/m 3)

A B

Figura II.27. Correlación entre B(a)PE total calculado y el B(a)PE estimado utilizando el

fluoranteno (A) y el benzo(a)antraceno (B) como hidrocarburos indicadores de los

HAPs cancerígenos.


- 113 -

II.4. AROMAS DE HUMO

II.4.1. METODOLOGÍA PARA LA DETERMINACIÓN DE HAPs E N AROMAS

DE HUMO

II.4.1.1. Extracción de los HAPs presentes en los a romas de humo

En general, el tratamiento de las muestras de aromas de humo para la determinación

de HAPs involucra etapas de saponificación, extracción, purificación y concentración. Sin

embargo, en nuestro caso, al tener los analitos en una matriz acuosa, el tratamiento de la

muestra se ha reducido a la extracción líquido-líquido de los HAPs. Entre los diferentes

disolventes orgánicos utilizados para la extracción de estos compuestos, en distintos tipos de

muestras, el diclorometano figura entre los más adecuados por su facilidad para ser eliminado

por evaporación y por su elevada capacidad para extraer los HAPs y sus derivados metilados

[170,171].

De acuerdo con el Reglamento 2065/2003 de la Unión Europea [93], los niveles

máximos permitidos para el benzo(a)pireno y benzo(a)antraceno en aromas de humo

comerciales son 10 y 20 µg/Kg, respectivamente. Para que la metodología analítica a utilizar

presente una sensibilidad acorde con estos niveles de concentración, es necesario introducir

una etapa de preconcentración. Por tal motivo, se procede a la concentración, por eliminación

de disolvente, del extracto orgánico obtenido en el proceso de extracción antes de su análisis

por CG-EM.

II.4.1.2. Determinación de HAPs por CG-EM

La medida analítica de los HAPs no sustituidos y de sus derivados metilados,

contenidos en las muestras de aroma de humo, se realiza siguiendo el mismo procedimiento

que el utilizado para las muestras de humo. En consecuencia, los resultados obtenidos en el

apartado II.3.1.3 del presente Capítulo son aplicables a esta sección.


- 114 -

Tabla II.25. Límites de detección y cuantificación de los HAPs estudiados en el

método cromatográfico y en las muestras de aromas de humo.

Compuesto L.D. (mg/L)a L.C. (mg/L)a L.D. (µµµµg/Kg)b L.C. (µµµµg/Kg)b

HAPs N 0.06 0.19 0.62 2.06 Aci 0.04 0.15 0.49 1.64 Ace 0.08 0.27 0.89 2.98 Fl 0.09 0.29 0.96 3.20 Fe 0.07 0.24 0.80 2.65 A 0.02 0.07 0.25 0.82 Ft 0.12 0.39 1.29 4.29 P 0.19 0.65 2.15 7.18 BFl-1 0.09 0.31 1.05 3.49 BFl-2 0.09 0.29 0.96 3.21 B(a)A 0.18 0.58 1.95 6.49 Cr 0.10 0.34 1.12 3.74 B(b)Ft 0.14 0.47 1.58 5.25 B(k)Ft 0.06 0.20 0.67 2.23 B(a)P 0.09 0.31 1.02 3.40 I(1,2,3-cd)P 0.11 0.38 1.28 4.25 diB(a,h)A 0.11 0.37 1.23 4.10 B(ghi)Per 0.07 0.23 0.77 2.56

HAPs metilados 2-MN 0.06 0.19 0.63 2.10 1-MN 0.05 0.17 0.56 1.87 diMN-1 0.05 0.16 0.53 1.78 diMN-2 0.07 0.24 0.80 2.65 diMN-3 0.08 0.28 0.93 3.11 diMN-4 0.07 0.22 0.73 2.42 2,3,5-triMN 0.05 0.19 0.52 1.73 1-MFe 0.13 0.45 1.50 4.99 1-MA 0.09 0.31 1.04 3.47 3,6-diMFe 0.06 0.18 0.61 2.05

a Límites de detección (L.D.) y cuantificación (L.C.) para el método cromatográfico. b Límites de detección (L.D) y cuantificación (L.C.) en las muestras de aromas de humo.

En la Tabla II.25 se han agrupado los límites de detección y cuantificación del método

cromatográfico, a partir de las curvas de calibrado correspondientes a cada uno de los HAPs

presentes en los patrones. Asimismo, en esta Tabla también se han incluido los valores

obtenidos para dichos parámetros de calidad, pero referidos a la muestra, es decir, teniendo en

cuenta la preconcentración que alcanzan los analitos en las etapas de extracción y eliminación

del disolvente. Se puede observar que los límites de cuantificación de cada uno de los HAPs


- 115 -

estudiados, se encuentran comprendidos entre 0.07 y 0.65 mg/L, mientras que si se toman en

consideración los cambios de volumen que se producen en el tratamiento de la muestra, los

límites de cuantificación oscilan entre 0.82 y 7.18 µg/Kg.

Al comparar los valores agrupados en la Tabla II.25 con los niveles máximos

permitidos por la Unión Europea para el benzo(a)pireno y benzo(a)antraceno, en aromas de

humo, se observa que la metodología establecida en este trabajo puede resultar adecuada para

la cuantificación de HAPs en dichas muestras. En efecto, los límites de detección establecidos

son del orden de unas 10 veces inferiores a tales niveles máximos.

La metodología analítica establecida, se ha utilizado para la determinación de HAPs y

sus derivados metilados en aromas de humo procedentes de la combustión, en el bidón, de los

seis tipos de biomasa estudiado. La Figura II.28 muestra un cromatograma representativo

procedente de una muestra de aroma de humo obtenida a partir de la combustión de madera

de pino. Los cromatogramas de todas las muestras de aromas de humo presentan cierta

complejidad, sin embargo, las interferencias provocadas por aquellos compuestos que pueden

solaparse con los analitos de interés, son eliminadas al seleccionar los valores de masa

correspondientes a los iones moleculares de los diferentes hidrocarburos analizados.

Por último, al comparar los espectros de masa de los hidrocarburos identificados en las

muestras de aromas de humo con los almacenados en la librería NIST v.1.7a se obtienen

valores que pueden considerarse aceptables (≥ 80.0 % de similitud). En la Figura II.29 se

muestra el espectro de masas del fenantreno, como compuesto representativo de los HAPs

estudiados. Se puede observar la gran similitud que existe entre los espectros de masas de los

hidrocarburos presentes en las muestras de aromas de humo y los correspondientes a los de la

librería.


- 116 -

50 100 150 200 250 300 350

m/z

0 25

50

75

100

0 25

50

75

100

Abu

ndan

cia

rela

tiva

(%)

178

178

152

152

76

63 89 220

Muestra de aroma humo

Librería

Fenantreno

Figura II.29. Comparación del espectro de masas del fenantreno, obtenido a partir del

cromatograma de una muestra de aroma humo y del almacenado en la librería

NIST v.1.7a, como compuesto representativos de los HAPs estudiados.

0

1

2

3

4

5

6

7

Ion 128 Ion 152

Ion 153 Ion 165

Ion 206 Ion 216 Ion 252 Ion 276 10

20

30

40 Ion 178

0 Ion 141

Ion 156

Ion 192

Ion 202

0

2

4

6

Ion 228 Ion 278

10 15 20 25 30 35 40

K-C

uent

as

K-C

uent

as

M-C

uent

as

Tiempo (min)

Figura II.28. Cromatograma representativo de una muestra de aroma de humo procedente de

la combustión de madera de pino canario.

N

Aci

Fl

Fe

A

2-MN 1-MN 1-MA

Rango de iones comprendido entre 30-350 m/z

Iones moleculares de cada HAP estudiado

Iones moleculares de cada HAP estudiado


- 117 -

II.4.2. CONTENIDO DE HAPs EN AROMAS DE HUMO

Se han establecido los contenidos de HAPs y sus derivados metilados en un total de 28

muestras de aromas de humo, obtenidas a partir de la combustión, en bidón, de maderas de

pino, jara y brezo, así como de acícula de pino, tunera seca y cáscara de almendra, con la

distribución por materiales que se indica en la Tabla II.26.

Tabla II.26 Muestras de aromas de humo obtenidas a partir de la

combustión de los seis tipos de biomasa estudiados.

Biomasa Número de muestras

Pino 5 Jara 4 Brezo 5 Acícula de pino 4 Tunera seca 5 Cáscara de almendra 5

La cuantificación de los distintos HAPs no sustituidos y de sus derivados metilados, se

ha realizado con la utilización de decafluorobifenilo, como patrón interno, recomendado en la

Norma UNE-77250 [148]. Con objeto de establecer las posibles pérdidas de analitos, asociada

al tratamiento de la muestra, se han realizado estudios de recuperación. El valor medio

obtenido para el conjunto de los HAPs es de 82.5 % que, según se especifica en la citada

Norma, se considera aceptable.

Por otra parte, al aplicar el test de Kolmogorov-Smirnov, los resultados obtenidos

muestran que las concentraciones correspondientes a cada uno de los hidrocarburos

analizados, en los seis tipos de aromas de humo considerados, siguen una distribución normal

a un nivel de significación del 90 % o superior.

Los resultados medios correspondientes a los valores hallados para las concentraciones

de cada uno de los 28 HAPs analizados en las distintas muestras de aroma de humo se han

agrupado en la Tabla II.27. En los seis tipos de aromas de humo considerados, los valores de

HAPs totales corresponden a las medias obtenidas a partir del total de los HAPs en cada una

de las muestras de aromas de humo.


- 118 -

Tabla II.27. Concentración de HAPs y sus derivados (µg/Kg) presentes en los aromas de humo

obtenidos a partir de los seis tipos de materiales estudiados.

Biomasa Compuesto

Pino Jara Brezo Acícula Tunera Almendra HAPs

N 3.74 ± 1.02 2.73 ± 0.77 4.89 ± 1.29 d.n.c. 5.38 ± 1.45 n.d.

Aci 2.76 ± 1.21 d.n.c. 5.74 ± 3.11 d.n.c. d.n.c. d.n.c.

Ace n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. Fl n.d. n.d. d.n.c. n.d. d.n.c. n.d.

Fe 2.68 ± 0.78 d.n.c. 3.60 ± 0.72 n.d. d.n.c. d.n.c.

A d.n.c. d.n.c. 1.00 ± 0.24 n.d. d.n.c. n.d. Ft n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. P n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. BFl-1 n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. BFl-2 n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. B(a)A n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. Cr n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. B(b)Ft n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. B(k)Ft n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. B(a)P n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. I(1,2,3-cd)P n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. diB(a,h)A n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. B(ghi)Per n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d.

HAPs metilados

2-MN n.d. d.n.c. n.d. n.d. d.n.c. d.n.c. 1-MN d.n.c. d.n.c. n.d. n.d. d.n.c. n.d. diMN-1 n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. diMN-2 n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. diMN-3 n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. diMN-4 n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. 2,3,5-triMN n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. 1-MFe n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. 1-MA d.n.c. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. 3,6-diMFe n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d.

(HAPs Totales)media 8.37 ± 3.87 3.01 ± 0.64 15.8 ± 6.3 --- 7.85 ± 3.57 ---

n.d. = no detectado. d.n.c. = detectado pero no cuantificado.

Atendiendo a las concentraciones individuales de cada uno de los hidrocarburos, se

puede observar que, en el conjunto de las muestras de aroma de humo analizadas, no se han

detectado HAPs con cuatro o más anillos en su estructura molecular. Únicamente se han

podido cuantificar algunos derivados de bajo peso molecular.


- 119 -

Estos resultados son congruentes con los comentados anteriormente, referidos a la

composición del humo obtenido a partir de los distintos materiales utilizados como

combustibles en este trabajo. En efecto:

• En la preparación de las muestras se interpone un filtro en el conducto que se

utiliza para hacer pasar el humo por el agua, con objeto de evitar que la materia

particulada pase a formar parte de lo que venimos llamando aroma de humo.

Por otra parte, en el apartado II.3.2.4 se estableció que los HAPs presentes en

el humo se distribuyen entre las fases gaseosa y aerosol, de forma que los

HAPs de mayor peso molecular quedan retenidos preferentemente en la fase

aerosol. De esa forma, los resultados ahora obtenidos se justifican, al menos en

parte, por el diseño utilizado para la obtención de la muestra, que implica la

separación de la materia particulada.

• La estructura de las moléculas de los HAPs no sustituidos y sus derivados

metilados justifica su carácter hidrofóbico. La solubilidad de estos compuestos

en agua disminuye a medida que aumenta el tamaño de sus moléculas, aunque

en general, es escasa. De esta forma, la ausencia de HAPs pesados entre los

derivados detectados en las determinaciones efectuadas en las muestras de

aroma de humo, se puede justificar por la insolubilidad de los mismos en agua,

junto a su incorporación a la materia particulada retenida por filtración del

humo, comentada en el apartado anterior.

• Los hidrocarburos de bajo peso molecular son mayoritarios en el humo y,

además, tienden a permanecer en la fase gaseosa del mismo. Ahora bien, a su

escasa solubilidad en agua, estos HAPs unen una considerable volatilidad.

Ambas características contribuyen a justificar las pequeñas concentraciones de

los derivados de bajo peso molecular en las muestras de aroma de humo.

Como se observa en la Tabla II.27, los HAPs que han sido cuantificados, al menos en

las muestras correspondientes a alguno de los aromas de humo preparados, son el naftaleno,

acenaftileno, fenantreno y antraceno. Además, se ha detectado la presencia de acenafteno,

fluoreno, 1-metilnaftaleno y 2-metilnaftaleno. La concentración de los respectivos HAPs en el

humo utilizado para preparar las muestras acuosas, es una de las variables que influye en la


- 120 -

presencia de HAPs en los aromas de humo. En tal sentido, basta recordar que según hemos

establecido anteriormente, en el conjunto de las muestras de humo analizadas, los compuestos

mayoritarios son: naftaleno, 1-metilnaftaleno, 2-metilnaftaleno, acenaftileno y fenantreno.

A nivel de componentes individuales, las mayores concentraciones halladas, en las

muestras de aroma de humo, corresponden al naftaleno, acenaftileno y fenantreno. Para el

naftaleno, los valores medios de las concentraciones representativas de las distintas muestras

de aromas de humo analizadas, presentan valores que oscilan entre un 31.0 % y un 90.7 % del

total de HAPs. En las muestras obtenidas por combustión de maderas de pino y brezo, el

acenaftileno y el fenantreno también se encuentran en concentraciones considerablemente

altas.

En atención al contenido total de HAPs en los aromas de humo estudiados, en la

Figura II.30 se puede observar que las medias de las concentraciones presentan valores que no

superan los 15.8 µg/Kg. Estos resultados son considerablemente inferiores a los obtenidos por

algunos autores en aromas de humo comerciales [92,141], en cuya preparación se han

empleado distintos medios para solubilizar los componentes del humo. No obstante, los

contenidos totales de HAPs en las muestras de aromas de humo analizadas por Gomaa y col.

[172], con valores comprendidos entre 6.3 y 43.7 µg/Kg, son comparables a los obtenidos en

este trabajo.

0

5

10

15

20

25

PinoJara

Brezo

Acícula

Tunera

Almendra

HA

Ps

Tot

ales

(µµ µµg

/Kg)

Figura II.30. Contenidos totales de HAPs y sus derivados en

los seis tipos de aromas de humo estudiados.


- 121 -

Tomando en consideración los resultados expuestos, puede concluirse que, en

términos estadísticos, el contenido total de HAPs presentes en los diferentes aromas de humos

analizados disminuye en el siguiente orden: brezo > pino ≈ tunera > jara > acícula de pino ≈

cáscara de almendra.

Los resultados obtenidos muestran que la utilización de aromas de humo, como

alternativa para disponer de alimentos con características organolépticas que se aproximen a

las conseguidas mediante el ahumado con humo procedente de la combustión de biomasa,

aporta la ventaja de evitar la incorporación a los alimentos de componentes del humo de una

considerable toxicidad. Los aromas de humo obtenidos haciendo pasar el humo obtenido por

combustión de biomasa por agua, después de su filtración para eliminar la materia

particulada, presentan contenidos despreciables de los HAPs catalogados como prioritarios

por la Autoridad para la Seguridad en la Alimentación Europea. En este sentido, puede

resultar especialmente adecuado el humo procedente de materiales como la cáscara de

almendra.

CAPÍTULO III: COMPUESTOS FENÓLICOS

SIMPLES EN EL HUMO DE BIOMASA

“Nuestra recompensa se encuentra en el esfuerzo y no en

el resultado. Un esfuerzo total es una victoria completa”.

Mahatma Gandhi (1869-1948). Político y pensador indio.

Capítulo III: Compuestos Fenólicos Simples en el Humo de Biomasa

- 125 -

III.1. INTRODUCCIÓN

III.1.1. FORMACIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LOS FENOLE S SIMPLES

Los compuestos fenólicos simples son un grupo extenso y heterogéneo de sustancias

químicas que se caracterizan por poseer en su estructura un sólo anillo bencénico unido a uno

o varios grupos hidroxilos como sustituyente. Como se ha comentado en el en Capítulo I, los

fenoles simples presentes en el humo de biomasa se forman a partir de la degradación térmica

de los alcoholes p-cumarílico, coniferílico y sinapílico de la lignina, generalmente con la

retención del grupo hidroxilo y/o metoxilo en el anillo bencénico [11,23,25-27], Figura III.1.

Además, la pirólisis de los compuestos formados también puede constituir una fuente

importante de fenoles simples. Así, Klein [173] ha propuesto que, durante la pirólisis del

guaiacol, el grupo metoxilo puede ser eliminado dando lugar a la formación de fenol,

monóxido de carbono e hidrógeno, Figura III.2. Por otra parte, Vuori y col. [174] sugieren

que el fenol se puede formar a partir de la pirólisis del guaiacol mediante una reacción

radicalaria en la que se forma el catecol como compuesto intermediario.

p-Cumarílico R1 = R2 = H

Coniferílico R1 = OCH3 R2 = H

Sinapílico R1 = R2 = OCH3 HO

CH CH

CH2OH R1

R2

Figura III.1. Estructura de compuestos fenólicos simples en humos

de biomasa.


- 126 -

III.1.1.1. Propiedades físico-químicas

En la Tabla III.1 se muestran algunas de las propiedades físicas de los fenoles simples

normalmente analizados en los humos procedentes de la combustión de biomasa. En general,

la acidez y volatilidad de los fenoles simples vienen determinadas por la naturaleza y

localización de los sustituyentes en la molécula. Así, la influencia de los radicales en la

posición meta resulta poco determinante, mientras que los efectos provocados por los

sustituyentes en las posiciones orto y para dependen no sólo de las interacciones resonantes

entre el sustituyente y el radical hidroxilo, sino también de los efectos inductivos. En este

sentido, los sustituyentes capaces de atraer electrones aumentan la acidez y la formación de

enlaces por puentes de hidrógeno, mientras que los sustituyentes que ceden electrones

provocan el efecto contrario [175,176].

Atendiendo a la acidez de los fenoles simples, a pH superiores a 11 se encuentran, en

general, ionizados como fenolatos, mientras que a pH inferiores se convierten en especies

neutras. En todo caso, las formas iónicas y neutras de los fenoles son sustancias nucleofílicas

que reaccionan en las posiciones orto y para con compuestos electrofílicos ionizados o

neutros [175].

Al considerar los valores correspondientes a las presiones de vapor, se observa que, en

general, oscilan entre 0.20 y 80 Pa. Así, estos compuestos pueden ser clasificados como

volátiles o semivolátiles. En atención a la distribución de los fenoles simples entre las fases

gaseosa y particulada del humo de biomasa, las presiones de vapor y el resto de propiedades

físico-químicas son los responsables de que estos compuestos tiendan a permanecer en la fase

gaseosa.

OCH3

OH

O

OCH3

OH

+ CO + H2

Figura III.2. Mecanismo de pirólisis del guaiacol propuesto por Klein [173].


- 127 -

Tabla III.1. Propiedades físico-químicas de los compuestos fenólicos simples.

Compuestos fenólicos Presión de vapor (Pa)a

Temperatura ebullición (ºC)b pKaa Solubilidad

en aguaa

Fenol 81.9 181.8 9.86 Alta

2-Metilfenol 50.5 191.0 10.3 Media



2-Etilfenol 24.5 204.5 10.3 Baja

4-Etilfenol 11.0 219.0 10.3 Baja

2,3-Dimetilfenol 12.4 219.9 10.4 Baja

2,6-Dimetilfenol 29.5 201.1 10.7 Baja

4-Etil-3-metilfenol 4.61 234.5 10.4 Baja

2,3,6-Trimetilfenol 8.81 223.0 10.8 Baja

2,4,6-Trimetilfenol 13.2 215.8 11.0 Baja

2-Metoxifenol 23.9 205.0 10.0 Media

4-Metil-2-metoxifenol 10.4 220.0 10.3 Baja

4-Etil-2-metoxifenol 2.31 246.5 10.3 Baja

4-Vinilguaiacol 2.51 245.0 10.0 Baja

4-(2-propenil)-2-metoxifenol 1.39 255.0 10.3 Baja

2,6-Dimetoxifenol 0.79 264.5 9.97 Media

4-Metil-2,6-dimetoxifenol 0.63 268.3 10.3 Baja

4-Etil-2,6-dimetoxifenol 0.22 285.0 10.3 Baja a Calculados con el programa Advanced Chemistry Development (ACD/Labs) Software Solaris

V4.67 ( 1994-2005). b Base de datos SciFinder Scholar 2002 ( American Chemical Society).

III.1.1.2. Actividad antioxidante

La oxidación de los lípidos es una de las principales reacciones de degradación de los

alimentos, provocando la aparición de sabores y olores desagradables. Además, estas

reacciones limitan el tiempo de conservación de muchos alimentos ya que pueden

desarrollarse aún cuando el contenido graso sea inferior al 1 %.

Los principales compuestos que intervienen en las reacciones de oxidación son los

ácidos grasos insaturados, debido a que los dobles enlaces son centros activos que pueden

reaccionar con el oxígeno. La velocidad de oxidación de estas sustancias es superior cuando


- 128 -

están libres que cuando forman parte de triglicéridos o fosfolípidos, influyendo también el

grado de insaturación en la velocidad de la reacción. En general, los procesos de oxidación de

los alimentos pueden dividirse en tres etapas: iniciación, propagación y terminación [177]:

Durante las reacciones de iniciación los ácidos grasos insaturados se combinan con el

oxígeno dando lugar a la formación de peróxidos lipídicos. En la etapa de propagación se

produce un aumento en la concentración de radicales peróxido. Por último, los radicales libres

se asocian formando compuestos no radicales de bajo peso molecular (aldehídos, cetonas,

lactonas, ácidos grasos de cadena corta), que son los responsables de la degradación de los

alimentos.

Se consideran antioxidantes aquellas sustancias que estando presentes en los

alimentos, de forma natural o porque han sido adicionadas a los mismos, retrasan la aparición

de los fenómenos de oxidación manteniendo intactas sus características sensoriales. En este

sentido, algunos fenoles simples presentes los humos de biomasa utilizados en el ahumado de

alimentos, son capaces de interrumpir la cadena de radicales cediendo un hidrógeno a un

radical lipídico libre y quedando ellos en forma de radical. Como consecuencia disminuye el

número de radicales libres, desciende la velocidad de la oxidación y se prolonga la etapa de

inducción. Los antioxidantes en forma de radical son estables y no reaccionan con los lípidos

sino con otras moléculas similares, dando lugar a productos no radicales, o bien sufren una

posterior oxidación dando quinonas. Además, el carácter hidrofóbico de los fenoles favorece

su introducción en los lípidos y, por consiguiente, aumenta la actividad antioxidante [177-

179].

En general, los derivados alquilos y metoxilos de los fenoles simples en la posiciones

RH → R· + H

· RH + O2 → RO2

· + H·

R· + O2 → RO2

·

RO2· + RH → RO2H + R

·

R· + R

· → R2

R· + ROO

· → RO2R

RO2· + RO2

· → RO2R + O2

Iniciación

Terminación

Propagación


- 129 -

orto y para, aumentan la capacidad antioxidante del compuesto ya que debido a la

localización del electrón entre dos formas resonantes, forman radicales fenoxi más estables.

Entre estos dos tipos de sustituyentes, los grupos metoxilos son los que ejercen un mayor

efecto estabilizador en los radicales fenoxi. Por otro lado, la sustitución en orto de radicales

que posean átomos de hidrógeno en el carbono α, tales como metil, etil o isopropil, puede

aumentar el numero de radicales peróxidos atrapados mediante la regeneración de los

radicales fenoxi [180-182], Figura III.3.

Además el carácter nucleófilo de los fenoles simples les permite asociarse con

compuestos electrofílicos como los HAPs. Así, se han observado efectos inhibidores en el

poder cancerígeno del benzo(a)pireno en presencia de compuestos fenólicos. En este sentido,

interacciones químicas entre los metoxifenoles y los HAPs en el interior de los pulmones

pueden explicar el hecho de que las partículas del humo de madera sean menos cancerígenas

que las procedentes de la emisión de vehículos [179].

RO2H

RO2·

OH

CHX

OH

CH2X

RO2·

RO2H

CH2X

O·

CHX

O H

·

· OH

CHX RO2

·

O2R

O

CH2X

· RO2

·

O

CH2X

O2R

Figura III.3. Mecanismo antioxidante del fenol orto sustituido

propuesto por Ohkatsu y col. [181].


- 130 -

III.1.1.3. Características organolépticas

En términos generales, los compuestos volátiles y semivolátiles son los principales

responsables de las propiedades organolépticas de los alimentos ahumados. El elevado

número de estas sustancias identificadas en los humos de biomasa, pone de manifiesto la

dificultad de los estudios que intentan relacionar el perfil organoléptico de los alimentos con

determinadas moléculas. En los últimos años, se han realizado varios estudios que sugieren la

importancia de los compuestos fenólicos en el sabor y olor de los alimentos ahumados

[101,102,183]. Sin embargo, la relación entre estos compuestos y la percepción sensorial no

se encuentra bien determinada.

Tabla III.2. Disoluciones utilizadas por diferentes autores en el análisis sensorial de compuestos

fenólicos.

Propiedad:

Olor/Sabor Disolución Ref.

Quemado 0.2 g catecol + 5 mL H2O [184]

0.1 g 3-metoxicatecol + 10 mL H2O [185]

0.1 g 4-metil-2,6-dimetoxifenol + 10 mL H2O [185]

0.1 g 4-(1-propenil)-2,6-dimetoxifenol + 10 mL H2O [185]

Picante 0.1 g 4-metilfenol + 10 mL H2O [185]

Madera 0.1g 2-(1-metiletil)-5-metilfenol + 5 mL H2O [186]

50 µl 2-metoxifenol + 10 mL H2O [186]

50 µl 4-(2-propenil)-2-metoxifenol + 10 mL H2O [187]

Medicina 50 µl 2-metoxifenol + 10 mL H2O [187]

50 µl 3-metilfenol + 10 mL H2O [188]

0.1 g 2-metilfenol + 5 mL H2O [188]

Hierbas aromáticas 50 µl 4-(2-propenil)-2-metoxifenol + 10 mL H2O [184]

50 µl 4-(1-propenil)-2-metoxifenol + 10 mL H2O [184]


- 131 -

Es conocido que el olor/sabor de un objeto no procede de un solo compuesto químico,

ni siquiera de una única familia de compuestos, sino que es el resultado de mezclas complejas

de sustancias en diferentes concentraciones. No obstante, en un intento de buscar respuesta a

la pregunta sobre la participación de ciertos compuestos químicos en las características

organolépticas de preparados alimenticios o de otro tipo, algunos autores han evaluado los

efectos organolépticos de algunos compuestos puros en disolución [184-188]. En la

Tabla III.2 se muestran algunas de las disoluciones de fenoles utilizadas por diferentes autores

en los análisis sensoriales. Se puede observar que los derivados del fenol proporcionan olores

picantes y otros, que recuerdan a madera y a medicinas, mientras que los derivados del

guaiacol (2-metoxifenol) aportan olores propios de maderas y medicinas. Los olores a

quemado son característicos de los derivados del siringol (2,6-dimetoxifenol).

III.1.2. EMISIÓN DE FENOLES SIMPLES EN HUMOS DE BIO MASA

Entre los diferentes trabajos en los que se estudia la presencia de fenoles simples en

humos procedentes de la combustión de biomasa, destaca el realizado por Schauer y col. [20],

en el que utiliza como combustible maderas de pino, roble y eucalipto. Las concentraciones

halladas por estos autores se han agrupado en la Tabla III.3. En la misma Tabla también se

han incluido los resultados obtenidos por Ciccioli y col. [189] en los humos obtenidos a partir

de la combustión de madera de pino, así como en restos de trigo.

Al comparar los resultados incluidos en la citada Tabla, se pueden aventurar algunas

opiniones. Así, las diferencias que se observan en los citados trabajos, en relación con las

concentraciones de fenoles en los humos procedentes de la combustión de madera de pino,

pueden justificarse en base a diferencias en las técnicas y dispositivos empleados para

efectuar la combustión. Sin embargo, es evidente que la composición en fenoles de los

distintos tipos de humo, también debe estar relacionada con la naturaleza del material que se

queme. De este modo, a partir de los datos aportados en el trabajo de Schauer y col. [20], se

observa que el contenido en fenoles y metoxi-fenoles suele variar en el siguiente orden: pino

> roble > eucalipto. Sin embargo, los derivados del 2,6-dimetoxifenol parecen obedecer una

secuencia diferente, en la que el humo de pino presenta contenidos considerablemente

inferiores a los que se observan para los humos de maderas de roble y de eucalipto.

Generalizando, podría decirse que la combustión de maderas duras y blandas produce


- 132 -

derivados del 2-metoxifenol en cantidades importantes, mientras que las concentraciones de

derivados del 2,6-dimetoxifenol son significativamente superiores en los humos de maderas

duras.

Atendiendo a la concentración individual de fenoles simples, suelen destacar los

elevados valores del fenol, 2-metoxifenol y, en maderas duras, 2,6-dimetoxifenol, mientras

que el 4-propil-2-metoxifenol y el 4-(2-propenil)-2-metoxifenol son emitidos en bajas

concentraciones.

En la literatura se pueden encontrar otros estudios de interés como los realizados por

Kjällstrand y col. [190,191], sobre la emisión de metoxi-fenoles en humos procedentes de la

combustión de diferentes tipos de maderas, hierba y helecho, y el de Rogge y col. [169],

relativo a la emisión de metoxi-fenoles y derivados del catecol asociados al aerosol producido

por la combustión de pino, roble y madera sintética.

Tabla III.3. Emisión de fenoles simples (mg/Kgbiomasa) procedentes de la combustión

de diferentes tipos de biomasa.

Fenoles simples Pinoa Pinob Roblea Eucaliptoa Trigo b

Fenol 525 82.9b 300 434 145

2-Metilfenol 89.6 17.5b 47.7 37.8 34.1

3-Metilfenol + 4-metilfenol 380 54.0b 179 110 84.2

Dimetilfenoles 110 30.7b 50.7 30.2 45.2

Etilfenoles 26.5b 85.6

2-Metoxifenol 279 55.4b 172 183 143

4-Metil-2-metoxifenol 340 28.5b 101 81.3 23.7

4-Etil-2-metoxifenol 204 29.6b 100 56.8 55.9

4-Propil-2-metoxifenol 70.2 12.5b 31.6 11.9 4.16

4-(2-Propenil)-2-metoxifenol 57.6 20.7 10.8

2,6-Dimetoxifenol n.d. 67.2b 399 289 264

4-Metil-2,6-dimetoxifenol 0.30 179 133

4-Etil-2,6-dimetoxifenol 0.23 196 96.9

4-Propil-2,6-dimetoxifenol n.d. 80.9 23.4 a Referencia [20]. b Referencia [189]


- 133 -

III.1.3. CONTENIDO DE FENOLES SIMPLES EN AROMAS DE HUMO

Como se ha comentado anteriormente, los fenoles simples juegan un papel muy

importante en las propiedades organolépticas y antioxidantes que confieren los procesos de

ahumado a los alimentos. Teniendo en cuenta que el tratamiento con aromas de humo

constituye una alternativa o un complemento del proceso de ahumado tradicional, resulta de

gran interés la determinación del contenido de fenoles simples en los aromas de humo. En la

Tabla III.4 se muestran las concentraciones de los fenoles simples normalmente analizados en

los aromas de humo. En general, se observa que los fenoles simples que se encuentran en

mayor concentración son el 2-metoxifenol, el fenol y sus derivados metilados, así como, el

2,6-dimetoxifenol y sus derivados alquílicos en los aromas de humo de maderas duras.

Tabla III.4. Contenido de fenoles simples (mg/Kg) presentes en aromas de humo.

Aromas de humos Fenoles simples

Aa Bb Cc Dd

Fenol 23.7 175.3 370.7 4.7

2-Metilfenol 16.5 73.4 128.8 12.3

3-Metilfenol + 4-metilfenol 46.5 111.4 352.7 11.5

2,3-Dimetilfenol 3.8 n.c. n.c. 13.1

2,4-Dimetilfenol + 2,5-dimetilfenol 16.2 3.8 48.7 14.4

3,5-Dimetilfenol 6.1 tr.

2-Etilfenol 2.3 14.5 22.0 8.8

3-Etilfenol 11.7 75.4 86.0 10.4

2,3,5-Trimetilfenol 2.0 tr. 6.7

2,3,6-Trimetilfenol 1.5 n.c.

2,4,6-Trimetilfenol 0.8 tr. 6.7

2-Metoxifenol 119.5 176.7 566.0 29.2

4-Metil-2-metoxifenol 109.3 44.0 364.7 29.0

4-Etil-2-metoxifenol 53.2 21.2 184.0 12.4

4-(2-Propenil)-2-metoxifenol 28.5 6.1 15.3 13.7

2,6-Dimetoxifenol 253.4 43.1 546.7 97.7

4-Metil-2,6-dimetoxifenol 46.4 5.5 374.7 44.6

4-Etil-2,6-dimetoxifenol 26.9 3.0 130.7 22.3

n.c. = no cuantificado. tr. = concentración a nivel de trazas. a Referencia [192]. b Referencia [191]. c Referencia [193]. d Referencia [194].


- 134 -

Entre los factores que más influyen en el contenido de los fenoles simples presentes en

aromas de humo destaca la naturaleza química de la biomasa utilizada en el proceso de

combustión, los tratamientos de purificación realizados durante su elaboración y la

temperatura combustión [32]. En la Figura III.4 se puede observar que la concentración de los

compuestos derivados del fenol, guaiacol y siringol en aromas de humo procedentes de la

degradación térmica de la parra (Vitis vinifera), alcanzan un máximo cuando la temperatura es

de 500 ºC aproximadamente.

III.1.4. DETERMINACIÓN DE FENOLES SIMPLES EN HUMOS DE BIOMASA

En ocasiones, las pérdidas por volatilización de los fenoles simples durante el

muestreo y análisis del humo de biomasa son inevitables. Entre los diferentes sistemas de

muestreo, varios autores han utilizado tubos de vidrio rellenos de un material adsorbente

capaz de retener cuantitativamente los fenoles simples presentes en el humo de biomasa

(Tenax, Carbograph, Carbopack) [189-191,195]. Posteriormente, los compuestos retenidos en

el material son sometidos a desorción y analizados en un CG-EM. Otros autores utilizan un

sistema de purga y trampa acoplado a un CG-EM en el análisis de los fenoles simples

100 400

155

210

265

320

450 500 550 600 650

Temperatura (ºC)

Con

cent

raci

ón (

mg/

100g

par

ra)

Figura III.4. Influencia de la temperatura en la concentración de derivados del fenol

(� ), guaiacol (▲) y siringol (●) presentes en aromas de humo [32].


- 135 -

retenidos en el material adsorbente [189]. Kjällstrand y col. [190,191] también han propuesto

la utilización de jeringas de muestreo como método alternativo en la determinación de

metoxi-fenoles presentes en el humo de biomasa. Sin embargo, los sistemas de muestreo

mencionados sólo permiten muestrear volúmenes de humo comprendidos entre 0.5 y 500 mL.

Ross y col. [136] utilizan un filtro seguido de una trampa de XAD-2 y otra de carbón

en el muestreo de fenoles presentes en el humo producido por la combustión de madera de

pino en un horno de lecho fijo. Finalmente los fenoles son extraídos, derivatizados,

purificados y analizados por cromatografía de gases.

Aunque diseñado para la toma de muestra en aire ambiente y propuesto como parte de

la metodología incluida en la Norma EPA-TO-8 [196] para la determinación de fenol y metil-

fenoles en dicho tipo de muestras, destaca por su sencillez y eficacia el sistema de muestreo

en el que los fenoles son atrapados como fenolatos en dos borboteadores que contienen cada

uno de ellos una disolución acuosa de hidróxido de sodio. Posteriormente, las disoluciones se

ajustan a pH < 4 y se analizan los fenoles por HPLC con un detector de absorción visible-

ultravioleta, de fluorescencia o electroquímico. Las disoluciones utilizadas para retener los

fenoles presentes en el aire ambiente pueden ser analizadas directamente en el sistema

cromatográfico debido a que la matriz de las muestras es relativamente sencilla.

III.1.5. ANÁLISIS DE FENOLES SIMPLES EN AROMAS DE H UMO

En general, el análisis de fenoles simples en aromas de humo requiere de

procedimientos complejos que involucran varias etapas como la extracción, purificación y

preconcentración antes de la cuantificación. Así, Guillén y col. [193] determinan fenoles

simples en el aroma de humo procedente de la pirólisis de madera de roble mediante varias

extracciones líquido-líquido con diclorometano, seguida de una etapa de preconcentración

antes de su análisis por CG-EM.

Aunque no ha sido ampliamente utilizada en la determinación de fenoles simples en

aromas de humo, una técnica de extracción, alternativa a la extracción líquido-líquido

convencional, es la extracción mediante un sistema de purga y trampa. La muestra se purga

con un gas inerte a una temperatura determinada para extraer los compuestos volátiles y


- 136 -

semivolátiles que, posteriormente, son retenidos en una trampa rellena de un material

adsorbente o directamente en una trampa fría capilar. Una vez finalizado el proceso de purga,

la trampa se calienta para desorber los analitos que son arrastrados por el gas portador e

introducidos en una columna capilar de un CG-EM.

Por otra parte, la microextracción en fase sólida (SPME) también ha sido utilizada por

algunos autores para la extracción del fenol y sus derivados alquilícos, nitrados y clorados en

matrices acuosas [197-200]. La SPME, desarrollada por Pawliszyn y col. [201], se basa en el

equilibrio de reparto de los analitos entre una fase polimérica, que recubre una fibra de sílice

fundida, y la matriz de la muestra. En primer lugar, los analitos son extraídos desde la matriz

que los contiene, por contacto de la muestra con una fibra recubierta de una fase activa,

durante un tiempo determinado. En el análisis de compuestos orgánicos volátiles o

semivolátiles, la extracción también se puede realizar en el espacio gaseoso de la matriz de la

muestra (HS-SPME). Esta modalidad permite el análisis de matrices sucias y la degradación

de la fibra es menor que en la modalidad anterior. En segundo lugar, los analitos retenidos en

la fibra son desorbidos, generalmente en un inyector de un CG a altas temperaturas o en un

HPLC, introduciendo la fibra en una interfase SPME-HPLC.

Entre las ventajas que presenta la extracción mediante purga y trampa, y la SPME

frente a las técnicas convencionales para la extracción de compuestos orgánicos de muestras

medioambientales destacan:

o No requieren de disolventes orgánicos, generalmente caros y con frecuencia

perjudiciales para la salud y el medio ambiente.

o Las técnicas son simples, rápidas y de fácil automatización.

o Sólo se requiere de un pequeño volumen de muestra.

o Pueden acoplarse fácilmente a un CG y, en el caso de la SPME, con algunas

modificaciones, también puede acoplarse a un HPLC.


- 137 -

III.1.6. OBJETO DEL TRABAJO

En atención a lo expuesto, el objetivo principal del presente Capítulo se ha centrado en

establecer los contenidos de fenol, alquil-fenoles y metoxi-fenoles en el humo procedente de

la combustión de los seis tipos de materiales más frecuentemente utilizados en el ahumado de

queso en las islas de La Palma, La Gomera y El Hierro.

Para alcanzar dicho objetivo, se han tenido que establecer previamente las condiciones

óptimas para realizar la toma de muestra del humo y el análisis de los 21 compuestos

fenólicos seleccionados como componentes de interés en el humo de biomasa. El antecedente

inmediato puede encontrarse en el método EPA-TO-8, ampliamente utilizado para la

determinación de fenol y metil-fenoles en aire ambiente. Sin embargo, la superior

complejidad de las muestras de humo y el importante número de compuestos fenólicos que

habitualmente se encuentran en las mismas, aconseja revisar la metodología oficial indicada e

introducir las modificaciones que se consideren oportunas y necesarias. Básicamente, para

alcanzar este objetivo parcial, la atención se centrará en las tres etapas clásicas de un método

analítico: toma de muestra, tratamiento de la muestra y medida. En todo caso hay que respetar

las condiciones en las que se realiza la generación de humo y el ahumado.

En relación a los aromas de humos, se ha establecido el proceso de obtención de los

mismos. La determinación de los compuestos fenólicos en los aromas de humo se ha

realizado mediante el mismo procedimiento que el utilizado para las muestras de humo.

Después de la determinación de los compuestos fenólicos, tanto en el humo como en

el aroma de humo, el siguiente objetivo que nos hemos propuesto ha consistido en evaluar los

resultados obtenidos, al aplicar la metodología analítica establecida, con la finalidad de

establecer correlaciones entre la composición en fenoles de los distintos tipos de muestras

(humos y aromas de humo) y la naturaleza de los materiales utilizados en la combustión. En

tal sentido, adquiere relevancia la realización de tratamientos quimiométricos a los resultados

obtenidos, con objeto de clasificar las muestras de humos y aromas de humo en atención a su

origen. Además, mediante los tratamientos quimiométricos, también se pretende establecer

relaciones entre contenidos en determinados compuestos y el total de fenoles en las muestras,

con objeto de simplificar, si procede, la complejidad de las determinaciones analíticas a

efectuar.


- 138 -

El lograr los objetivos planteados podría permitirnos obtener información de utilidad

para determinados sectores socio-económicos, como son el de producción y comercialización

del queso en Canarias. En efecto, el análisis de los resultados podría permitir establecer

relaciones entre características de los humos y propiedades organolépticas de alimentos

ahumados, con la que se podría incidir en la aceptación por el consumidor de determinados

productos o tratamientos. Por otra parte, el contenido en determinados compuestos fenólicos o

relaciones entre ellos podría permitir establecer señas de identidad del producto ahumado a

consumir, que pueden ser relacionadas con los materiales empleados en la producción de

humo y, en consecuencia, con una determinada empresa o Denominación de Origen.


- 139 -

III.2. PARTE EXPERIMENTAL

III.2.1. REACTIVOS Y MATERIALES

Los compuestos fenólicos simples utilizados en los estudios incluidos en este Capítulo

y suministrados por Dr. Ehrenstorfer (Reference Materials, Augsburgo, Alemania) han sido la

disolución patrón Fenol Mix 1 conteniendo fenol (F), 2-metilfenol (2-MF), 3-metilfenol (3-

MF), 4-metilfenol (4-MF), 2,3-dimetilfenol (2,3-diMF), 2,4-dimetilfenol (2,4-diMF), 2,5-

dimetilfenol (2,5-diMF), 2,6-dimetilfenol (2,6-diMF), 3,4-dimetilfenol (3,4-diMF), 3,5-

dimetilfenol (3,5-diMF), 2,3,5-trimetilfenol (2,3,5-triMF), 2,3,6-trimetilfenol (2,3,6-triMF),

2,4,6-trimetilfenol (2,4,6-triMF) y 3,4,5-trimetilfenol (3,4,5-triMF) a una concentración de 50

mg/L en metanol, el 2-etilfenol (2-EF) y el 3-etilfenol (3-EF) con purezas superiores a 99.4

%. El guaiacol (Gu), 3-metoxifenol (3-MeF), eugenol (Eu), siringol (Si) y vanillina (Va) han

sido suministradas por Fluka (Buchs, Suiza) con purezas superiores al 98.0 %. Estos patrones

fueron almacenados a una temperatura de 4 ºC y utilizados para la preparación de las

disoluciones patrón de trabajo en metanol. A partir de las disoluciones de trabajo, se

prepararon los correspondientes patrones, para la construcción de los gráficos de calibración,

por dilución con agua purificada a través de un sistema Mili-Q (Millipore, Bedford, MA,

USA).

Las microfibras utilizadas fueron carbowax-divinilbenceno de 65 µm (CW-DVB),

poliacrilato de 85 µm (PA), carboxen-polidimetilsiloxano de 75 µm (CAR-PDMS),

polidimetilsiloxano de 10 µm (PDMS) y polidimetilsiloxano-divinilbenceno de 65 µm

(PDMS-DVB) suministradas por Supelco (Bellefonte, PA, USA). Estas microfibras se

acondicionaron antes de su uso de acuerdo con las condiciones especificadas por el fabricante.

Para el muestreo y análisis de los fenoles se ha utilizado cloruro de sodio, hidróxido de

sodio y ácido sulfúrico suministrados por Merck (Darmstadt, Alemania) y agua Mili-Q.

Los materiales vegetales utilizados en el proceso de combustión son los mismos que se

han descrito en la sección II.2.1.


- 140 -

III.2.2. EQUIPOS

III.2.2.1. Ahumadero

En este estudio la combustión de la biomasa se ha realizado en el ahumadero

denominado bidón y descrito en la sección II.2.2.1.

III.2.2.2. Sistema de muestreo para la determinació n de fenoles simples en

humos de biomasa

El sistema de muestreo está constituido por la misma bomba de aire que se describe en

la sección II.2.2.2, dos borboteadores de vidrio que contienen una disolución acuosa de

hidróxido sódico 0.1N y una trampa de gel de sílice, Figura III.5.

III.2.2.3. Sistema para la obtención de aromas de h umo

El sistema utilizado para la obtención de aromas de humo es el mismo que se ha

descrito en la sección II.2.2.3.

III.2.2.4. Cromatógrafo de gases con detector de es pectrometría de masas

El cromatógrafo de gases con detección por espectrometría de masas es el mismo que

se describe en II.2.2.5. El muestreador automático viene acoplado a un fijador de fibra modelo

57331 suministrado por Supelco (Bellefonte, PA, USA). En este sistema se hace necesaria la

utilización de un carrusel de 12 viales, preparado para viales de 10 mL, modelo 2-7389 de

Supelco.

El sistema de SPME presenta un mecanismo de agitación que consiste en un pequeño

motor y una leva para hacer vibrar la aguja. De esta manera, el soporte de la fibra está

diseñado para trabajar como un agitador.


- 141 -

III.2.3. PROCEDIMIENTOS

III.2.3.1. Determinación de la eficiencia del sist ema de muestreo

Para determinar la eficiencia de muestreo, se coloca un dispositivo de vidrio en forma

de “U” antes del primer borboteador. El dispositivo es fortificado con 200 µL de una

disolución que contiene una cantidad conocida de los 21 compuestos considerados en

diclorometano. Con objeto de facilitar la evaporación de los fenoles, el dispositivo es

sumergido en un baño termostático de agua a 90 ºC. A continuación, se pasa aire húmedo,

generado en otro baño termostático de agua, a través del sistema de muestreo durante 20 min.

La Figura III.5 muestra el sistema de muestreo utilizado para la determinación de los

compuestos fenólicos en el humo de biomasa y la eficiencia de muestreo. Finalmente, las

disoluciones acuosas de los borboteadores han sido inmediatamente almacenadas a

temperaturas inferiores o próximas a 4 ºC en recipientes limpios y protegidos de la luz durante

un tiempo máximo de 24 horas antes de su análisis por HS-SPME-CG-EM.

Aire Húmedo

Bomba de Muestreo

Rotámetros

Controles

Baños de Agua

Dispositivo de vidrio en forma de “U”

Borboteadores

NaOH 0.1 N Gel de Sílice

Sistema de Muestreo

Figura III.5. Sistema utilizado para la absorción de los compuestos fenólicos presentes en el

humo de biomasa o en los patrones en fase gas.


- 142 -

III.2.3.2. Proceso de combustión de la biomasa

El proceso de combustión ha sido descrito previamente en la sección II.2.3.2.

III.2.3.3. Toma de muestras de humos de biomasa

Con objeto de retener los fenoles simples, se impulsa el humo generado en la

combustión de la biomasa a través del sistema de muestreo, haciendo uso de la bomba de aire,

con un flujo previamente optimizado, durante 20 min. Una vez ha finalizado la toma de

muestra, los borboteadotes, que contienen las disoluciones acuosas de las muestras recogidas,

se recubren con papel de aluminio y se trasladan al laboratorio en neveras portátiles. Las

muestras son almacenadas a una temperatura inferior a 4 ºC y protegidas de la luz, durante un

tiempo inferior a 24 horas antes de su extracción.

III.2.3.4. Obtención de aromas de humo

La obtención de los aromas de humo a partir de la combustión de los seis tipos de

biomasa considerados ha sido descrita en la sección II.2.3.4. La muestra de aroma de humo

obtenida se filtra y se almacena en el laboratorio a una temperatura inferior a 4 ºC y protegida

de la luz, durante un máximo de 24 horas antes de la extracción de los fenoles simples.

III.2.3.5. Proceso de microextracción en fase sóli da en espacio en cabeza

Para llevar a cabo el análisis de los compuestos fenólicos presentes en los humos de

biomasa y en los aromas de humo, se toman una alícuotas de 20 y 7 mL respectivamente del

primer borboteador, se añade ácido sulfúrico al 5 % hasta alcanzar pH 2 y se satura en cloruro

de sodio. Las muestras humo y aromas de humo se ajustan a un volumen final de 25 y 10 mL

con agua Mili-Q, respectivamente. Posteriormente, se colocan 5 mL de cada una de las

disoluciones acuosas en un vial de 10 mL provisto de tapa con septum de PTFE y recubierto

con papel de aluminio. La extracción se consigue introduciendo la fibra de CW-DVB de 65

µm en el espacio gaseoso en equilibrio, a temperatura ambiente, con la disolución acuosa.


- 143 -

Durante la extracción, la fibra es agitada por un período de tiempo de 90 min. Una vez

finalizada la extracción, los analitos absorbidos en la fibra son desorbidos térmicamente a 250

ºC durante 3 min en el inyector del cromatógrafo de gases.

En determinadas ocasiones, los analitos, al menos parcialmente, pueden permanecer

retenidos en el recubrimiento de la fibra después de la desorción y, por tanto, aparecer en los

siguientes análisis. Este efecto se minimiza haciendo uso de blancos de agua destilada entre

las muestras y llevando a cabo una desorción térmica de las fibras en el inyector a la

temperatura y tiempo de acondicionamiento de las mismas.

III.2.3.6. Análisis por cromatografía de gases-esp ectrometría de masas

Las condiciones de operación para llevar a cabo la identificación y cuantificación de

los compuestos fenólicos simples considerados, en las muestras de humo y en los aromas de

humo, son las siguientes:

Cromatógrafo de gases

Gas portador: He. Flujo constante: 1.0 mL/min

Tiempo de desorción: 3 min

Tipo de inyección: Splitless

Temperatura del inyector: 250 ºC

Programa de Temperatura del Horno: 4 min a 40 ºC, se aumenta a 80 ºC/min hasta

80 ºC, manteniendolo a esta temperatura

durante 4 min, se aumenta a 10 ºC/min hasta

290 ºC y se mantiene a esta temperatura

durante 1 min

Espectrómetro de masas

Fuente de iones: Impacto electrónico (70eV)

Adquisición de datos: Modo “scan” (rango de masas entre 50-280

uma)

Temperatura de la trampa de iones: 200 ºC

Temperatura de la línea de transferencia: 290 ºC

Temperatura del “Ion trap manifold”: 80 ºC


- 144 -

Los compuestos fenólicos fueron identificados atendiendo a sus respectivos tiempos

de retención y mediante la comparación de sus espectros de masas con los de la librería NIST

v.1.7a (Varian Inc.). Las determinaciones cuantitativas se llevaron a cabo usando el modo

“monitorización del ión seleccionado (SIM)” usando los valores de masa correspondientes a

los dos iones más abundantes en el espectro de masas de cada compuesto.


- 145 -

III.3. HUMO DE BIOMASA

III.3.1. OPTIMIZACIÓN DE LA METODOLOGÍA PARA LA DET ERMINACIÓN

DE FENOLES SIMPLES EN HUMO DE BIOMASA

Los antecedentes inmediatos de la metodología que hemos utilizado para la

determinación de fenoles presentes en el humo de biomasa se encuentran en la Norma EPA-

TO-8, que se refiere al análisis de fenol y metil-fenoles en aire ambiente [196]. Entre las

diferentes etapas de la metodología analítica descrita en esta Norma, sólo se ha utilizado la

referente a la toma de muestra, basada en hacer burbujear el aire a través de una disolución de

NaOH. La posterior extracción de los fenoles disueltos y el análisis por HPLC se ha sustituido

por una combinación entre la microextracción en fase sólida, realizada en espacio de cabeza,

con la Cromatografía de Gases-Espectrometría de Masas.

III.3.1.1. Eficiencia del sistema de muestreo

Como se ha expuesto con anterioridad, el número y naturaleza de los compuestos

fenólicos estudiados en este trabajo difieren considerablemente de los contemplados en la

citada norma EPA. Por tal motivo, ha parecido oportuno proceder a la optimización del

proceso de toma de muestra.

En otro orden de cosas, hemos comentado con anterioridad que entre las finalidades de

este trabajo se encuentra la de establecer la composición del humo, procedente de la

combustión de restos vegetales, utilizado para el ahumado de queso en las Islas Canarias. Para

lograr resultados que, en la medida de lo posible, sean representativos, se ha querido respetar

las características del proceso de ahumado utilizado artesanalmente por los ganaderos y, en

consecuencia, determinadas variables experimentales, que pueden afectar a la composición

del humo, no han sido modificadas. Es el caso de la temperatura del humo que, para la

combustión de la biomasa en bidón, procedimiento habitual en el proceso artesanal de

ahumado, conduce a humos con temperaturas que oscilan entre 36 y 56 ºC en el lugar donde

se colocan los alimentos a ahumar que, a su vez, es el escogido para la toma de muestra. Por

otra parte, el tiempo de muestreo ha sido fijado en unos 20 min, tiempo que suele invertirse en


- 146 -

el proceso de ahumado del queso. De esta forma, la temperatura del humo y el tiempo de

muestreo vienen impuestas, mientras que la naturaleza y concentración de la disolución

absorbente han sido fijadas atendiendo a experiencias previas.

En atención a lo expuesto, las variables a optimizar han quedado reducidas a dos:

volumen de disolución absorbente y flujo de muestreo. En el dispositivo utilizado para

simular las condiciones de muestreo, representado en la Figura III.5, se introducen 200 µL de

una disolución en diclorometano, con concentraciones de los fenoles seleccionados que

oscilan entre 5 µg/L y 1220 µg/L. El dispositivo se sumerge en un baño termostático de agua

a una temperatura de 90 ºC y se hace pasar aire húmedo, con una temperatura de 45 ºC, a

través del sistema de muestreo. En estas condiciones, manteniendo constante el volumen de

absorbente a 100 ml, se varía el flujo de muestreo entre 1 y 4 L/min. Del mismo modo, para

optimizar el volumen de absorbente, se fija el flujo a 3 L/min, y se emplean volúmenes de

NaOH 0.10 N de 50, 75, 100 y 125 ml.

La Figura III.6 muestra los resultados obtenidos para el 2-metilfenol, 2,3-dimetilfenol

y 3,4-dimetilfenol, seleccionados como compuestos representativos de los fenoles estudiados.

Estos resultados han permitido seleccionar las siguientes condiciones óptimas de muestreo:

100 mL de disolución de NaOH 0.10 N como absorbente y 2 L/min para el flujo de muestreo.

Figura III.6. Eficiencias del sistema de muestreo en función del flujo de muestra (A) y del volumen

de disolución absorbente (B).

30

60

90

120

0 1 2 3 4 5

Flujo de muestreo (L/min)

Rec

uper

ació

n (%

)

60

80

100

120

25 50 75 100 125 150

Volumen NaOH (L)

Rec

uper

ació

n (%

)

2-MF

2,3-diMF

3,4-diMF

2-MF

2,3-diMF

3,4-diMF

A B


- 147 -

Con objeto de establecer la variabilidad de los resultados obtenidos para la eficiencia

de muestreo en las condiciones óptimas, se han realizado tres determinaciones en un mismo

día. En estas condiciones, las eficiencias medias obtenidas para los fenoles estudiados oscilan

entre 89.8 y 112 %, con un valor medio del 104 %, Tabla III.5. Estos resultados son

representativos del fenol, guaiacol y los derivados alquilados del fenol, excepto el 2,3,5-

trimetilfenol y 3,4,5-trimetilfenol. Para estos compuestos y los restantes derivados

metoxilados, las recuperaciones son inferiores al 70 %. Al coincidir con los derivados

fenólicos que presentan mayores puntos de ebullición, superiores a 240 ºC, es posible que las

menores eficiencias en la retención no se relacionen con el proceso de absorción de estos

fenoles en las disoluciones absorbentes, sino que sea una consecuencia de la escasa

volatilidad relativa de estos compuestos.

Tabla III.5. Eficiencias de retención en el sistema de muestreo de los fenoles

simples estudiados, en las condiciones óptimas de trabajo.

Compuesto Recuperación (%) D.S.R (%)

F 112 2.4

2-MF 106 7.1

3-MF+4-MF 110 3.7

2,3-diMF 97.6 8.0

2,4-diMF+2,5-diMF 107 8.6

2,6-diMF 106 3.3

3,4-diMF 96.0 5.4

3-EF+3,5-diMF 104 8.0

2-EF 105 3.2

2,3,5-triMF 60.5 13

2,3,6-triMF 89.8 2.0

2,4,6-triMF 105 7.4

3,4,5-triMF 49.8 8.4

Gu 111 5.8

3-MeF 68.0 7.2

Eu 62.7 8.5

Si 50.8 0.6

Va 38.9 5.6

D.S.R. = Desviación estándar relativa.


- 148 -

Tabla III.6. Relación entre las áreas de pico de cada uno de los fenoles estudiados presentes en

los dos borboteadores utilizados para el muestreo.

Área de picoa ·10-3

Compuesto 1er Borboteador 2º Borboteador

Relación de áreasb (%) D.S.

F 4877 104 2.22 0.75

2-MF 2015 56 2.81 0.85

3-MF+4-MF 5592 170 3.06 0.70

2,3-diMF 352 12 3.30 0.40

2,4-diMF+2,5-diMF 2101 78 3.73 0.46

2,6-diMF 460 17 3.64 0.21

3,4-diMF 406 16 3.80 1.08

3-EF+3,5-diMF 2770 100 3.62 0.09

2-EF 374 10 2.82 1.36

2,3,5-triMF 121 5 3.83 0.34

2,3,6-triMF 92 3 3.53 1.11

2,4,6-triMF 193 7 3.51 0.94

3,4,5-triMF 50 2 3.60 0.31

Gu 13100 404 3.09 0.79

3-MeF - - - -

Eu 1274 46 3.58 0.32

Si - - - -

Va - - - -

D.S. = Desviación estándar. a Media de tres determinaciones. b Promedio de las relaciones de áreas para

cada par de borboteadotes.

Como se ha comentado con anterioridad, el proceso de toma de muestra se basa en la

transformación de los fenoles en sus correspondientes fenolatos en medio alcalino, por lo que

se aumenta considerablemente la solubilidad de estos compuestos en disolución acuosa.

Ahora bien, optimizado el volumen de disolución absorbente y el flujo de muestreo, es

necesario comprobar si la capacidad del sistema para retener el total de los fenoles contenidos

en una muestra es adecuada o si, por el contrario, se producirá una pérdida parcial de los

analitos como consecuencia de resultar escaso el volumen de absorbente o por una cinética

lenta de solubilización. Para comprobar estas hipótesis, se han realizado experiencias en las

que se introducen en el sistema de toma de muestra dos borboteadotes, colocados en serie,


- 149 -

que contienen disoluciones acuosas de hidróxido de sodio 0.1 N y, a continuación, se hace

pasar a través de ellos el humo procedente de la combustión de acícula de pino. La

determinación semicuantitativa de los fenoles en ambas disoluciones, calculada como área del

pico cromatográfico, pone de manifiesto que las concentraciones medias de los fenoles en el

segundo borboteador se encuentran comprendidas entre 2.22 y 3.83 % con respecto al

primero, según puede observarse a partir de los resultados agrupados en la Tabla III.6.

Considerando los resultados obtenidos, se ha procedido a optimizar una metodología basada

en el principio expuesto, como potencial sistema de muestreo.

III.3.1.2. Proceso de extracción de las muestras de humos

III.3.1.2.1. Experiencias previas

En el método EPA-TO-8 [196] se propone la determinación de los fenoles por

inyección directa en un sistema de HPLC con detección ultravioleta. Sin embargo, debido a la

complejidad de las muestras de humo, no es posible la determinación de los derivados

alquilados y metoxilados de los fenoles mediante esta técnica y, por lo tanto, se hace

necesaria la introducción de una etapa de limpieza antes de realizar la medida. Con tal

finalidad, se han propuesto distintos procedimientos basados en técnicas de extracción

liquido-líquido con diferentes disolventes orgánicos y posterior eliminación del disolvente,

para evitar una excesiva dilución de las muestras [193,202]. En este sentido, se ha estudiado

un sistema de extracción para el fenol y sus derivados alquilados y metoxilados, usando

diclorometano como disolvente, después de acidular una disolución acuosa que contiene una

cantidad conocida de los fenoles a estudiar.

En la Tabla III.7 se puede observar que las recuperaciones medias obtenidas para los

21 fenoles estudiados, presentan valores comprendidos entre 14.1 y 69.5 %. En atención a los

pobres resultados obtenidos y a las desventajas específicas que presenta la extracción líquido-

líquido, esta metodología fue desestimada.


- 150 -

Tabla III.7. Recuperaciones medias y desviaciones estándar

relativas de los fenoles estudiados.

Compuesto Recuperación (%)a D.S.R. (%)

F 14.1 0.08 2-MF 47.4 0.05 3-MF+4-MF 39.1 0.03 2,3-diMF 59.9 0.11 2,4-diMF+2,5-diMF 55.4 0.10 2,6-diMF 64.0 0.07 3,4-diMF 56.4 0.14 3-EF+3,5-diMF 51.5 0.11 2-EF 43.8 0.08 2,3,5-triMF 57.8 0.13 2,3,6-triMF 65.5 0.05 2,4,6-triMF 66.3 0.06 3,4,5-triMF 57.1 0.14 Gu 54.8 0.06 3-MeF 49.2 0.13 Eu 69.0 0.08 Si 69.5 0.13 Va 67.2 0.12

D.S.R. = Desviación estándar relativa. a Media de tres experiencias.

Una alternativa de indudable interés y notables ventajas puede encontrarse en la

microextracción en fase sólida (SPME), técnica que ya ha sido empleada con anterioridad por

otros autores para la extracción con éxito del fenol y sus derivados metilados, nitrados y

clorados, en matrices acuosas y posterior determinación mediante CG-EM [199,200,203,204].

Los primeros resultados obtenidos introduciendo la fibra en una disolución de NaOH 0.1 N,

como la utilizada como absorbente en el muestreo del humo de biomasa, que contenía los

fenoles a estudiar, y a la que se añadió un alto contenido en cloruro de sodio, fueron

alentadores. Sin embargo, debido al elevado grado de complejidad de los cromatogramas, se

ha optado por intentar establecer una nueva metodología, en la que la microextracción se

realiza en la fase gaseosa en equilibrio con la disolución ácida de los fenoles. Los picos

cromatográficos obtenidos según esta modalidad son menos intensos, no obstante esta

disminución en la señal no debe suponer un inconveniente decisivo, siempre que la

sensibilidad que se alcance sea adecuada para las determinaciones que se pretenden realizar,

es decir, suficientes para el nivel de concentraciones que alcancen los compuestos fenólicos a

estudiar en las muestras de humo.


- 151 -

III.3.1.2.2. Microextracción en fase sólida en espacio en cabeza (HS-SPME)

En general, la cantidad de analito extraída por microextracción en fase sólida puede

estar influencia por diversos factores experimentales entre los que se encuentran: las

características del recubrimiento de la fibra, el tiempo del proceso de extracción, la

temperatura, la presencia de sales y el pH de la disolución en que se encuentran las sustancias

a extraer. Entre estos factores, es un hecho bien conocido que la temperatura juega un papel

importante en el proceso de extracción. Sin embargo, se ha optado por realizar la

microextracción a temperatura ambiente. La razón se encuentra en la imposibilidad técnica de

poder variar la temperatura en los viales dispuestos en el tipo de muestreador automático

acoplado al sistema cromatográfico del que se dispone. La sensibilidad que se alcanza al

realizar la microextracción a temperatura ambiente es suficiente para poder cuantificar los

fenoles contenidos en las muestras de humo. En consecuencia, se ha preferido aprovechar las

ventajas de la inyección automática, en lugar de priorizar el aumento de sensibilidad que se

obtendría al trabajar con temperaturas superiores.

Con objeto de seleccionar el tipo de fibra mas adecuado, se han realizado experiencias

en las que se ponen en contacto fibras con cinco recubrimientos diferentes, con las fases

gaseosas en equilibrio con disoluciones acuosas que contienen los 21 compuestos fenólicos

considerados. Las disoluciones se han mantenido a pH 2, por adición de ácido sulfúrico, y se

han saturado en NaCl. Los tiempos de extracción y de desorción utilizados han sido de 80 min

y 6 min, respectivamente. Con objeto de estimar la eficiencia alcanzada para la extracción de

cada compuesto con los distintos tipos de fibras, se ha utilizado el tamaño de los picos

cromatográficos calculados como áreas.

Los resultados obtenidos se han representado en la Figura III.7. Se puede observar

que, en general, las mayores eficiencias de extracción se han obtenido con las fibras de

CW-DVB y PA a un nivel de confianza del 95 %. Sólo en la extracción del fenol y guaiacol,

el recubrimiento de CAR-PDMS compite con los anteriores en cuanto a eficiencia de

extracción. Al comparar los resultados correspondientes a las dos primeras fibras, se puede

observar que, para todos los fenoles estudiados, las eficiencias de extracción obtenidas con la

fibra de CW-DVB han sido similares o superiores a las alcanzadas con la fibra de PA al 90 %

de nivel de confianza. Teniendo en cuenta los resultados obtenidos, en los estudios posteriores

se ha seleccionado la fibra con recubrimiento de CW-DVB.


- 152 -

Una vez seleccionado el tipo de recubrimiento de la fibra, el proceso de optimización

se ha centrado en las siguientes variables: pH y contenido en NaCl de las disoluciones, así

como los tiempos de extracción y de desorción. Como se ha comentado en el Capítulo

anterior, los procesos de optimización basados en el estudio independiente de variables

presentan varias desventajas. Por tanto, en este estudio se han realizado dos diseños

experimentales, comenzando por un diseño factorial fraccionado de dos niveles, 24-1, que dan

lugar a 8 experiencias. Los resultados de este diseño factorial previo han puesto de manifiesto

que el tiempo de desorción no es significativamente importante en la eficiencia de la

extracción. Además, como se trata de una variable que puede considerarse independiente de

los equilibrios que controlan el proceso de extracción, se ha optado por excluirla del segundo

diseño experimental, después de fijar su valor en 3 min. Este tiempo es suficiente para

asegurar una desorción completa y evitar que los compuestos fenólicos permanezcan

retenidos en el recubrimiento de la fibra después del proceso de desorción.

F Gu

Va

2-M

F2-

MF+

3-M

F2,

3-di

MF

2,4-

diM

F+2,

5-di

MF

2,6-

diM

F3,

4-di

MF

3-EF

+3,5

-diM

F2-

EF2,

3,5-

triM

F Eu

2

0

4

6

8

10

12

14Á

rea

de p

ico

x 10

-5

CW-DVBPACAR -PDMSPDMSPDMS -DVB

2,3,

6-tri

MF

2,4,

6-tri

MF

3,4,

5-tri

MF

3-M

eF SiF Gu

Va

2-M

F2-

MF+

3-M

F2,

3-di

MF

2,4-

diM

F+2,

5-di

MF

2,6-

diM

F3,

4-di

MF

3-EF

+3,5

-diM

F2-

EF2,

3,5-

triM

F Eu

2

0

4

6

8

10

12

14Á

rea

de p

ico

x 10

-5



2,3,

6-tri

MF

2,4,

6-tri

MF

3,4,

5-tri

MF

3-M

eF Si

Figura III.7. Comparación de las eficiencias de extracción relativas, expresadas como

área de pico, utilizando fibras con cinco recubrimientos diferentes (n = 3).


- 153 -

Para las restantes variables y con objeto de alcanzar sus valores óptimos, se ha

utilizado un diseño central de dos niveles, 23 + estrella, con 2 puntos centrales. Este segundo

diseño experimental involucra un total de 16 experiencias aleatorias. La Tabla III.8 muestra

los niveles máximo (+), mínimo (-) y central (0) de cada una de las variables. En todas las

experiencias, la concentración de fenoles simples se ha mantenido constante.

Tabla III.8. Niveles de los factores en el diseño central.

Factor Clave Menor (-) Mayor (+) Central (0)

Tiempo de extracción (min) A 10 80 45

% NaCl (m/v) B 0 35 17.5

pH C 2 12 7

Las experiencias del diseño experimental central se muestran en la Tabla III.9. El

listado de las experiencias del diseño central representa el orden aleatorio estadístico con que

las experiencias se llevaron a cabo. La respuesta considerada ha sido el área de pico de cada

compuesto.

Tabla III.9. Matriz del diseño factorial.

Experimento Tiempo de Extracción (min) % NaCl (m/v) pH

1 - - +

2 - + -

3 0 + 0

4 + - -

5 0 - 0

6 0 0 -

7 + + -

8 + + +

9 0 0 0

10 0 0 0

11 0 0 +

12 - + +

13 - - -

14 + 0 0

15 - 0 0

16 + - +


- 154 -

Las cartas de Pareto y las superficies de respuesta de todos los compuestos fenólicos

estudiados son similares. En la Figura III.8 se muestra la carta de Pareto (III.7.1) y la

superficie de respuesta (III.8.2) del 3,4-dimetilfenol como compuesto representativo de los

fenoles estudiados. Los resultados ponen de manifiesto que todas las variables individuales

son estadísticamente significativas a un nivel de confianza del 90 % o superior. El contenido

en NaCl es la variable que mayor influencia ejerce en la cantidad de analito extraída por la

fibra con un efecto positivo. Por otro lado, en la mayoría de los fenoles, la única interacción

estadísticamente significativa es la que tiene lugar entre el contenido en NaCl y el pH de las

disoluciones. El efecto de esta interacción se puede observar en la Figura III.8.2. En general,

la influencia del pH es más acusada a medida que aumenta el contenido en NaCl de las

disoluciones. Al mismo tiempo, se puede observar que, en condiciones cercanas a la

saturación en NaCl, la cantidad de analito extraída por la fibra aumenta considerablemente

cuando el pH varía entre 12 y 7 aproximadamente. Sin embargo, la influencia del pH es

escasa cuando sus valores oscilan entre 7 y 2.

2

BC

BB

0 1 2 3 4

AA

CC

AB

AC

C

B

A

Efecto estandarizado

1

3.42

-2.92

2.65

-2.56

-2.33

2.07

-1.21

-3

7

12

17

Áre

a de

pic

o x

10-4

0

10

20

30

40

0

4

8

12

2

22

% NaCl (m/v)

pH

Figura III.8. Extracción del 3,4-dimetilfenol mediante HS-SPME, con la microfibra de

CW-DVB. (1) Carta de Pareto. (2) Superficie de respuesta para un tiempo de

extracción de 80 min.

-0.18

1.09


- 155 -

En general, las condiciones de trabajo que nos permiten alcanzar los mejores

resultados para el análisis de los fenoles estudiados son: tiempo de extracción 80 min,

concentración en NaCl del 35 % (m/v) y pH 2.

Puesto que la microextracción en fase sólida es un proceso de equilibrio en el que los

analitos se distribuyen entre la matriz de la muestra y la fase estacionaria polimérica de la

fibra, es necesario determinar el tiempo requerido para que cada uno de los fenoles en estudio

alcance el equilibrio. Este tiempo, denominado tiempo de equilibrio, determina la máxima

cantidad de analito que puede ser extraído por las fibras y, por tanto, es un parámetro que

ejerce una influencia directa en la sensibilidad del método analítico.

Con objeto de optimizar el tiempo de equilibrio, se han construido curvas que

muestran la variación de la cantidad de analito extraída por la fibra en función del tiempo de

extracción (entre 5 y 140 min). La Figura III.9 muestra los perfiles de tiempo de extracción de

los 21 fenoles estudiado, haciendo uso de la fibra de CW-DVB en las condiciones

optimizadas anteriormente. Los resultados ponen de manifiesto que, para la mayoría de los

fenoles, no se alcanza el equilibrio con tiempos de extracción de 140 min. Únicamente los

compuestos: 2,6-dimetilfenol, 2,4,6-trimetilfenol, 2,3,6-trimetilfenol, siringol y vanillina

alcanzan el equilibrio con tiempos de extracción comprendidos entre 80 y 140 min.

En atención a la relación lineal que existe entre la cantidad de analito retenida en la

fibra y su concentración inicial en la muestra, así como a las sensibilidades necesarias para

poder cuantificar los fenoles a las concentraciones habituales en los humos de biomasa, es

posible utilizar tiempos de extracción inferiores a los tiempos de equilibrio. Sin embargo, para

obtener resultados reproducibles es necesario un elevado control del tiempo de extracción y

de las condiciones de mezcla [205]. De este modo, se evitan tiempos de análisis demasiado

elevados. En el presente estudio, se ha seleccionado un tiempo de extracción de 90 min.


- 156 -

Una vez optimizadas las condiciones de trabajo, se ha procedido a establecer algunos

de los parámetros de calidad que caracterizan al método analítico. Para la mayoría de los

compuestos fenólicos considerados, el rango de linealidad de las curvas de calibrado se ha

establecido entre 2 y 30 µg/L. Sin embargo, para los derivados que presentan menores

sensibilidades, como el 3-metoxifenol, siringol y vanillina, este rango se encuentra

comprendido entre 80 y 1200 µg/L; 100 y 1500 µg/L y 1000 y 6000 µg/L respectivamente.

En los rangos establecidos, los coeficientes de correlación de las rectas de calibrado oscilan

entre 0.980 y 0.999.

0.0

0.7

1.4

2.1

2.8

3.5

4.2

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Tiempo (min)

Áre

a de

pic

o x

10-5

0

4.4

8.8

13.2

17.6

22.0

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Tiempo (min)

Áre

a de

pic

o x

10-5

0

3

6

9

12

15

18

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Tiempo (min)

Áre

a de

pic

o x

10-5

0

4.4

8.8

13.2

17.6

22.0

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Tiempo (min)

Áre

a de

pic

o x

10-5

Figura III.8. Perfiles de tiempos de extracción para los 21 fenoles simples estudiados utilizando la

microfibra de CW-DVB. (1) F, (2) 2-MF, (3+4) 3-MF+4-MF, (5) Gu, (6) 2,6-diMF,

(7) 2-EF, (8+9) 2,4-diMF+2,5-diMF (10+11) 3-EF+3,5-diMF, (12) 2,3-diMF (13)

3,4-diMF, (14) 2,4,6-triMF, (15) 2,3,6-triMF, (16) 3-MeF, (17) 2,3,5-triMF, (18)

3,4,5-triMF, (19) Si, (20) Eu, (21) Va.

1

2-

3+4

13

12

6 10+11

8+9

7

18

17

15 14

20 19 21

16

5


- 157 -

Como medida de la precisión del método establecido, referida a los procesos de

microextracción y medida, se ha escogido la reproducibilidad. Para su determinación se han

utilizado los resultados obtenidos al determinar las concentraciones del fenol, y sus derivados

alquilados y metoxilados en 12 disoluciones de la misma concentración. Durante tres días se

han preparado disoluciones diferentes a partir de las respectivas disoluciones patrón y cada

día se han realizado cuatro determinaciones. Las reproducibilidades obtenidas, expresadas

como desviaciones estándar relativas, se muestran en la Tabla III.10. Como puede observarse,

sus valores oscilan entre 6.5 y 18 %, aunque para la mayoría de los derivados, las

reproducibilidades son próximas o inferiores al 10 %.

Los límites de detección, calculados como tres veces la desviación estándar de los

residuales dividido por la pendiente, se han agrupado en la Tabla III.10. El fenol y sus

derivados alquilados, guaiacol y eugenol, presentan límites de detección comprendidos entre

1.1 y 4.6 µg/L, mientras que los restantes derivados metoxilados: 3 metoxifenol, siringol y

vanillina, presentan límites de detección considerablemente superiores.

Tabla III.10. Parámetros de calidad del proceso de HS-SPME.

Compuesto Pendiente ±±±± D.S. Ord. Origen ±±±± D.S. R2 L.D. (µµµµg/L) D.S.R. (%)

F 6100 ± 213 16599 ± 2854 0.995 2.2 6.5

2-MF 21696 ± 715 18779 ± 9582 0.996 2.1 11

3-MF+4-MF 23415 ± 415 -20616 ± 5555 0.999 1.1 7.4

2,3-diMF 33419 ± 811 2965 ± 10864 0.998 1.5 8.6

2,4-diMF+2,5-diMF 85963 ± 3831 18348 ± 51310 0.992 2.8 11

2,6-diMF 67791 ± 4894 116811 ± 65554 0.980 4.6 14

3,4-diMF 10833 ± 809 25737 ± 9620 0.986 4.2 9.6

3-EF+3,5-diMF 45266 ± 1707 61563 ± 22857 0.995 2.4 9.0

2-EF 92318 ± 5390 -102755 ± 72194 0.987 3.7 11

2,3,5-triMF 59991 ± 2825 132796 ± 37842 0.991 3.0 9.8

2,3,6-triMF 78853 ± 3138 113545 ± 42038 0.994 2.5 15

2,4,6-triMF 136725 ± 8699 3528 ± 116078 0.987 4.0 7.5

3,4,5-triMF 16541 ± 845 42124 ± 8361 0.995 2.4 10

Gu 14176 ± 618 19179 ± 8268 0.993 2.8 8.0

3-MeF 539 ± 14 37951 ± 7240 0.998 60 12

Eu 26955 ± 1604 34986 ± 18291 0.992 3.2 7.6

Si 655 ± 18 -84469 ± 12372 0.998 70 18

Va 142 ± 4 -13479 ± 10402 0.998 280 9.8

L.D. = Límite de detección. D.S.R. = Desviación estándar relativa (n = 12)


- 158 -

III.3.1.3. Análisis de fenoles simples mediante CG- EM

Con objeto de alcanzar una adecuada separación y cuantificación de los 21

compuestos fenólicos seleccionados, mediante cromatografía de gases-espectrometría de

masas, se han optimizado las variables del método cromatográfico. En la Figura III.10 se

muestra un cromatograma representativo, realizado en las condiciones descritas en la sección

III.2.3.6, de una disolución de los compuestos fenólicos a concentraciones de 30 µg/L,

excepto para el 3-metoxifenol, el 2,6-dimetoxifenol y la vanillina que se encuentran a 1200,

1500 y 6000 µg/L, respectivamente. La extracción de los analitos se ha realizado mediante

microextracción en fase sólida con una fibra de CW-DVB, utilizando la modalidad de espacio

en cabeza. Se puede observar que, en estas condiciones de trabajo, ha sido posible la

separación de los 21 fenoles estudiados, excepto entre los siguientes pares de compuestos:

3-MF+4-MF; 2,4-diMF+2,5-diMF; y 3-EF+3,5-diMF. Además, debido a la similitud que

existe entre los espectros de masas, es necesario cuantificar cada par de compuestos como una

sustancia simple. Por otra parte, aunque la resolución entre otros picos cromatográficos no sea

buena, su cuantificación individual es posible debido a que presentan iones de cuantificación

diferentes. En la Tabla III.11, se muestran los tiempos de retención de cada compuesto, así

como los dos iones seleccionados del espectro de masas que han sido utilizados para la

cuantificación. Los estudios de reproducibilidad muestran que los tiempos de retención de los

distintos fenoles, presentan desviaciones estándar relativas comprendidas entre 0.01 y 0.23 %.

Figura III.10. Cromatograma correspondiente a una disolución patrón de los 21 compuestos

fenólicos estudiados. Para la identificación de picos, ver la Tabla III.11.

1 2

3+4 5

6

7 8+9

10+11 12

13

14

15

16

17

19

20

21 18

9 10 12 13 0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

1.25

1.50

1.75

11 15 14 16 17 18 19

Tiempo (min)

M-C

uent

as


- 159 -

Tabla III.11. Tiempos de retención e iones de cuantificación de los compuestos

estudiados.

No. Compuesto Tiempo de retención

(min)a ±±±± D.S.

Iones de cuantificación (m/z)

1 F 9.83 ± 0.02 94 + 66

2 2-MF 11.47 ± 0.01 107 + 108

3+4 3-MF+4-MF 11.99 ± 0.01 107 + 108

5 Gu 12.17 ± 0.01 109 + 124

6 2,6-diMF 12.60 ± 0.01 107 + 122

7 2-EF 13.15 ± 0.01 107 + 122

8+9 2,4-diMF + 2,5-diMF 13.40 ± 0.01 107 + 122

10+11 3-EF + 3,5-diMF 13.79 ± 0.01 107 + 122

12 2,3-diMF 13.93 ± 0.01 107 + 122

13 3,4-diMF 14.25 ± 0.01 107 + 122

14 2,4,6-triMF 14.41 ± 0.01 121 + 136

15 2,3,6-triMF 14.90 ± 0.01 121 + 136

16 3-MeF 14.99 ± 0.01 124 + 94

17 2,3,5-triMF 15.52 ± 0.01 121 + 136

18 3,4,5-triMF 16.24 ± 0.01 121 + 136

19 Si 16.67 ± 0.01 154 + 139

20 Eu 16.73 ± 0.01 164 +103

21 Va 17.57 ± 0.01 151 +152

a Media de cuatro experiencias.

Establecidas las condiciones óptimas para la toma de muestra, extracción y medida de

los 21 compuestos fenólicos estudiados, se ha procedido a comprobar si estas metodologías

son adecuadas para la determinación de fenol y sus derivados alquilados y metoxilados en los

humos procedentes de la combustión de los seis tipos de biomasa, utilizando un dispositivo

para generar humo, habitualmente empleado por los ahumadores artesanos, que consiste en un

bidón como el descrito en el capítulo II.

En otro orden de cosas, llegada a esta parte del trabajo se ha tenido que sustituir la

columna capilar del sistema cromatográfico, que se había venido utilizando, por otra de

características similares, VF-5ms de 30 m x 0.25 mm de diámetro interno (Varian, España).

En la Figura III.11 se muestra un cromatograma representativo de una disolución patrón y el


- 160 -

correspondiente a una muestra de humo procedente de la combustión de madera de pino

canario. Se puede observar que, con la utilización de la nueva columna capilar los tiempos de

retención son considerablemente inferiores. Además, con esta modificación ha sido posible la

separación de los pares de compuestos: 2,4-dimetilfenol+2,5-dimetilfenol, y 3-etilfenol+3,5-

dimetilfenol. En cuanto a los restantes parámetros de calidad, asociados al procedimiento de

HS-SPME-CG-EM, la sustitución de la columna no ha supuesto variaciones importantes.

El cromatograma pone de manifiesto que las muestras a analizar son de una

considerable complejidad, aunque con la metodología propuesta es posible identificar y

cuantificar todos los compuestos fenólicos estudiados. En cuanto a los parámetros de calidad:

sensibilidad y selectividad, la metodología analítica establecida presenta unas características

para los distintos fenoles seleccionados que son comparables a los obtenidos por otros autores

[196,206].

Por último, la comparación de los espectros de masas de los fenoles simples

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

8.0 9.2 10.4 11.6 12.8 14.0 15.2 16.4 17.6

Tiempo (min)

0.0

2.5

5.0

7.5

10.0

12.5 1

2 5

6

7

8

10

12

13

14

15

16

17

19

20 21 18 3+4

9

11

1 2

6

7

8

10 12 17 20

3+4

9

11

M-C

uent

as

M-C

uentas

Figura III.11. Cromatograma representativo de una disolución patrón (inferior) y el correspondiente

a una muestra de humo de madera de pino canario (superior). Para la identificación

de picos, ver la Tabla III.11.


- 161 -

identificados en las muestras de humos con los almacenados en la librería NIST v.1.7a del

software del CG-EM, muestran valores que, en general, pueden considerarse aceptables

(≥ 80 % de coincidencia). En la Figura III.12 se muestran los espectros de masas del 2,6-

dimetilfenol y eugenol, como compuestos representativos de los 21 compuestos fenólicos

estudiados. Se puede observar la gran similitud que existe entre los espectros de masas de los

fenoles presentes en las muestras de humos y los correspondientes a los obtenidos a través de

la librería.

100 50

51

77 91

107 122

136

39 77

107 122

150 200 250

0

25

50

75

100

0

25

50

75

100

Abu

ndan

cia

rela

tiva

(%)

m/z

Muestra de humo

Librería

2,6-dimetilfenol

0 25 50 75

100

0 25 50 75

100

50 100 150 200 250

55 77 103 121 149

164

186

55 77 103 131 149

164

Abu

ndan

cia

rela

tiva

(%)

m/z

Muestra de humo

Librería

Eugenol

Figura III.12. Espectros de masas del 2,6-dimetilfenol y eugenol, seleccionados como

compuestos representativos de los 21 compuestos fenólicos estudiados,

procedentes de una muestra de humo de madera de pino.


- 162 -

III.3.2. CARACTERIZACIÓN DE COMPUESTOS FENÓLICOS SI MPLES EN

HUMOS DE BIOMASA

Como se ha comentado anteriormente, un número considerable de derivados fenólicos

se clasifican como compuestos volátiles o semi-volátiles. En consecuencia, deben tomarse

precauciones para evitar las pérdidas de analitos por volatilización durante el proceso

analítico. Por otra parte, se ha establecido que mediante un dispositivo de muestreo

constituido por dos borboteadotes que contienen disoluciones de hidróxido sódico, y en unas

condiciones experimentales optimizadas, los compuestos fenólicos incluidos en este estudio

presentan retenciones iguales o superiores al 90 %. Además, también se ha comprobado que

las concentraciones medias de los compuestos fenólicos en el segundo borboteador, no

sobrepasan nunca el 12 % de las concentraciones medias retenidas en el primero, por lo que,

con objeto de evitar los efectos negativos asociados a su utilización, las disoluciones del

segundo borboteador no se han utilizado en los cálculos para establecer las concentraciones

finales. Por último, en cuanto al almacenamiento de las muestras, se ha establecido que sus

disoluciones alcalinas, conservadas en la oscuridad y a 4 ºC, son estables al menos durante 24

horas.

En total se han tomado 60 muestras de humo, correspondientes a la combustión en

bidón de diez muestras de cada uno de los seis materiales seleccionados. Con objeto de

evaluar la sistemática a utilizar en el tratamiento de los resultados, se ha aplicado el test de

Kolmogorov-Smirnov [157,158]. Los resultados obtenidos muestran que las concentraciones

correspondientes a cada uno de los fenoles considerados, en el humo procedente de la

combustión de cada tipo de material (10 muestras), siguen una distribución normal a un nivel

de significación del 95 %.

III.3.2.1. Contenido de compuestos fenólicos en la s muestras de humo

En la Tabla III.12 se han agrupado los valores medios de las concentraciones

encontradas para cada uno de los fenoles tomados en consideración en el presente trabajo.

Para comentar los resultados, se han diferenciados tres grupos de compuestos: fenol, alquil-

fenoles y metoxi-fenoles. Con la finalidad de evitar la influencia en los resultados de los

cambios de presión y temperatura entre muestreos, o en un mismo muestreo, los resultados se


- 163 -

refieren a condiciones normales (25 ºC y 1 atm). Las concentraciones correspondientes al

2,4-dimetilfenol y 2,5-dimetilfenol, así como las de 3,5-dimetilfenol y 3-etilfenol, en las

muestras de humo obtenidas a partir de la combustión de acícula de pino y cáscara de

almendra, se expresan de forma conjunta, debido a que en la columna cromatográfica

utilizada para las citadas muestras, no se separan lo pares de compuestos referidos.

Tabla III.12. Concentración de compuestos fenólicos simples (mg/m3) procedentes de la

combustión de los seis tipos de materiales estudiados en bidón.

Biomasa Compuesto

Pinoa Jaraa Brezoa Tuneraa Acículaa Almendraa

F 6.12 ± 1.19 3.70 ± 0.82 6.67 ± 0.94 6.77 ± 1.30 4.59 ± 0.98 3.20 ± 0.59

2-MF 1.82 ± 0.40 1.11 ± 0.15 2.06 ± 0.37 1.71 ± 0.35 0.93 ± 0.19 0.89 ± 0.20

3-MF+4-MF 1.95 ± 0.64 0.93 ± 0.13 1.67 ± 0.32 1.77 ± 0.38 1.44 ± 0.30 0.65 ± 0.16

2,3-diMF 0.18 ± 0.08 0.09 ± 0.02 0.12 ± 0.03 0.11 ± 0.03 0.12 ± 0.05 n.d.

2,4-diMF 0.60 ± 0.22 0.30 ± 0.05 0.51 ± 0.10 0.57 ± 0.18

2,5-diMF 0.34 ± 0.13 0.18 ± 0.04 0.27 ± 0.06 0.21 ± 0.07 0.40 ± 0.11 0.25 ± 0.07

2,6-diMF 0.16 ± 0.05 0.11 ± 0.03 0.16 ± 0.04 0.16 ± 0.08 0.10 ± 0.03 0.10 ± 0.03

3,4-diMF n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d.

3,5-diMF 0.26 ± 0.12 0.11 ± 0.03 0.19 ± 0.04 0.20 ± 0.08

3-EF 0.43 ± 0.16 0.21 ± 0.06 0.22 ± 0.04 0.51 ± 0.15 0.31± 0.06 0.03 ± 0.03

2-EF 0.13 ± 0.05 0.07 ± 0.01 0.12 ± 0.03 0.13 ± 0.04 0.08 ± 0.02 0.06 ± 0.02

2,3,5-triMF 0.04 ± 0.02 d.n.c. d.n.c. d.n.c. d.n.c. d.n.c.

2,3,6-triMF 0.12 ± 0.05 0.06 ± 0.02 0.08 ± 0.02 0.10 ± 0.04 0.03 ± 0.01 0.02 ± 0.01

2,4,6-triMF 0.04 ± 0.02 0.03 ± 0.01 0.04 ± 0.01 d.n.c. 0.03 ± 0.01 0.02 ± 0.01

3,4,5-triMF n.d. n.d. n.d. n.d. d.n.c. n.d.

Gu 6.62 ± 1.09 4.89 ± 0.48 5.57 ± 0.80 2.89 ± 0.89 3.10 ± 1.08 6.32 ± 1.14

3-MeF n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d.

Eu 0.47 ± 0.29 0.23 ± 0.09 0.21 ± 0.04 0.13 ± 0.76 0.31 ± 0.07 0.47 ± 0.12

Si n.d. 1.34 ± 0.71 1.03 ± 0.69 n.d. n.d. 2.00 ± 0.66

Va n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d.

(Fenoles Totales)media 17.8 ± 3.2 12.8 ± 1.3 18.9 ± 2.6 15.3 ± 3.1 11.1 ± 2.2 14.4 ± 2.7

n.d. = no detectado. d.n.c. = detectado pero no cuantificado. anúmero de muestras de humo = 10


- 164 -

Al considerar las concentraciones individuales de cada uno de los fenoles estudiados,

se puede observar que en el humo de todos los materiales utilizados existen dos compuestos,

el fenol y el guaiacol, que presentan concentraciones considerablemente superiores al resto.

La contribución del fenol a la concentración total de fenoles en las muestras oscila entre 21 %

y 47 %, mientras que el guaiacol aporta entre el 13 % y 53 %. La suma de los porcentajes

correspondientes a ambos componentes se mantiene prácticamente uniforme en el humo de

los seis tipos de biomasa utilizadas, con valores comprendidos en el intervalo de 57 y 78 %.

La contribución de los alquil-fenoles considerados en este estudio a la composición

química del humo supone entre un 11 y un 50 %, correspondiendo las mayores

concentraciones a los derivados monometilados. En general, las aportaciones de estos

derivados disminuyen de forma significativa a medida que aumenta el número de grupos

metilo o la longitud de la cadena del sustituyente.

Los resultados obtenidos para las contribuciones del fenol y alquil-fenoles son

similares a los hallados por otros autores para humos de diferentes tipos de materiales

vegetales, como son la salvia y maderas de pino, roble y eucalipto [20,171,193].

Los contenidos de guaiacol en los humos estudiados representan entre el 60 y el 99 %

del total de los metoxi-fenoles analizados. Las concentraciones encontradas para este

compuesto son comparables a las descritas para humos procedentes de la combustión de otros

materiales [190]. Sin embargo, al comparar los resultados con los obtenidos por Schauer y

col. [20] en humos de maderas de pino, roble y eucalipto, se pueden considerar bajos los

contenidos hallados para el eugenol, siringol y, en especial, para la vanillina, compuesto que

no hemos detectado en las muestras de humo analizadas. Es posible que estos resultados se

encuentren condicionados por la escasa volatilidad de estos compuestos (temperatura de

ebullición > 250 ºC). En consecuencia, podrían condensar en el recorrido del humo entre el

lugar en que se produce la combustión y el punto de muestreo.

Entre los metoxi-fenoles que pueden encontrarse en los humos, es frecuente destacar

el siringol por su elevada actividad antioxidante. En las muestras de humos analizadas, este

compuesto sólo se ha podido cuantificar en los humos obtenidos a partir de madera de jara y

brezo y cáscara de almendra en concentraciones comprendidas entre 1.03 y 2.00 mg/m3,

similares o ligeramente superiores a las encontradas por Kjällstrands y col. [178] en el humo


- 165 -

procedente de la combustión de madera de aliso. Sin embargo, el siringol no ha sido detectado

en la combustión de madera de pino, acícula de pino y tunera seca. Estas diferencias en las

concentraciones de siringol en las muestras de humo analizadas pueden ser atribuidas a la

distinta naturaleza química de los materiales utilizados en la combustión. En este sentido, se

ha publicado que las altas concentraciones de siringol en los humos deben asociarse a la

combustión de maderas duras [11,14,29,30], entre las que se encuentran las de jara, brezo y

almendro.

Para comparar los resultados, atendiendo a la naturaleza de los materiales utilizados

como combustibles, se ha construido la Figura III.13, en la que se han representado las

concentraciones medias de fenoles totales, fenol, alquil-fenoles y metoxi-fenoles, en cada uno

de los tipos de muestras analizadas. Se puede observar que no existen grandes diferencias

entre las concentraciones totales de fenoles en los seis materiales utilizados como

combustibles. Las concentraciones mas altas corresponden, en general, al humo de madera de

pino y brezo, con valores de aproximadamente 18.5 mg/m3, siendo similares, en ambos casos,

las aportaciones del fenol, alquil-fenoles y metoxi-fenoles. Las concentraciones totales

obtenidas para los humos procedentes de los restantes materiales, oscilan entre 11.1 mg/m3

para el humo de acícula de pino y 15.3 mg/m3 para el humo de tunera seca. En estos tipos de

humo, las contribuciones de los distintos compuestos fenólicos son diferentes. Así, el fenol es

mayoritario en el humo de acícula de pino y tunera seca, mientras que los metoxi-fenoles son

los compuestos que predominan en el humo de madera de jara y, de forma especial, en el de

cáscara de almendra.


- 166 -

III.3.2.2. Perfiles de distribución de los compuest os fenólicos en las muestras

de humo

Para comparar, en términos relativos, la distribución de los compuestos fenólicos en

las muestras de humo estudiadas, se han representado gráficamente las concentraciones

medias normalizadas de cada uno de componentes individuales con respecto a la

concentración total de fenoles, en cada uno de los materiales utilizados como combustibles.

Los resultados obtenidos se han representado en la Figura III.14. Los compuestos fenólicos

que presentan mayores diferencias son el fenol y sus derivados monometilados, guaiacol y

siringol. El fenol y guaiacol, destacados por ser los compuestos fenólicos que presentan

mayores concentraciones absolutas en los humos, también son los que muestran mayores

diferencias en sus contenidos relativos. Sin embargo, sus aportaciones a la composición

química de los humos varían considerablemente al observar cada uno de los materiales. Así,

al tomar en consideración las concentraciones de fenol, los materiales se ordenan según la

siguiente secuencia: tunera > acícula de pino > brezo ≈ pino > jara > cáscara de almendra,

mientras que para el guaiacol, la secuencia prácticamente se invierte, siendo: cáscara de

almendra > jara ≈ pino > brezo ≈ acícula de pino > tunera. La variación en el caso de los

derivados monometilados del fenol es similar a la del fenol, mientras que para el siringol, en

el humo de los tres materiales en que se ha cuantificado, se sigue la misma secuencia que en

el caso del guaiacol.

Pino Jara Brezo Tunera Acícula Almendra

0

4

8

12

16

20

Con

cent

raci

ón (

mg/

m3 )

Figura III.13. Concentraciones medias de fenoles totales ( ), fenol (□), alquil-

fenoles (■) y metoxi-fenoles ( ) en humos de biomasa.


- 167 -

En la Figura III.15 se han representado los porcentajes de las concentraciones medias

de fenol, alquil-fenoles y metoxi-fenoles, en el humo de cada uno de los tipos de biomasa

utilizados. Al comparar los contenidos de fenol y alquil-fenoles, en los distintos tipos de

muestra, tomados de dos en dos, se observa que en todos los casos existe una relación directa.

Así, las relaciones alquil-fenoles/fenol, obtenidas a partir de las concentraciones medias en los

humos procedentes de los distintos tipos de humo, presentan valores próximos entre sí,

comprendidos entre 0.96 y 0.63. Por otra parte, en la Figura III.16 se puede observar la

elevada correlación (R = 0.90) que existe entre la concentración de fenol y la suma de

concentraciones de alquil-fenoles para el total de las 60 muestras de humo analizadas.

Sin embargo, los datos agrupados en la Figura III.15 ponen de manifiesto que los

metoxi-fenoles presentan un comportamiento diferente al comentado para el fenol y los

alquil-fenoles. Su contribución al contenido en fenoles totales de los humos no guarda una

secuencia comparable a la que siguen el fenol y los alquil-fenoles en los distintos tipos de

humo. Con respecto al fenol, las relaciones metoxi-fenoles/fenol, establecidas a partir de sus

2,4-

DMF+2

,5-D

MF

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45 C

ompu

esto

fenó

lico/

Fen

oles

tota

les

F2-

MF

3-M

F+4-M

F2,

3-DM

F

2,6-

DMF

3,4-

DMF

3-EF+3

,5-D

MF

2-EF

2,3,

5-TM

F2,

3,6-

TMF

2,4,

6-TM

F3,

4,5-

TMF Gu

3-M

eF Eu Si

Va

Figura III.14. Perfiles de emisión de los compuestos fenólicos, normalizados frente al

contenido total de fenoles, para los humos de maderas de pino (●), jara (▬) y

brezo (∗), tunera (♦), acícula de pino (▲) y cáscara de almendra (■).


- 168 -

concentraciones medias en el humo obtenido al quemar cada material, oscilan entre 0.45 para

la penca y 2.88 para la cáscara de almendra.

20

30

40

50

60

10

70 C

ontr

ibuc

ión

(%)

Pino

Jara

Brezo

Tun

era

Acícula

Almen

dra

Figura III.15. Perfiles de contribuciones medias para el fenol (●),

alquil-fenoles ( ) y metoxi-fenoles ( ) en los seis tipos de

humos analizados.

0 2 4 6 8 10 12 14

0

2

4

6

8

10

12

Fenol (mg/m 3)

Alq

uil-f

enol

es (

mg/

m3 )

Figura III.16. Correlación entre la concentración de fenol y la

suma de concentraciones de alquil-fenoles para el

total de las 60 muestras de humo analizadas.


- 169 -

En la Tabla III.13 se han agrupado los resultados obtenidos al relacionar las

concentraciones de componentes individuales representativos en los distintos tipos de humo:

fenol, metil-fenoles y guaiacol. Al comparar los coeficientes obtenidos para las relaciones

metil-fenoles/fenol, destacan los valores relativamente próximos entre sí, especialmente para

aquellos obtenidos a partir del humo de tunera, acícula de pino y cáscara de almendra, con

valores cercanos a 0.50.

Tabla III.13. Relación entre las concentraciones de guaiacol y la suma de

concentraciones de metil-fenoles con la correspondiente al

fenol para los seis tipos de humos considerados.

Relación Biomasa

Gu/F Metil-fenoles/F Pino 1.11 ± 0.26 0.59 ± 0.10 Jara 1.37 ± 0.29 0.57 ± 0.10 Brezo 0.84 ± 0.04 0.56 ± 0.04 Tunera 0.44 ± 0.08 0.51 ± 0.04 Acícula 0.62 ± 0.05 0.52 ± 0.04 Almendra 1.98 ± 0.19 0.48 ± 0.04

La similitud de comportamientos descrita para el fenol y los metilfenoles, cuyas

concentraciones en el humo son considerablemente independientes del tipo de biomasa

empleado en la combustión, puede sugerir que la formación de estos compuestos, y por

extensión de los alquil-fenoles, debe tener lugar a través de mecanismos, en los que las

condiciones experimentales utilizadas para realizar la combustión tiene mas influencia que la

naturaleza de los combustibles empleados en la misma.

Por otra parte, los resultados agrupados en la Tabla III.13 muestran diferencias

importantes en las relaciones guaiacol/fenol para los distintos tipos de biomasa estudiados.

Así, en el humo de maderas de pino y brezo, las relaciones son próximas a la unidad,

poniendo de manifiesto que, en estos tipos de humo, las aportaciones de fenol y guaiacol al

conjunto de compuestos fenólicos son similares. Sin embargo, en el humo de tunera seca y

acícula de pino las concentraciones de guaiacol sólo alcanzan a ser entre un 44 y un 62 % de

las de fenol, respectivamente, mientras que la relación se invierte en el humo de jara y, en

especial, en el de cáscara de almendra, en el que el contenido de guaiacol es superior en un


- 170 -

200 % al de fenol. Si admitimos que, para cada material, las variables experimentales que

influyen en los procesos de combustión sólo varían de forma aleatoria, debe concluirse que

las diferencias observadas en los contenidos de guaiacol en los humos analizados guarda

relación con el tipo de combustible utilizado.

Como se ha comentado en la Introducción del presente Capítulo, el guaiacol es un

compuesto que, en el humo de biomasa, se produce fundamentalmente por la combustión del

alcohol coniferílico presente en la lignina [11,14,29,30]. Además, la pirólisis de este

compuesto puede producir cantidades importantes de fenoles. Así, Klein [173] ha propuesto

que la pirólisis del guaiacol puede provocar la pérdida del grupo metoxilo dando lugar al

fenol y monóxido de carbono. Por otra parte, Vuori y col. [174] sugieren que el fenol se puede

formar a partir de la pirólisis del guayacol mediante una reacción radicalaria en la que se

forma el catecol como compuesto intermediario. En atención a estos antecedentes, los

resultados obtenidos en este trabajo podrían ser congruentes con un proceso en el que, durante

la combustión de los materiales, se libere inicialmente cantidades variables de guaiacol,

dependiendo de la composición química del material utilizado para la combustión.

Posteriormente, una parte del guaiacol formado experimentaría una transformación parcial,

por acción de la temperatura, en fenol y metil-fenoles de forma preferente.

Con objeto de establecer diferencias más nítidas entre los seis tipos de humos

estudiados, así como determinar los fenoles que más contribuyen en su clasificación, se ha

aplicado un análisis discriminante lineal. Al igual que en el Capítulo anterior, las funciones

discriminantes se obtienen mediante el método de inclusión por pasos donde las variable son

introducidas o eliminadas del modelo según el criterio de minimización de la varianza no

explicada entre grupos. Los compuestos fenólicos seleccionados en el modelo son: fenol, 2-

metilfenol, 3-metilfenol+4-metilfenol, 2,4-dimetilfenol+2,5-dimetilfenol, 2,6-dimetilfenol, 2-

etilfenol, 2,3,6-trimetilfenol, guaiacol y siringol. En la Tabla III.14 se muestra el nivel de

significación y el porcentaje de varianza explicada para cada función discriminante. Se puede

observar las cuatro primeras funciones son estadísticamente significativas a un nivel de

confianza superior al 99.9 %. Por otro lado, la capacidad discriminante de las tres primeras

funciones suman un porcentaje de varianza explicada del 93.0 %. En la Figura III.17 se

muestra las posiciones de las muestras de humos sobre las tres primeras funciones

discriminantes. Los resultados obtenidos muestran que el porcentaje de muestras clasificadas

correctamente es del 98.3 %.


- 171 -

Tabla III.14. Varianza y nivel de significación de las funciones

discriminantes obtenidas en el análisis discriminante.

Función discriminante Varianza explicada (%) p

1 51.2 < 0.001

2 28.9 < 0.001

3 12.9 < 0.001

4 6.00 < 0.001

5 1.10 0.066

Con objeto de determinar la contribución de los compuestos fenólicos seleccionados

en la discriminación entre los seis tipos de humos estudiados, en la Tabla III.15 se muestran

los coeficientes de correlación lineal entre cada una de las variables independientes y las tres

primeras funciones discriminantes. En atención a los valores absolutos de los coeficientes de

-4

-2

0

2

4

6

-9 -6 -3 0 3 6-5.4 -1.4

2.6

Función 1 (51.2%)

Función 3

(12.9%)

Fun

ción

2 (

28.9

%)

Figura III.17. Posición de las muestras de humo producidas por la combustión de pino (▲),

jara ( ), brezo (O), acícula de pino ( ), tunera ( ) y cáscara de almendra (�)

sobre las funciones discriminantes.


- 172 -

correlación de las variables independientes y el porcentaje de varianza explicada de la tres

primeras funciones discriminantes, se puede observar que los fenoles simples más importantes

en la discriminación de los grupos son el siringol y guaiacol, y, en menor medida, el 2-

metilfenol y el 2,4-dimetilfenol+2,5-dimetilfenol.

Tabla III.15. Coeficientes de correlación entre las variables del modelo y las tres



1 2 3

F 0.003 -0.382 0.039

2-MF 0.152 -0.391 0.062

3-MF+4-MF -0.068 -0.437 -0.118

2,4-diMF+2,5-diMF 0.130 -0.489 -0.085

2,6-diMF 0.068 -0.216 0.047

2-EF 0.040 -0.347 0.028

2,3,6-triMF 0.104 -0.401 -0.019

Gu 0.328 0.137 -0.328

Si 0.190 0.436 0.312

III.3.2.3. Sustancias indicadoras para la determina ción del contenido total de

fenoles simples en el humo de biomasa

Este apartado tiene como objetivo establecer la posible existencia de compuestos

fenólicos individuales, que puedan ser consideradas como indicadoras del contenido total de

fenoles en las muestras de humo, con independencia del material vegetal utilizado en la

combustión. Operativamente, se trataría de encontrar, entre el conjunto de fenoles analizados,

aquellos cuya concentración guarde una elevada correlación con el contenido total de fenoles

en las muestras de humo. Para alcanzar este objetivo, las 60 muestras de humos analizadas

han sido divididas de forma aleatoria en dos grupos:

• 48 para la obtención de la ecuación.

• 12 para evaluar la capacidad de predicción del modelo generado.


- 173 -

A partir del planteamiento indicado, se ha realizado un análisis de regresión lineal

simple entre la concentración de cada compuesto y el contenido total en fenoles para las 48

muestras de humos del primer grupo. La Tabla III.16 muestra los parámetros estadísticos de la

regresión simple para cada uno de los fenoles estudiados, excepto para el 3,4-dimetilfenol,

3,4,5-trimetilfenol, 3-metoxifenol y vanillina, por no haber sido detectados en más de un 80 %

del total de las muestras de humos. El análisis de los resultados pone de manifiesto que el 2-

metilfenol es el indicador más adecuado para determinar el contenido total de fenoles, con

valores de coeficiente de correlación y error estándar de la estimación de 0.90 y 2.14

respectivamente.

Tabla III.16. Parámetros estadísticos obtenidos en las regresiones simples entre cada uno

de los fenoles estudiados y el contenido total de fenoles.

Compuesto Pendiente ±±±± D.S. Ord. Origen ±±±± D.S. R Sy/x

F 1.76 ± 0.22 6.55 ± 1.25 0.77 3.09

2-MF 6.73 ±±±± 0.49 6.06 ±±±± 0.79 0.90 2.14

3-MF+4-MF 5.61 ± 0.72 8.06 ± 1.11 0.76 3.16

2,3-diMF 59.7 ± 9.20 9.31 ± 1.22 0.72 3.53

2,4-diMF+2,5-diMF 11.7 ± 1.25 8.89 ± 8.61 0.81 2.83

2,6-diMF 60.9 ± 8.49 7.80 ± 1.24 0.73 3.31

3-EF+3,5-diMF 8.73 ± 2.26 12.3 ± 1.22 0.52 4.26

2-EF 84.5 ± 8.91 7.65 ± 0.97 0.81 2.80

2,3,5-triMF 125 ± 45.2 14.1 ± 1.18 0.43 4.47

2,3,6-triMF 48.7 ± 10.0 12.4 ±0.93 0.58 3.91

2,4,6-triMF 176 ± 28.7 10.3 ± 1.08 0.68 3.61

Gu 1.56 ± 0.24 8.11± 1.33 0.69 3.47

Eu 9.29 ± 3.16 13.0 ± 1.19 0.40 4.42

Si -1.43 ± 1.02 18.6 ± 1.71 -0.28 4.11

R = Coeficiente de correlación. Sy/x = Error estándar de la estimación

La Figura III.18 muestra la correlación entre el contenido total de fenoles observado y

el calculado utilizando el 2-metilfenol como indicador. Los intervalos de confianza, al 95 %


- 174 -

de nivel de confianza, para la pendiente (1.00 ± 0.15) y la ordenada en el origen (0.00 ± 2.43),

próximos a 1 y 0 respectivamente, muestran la validez del modelo de regresión propuesto.

Para evaluar la capacidad de predicción del modelo, se ha calculado el error absoluto

en cada una de las 12 muestras de humo separadas inicialmente de forma aleatoria, según la

siguiente expresión:

donde CO y CC son la concentraciones totales de fenoles observadas y calculadas

respectivamente. En la Figura III.19 se pone de manifiesto que los valores correspondientes al

error absoluto oscilan entre 0.39 y 17.3 % con un valor medio del 5.65 %.

CO – CC Error absoluto (%) = × 100 CO

9

13

17

21

25

29

33

9 13 17 21 25 29 33

(Fenoles totales) calculado (mg/m 3)

(Fen

oles

tota

les)

obse

rvad

o (

mg/

m3 )

Figura III.18. Correlación entre el contenido total de fenoles observado y

el calculado utilizando el 2-metilfenol como indicador.


- 175 -

Por último, con objeto de mejorar el modelo de regresión establecido, se ha aplicado

un análisis de regresión lineal múltiple (RLM). El modelo de RLM consiste en una

generalización del modelo de regresión lineal simple, en el que se relaciona la variable

dependiente, Y, con las variables independientes, X1, X2,…, Xi, mediante la siguiente expresión:

donde Y es la concentración total de fenoles y Xi es la concentración de cada uno de fenoles

estudiados.

Con objeto de evitar que la información suministrada por dos variables independientes

se solape y de minimizar el número de las mismas, se ha procedido según los siguientes

pasos:

o Cuando dos variables independientes están correlacionadas con un valor de

coeficiente de correlación superior a 0.80, se elimina aquella variable que

presenta un coeficiente de correlación menor con la variable dependiente.

o Las variables independientes que no han sido detectadas en más de un 80 % de

las muestras de humos analizadas han sido eliminadas.

Y = a· X1 + b· X2 + c· X3 + ··· + d·Xi

Media

0

5

10

15

20

0 2 4 6 8 10 12

No. de muestra

Err

or a

bsol

uto

(%)

Figura III.19. Porcentaje de error absoluto en las muestras de humos utilizadas

para evaluar la predicción del modelo de regresión lineal simple


- 176 -

Posteriormente, las variables independientes son introducidas en el modelo mediante

el método de adición por pasos. La ecuación de regresión óptima ha sido seleccionada en

función del coeficiente de correlación múltiple y el error estándar de la estimación. Los

resultados obtenidos para la ecuación de regresión se muestran en la Tabla III.17. Se puede

observar que los compuestos que han sido seleccionado en el modelo son: 2-metilfenol,

guaiacol y eugenol. Los valores obtenidos para los parámetros estadísticos R y Sy/x de 0.99 y

0.82 respectivamente, ponen de manifiesto que el modelo RLM es significativamente mejor al

obtenido por regresión lineal simple para el 2-metilfenol.

Tabla III.17. Parámetros estadísticos de la

ecuación obtenida por RLM.

Fenoles totales = a + b·2-MP + c·Gu + d·Eu

a 2.70 ± 0.37

b 5.90 ± 0.21

c 0.65 ± 0.09

d 4.00 ± 0.85

R 0.99

Sy/x 0.82

p < 10-4

La Figura III.20 muestra la correlación entre el contenido total de fenoles observado y

el calculado utilizando el modelo RLM propuesto. Los intervalos de confianza, a un nivel del

95 %, para la pendiente (1.00 ± 0.05) y la ordenada en el origen (0.00 ± 0.84), también son

significativamente mejores a los obtenidos con el modelo anterior.


- 177 -

Por último, los valores correspondientes al error absoluto en cada una de las 12

muestras de humos utilizadas para evaluar la capacidad de predicción del modelo, Figura

III.21, oscilan entre 1.34 y 7.79 % con un valor medio del 5.00 %.

Media

Figura III.20. Correlación entre el contenido total de fenoles observado y el

calculado utilizando el modelo de RLM.

5

12

19

26

33

5 12 19 26 33

(Fenoles totales) calculado (mg/m 3)

(Fen

oles

tota

les)

obse

rvad

o (

mg/

m3 )

0.0

2.5

5.0

7.5

10.0

0 2 4 6 8 10 12

No. de muestra

Err

or a

bsol

uto

(%)


para evaluar la predicción del modelo de RLM.


- 178 -

III.4. AROMAS DE HUMO

III.4.1. METODOLOGÍA PARA LA DETERMINACIÓN DE FENOL ES SIMPLES

EN AROMAS DE HUMO

III.4.1.1. Proceso de obtención de los aromas de hu mo

Según se ha comentado con anterioridad, los llamados aromas de humo suelen ser

preparados líquidos o sólidos, en ocasiones disponibles en el comercio, obtenidos a partir del

humo empleado habitualmente en procesos de ahumado. Desde un punto de vista práctico, es

indudable su utilidad como posible alternativa cuando se quiere suministrar características de

olor y sabor, apreciadas por un sector importante de los consumidores, a determinados

alimentos. Los compuestos fenólicos simples juegan un papel muy importante en el perfil

organoléptico y en las propiedades antioxidantes de los alimentos ahumados, de aquí el

interés que presenta el caracterizar la composición fenólica de disoluciones obtenidas a partir

del humo procedente de la combustión de los materiales vegetales anteriormente citados.

En el caso que nos ocupa, con la finalidad de obtener las muestras de aromas de humo

se ha seguido un procedimiento similar al descrito en el capítulo anterior. El humo producido

por la combustión de los materiales vegetales considerados, se filtra y se hace pasar por un

borboteador que contiene agua destilada, durante un determinado período de tiempo. En estas

condiciones, factores como el flujo de gas, el volumen de agua destilada en el borboteador y

el tiempo durante el cual el humo circula a través del borboteador, pueden influir en la

composición de los aromas de humo.

En la sección anterior se han optimizado las condiciones experimentales para la toma

de muestra de fenoles en humos de biomasa, fijándose el flujo de gas y el volumen de agua en

2 L/min y 100 mL, respectivamente. Aunque el absorbente utilizado es agua, en lugar de una

disolución de hidróxido sódico, mantendremos dichas condiciones. En cualquier caso, el

objetivo de este apartado no es establecer las máximas concentraciones de fenoles que

podemos retener, sino comprobar la capacidad extractante del agua y la relación en que se

encuentran dichos compuestos en la disolución acuosa, la cual puede justificar que las


- 179 -

características organolépticas de los aromas de humo sean diferentes a las que presentan los

humos de procedencia.

No obstante, con objeto de obtener disoluciones que presenten concentraciones de

fenoles simples relativamente altas, se han realizado experiencias en las que se han

establecido las concentraciones totales de fenoles en disoluciones obtenidas a partir de la

circulación del humo, durante tiempos diferentes, a través del borboteador que contiene el

agua destilada. Los resultados obtenidos se muestran en la Figura III.22, en la que se observa

que, para tiempos comprendidos entre 5 y 40 min, el contenido total de fenoles aumenta

rápidamente, mientras que por encima de los 40 min los incrementos son considerablemente

inferiores. En atención a estos resultados, el tiempo durante el cual el humo se hace pasar a

través del agua, para obtener los aromas de humo, se ha fijado en 40 min.

III.4.1.2. Determinación de fenoles simples por HS- SPME-CG-EM

La extracción de los fenoles presentes en los aromas de humo y el análisis por CG-EM

se ha realizado mediante el mismo procedimiento utilizado para las muestras de humo, y que

ha sido descrito en las secciones anteriores. En la Tabla III.18 se muestran los límites de

0

1

2

3

4

5

6

7

0 20 40 60 80

Fen

oles

Tot

ales

(m

g/K

g)

Tiempo (min)

Figura III.22. Contenido de fenoles totales en aromas de humo en

función del tiempo de obtención de los mismos.


- 180 -

detección y cuantificación de los compuestos fenólicos analizados en las muestras de aromas

de humo estudiadas. El fenol y sus derivados alquílicos, así como el guayacol y eugenol,

presentan límites de detección comprendidos entre 2.5 y 5.1 µg/Kg, y límites de

cuantificación que oscilan entre 8.5 y 17 µg/Kg. En general, los límites de detección y

cuantificación obtenidos son lo suficientemente bajos como para poder determinar los fenoles

contenidos en las muestras de aromas de humo. No obstante, estos valores son

considerablemente superiores para los restantes derivados metoxilados: 3-metoxifenol,

siringol y vanillina, por lo que este último resulta difícilmente cuantificable.

Tabla III.18. Límites de detección y cuantificación de los fenoles

estudiados en las muestras de aromas de humo.

Compuesto L.D. (µµµµg/Kg) L.C. (µµµµg/Kg)

F 3.7 12

2-MF 3.6 12

3-MF+4-MF 3.3 11

2,3-diMF 2.7 9.1

2,4-diMF 3.8 13

2,5-diMF 3.8 13

2,6-diMF 4.6 15

3,4-diMF 3.6 12

3,5-diMF 2.5 8.5

3-EF 5.1 17

2-EF 3.1 10

2,3,5-triMF 3.9 13

2,3,6-triMF 4.9 16

2,4,6-triMF 4.9 16

3,4,5-triMF 4.3 14

Gu 2.7 8.9

3-MeF 169 564

Eu 4.8 16

Si 163 545

Va 919 3062

L.D. = Límite de detección. L.C. = Límite de cuantificación.


- 181 -

La determinación de los compuestos fenólicos por HS-SPME-CG-EM ha sido aplicada

a muestras de aromas de humo procedentes de la combustión de los seis tipos de biomasa

estudiados en el bidón. La Figura III.23 muestra un cromatograma representativo procedente

de una muestra de aroma de humo obtenida a partir de la combustión de madera de brezo. El

cromatograma pone de manifiesto que las muestras a analizar presentan una considerable

complejidad, aunque con la metodología propuesta es posible identificar y cuantificar todos

los compuestos fenólicos estudiados.

Finalmente, cuando se comparan los espectros de masas de los fenoles detectados en

las muestras de aromas de humo con los almacenados en la librería NIST v.1.7a del software

del CG-EM, se han obtenido valores de similitud considerablemente altos (≥ 80.0 %). En la

Figura III.24 se muestra el espectro de masas del 2,4,6-trimetilfenol, como compuesto

representativo de los fenoles estudiados.

8.0 9.2 10.4 11.6 12.8 14.0 15.2 16.4 17.6

0.0

2.5

5.0

7.5

10.0

12.5

Tiempo (min)

M-C

uent

as

F

2-M

F

3-M

F+4

-MF

G

u

2,6-

diM

F

2-E

F

2,4-

diM

F

2,5-

diM

F

3-E

F 3

,5-d

iMF

2,

3-di

MF

2,4,

6-tr

iMF

2,3,

6-tr

iMF

2,3,

5-tr

iMF

2,4,

6-tr

iMF

Si

Eu

Figura III.23. Cromatograma representativo de una muestra de aroma de humo

procedente de la combustión de madera de brezo


- 182 -

III.4.2. CONTENIDO DE FENOLES SIMPLES EN AROMAS DE HUMO

Siguiendo las metodologías indicadas, se ha establecido el contenido de fenoles

simples en 29 muestras de aromas de humo. Al igual que en las muestras de humo, los

resultados obtenidos al aplicar el test de Kolmogorov-Smirnov ponen de manifiesto que las

concentraciones correspondientes a cada uno de los fenoles analizados, en los seis tipos de

aromas de humo considerados, siguen una distribución normal, a un nivel de significación del

90 % o superior.

III.4.2.1. Concentración de fenoles simples en arom as de humo en función

del tipo de biomasa

Las concentraciones medias encontradas para cada uno de los fenoles analizados en

los seis tipos de aromas de humo estudiados se muestran en la Tabla III.19. Los valores

correspondientes al contenido total de fenoles, se han calculado a partir de las medias del total

de los fenoles en cada una de las muestras de aromas de humo.

50 100 150 200 250 0

25

50

75

100

0

50

100

25

75 A

bund

anci

a re

lativ

a (%

)

m/z

121 136

121 136

91

91

77

77

Figura II.24. Comparación del espectro de masas del 2,4,6-trimetilfenol, obtenido a partir del

cromatograma de una muestra de aroma humo y del almacenado en la librería

NIST v.1.7a, como compuesto representativos de los 21 fenoles estudiados.

Muestra de aroma de humo

Librería


- 183 -

Tabla III.19. Concentración de fenoles simples (mg/Kg) presentes en los aromas de humo

obtenidos a partir de los seis tipos de materiales estudiados.

Biomasa Compuesto

Pinoa Jaraa Brezoa Tuneraa Acículab Almendraa

F 0.75 ± 0.43 0.97 ± 0.14 2.89 ± 0.35 0.95 ± 0.16 2.03 ± 0.15 2.12 ± 0.27

2-MF 0.35 ± 0.21 0.52 ± 0.04 1.52 ± 0.28 0.37 ± 0.06 0.54 ± 0.08 0.95 ± 0.18

3-MF+4-MF 0.25 ± 0.16 0.34 ± 0.05 1.23 ± 0.21 0.25 ± 0.04 0.55 ± 0.09 0.89 ± 0.15

2,3-diMF 0.05 ± 0.02 0.05 ± 0.01 0.11 ± 0.02 0.03 ± 0.01 0.04 ± 0.02 n.d.

2,4-diMF 0.15 ± 0.10 0.21 ± 0.02 0.66 ± 0.18 0.13 ± 0.03 0.21 ± 0.08 0.36 ± 0.08

2,5-diMF 0.08 ± 0.04 0.11 ± 0.01 0.33 ± 0.05 0.06 ± 0.01 0.07 ± 0.02 0.22 ± 0.06

2,6-diMF 0.07 ± 0.03 0.11 ± 0.02 0.26 ± 0.05 0.07 ± 0.02 0.07 ± 0.02 0.12 ± 0.04

3,4-diMF n.d. n.d. n.d. 0.03 ± 0.01 n.d. n.d.

3,5-diMF 0.03 ± 0.02 0.04 ± 0.01 0.18 ± 0.03 0.03 ± 0.01 0.05 ± 0.03 0.09 ± 0.02

3-EF 0.07 ± 0.04 0.09 ± 0.02 0.25 ± 0.06 0.09 ± 0.04 0.17 ± 0.04 0.24 ± 0.05

2-EF 0.02 ± 0.01 0.04 ± 0.01 0.13 ± 0.03 0.03 ± 0.01 0.03 ± 0.01 0.07 ± 0.02

2,3,5-triMF d.n.q. 0.02 ± 0.01 0.05 ± 0.01 d.n.q. d.n.q. 0.02 ± 0.01

2,3,6-triMF 0.04 ± 0.03 0.03 ± 0.01 0.20 ± 0.04 0.05 ± 0.01 0.04 ± 0.02 0.03 ± 0.01

2,4,6-triMF 0.03 ± 0.01 0.05 ± 0.01 0.12 ± 0.03 0.02 ± 0.01 0.03 ± 0.01 0.04 ± 0.02

3,4,5-triMF n.d. d.n.q. d.n.q. n.d. n.d. d.n.q.

Gu 0.81 ± 0.39 1.60 ± 0.34 2.74 ± 0.50 0.54 ± 0.15 1.70 ± 0.22 4.48 ± 0.92

3-MeF n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d.

Eu 0.08 ± 0.03 0.12 ± 0.05 0.33 ± 0.10 0.03 ± 0.01 0.09 ± 0.06 0.70 ± 0.19

Si n.d. 1.22 ± 0.36 3.67 ± 1.05 0.67 ± 0.13 n.d. 7.35 ± 2.04

Va n.d. n.d. n.d. n.d. n.d. n.d.

(Fenoles Totales)media 2.73 ± 1.56 5.28 ± 1.11 14.7 ± 2.5 3.09 ± 0.55 5.62 ± 0.66 17.7 ± 3.7 n.d. = no detectado. d.n.q. = detectado pero no cuantificado. a número de muestras de aromas de humo (n) = 5. bn =4.

La concentración de fenoles simples en los aromas de humo obtenidos en el presente

trabajo depende, no sólo de la naturaleza de la biomasa utilizada, sino también de las

características del proceso de combustión (temperatura, contenido de oxígeno en el lugar de la

combustión, humedad de la biomasa, etc.). Además, las propiedades físico-químicas de los

compuestos considerados, también pueden influir notablemente en su concentración en las

muestras de aromas de humo. En este sentido, la solubilidad y volatilidad de cada uno de los


- 184 -

fenoles estudiados determinará en gran medida su retención en el borboteador que contiene el

absorbente.

Los resultados agrupados en la Tabla III.19 ponen de manifiesto las diferencias en los

contenidos de cada uno de los compuestos fenólicos analizados en las disoluciones obtenidas

a partir del humo de los seis tipos de biomasa utilizada, así como los contenidos totales en

cada una de ellas. Con objeto de establecer comparaciones, en la Figura III.25 se muestran las

concentraciones medias de fenoles totales, fenol, alquil-fenoles y metoxi-fenoles en los

distintos tipos de aromas de humo estudiados. Se puede observar que las muestras obtenidas a

partir del humo procedente de la combustión de madera de brezo y cáscara de almendra son

las que presentan concentraciones totales de fenoles más altas (14.7 y 17.7 mg/kg,

respectivamente). Por otra parte, los contenidos mas bajos se alcanzan con el humo de pino y

tunera (2.73 y 3.09 mg/kg, respectivamente), mientras que los correspondientes a los aromas

obtenidos con el humo de jara y acícula de pino presentan concentraciones ligeramente

superiores (5.28 y 5.62 mg/kg, respectivamente) a estos últimos.

Al comparar el contenido en fenol, así como los contenidos en cada una de las dos

familias de derivados fenólicos estudiados, se puede observar que, en términos relativos,

Figura III.25. Concentraciones medias de fenoles totales ( ), fenol (□), alquil-

fenoles (■) y metoxi-fenoles ( ) en aromas de humo.

Jara Brezo Tunera Acícula Almendra

Con

cent

raci

ón (

mg/

Kg)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Pino


- 185 -

existen dos tendencias claramente diferenciadas. Por una parte, la que muestran los aromas de

humo procedentes de la combustión de la cáscara de almendra, y de las maderas de jara y

brezo, en las que los compuestos mayoritarios son los metoxi-fenoles, seguidos de los alquil-

fenoles y el fenol, mientras que, por otra parte, en los aromas de humo obtenidos a partir del

humo de pino, acícula de pino y tunera no existen diferencias notables entre los contenidos en

fenol, alquil-fenoles y metoxi-fenoles.

En relación al contenido de cada uno de los fenoles simples analizados en los aromas

de humo estudiados, destaca la concentración del fenol y guaiacol en todas las muestras de

aromas de humo estudiadas, y del siringol en los aromas procedentes de la combustión de

maderas de jara y brezo, tunera y cáscara de almendra. La contribución del fenol a la

concentración total de fenoles en las muestras oscila entre 12 y 36 %, el guaiacol aporta entre

el 18 y 30 % y el siringol entre el 22 y 41 %. Además de estos tres compuestos, algunos

derivados metilados del fenol contribuyen al contenido total de fenoles en porcentajes que

pueden llegar al 10-12 %, tal y como sucede en el caso del 2-metilfenol. En la Figura III.26 se

ha representado las contribuciones individuales de los fenoles presentes en mayores

cantidades en las distintas muestras de aroma de humo estudiadas.

Pino

Con

trib

ució

n (%

)

0

Jara

Brezo

Tune

ra

Acícu

la

Almen

dra

20

40

60

80

100

Figura III.26. Porcentaje de contribución del fenol ( ), 2-metilfenol (■),

3-metilfenol+4-metilfenol ( ), guaiacol (� ) y siringol ( )

al contenido total de fenoles.


- 186 -

La suma de los porcentajes correspondientes a estos compuestos se mantiene

prácticamente uniforme en los aromas de humo de los seis tipos de biomasa utilizados, con

valores comprendidos entre el 80 y 90 %.

La composición de las disoluciones acuosas, que representan los aromas de humo en

estudio, debe guardar alguna relación con la composición del humo utilizado. Sin embargo,

entre los compuestos fenólicos analizados existen diferencias considerables de volatilidad y

solubilidad en agua, que por otra parte, en algunos casos pueden provocar procesos de

sobresaturación. Además, la temperatura del humo que se pone en contacto con el agua no es

siempre igual a lo largo de un mismo proceso de generación de humo y, por supuesto,

tampoco lo es la temperatura del humo obtenido a partir de distintos tipos de biomasa. De esta

forma, pueden presentarse situaciones muy diversas en cuanto a la concentración de los

fenoles presentes en las disoluciones acuosas correspondientes al humo obtenido a partir de

los seis tipos de biomasa estudiada.

Con objeto de establecer comparaciones entre la composición de los aromas de humo

y la del humo utilizado, en la Figura III.27.A y III.27.B se muestran las relaciones entre la

concentración de cada uno de los compuestos fenólicos cuantificados en el humo y la

correspondiente obtenida en el aroma de humo.

En general, se observa que, en el caso de las disoluciones obtenidas a partir del humo

de pino, jara, brezo y tunera, los valores de las relaciones entre la concentración de los fenoles

en el humo de biomasa y la correspondiente en el aroma de humo presentan una secuencia

similar. Sin embargo, cuando se utiliza cáscara de almendra o acícula de pino como

combustible, tales relaciones muestran un perfil distinto a los anteriores y, a su vez diferentes

entre sí.


- 187 -

Por otra parte, se puede observar que, cuando se utiliza madera de brezo y cáscara de

almendra como combustibles, las relaciones presentan valores inferiores a la unidad. Además,

atendiendo a las relaciones individuales, destaca el valor del siringol, para el que se alcanzan

valores de 0.28 y 0.27 para los aromas de humo obtenidos a partir del humo de madera de

brezo y cáscara de almendra, respectivamente. Los valores obtenidos, en las relaciones del

siringol para la madera de brezo y la cáscara de almendra, pone de manifiesto que las

concentraciones relativas del siringol en el aroma de humo son considerablemente superiores

(Fen

oles

) HU

MO /

(Fen

oles

) AR

OM

A

F2 -M

F

3 -MF+4 -M

F

2,3 -diM

F

2,4 -diM

F

2,5 -diM

F

2,6 -diM

F

3,5 -diM

F

3 -EF

2 -EF

2,3,6 -tr

iMF

2,4,6 -tr

iMF

Gu

Eu Si

0

6

3

9

0

2

1

3

4

(Fen

oles

) HU

MO /

(Fen

oles

) AR

OM

A

F2 -M

F

3 -MF+4 -M

F

2,3 -diM

F

2,4 -diM

F

2,5 -diM

F

2,6 -diM

F

3,5 -diM

F

3 -EF

2 -EF

2,3,6 -tr

iMF

2,4,6 -tr

iMF

Gu

Eu Si

Figura III.27. Relaciones entre las concentraciones de fenoles en humo y aroma de humo según

el tipo de biomasa. A: pino (•), jara (▬), brezo (∗) y tunera (∆); B: acícula de

pino (•) y cáscara de almendra (o).

A

B


- 188 -

a las encontradas en el humo. Aunque no se trata de comparar concentraciones en humo

(mg/m3) y en disolución (mg/Kg), este hecho indica que el siringol, uno de los compuestos

esenciales entre los que contribuye a conformar las características organolépticas de los

productos ahumados, presenta mayor afinidad que otros por la fase acuosa que constituye el

aroma de humo preparado por nosotros. Además, los humos de brezo y cáscara de almendra

son los que proporcionan un mayor contenido de compuestos fenólicos totales a los

respectivos aromas de humo.

En general, atendiendo al comportamiento de cada uno de los fenoles analizados, se

puede observar que, para un mismo compuesto, las relaciones presentan valores diferentes en

los distintos tipos de biomasa estudiadas. Como se ha comentado anteriormente, la

temperatura del humo que se encuentra en contacto con el agua depende del tipo de biomasa

utilizada. De este modo, a medida que la temperatura del humo aumenta, se favorece la

evaporación de los compuestos fenólicos en el agua, especialmente de aquellos que son más

volátiles. En este sentido, los resultados obtenidos muestran que existe una correlación

significativa, a un nivel de confianza del 95 %, entre las temperaturas medianas de los humos

y las relaciones entre la concentración total de los fenoles en el humo y en el aroma de humo.

El valor del coeficiente de correlación de Pearson (R) obtenido es de 0.60, Figura III.28.

0 1 2 3 4 5 6 7 10

20

30

40

50

60

70

80

Tem

pera

tura

(ºC

)

(Fenoles Totales) HUMO / (Fenoles Totales) AROMA

Figura III.28. Correlación entre la temperatura mediana de las

muestras de humo y la relación entre la concentración

total de los fenoles en el humo y en el aroma de humo.


- 189 -

III.4.2.2. Perfiles de emisión de los compuestos fe nólicos en las muestras de

aromas de humo

En la Figura III.29 se han representado las concentraciones medias normalizadas de

cada uno de los componentes individuales, con respecto a la concentración total de fenoles, en

cada uno de los aromas de humo estudiados. Los resultados obtenidos muestran que las

principales diferencias se encuentran en las concentraciones de los tres compuestos

mayoritarios presentes en los aromas de humo: fenol, guaiacol y siringol. Al tomar en

consideración las concentraciones relativas del fenol en los distintos aromas de humo

estudiados, sus valores se ordenan según la siguiente secuencia: acícula de pino > tunera >

pino > brezo ≈ jara > cáscara de almendra. Las variaciones en las concentraciones relativas

del guaiacol no son tan acusadas como las observadas en el fenol. De este modo los valores

obtenidos para este compuesto disminuye en el siguiente sentido: pino ≈ jara ≈ acícula de pino

> cáscara de almendra >brezo ≈ tunera. Por último, en los cuatro aromas de humo que ha sido

posible cuantificar el siringol, la concentración relativa decrece en el siguiente orden: cáscara

de almendra > brezo > jara > tunera.

3,5-d

iMF

2,3,6-

triMF

2,3,5-

triMF

3-MF+4-

MFF2-

MF3-

EF2-

EF

2,3-d

iMF

2,4-d

iMF

2,5-d

iMF

2,6-d

iMF

3,4-d

iMF

2,4,6-

triMF

3,4,5-

triMF Gu

3-MeF Eu Si

Va

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

Com

pues

to fe

nólic

o/F

enol

es to

tale

s

Figura III.29. Perfiles de emisión de los compuestos fenólicos normalizados frente al contenido

total de fenoles para los aromas de humos de maderas de pino (●), jara (▬) y

brezo (∗), tunera (♦), acícula de pino (■) y cáscara de almendra (▲).


- 190 -

En atención a la importancia que los tres compuestos mencionados pueden tener para

establecer características que permitan diferenciar entre los aromas de humo, según el

combustible empleado en su preparación, se han intentado establecer relaciones entre ellos.

La Figura III.30 representa los porcentajes de los tres derivados en las seis muestras de aroma

de humo. Se puede observar que, en general, los aromas de humo presentan comportamientos

bien diferenciados en función del tipo de biomasa utilizada:

• El aroma de humo procedente de la cáscara de almendra se caracteriza por ser el

que presenta mayores porcentajes de siringol, siendo este el fenol mayoritario.

• La madera de pino y la acícula de pino producen aromas de humo que presentan

características similares con elevados porcentajes de fenol y guaiacol. Sin

embargo, el siringol no fue detectado en la mayor parte de las muestras analizadas.

• El aroma de humo obtenido a partir de la madera de brezo muestra contenidos

similares en guayacol y fenol, siendo ligeramente superior el porcentaje

correspondiente al siringol.

• La madera de jara y la tunera producen aromas de humo con contenidos similares

en siringol. Por otra parte, el guaiacol es el compuesto mayoritario en el aroma de

madera de jara, mientras que en el aroma de tunera, predomina el fenol.

Pino

Jara

Brezo

Tune

ra

Acícu

laAlm

endr

a

0

15

30

45

Figura III.30. Contribuciones medias para el fenol (•), guaiacol (□) y el

siringol (−) en los seis tipos de aromas de humo analizados.

Con

trib

ució

n (%

)


- 191 -

Adicionalmente, con objeto de establecer los compuestos que mejor pueden contribuir

a diferenciar los distintos tipos de aromas de humo, se ha aplicado un análisis discriminante

lineal (ADL). Las funciones discriminantes se obtienen mediante el método de inclusión por

pasos donde las variable son introducidas o eliminadas del modelo según el criterio de

minimización de la varianza no explicada entre grupos. Los compuestos fenólicos

seleccionados en el modelo son: fenol, 2-etilfenol, 3-etilfenol, 2,3,5-trimetilfenol, 2,3,6-

trimetilfenol, guaiacol y siringol. En la Tabla III.20 se puede observar que todas las funciones

discriminantes son estadísticamente significativas a un nivel de confianza superior al 99.9 %.

Atendiendo a la capacidad discriminante de las funciones, las tres primeras suman un

porcentaje de varianza explicada del 94.7 %. En la Figura III.31 se muestra las posiciones de

las muestras de aromas de humo sobre las tres primeras funciones discriminantes. Los

resultados obtenidos muestran que el porcentaje de muestras clasificadas correctamente es del

100 %.

Tabla III.20. Varianza y nivel de significación de las funciones

discriminantes obtenidas en el análisis discriminante.

Función discriminante Varianza explicada (%) p 1 67.0 < 0.001

2 17.7 < 0.001

3 10.0 < 0.001

4 3.72 < 0.001

5 1.67 < 0.001


- 192 -

-11 -1 9 19-5.4

-1.4 2.6

-3

0

3

6

9

Función 1 (67.0 %)

Fun

ción

2 (

17.7

%)

Función 3(10.0 %)

Figura III.31. Posición de de las muestras de aromas de humo producidas por la combustión de

pino (▲), jara ( ), brezo (O), acícula de pino ( ), tunera ( ) y cáscara de

almendra (�) sobre las funciones discriminantes.

Como se ha comentado con anterioridad, los coeficientes de correlación lineal entre

las variables independientes y cada una de las funciones discriminantes permiten determinar

la importancia de las variables en dichas funciones. En la Tabla III.21 se muestran los

coeficientes de correlación de las tres primeras funciones discriminantes con las variables

incluidas en el modelo. Atendiendo al porcentaje de varianza explicada de las tres funciones

discriminantes y al valor absoluto de los coeficientes de correlación, se puede observar que

todos los fenoles seleccionados en el modelo tienen una importancia similar en la

discriminación de los grupos, excepto el 3-etilfenol, cuya importancia es menor.

Tabla III.21. Coeficientes de correlación entre las variables del modelo y las tres



1 2 3 F 0.122 0.678 0.236 2-EF 0.205 0.474 -0.009 3-EF 0.033 0.439 0.047 2,3,5-triMF 0.250 0.371 -0.064 2,3,6-triMF 0.299 0.292 0.315 Gu -0.058 0.648 -0.325 Si -0.048 0.627 -0.336


- 193 -

III.4.2.3. Predicción del contenido total de fenole s en los aromas de humo

Con la finalidad de establecer una ecuación que permita determinar el contenido total

de fenoles en las muestras de aromas de humo, independientemente del material vegetal

utilizado en el proceso de combustión, las 29 muestras de aromas de humo se han divido de

forma aleatoria en dos grupos: 1) 24 muestras para la obtención de la ecuación y; 2) 5

muestras para evaluar la capacidad de predicción del modelo generado. Posteriormente se ha

llevado a cabo un análisis de regresión lineal simple entre la concentración de cada compuesto

y el contenido total en fenoles para las 24 muestras de aromas de humo del primer grupo. La

Tabla III.22 muestra los parámetros estadísticos de la regresión simple para cada uno de los

fenoles estudiados, excepto para el 3,4-dimetilfenol, 3,4,5-trimetilfenol, 3-metoxifenol y

vanillina por no detectarse en más de un 70 % del total de las muestras de aromas humo. El

análisis de los resultados pone de manifiesto que el guaiacol es el indicador más adecuado

para determinar el contenido total de fenoles, con valores de coeficiente de correlación (R) y

error estándar de la estimación (Sy/x) de 0.98 y 0.97 respectivamente.

Tabla III.22. Parámetros estadísticos obtenidos en las regresiones simples entre cada uno

de los fenoles estudiados y el contenido total de fenoles.

Compuesto Pendiente ±±±± D.S. Ord. Origen ±±±± D.S. R Sy/x

F 6.06 ± 1.10 -0.89 ± 1.25 0.78 2.74

2-MF 13.7 ± 1.99 -0.80 ± 1.01 0.84 2.36

3-MF+4-MF 16.3 ± 1.73 -0.53 ± 0.73 0.90 1.86

2,3-diMF -10.7 ± 43.8 5.41 ± 1.41 -0.06 4.40

2,4-diMF 32.4 ± 5.14 -0.30 ± 1.02 0.82 2.51

2,5-diMF 57.1 ± 7.14 0.15 ± 0.78 0.87 2.11

2,6-diMF 69.6 ± 18.6 0.21 ± 1.51 0.65 3.34

3,5-diMF 97.1 ± 18.7 1.07 ± 1.00 0.76 2.83

3-EF 67.7 ± 6.95 -1.31 ± 0.77 0.90 1.81

2-EF 146 ± 25.0 0.23 ± 1.02 0.80 2.64

2,3,5-triMF 288 ± 76.8 1.68 ± 1.18 0.65 3.34

2,3,6-triMF 37.9 ± 28.2 3.81 ± 1.36 0.29 4.21

2,4,6-triMF 124 ± 42.3 1.57 ± 1.46 0.56 3.66

Gu 3.93 ±±±± 0.21 0.05 ±±±± 0.34 0.98 0.97

Eu 21.3 ± 1.40 1.95 ± 0.34 0.95 1.22

Si 2.02 ± 0.16 2.49 ± 0.37 0.94 1.43


- 194 -

En la Figura III.32 se puede observar la correlación entre el contenido total de fenoles

observado y el calculado utilizando el guaiacol como indicador. Los intervalos de confianza, a

un nivel del 95 %, para la pendiente (1.00 ± 0.10) y la ordenada en el origen (0.00 ± 0.69),

próximos a 1 y 0 respectivamente, muestran la validez del modelo propuesto.

Por último, con objeto de evaluar la capacidad de predicción del modelo establecido,

se ha determinado el error absoluto en cada una de las 5 muestras de aromas de humo

separadas inicialmente de forma aleatoria. En la Figura III.33 se puede observar que el error

absoluto oscila entre 2.23 y 14.4 %, con un valor medio de 9.56 %. Estos resultados pueden

considerarse aceptables y, por tanto no se hace necesaria la aplicación de otras herramientas

matemáticas como el análisis de regresión lineal múltiple.

Figura III.32. Correlación entre el contenido total de fenoles observado y

el calculado utilizando el guaiacol como indicador.

(Fenoles totales) calculado (mg/Kg)

(Fen

oles

tota

les)

obse

rvad

o (

mg/

Kg)

0

3

6

9

12

15

18

0 3 6 9 12 15 18


- 195 -

0

4

8

12

16

0 1 2 3 4 5 6

Media

No. de muestra

Err

or a

bsol

uto

(%)


para evaluar la predicción del modelo de regresión lineal simple.

CONCLUSIONES

“Si alguna vez he conseguido ver un poco más lejos, es

porque me he aupado en hombros de gigantes”.

Isaac Newton (1642-1727). Físico y matemático inglés.

Conclusiones

- 199 -

1.- Se ha establecido una metodología analítica para el muestreo y la posterior

determinación de HAPs y sus derivados metilados en muestras de humos. El método se

basa en la retención de los hidrocarburos en un sistema compuesto de un filtro de fibra

de cuarzo acoplado a un cartucho de PUF/XAD-2/PUF, una posterior extracción

mediante Soxhlet y una purificación en columna de gel de sílice, para terminar con el

análisis por CG-EM. En términos generales, se puede concluir:

1.1.- Los límites de detección obtenidos se encuentran comprendidos entre 1.3 y 3.5

µg/m3, para el naftaleno y el 3,6-dimetilfenantreno, respectivamente y resultan ser

adecuados para la determinación de HAPs y sus derivados metilados en humos de

biomasa.

1.2.- Las recuperaciones medias de los HAPs y sus derivados metilados,

correspondientes a las etapas de extracción y medida por CG-EM, oscilan entre el

80.2 y el 109 %, porcentajes que pueden considerarse aceptables según la norma

UNE-77250 y, por tanto, se puede concluir que las pérdidas y los errores

cometidos durante la conservación y tratamiento de la muestra no son

significativamente importantes. Las desviaciones estándar relativas, en general, son

inferiores al 10 %.

1.3.- El uso de un diseño factorial de dos niveles ha permitido estudiar la influencia de la

temperatura, la velocidad de flujo y la cantidad de resina XAD-2, en la eficiencia

de muestreo. Los resultados ponen de manifiesto que la temperatura, variable que

no se puede controlar durante el ahumado del queso, es especialmente significativa

en la eficiencia de muestreo con un efecto negativo, que es más acusado en los

hidrocarburos de bajo peso molecular. Sin embargo, en las condiciones de

muestreo óptimas para la velocidad de flujo y la cantidad de XAD-2, las

recuperaciones de los HAPs y sus derivados metilados pueden considerarse

aceptables según la norma UNE-77250, incluso en condiciones extremas de

temperatura, excepto para el naftaleno.

1.4.- La temperatura a la que se produce el ahumado del queso no sólo afecta a la

eficiencia de muestreo, sino que también influye en la distribución de los

hidrocarburos entre el filtro y el cartucho de PUF/XAD-2/PUF. En este sentido, se

Conclusiones

- 200 -

ha observado que, a medida que la temperatura de muestreo aumenta, los

hidrocarburos son más retenidos por el cartucho de PUF/XAD-2/PUF que por el

filtro. A partir de estos resultados se puede concluir que, para determinar el

contenido de HAPs y sus derivados metilados en muestras de humos, es necesario

el análisis combinado del cartucho y del filtro.

2.- Se ha determinado el contenido de HAPs y sus derivados metilados en el humo

procedente de la combustión de maderas de pino, jara y brezo, acícula de pino, tunera

seca y cáscara de almendra, en dos tipos de ahumaderos normalmente utilizados por los

ganaderos canarios en el ahumado del queso. Además, como información

complementaria acerca de las características del proceso de combustión, también se han

medido las temperaturas y concentraciones de monóxido de carbono en las muestras de

humos. A partir de los resultados obtenidos se pueden extraer las siguientes

conclusiones:

2.1.- La combustión de los materiales vegetales considerados produce cantidades

importantes de HAPs y derivados metilados. La gran variabilidad observada en las

concentraciones de los hidrocarburos emitidos en la combustión de los materiales

vegetales es debida a la naturaleza de la biomasa quemada y al dispositivo

utilizado para realizar la combustión, así como al escaso control que se ejerce

sobre las variables que influyen en el proceso.

2.2.- El monóxido de carbono y los HAPs son compuestos característicos de procesos de

combustión incompleta y, a su vez, están íntimamente relacionados con la

temperatura a la que se produce la combustión. Los elevados contenidos de HAPs

totales en los humos producidos en el horno, especialmente los procedentes de la

combustión de maderas de pino, jara y brezo, y acícula de pino, pueden ser

explicados debido a que el proceso se realiza con un déficit de oxigeno superior a

los realizados en el bidón. Cuando la temperatura y/o la concentración de

monóxido de carbono decrecen, la cantidad de HAPs totales disminuye

considerablemente y, además, el tipo de dispositivo utilizado para la combustión se

vuelve menos importante.

2.3.- A pesar de la gran variabilidad observada en las cantidades de hidrocarburos

Conclusiones

- 201 -

presentes en los humos, el proceso debe producirse de forma que los mecanismos

que regulan la formación de los distintos HAPs y derivados metilados, durante los

procesos de pirólisis y pirosíntesis de la combustión, son básicamente los mismos.

En general, en la formación progresiva de los hidrocarburos, se ven favorecidos el

naftaleno y sus derivados metilados, seguidos de los HAPs que contienen tres

anillos y, finalmente, los que poseen 4 o más anillos.

2.4.- La elevada correlación entre el naftaleno y los diferentes tipos de hidrocarburos

agrupados en función al número de anillos, puede ser indicativo de la participación

del naftaleno en la formación por pirosíntesis de los hidrocarburos de mayor peso

molecular. Además, la concentración de naftaleno constituye un índice que puede

ser utilizado para establecer el contenido total de HAPs, en el humo generado en

las condiciones estudiadas.

2.5.- La gran similitud que existe en los perfiles de distribución, así como en la

relaciones isoméricas, pone de manifiesto la notable dificultad para poder

diferenciar entre los diferentes tipos de humos. Sin embargo, el análisis

discriminante lineal, permite clasificar los humos procedentes de la combustión de

los seis tipos de materiales vegetales, con porcentajes del 93.1 y 83.3 %, en el

horno y bidón, respectivamente. Los hidrocarburos que más contribuyen en la

clasificación son el fluoreno y 2,3,5-trimetilnaftaleno en el horno y el

dimetilnaftaleno-4 y el 1-metilfenantreno en bidón.

2.6.- Los contenidos individuales de HAPs y sus derivados metilados se distribuyen de

forma diferente entre las fases gaseosa y particulada. En general, los hidrocarburos

con pesos moleculares superiores al fluoreno tienden a permanecer en la fase

particulada y, aunque estos compuestos representan el 54 % de los hidrocarburos

analizados, su concentración constituye aproximadamente el 34.5 %.

3.- Se ha calculado la toxicidad potencial, expresada como benzo(a)pireno equivalente, en

las muestras de humos analizadas y se ha obtenido las siguientes conclusiones:

3.1.- En general, la combustión de los materiales vegetales en el horno produce humos

con niveles de benzo(a)pireno equivalente total superiores o iguales a los obtenidos

Conclusiones

- 202 -

en el bidón. Además, los humos procedentes de la combustión de madera de pino y

jara, son los que presentan toxicidades potenciales más elevadas, en el horno y

bidón respectivamente.

3.2.- Los resultados ponen de manifiesto que los valores de benzo(a)pireno equivalente

correspondientes a las fases particuladas de los humos son superiores a los

obtenidos en las fases gaseosas. Esto se debe a que, aunque el contenido total de

HAPs en la fase particulada es inferior al encontrado en la fase gaseosa, los

hidrocarburos de alto peso molecular presentan una toxicidad considerablemente

superior a aquellos HAPs que se encuentran en la fase gaseosa.

3.3.- En ambos tipos de dispositivos utilizados para realizar la combustión, los

hidrocarburos que más contribuyen a la toxicidad potencial total son el

benzo(a)pireno y, en menor medida, el fluoranteno y benzo(b)fluoranteno.

Además, se ha demostrado que tanto el benzo(a)pireno como el fluoranteno o

benzo(a)antraceno pueden ser utilizados como indicadores para estimar la

toxicidad potencial total de las muestras de humos analizadas.

4.- Se ha establecido una metodología analítica para la determinación de HAPs en aromas

de humos mediante extracción liquido-liquido con diclorometano, preconcentración y

análisis por CG-EM. Los resultados obtenidos nos permiten concluir:

4.1.- La metodología establecida resulta adecuada para la cuantificación de HAPs en

muestras de aromas de humos, ya que los límites de detección obtenidos son del

orden de unas 10 veces inferiores a los niveles máximos permitidos por la Unión

Europea para el benzo(a)pireno y benzo(a)antraceno en este tipo de muestras.

4.2.- En el conjunto de las muestras de aroma de humo analizadas, no se han detectado

HAPs con cuatro o más anillos en su estructura molecular. Solo se ha cuantificado,

en algunos de los aromas de humos, naftaleno, acenaftileno, fenantreno y

antraceno y, además, se ha detectado a veces la presencia de acenafteno, fluoreno,

1-metilnaftaleno y 2-metilnaftaleno. La concentración de los respectivos HAPs en

el humo utilizado para preparar las muestras acuosas, es una de las variables que

influye en la presencia de HAPs en los aromas de humo.

Conclusiones

- 203 -

4.3.- El contenido total de HAPs en los aromas de humos presenta valores medios que no

superan los 15.8 µg/Kg con contenidos despreciables de los HAPs catalogados

como prioritarios por la Autoridad para la Seguridad en la Alimentación Europea.

Los aromas de hunos obtenidos constituyen una alternativa para disponer de

alimentos con características organolépticas que se aproximen a las conseguidas

mediante el ahumado con humo procedente de la combustión de biomasa y aportan

la ventaja de evitar la incorporación a los alimentos de componentes del humo de

una considerable toxicidad, especialmente los procedentes del humo de cáscara de

almendra.

5.- Se ha establecido una metodología analítica para la determinación de fenoles simples en

muestras de humos. Los compuestos son absorbidos en una disolución acuosa de NaOH

y analizados por HS-SPME-CG-EM. Las conclusiones más importantes se exponen a

continuación:

5.1.- La fibra con recubrimiento de CW-DVB ha sido seleccionada como la más

adecuada para la determinación de los compuestos fenólicos simples por HS-

SPME-CG-EM.

5.2.- Mediante el empleo de un diseño experimental central de dos niveles se han

determinado los valores óptimos de las siguientes variables experimentales: pH y

contenido en NaCl de las disoluciones, así como los tiempos de extracción y

desorción. Aunque el análisis se ha realizado a temperatura ambiente, los

parámetros de calidad asociados al proceso de extracción son adecuados para la

determinación de fenoles simples en humos de biomasa. Además mediante la

extracción HS-SPME-CG-EM se simplifica el método analítico, ya que se eliminan

las etapas de limpieza.

5.3.- Las condiciones óptimas de muestreo son 100 mL de disolución de NaOH 0.10 N

como absorbente y 2 L/min para el flujo de muestreo. En estas condiciones

óptimas de trabajo, las eficiencias de muestreo se encuentran comprendidas entre

89.8 y 112 %, con desviaciones estándar relativas inferiores al 10 %.

Conclusiones

- 204 -

6.- Se ha determinado el contenido de fenoles simples en el humo procedente de la

combustión en el bidón de los seis tipos de materiales vegetales seleccionados. Los

resultados obtenidos han permitido establecer las siguientes conclusiones:

6.1.- En general, las concentraciones totales de fenoles en los seis materiales utilizados

no muestran grandes diferencias. Sin embargo, las contribuciones de los distintos

grupos de compuestos son diferentes. En este sentido, en los humos de madera de

pino y brezo las aportaciones del fenol, alquil-fenoles y metoxi-fenoles son

similares, mientras que en los humos de acícula de pino y tunera seca,el fenol es el

compuesto mayoritario. Para los humos de madera de jara y, de forma especial, el

de cáscara de almendra predominan los metoxi-fenoles.

6.2.- Al considerar las concentraciones individuales de cada uno de los fenoles

estudiados, destacan las concentraciones considerablemente superiores del fenol y

el guaiacol en todos los humos estudiados. Por el contrario, el siringol sólo se ha

cuantificado en los humos de madera de jara, brezo y cáscara de almendra. Así,

este compuesto se encuentra asociado a la combustión de maderas duras como son

la jara, el brezo y el almendro.

6.3.- La elevada correlación obtenida entre la concentración del fenol y la suma de

concentraciones de alquil-fenoles, así como los perfiles de contribuciones medias

para el fenol, alquil-fenoles y metoxi-fenoles, podrían indicar que, durante el

proceso de combustión de los materiales, se libere inicialmente cantidades

variables de guaiacol, dependiendo de la composición química del material

utilizado para la combustión. Posteriormente, una parte del guaiacol formado

experimentaría una transformación parcial, por acción de la temperatura, en fenol y

metil-fenoles de forma preferente. De este modo, la formación de estos

compuestos, y por extensión de los alquil-fenoles, tiene lugar a través de

mecanismos en los que las condiciones experimentales utilizadas para realizar la

combustión tienen más influencia que la naturaleza de los combustibles empleados

en la misma.

6.4.- El análisis discriminante lineal permite una diferenciación de los humos

procedentes de la combustión en el bidón de los seis tipos de materiales, con un

Conclusiones

- 205 -

porcentaje de clasificación del 98.3 %. Los compuestos fenólicos que más

contribuyen en la diferenciación de los humos son el siringol y el guaiacol.

6.5.- Mediante un análisis de regresión lineal múltiple es posible determinar el contenido

total de fenoles en las muestras de humos independientemente del material vegetal

utilizado en la combustión, con un error absoluto comprendido entre el 1.34 y 7.79

%. Los fenoles seleccionados en la ecuación de regresión han sido: 2-metilfenol,

guaiacol y eugenol.

7.- Se ha establecidota metodología analítica para la determinación de fenoles simples en

aromas de humo. Los compuestos son analizados por HS-SPME-CG-EM y las

conclusiones más importantes son las siguientes:

7.1.- El fenol y sus derivados alquílicos, así como el guayacol y eugenol, presentan

límites de cuantificación que oscilan entre 8.5 y 17 µg/Kg. Estos valores son lo

suficientemente bajos como para poder determinar los fenoles contenidos en las

muestras de aromas de humo. Sin embargo, no ocurre lo mismo con los restantes

derivados metoxilados que presentan valores considerablemente superiores por lo

que resulta difícil su cuantificación.

7.2.- Existen diferencias en los contenidos individuales de los compuestos fenólicos, así

como en los contenidos totales de cada uno de los aromas de humo obtenidos. Así,

las muestras procedentes de la combustión de madera de brezo y cáscara de

almendra son las que presentan concentraciones totales de fenoles más altas,

mientras que las más bajas se alcanzan con las procedentes del humo de pino y de

tunera. Por otra parte, en las muestras procedentes de la combustión de la cáscara

de almendra y de las maderas de jara y brezo, los compuestos mayoritarios son los

metoxi-fenoles seguidos de los alquil-fenoles y el fenol, mientras que para los

demás aromas de humo no existen diferencias notables en los contenidos de dichos

grupos. En relación al contenido de cada uno de los fenoles simples analizados en

los aromas de humo estudiados, destaca en todos la concentración del fenol y

guaiacol, y, además, en los aromas procedentes de la combustión de maderas de

jara y brezo, tunera y cáscara de almendra destaca también el siringol.

Conclusiones

- 206 -

7.3.- El análisis discriminante lineal permite una diferenciación de los humos

procedentes de la combustión en el bidón de los seis tipos de materiales, con un

porcentaje de clasificación del 100 %. Los compuestos fenólicos seleccionados

para el modelo (fenol, 2-etilfenol, 3-etilfenol, 2,3,5-trimetilfenol, 2,3,6-

trimetilfenol, guaiacol y siringol) tienen una importancia similar en la

discriminación de los grupos, excepto el 3-etilfenol, cuya importancia es menor.

7.4.- El análisis de regresión lineal del contenido de cada fenol con el contenido total de

los mismos pone de manifiesto que el guaiacol es el indicador más adecuado para

determinar el contenido total de fenoles, con valores de coeficiente de correlación

(R) y error estándar de la estimación (Sy/x) de 0.98 y 0.97 respectivamente. Así,

mediante este análisis es posible determinar el contenido total de fenoles en las

muestras de aromas de humos independientemente del material vegetal utilizado en

la combustión, con un error absoluto comprendido entre el 2.23 y 14.4 %, con un

valor medio de 9.56 %.

BIBLIOGRAFÍA

“Un comienzo no desaparece nunca, ni siquiera con un final”.

Harry Mulish (nacido en 1927). Escritor holandés.

Bibliografía

- 209 -

[1] J.M.J. Sardón, “Energías renovables para el desarrollo”, Paraninfo Thomson Learning,

S.A. (Ed), Madrid, 2002, pp. 191 y 192.

[2] A. Demirbas, Prog. Energ. Combust. 31 (2005) 171-192.

[3] M.S. Gallego y J.J.A. Mateos, “Biomasa: una energía para el futuro”, Boletín del

Centro de Interpretación de la Naturaleza de Valladolid, Nº 57, Consejería de Medio

Ambiente, Dirección General de Calidad Ambiental y Servicio de Educación Ambiental

(Eds), Valladolid, 2002, pp. 13-15.

[4] J. Azcón-Bieto y M. Talón, “Fundamentos de fisiología vegetal”, Mc-Graw Hill (Ed),

Madrid, 2000, pp. 6-11.

[5] J.B. Coll, G.N. Rodrigo, B.S. García y R.S. Tamés, “Fisiología vegetal”, Pirámide (Ed),

Madrid, 2001, pp. 31-36.

[6] R.C. Sun y X.F. Sun, Carbohyd. Polym. 49 (2002) 415-423.

[7] O. Chaikumpollert, P. Methacanon y K. Suchiva, Carbohyd. Polym. 57 (2004) 191-196.

[8] H. Nimz, Angew. Chem. Int. Edit. 13 (1974) 313-321.

[9] M.T. Holtzapple, “Encyclopaedia of food science, food technology and nutrition” , Vol.

4, R. Macrae, R.K. Robinson, M.J. Sadler (Eds), Academic Press, San Diego, 1993, pp.

2731-2738.

[10] A. Demirbas, Prog. Energ. Combust. 30 (2004) 219-230.

[11] B.R.T. Simoneit, Appl. Geochem. 17 (2002) 129-162.

[12] G. Zheng y J.A. Kozinski, Fuel 79 (2000) 181-192.

[13] O. Paris, C. Zollfrank y G.A. Zickler, Carbon 43 (2005) 53-66.

[14] M.N. Clifford, R.M Storey y J.I. Ahmad, “Encyclopaedia of food Science, food

technology and nutrition”, Vol. 6, R. Macrae, R.K. Robinson, M.J. Sadler (Eds),

Academic Press, San Diego, 1993, pp. 4150-4163.

[15] M.D. Hays, P.M. Fine, C.D. Geron, M.J. Kleeman y B.K. Gullett, Atmos. Environ. 39

(2005) 6747-6764.

[16] D.R. Oros y B.R.T. Simoneit, Appl. Geochem, 16 (2001) 1513-1544.

[17] D.R. Oros y B.R.T. Simoneit, Appl. Geochem, 16 (2001) 1545-1565.

[18] B.R.T. Simoneit, W.F. Rogge, Q. Lang y R. Jaffé, Chemosphere: Global Change Sci. 2

(2000) 107-122.

[19] P.M. Lemieux, C.C. Lutes y D.A. Santoianni, Prog. Energ. Combust. 30 (2004) 1-32.

[20] J.J. Schauer, M.J. Kleeman, G.R. Cass y B.R.T. Simoneit, Environ. Sci. Technol. 35

(2001) 1716-1728.

Bibliografía

- 210 -

[21] E. Hedberg, A. Kristensson, M. Ohlsson, C. Johansson, P. Johansson, E. Swietlicki, V.

Vesely, U. Wideqvist y R. Westerholm, Atmos. Environ. 36 (2002) 4823-4837.

[22] M.A. Yamasoe, P. Artaxo, A.H. Miguel, A.G. Allen, Atmos. Environ. 34 (2000) 1641-

1653.

[23] R. Alén, E. Kuoppala y P. Oesch, J. Anal. Appl. Pyrol. 36 (1996) 137-148.

[24] B.R.T. Simoneit, J.J. Schauer, C.G. Nolte, D.R. Oros, V.O. Elias, M.P. Fraser, W.F.

Rogge y G.R. Cass, Atmos. Environ. 33 (1999) 173-182.

[25] C. Amen-Chen, H. Pakdel y C. Roy, Bioresource Technol. 79 (2001) 277-299.

[26] B.R.T. Simoneit, W.F. Rogge, M.A. Mazurek, L.J. Standley, L.M. Hildemann y G.R.

Cass, Environ. Sci. Technol. 27 (1993) 2533-2541.

[27] C. Saiz-Jimenez y J.W. Leeuw, Org. Geochem. 10 (1986) 869-876.

[28] R.J. Evans, T.A. Milne y M.N. Soltys, J. Anal. Appl. Pyrol. 9 (1986) 207-236.

[29] S.B. Hawthorne, D.J. Miller, R.M. Barkley y M.S. Krieger, Environ. Sci. Technol. 22

(1988) 1191-1196.

[30] S.B. Hawthorne, M.S. Krieger, D.J. Millar y M.B. Mathiason, Environ. Sci. Technol. 23

(1989) 470-475.

[31] W.S. Schlotzauer, I. Schmeltz y L.C. Hickey, Tob. Sci. 164 (1967) 29-33.

[32] M.D. Guillén y M.L. Ibargoitia, J. Agric. Food Chem. 44 (1996) 1302-1307.

[33] A. Khalfi, G. Trouvé, R. Delobel y L. Delfosse, J. Anal. Appl. Pyrol. 56 (2000) 243-262.

[34] K. Liu, W. Xie, Z. Zhao, W. Pan y J.T. Riley, Environ. Sci. Technol. 34 (2000) 2273-

2279.

[35] T. McGrath, R. Sharma y M. Hajaligol, Fuel 80 (2001) 1787-1797.

[36] A.M. Mastral, M.S. Callén, T. García, Fuel Process. Technol. 67 (2000) 1-10.

[37] M.V. Ramiah, J. Appl. Polym. Sci. 14 (1970) 1323-1337.

[38] F. Shafizadeh y A.G.W. Bradbury, J. Appl. Polym. Sci. 23 (1979) 1431-1442.

[39] D.A.E. Butt, J. Anal. Appl. Pyrol. 76 (2006) 38-47.

[40] J.J.R. Jiménez, “Los residuos peligrosos. Caracterización, tratamiento y gestión”,

Síntesis, S.A. (Ed), Madrid, 1999, pp. 176 y177.

[41] S.C. Bhattacharya, D.O. Albina y A.M. Khaing, Biomass and Bioenerg. 23 (2002) 387-

395.

[42] J.A.A. Rodríguez-Pomatta y M.G. Gándara, “Calor y frío industrial I” , Universidad

Nacional de Educación a Distancia, Madrid, 1994, pp. 50-53.

[43] E. Lück y M. Jager, “Conservación química de los alimentos”, Acribia, S.A. (Ed),

Zaragoza, 1999, pp. 249-254.

Bibliografía

- 211 -

[44] A. Strehler, Ecol. Eng. 16 (2000) S25-S40.

[45] Y.B. Yang, C.Ryu, A. Khor, V.N. Sharifi y J. Swithenbank, Fuel 84 (2005) 2026-2038.

[46] Y.B. Yang, C.Ryu, A. Khor, N.E. Yates, V.N. Sharifi y J. Swithenbank, Fuel 84 (2005)

2116-2130.

[47] G.K. Kannan, M. Gupta y J.C. Kapoor, Atmos. Environ. 38 (2004) 6701-6710.

[48] M. Olsson, J. Kjällstrand y G. Petersson, Biomass and Bioenerg. 24 (2003) 51-57.

[49] M.J. Kleeman, J.J. Schauer y G.R. Cass, Environ. Sci. Technol. 33 (1999) 3516-3523.

[50] J. Jauhiainen, I. Martin-Gullon, J.A. Conesa y R. Font, J. Anal. Appl. Pyrol. 74 (2005)

512-517.

[51] R.V.D. Broek, A. Faau y A.V. Wijk, Biomass and Bioenerg. 11 (1996) 271-281.

[52] S.C. Bhattacharya, P.A. Salam y M. Sharma, Energy 25 (2000) 169-188.

[53] C.K.W. Ndiema, F.M. Mpendazoe y A. Williams, Energ. Convers. Manage. 39 (1998)

1357-1367.

[54] J.J. Zhang y L. Morawska, Chemosphere 49 (2002) 1059-1074.

[55] T. Egorova, V. Zubov, S. Jakovkina y E. Rozanov, Phys. Chem. Earth 24 (1999) 473-

479.

[56] E.G. Martinez y M.M. Merino, Química e Industria 37 (1991) 477-479.

[57] V.K. Prasad, P.K. Gupta, C. Sharma, A.K. Sarkar, Y. Kant, K.V.S. Badarinath, T.

Rajagopal y A.P. Mitra, Atmos. Environ. 34 (2000) 3271-3280.

[58] D.S. Lee, I. Köhler, E. Grobler, F. Rohrer, R. Sausen, L. Gallardo-Klenner, J.G.J.

Olivier, F.J. Dentener y A.F. Bouwman, Atmos. Environ. 31 (1997) 1735-1749.

[59] H. Areskoug, P. Camner, S. Dahlén, L. Lastbom, F. Nyberg, G.E. Pershagen y A.

Sydbom, Scand. J. Work Environ. Health 26 (2000) 1-96.

[60] U. Vinitketkumnuen, K. Kalayanamitra, T. Chewonarin y R. Kamens, Mutat. Res. 519

(2002) 121-131.

[61] R.M. Harrison y J. Yin, Sci. Total Environ. 249 (2000) 85-101.

[62] A.D. Kappos, P. Bruckmann, T. Eikmann, N. Englert, U. Heinrich, P. Höppe, E. Koch,

G.H.M. Krause, W.G. Kreyling, K. Rauchfuss, P. Rombout, V. Schulz-Klemp, W.R.

Thiel y H.E. Wichmann, Int. J. Hyg. Environ. Health 207 (2004) 399-407.

[63] R.S. Braga, P.M.V.B. Barone y D.S. Galvao, J. Mol. Struct. 464 (1999) 257-266.

[64] R. Dabestani y I.N. Ivanov, Photochem. Photobiol. 70 (1999) 10-34.

[65] A.M. Vinggaard, C. Hnida y J.C. Larsen, Toxicology 145 (2000) 173-183.

Bibliografía

- 212 -

[66] C.E. Boström, P. Gerde, A. Hanberg, B. Jernström, C. Johansson, T. Kyrklund, A.

Rannug, M. Törnqvist, K. Victorin y R. Westerholm, Environ. Health Persp. 110 (2002)

451-488.

[67] H. Guo, S.C. Lee, K.F. Ho, X.M. Wang y S.C. Zou, Atmos. Environ. 37 (2003) 5307-

5317.

[68] M. Kendall, R.S. Hamilton, J. Watt y I.D. Williams, Atmos. Environ. 35 (2001) 2483-

2495.

[69] A.M. Caricchia, S. Chiavarini y M. Pezza, Atmos. Environ. 33 (1999) 3731-3738.

[70] A.V. Castellano, J.L. Cancio, P.S. Alemán y J.S. Rodríguez, Environ. Int. 29 (2003) 475-

480.

[71] A.M. Mastral, J.M. López, M.S. Callén, T. García y R. Murillo, Sci. Total Environ. 307

(2003) 111-124.

[72] Y. Kameda, J. Shirai, T. Komai, J. Nakanishi y S. Masunaga, Sci. Total Environ. 340

(2005) 71-80.

[73] M. Lodovici, M. Venturini, E. Marini, D. Grechi y P. Dolara, Chemosphere 50 (2003)

377-382.

[74] Directiva 2004/107/CE, relativa al arsénico, el cadmio, el mercurio, el níquel y los

hidrocarburos aromáticos policíclicos en el aire ambiente, Diario Oficial de la Unión

Europea, 26/01/2005.

[75] A. Bhargava, R.N. Khanna, S.K. Bhargava y S. Kumar, Atmos. Environ. 38 (2004) 4761-

4767.

[76] J.B. Kandpal, R.C. Maheshwari y T.C. Kandpal, Energ. Convers. Manage. 36 (1995)

1073-1079.

[77] M.A.K. Khalil y R.A. Rasmussen, Atmos. Environ. 37 (2003) 1211-1222.

[78] M.A.K. Khalil, S.A. Edgerton y R.A. Rasmussen, Environ. Sci. Technol. 17 (1983) 555-

559.

[79] A.E. Sheffield, G.E. Gordon, L.A. Currie y G.E. Riederer, Atmos. Environ. 28 (1994)

1371-1384.

[80] L.M. Hildemann, G.R. Markowski y G.R. Cass, Environ. Sci. Technol. 25 (1991) 744-

759.

[81] S.B. Hawthorne, D.J. Miller, J.J. Langenfeld y M.S. Krieger, Environ. Sci. Technol. 26

(1992) 2251-2262.

[82] B.R.T. Simoneit y V.O. Elias, Mar. Pollut. Bull. 42 (2001) 805-810.

[83] M. Tsapakis y E. G. Stephanou, Environ. Pollut. 133 (2005) 147-156.

Bibliografía

- 213 -

[84] M.B. Yunker, R.W. Macdonald, R. Vingarzan, R.H. Mitchell, D. Goyette y S. Sylvestre,

Org. Geochem. 33 (2002) 489-515.

[85] T.P. Coultate, “Alimentos. Química de sus componentes”, Acribia, S.A. (Ed), Zaragoza,

1984, pp.183 y 184.

[86] J.A. Ordónez, M.A. Cambero, L. Fernández, M.L. García, G.G. de Fernando, L. de la

Hoz y M.D. Selgas, “Tecnología de los alimentos. Alimentos de origen animal” , Vol. 2,

Síntesis, S.A. (Ed), Madrid, 1998, pp. 321-324.

[87] M.N. Clifford, Process Biochem. 15 (1980) 8-11.

[88] P. Simko, J. Chromatogr. B 770 (2002) 3-18.

[89] S. Moret, L. Conte y D. Dean, J. Agric. Food Chem. 47 (1999) 1367-1371.

[90] M.S.G. Falcón, S.G. Amigo, M.A.L. Yusty y J.S. Lozano, Food Addit. Contam. 16

(1999) 9-14.

[91] A. Stolyhwo y Z.E. Sikorski, Food Chem. 91 (2005) 303-311.

[92] M.D. Guillén, P. Sopelana y M.A. Partearroyo, J. Agric. Food Chem. 48 (2000) 126-131.

[93] Reglamento 2065/2003 del Parlamento Europeo y del Consejo, sobre los aromas de

humo utilizados o destinados a ser utilizados en los productos alimenticios o en su

superficie, Diario Oficial de la Unión Europea, 10/11/2003.

[94] E. Suñen, B. Fernandez-Galian y C. Aristimuño, Food Microbiol. 18 (2001) 387-393.

[95] E. Papavergou, T. Herraiz, Food Res. Int. 36 (2003) 843-848.

[96] E.J. Lien, S. Ren, H.H. Bui y R. Wang, Free Radic. Biol. Med. 26 (1999) 285-294.

[97] T. Dizhbite, G. Telysheva, V. Jurkjane y U. Viesturs, Bioresource Technol. 95 (2004)

309-317.

[98] M. Ogata, K. Shin-Ya, S. Urano y T. Endo, Chem. Pharm. Bull. 53 (2005) 344-346.

[99] A. Lea y M.J. Scotter, “Encyclopaedia of food science, food technology and nutrition” ,

Vol. 2, R. Macrae, R.K. Robinson, M.J. Sadler (Eds), Academic Press, San Diego, 1993,

pp. 1164-1180.

[100] G. Choubert, J.M. Blanc y C. Courvalin, Int. J. Food Sci. Technol. 27 (1992) 277-284.

[101] E. Kostyra y N. Barylko-Pikielna, Food Qual.Prefer. 17 (2006) 85-95.

[102] M. Cardinal, J. Cornet, T. Sérot y R. Baron, Food Chem. 96 (2006) 137-146.

[103] M. Fresno y N. Fresno, “Quesos de Canarias”, Gobierno de Canarias. Consejería de

agricultura, ganadería, pesca y alimentación, http://www.gobiernodecanarias.org/

agricultura/otros/publicaciones/cuadernos/queso.pdf.

[104] M. Fresno, A. Rodríguez, S. Alvarez, P. Batista, V. Pino, M. Fernandez y M.D. Guillén,

ILE 304 (2004) 34-38.

Bibliografía

- 214 -

[105] M. Fresno, M. Fernandez, S. Alvarez, N. Darmanin, P. Batista y V. Pino, Alimentación,

equipos y tecnología 173 (2002) 87-92.

[106] Disponible en http://www.consumer.es/web/es/alimentacion/2005/04/29/141606.php

[107] H. Richter y J.B. Howard, Prog. Energ. Combust. 26 (2000) 565-608.

[108] W.J. Lee, M.C. Liow, P.J. Tsai y L.T. Hsieh, Atmos. Environ. 36 (2002) 781-790.

[109] N.T.K. Oanh, D.O. Albina, L. Ping y X. Wang, Biomass and Bioenerg. 28 (2005) 579-

590.

[110] N.T.K. Oanh, L.B. Reutergard y N.T. Dung, Environ. Sci. Technol. 33 (1999) 2703-

2709.

[111] B.D. Crittenden y R. Long, Combust. Flame 20 (1973) 359-368.

[112] H. Bockhorn, F. Fetting y H.W. Wenz, Ber Bunsenges Phys. Chem. 87 (1983) 1067-

1073.

[113] A.M. Dean, J. Phys. Chem. 94 (1990) 1432-1439.

[114] N.M. Marinov, W.J. Pitz, C.K. Westbrook, M.J. Castaldi y S.M. Senkan, Combust. Sci.

Technol. 116 (1996) 211-287.

[115] S.E. Stein, J. Phys. Chem. 82 (1986) 566-571.

[116] R.F. Sullivan, M.M. Boduszynski y J.C. Fetzer, Energ. Fuel 3 (1989) 603-612.

[117] J.H. Offenberg y J.E. Baker, Atmos. Environ. 36 (2002) 1205-1220.

[118] I.E. Sitaras, E.B. Bakeas y P.A. Siskos, Sci. Total Environ. 327 (2004) 249-264.

[119] Y.Y. Naumova, J.H. Offenberg, S.J. Eisenreich, Q. Meng, A. Polidori, B.J. Turpin, C.P.

Weisel, M.T. Morando, S.D. Colome, T.H. Stock, A.M. Winer, S. Alimokhtari, J. Kwon,

S. Maberti, D. Shendell, J. Jones y C. Farrar, Atmos. Environ. 37 (2003) 703-719.

[120] J.F. Pankow, Atmos. Environ. 21 (1987) 2275-2283.

[121] J.F. Pankow y T.F.Bidleman, Atmos. Environ. 25 (1991) 2241-2249.

[122] J.F. Pankow, Atmos. Environ. 28 (1994) 185-188.

[123] P.J. Tsai, H.Y. Shieh, W.J. Lee y S.O. Lai, Sci. Total Environ. 278 (2001) 137-150.

[124] L.C.T. Nisbet y P.K. LaGoy, Regul. Toxicol. Pharmacol. 16 (1992) 290-300.

[125] U.S. EPA, “Provisional guidance for quantitative risk assessment of polycyclic aromatic

hydrocarbons”, Cincinnati, 1993, EPA/600/R-93/089.

[126] F. Kalberlah, N. Frijus-Plessen y M. Hassauer, Altlasten-Spektrum 5 (1995) 231-237.

[127] A. Cecinato, Ann. Chim. 87 (1997) 483-496.

[128] J. Larsen y P. Larsen, “Chemical carcinogens”, R. Hester, Harrison (Eds), Cambridge,

1998, pp. 33-56.

Bibliografía

- 215 -

[129] C. Mastandrea, C. Chichizola, B. Ludueña, H. Sánchez, H. Álvarez y A. Gutiérrez, Acta

Bioquím. Clin. Lationoam. 39 (2005) 27-36.

[130] N.R. Khalili, P.A. Scheff y T.M. Holsen, Atmos. Environ. 29 (1995) 533-542.

[131] Y.A. Levendis, A. Atal y J.B. Carlson, Environ. Sci. Technol. 32 (1998) 3767-3777.

[132] B.M. Jenkins, A.D. Jones, S.Q. Turn y R.B. Williams, Environ. Sci. Technol. 30 (1996)

2462-2469.

[133] S.V. Kakareka y T.I. Kukharchyk, Sci. Total Environ. 308 (2003) 257-261.

[134] S.V. Kakareka, T.I. Kukharchyk y V.S. Khomich, Environ. Pollut. 133 (2005) 383-387.

[135] P.M. Fine, G.R. Cass y B.R.T Simoneit, Environ. Sci. Technol. 35 (2001) 2665-2675.

[136] A.B. Ross, J.M. Jones, S. Chaiklangmuang, M. Pourkashanian, A. Williams, K.Kubica,

J.T. Andersson, M. Kerst, P. Danihelka y K.D. Bartle, Fuel 81 (2002) 571-582.

[137] I. Gulyurtlu, D.G.G.P. Karunaratne y I. Cabrita, Fuel 82 (2003) 215-223.

[138] Opinión of the Scientific Comité on food on the risks to human health of polycyclic

aromatic hydrocarbons in foods, 04/12/2002. Disponible en:

http://europa.eu.int/comm/food/fs/sc/scf/out153_en.pdf.

[139] N. Kazerouni, R. Sinha, C. Hsu, A. Greenberg y N. Rothman, Food Chem. Toxicol. 39

(2001) 423-436.

[140] L. Tóth y K. Potthast, Adv. Food Res. 29 (1984)87-158.

[141] H.Y. Yabiku, M.S. Martins y M.Y. Takahashi, Food Addit. Contam. 10 (1993) 399-405.

[142] A. Bhargava, B.Z. Dlugogorski y E.M. Kennedy, Fire Saf. J. 37 (2002) 659-672.

[143] A. Cabañas, F. Sáez, A. González y R. Escalada, J. Agric. Eng. Res. 77 (2000) 349-354.

[144] S.J. Chen, L.T. Hsieh y S.C. Chiu, Environ. Int. 28 (2003) 659-668.

[145] S. Sidhu, B. Gullet, R. Striebich, J. Klosterman, J. Contreras y M. DeVito, Atmos.

Environ. 39 (2005) 801-811.

[146] R. Yan, H. Zhu, C. Zheng y M. Xu, Energ. 27 (2002) 485-503.

[147] Y. Chen, X. Bi, B. Mai, G. Sheng y J. Fu, Fuel 83 (2004) 781-790.

[148] AENOR, “Determinación de hidrocarburos aromáticos policíclicos totales (fase

gaseosa y partículas). Captación en filtros de adsorción y análisis por cromatografía de

gases-espectrometría de masas”, UNE-77250, Madrid, 2001.

[149] U.S. EPA, “Compendium Methods for Determination of Toxic Organic Compounds in

Ambient Air. Determination of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs in ambient air

using gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)”, Método TO-13A, Cincinnati,

1999, EPA/625/R-96/010b.

Bibliografía

- 216 -

[150] R. Simon, B. Calle, S. Palme, D. Meier y Anklam, J. Sep. Sci. 28 (2005) 871-882.

[151] M.D. Guillén, P. Soplena y M.A. Partearroyo, Food Addit. Contam. 17 (2000) 27-44.

[152] M.S.G. Falcón, S.G. Amigo, M.A.L. Yuste, M.J.L. Villaizán y J.S. Lozano, Talanta 43

(1996) 659-664.

[153] M.S.G. Falcón, S.G. amigo, M.A.L Yuste y M.J.L. Villaizán, Food Addit. Contam. 13

(1996) 863-870.

[154] R. Simon, S. Palme y E. Anklam, J. Chromatogr. A 1103 (2006) 307-313.

[155] B.L. Lage, M.S.G. Falcón, S.G. Amigo, M.A.L. Yusty y J.S. Lozano, Food Addit.

Contam. 14 (1997) 469-474.

[156] L.C. Rodríguez, A.M.G. Campaña y J.M.B. Sendra, Anal. Lett. 29 (1996) 1231-1239.

[157] L.M. Molinero, “Bondad de ajuste a una normal. Transformaciones. Pruebas no

paramétricas.”, 2003, disponible en http://www.seh−lelha.org/stat1.htm

[158] J.N. Miller y J.C. Miller, “Estadística y quimiometría para química analítica”, Pearson

Education, S.A. (Ed), Madrid, 2002, pp.157-187.

[159] W.F. Rogge, L.M. Hildemann, M.A. Mazurek y G.R. Cass, Environ. Sci. Technol. 27

(1993) 636-651.

[160] R. Westerholm y H. Li, Environ. Sci. Technol. 28 (1994) 965-972.

[161] T. Hattula, K. Elfving, U.M. Mroueh y T. Luoma, Lebensm.-Wiss. Technol.-Food Sci.

Technol. 34 (2001) 521-525.

[162] A. Lyngfelt, B. Leckner, Fuel 78 (1999) 1065-1072.

[163] Ch. Vasilakos, N. Levi, Th. Maggos, J. Hatzianestis, J. Michopoulos y C. Helmis, J.

Hazard. Mater. 140 (2007) 45-51.

[164] M. Kalaitzoglou, E. Terzi y C. Samara, Atmos. Environ. 38 (2004) 2545-2560.

[165] M. Fang, P. Hsieh, F. Ko, J.E. Baker y C. Lee, Mar. Pollut. Bull. 54 (2007) 1179-1189.

[166] Q. Cai, C. Mo, Y. Li, Q. Zeng, A. Katsoyiannis, Q. Wu y J. Férard, Chemosphere 68

(2007) 159-168.

[167] J.N. Miller y J.C. Miller, “Estadística y quimiometría para química analítica”, Pearson

Education, S.A. (Ed), Madrid, 2002, pp.221-245.

[168] G.R. Ramos y M.C.G. Álvarez-Coque, “Quimiometría”, Síntesis, S.A. (Ed), Madrid,

2001, pp. 184-197.

[169] W.F. Rogge, L.M. Hildemann, M.A. Mazurek y G.R. Cass, Environ. Sci. Technol. 32

(1998) 13-22.

[170] M.D. Guillén, M.J. Manzanos y L. Zabala, J. Agric. Food Chem. 43 (1995) 463-468.

[171] M.D. Guillén y M.J. Manzanos, J. Agric. Food Chem. 47 (1999) 3016-3027.

Bibliografía

- 217 -

[172] E.A. Gomaa, J.I. Gray, S. Rabie, C. Lopez-Bote y A.M. Booren, Food Addit. Contam. 10

(1993) 503-521.

[173] M.T. Klein, “Lignin thermolysis pathway”, Tesis, Departamento de ingeniería química,

Massachussetts, 1981.

[174] A. Vuori y J.B. Bredenberg, Ind. Eng. Chem. Res. 26 (1987) 359-365.

[175] C.S.P. Sastry y B.S. Sastry, “Encyclopaedia of food science, food technology and

nutrition” , Vol. 6, R. Macrae, R.K. Robinson, M.J. Sadler (Eds), Academic Press, San

Diego, 1993, pp. 3548-3553.

[176] K.P.C. Vollhardt, “Organic chemistry”, International Student (Ed), Nueva York, 1987,

pp. 1103 y 1104.

[177] J.A. Ordónez, M.A. Cambero, L. Fernández, M.L. García, G.G. de Fernando, L. de la

Hoz y M.D. Selgas, “Tecnología de los alimentos. Componentes de los alimentos y

procesos”, Vol. 1, Síntesis, S.A. (Ed), Madrid, 1998, pp. 37-58.

[178] J. Kjällstrand y G. Petersson, Food Chem. 74 (2001) 85-89.

[179] J. Kjällstrand y G. Petersson, Sci. Total Environ. 277 (2001) 69-75.

[180] Y. Ohkatsu, T. Matsuura y M. Yamato, Polym. Degrad. Stabil. 81 (2003) 151-156.

[181] Y. Ohkatsu, S. Ishikawab y E. Tobitab, Polym. Degrad. Stabil. 67 (2000) 541-545.

[182] Y. Ohkatsu, T. Nishiyama, Polym. Degrad. Stabil. 67 (2000) 313-318.

[183] M. Ojeda, P. Bárcenas, F.J. Pérez-Elortondo, M.Albisu y M.D. Guillén, Food Chem. 78

(2002) 433-442.

[184] J.A. Maga, “Smoking in food processing”, CRC Press (Ed.), Florida, 1988, pp. 1-160.

[185] K.Kim, T. Kurata y M. Fujimaki, Agric. Biol. Chem. 38 (1974) 53-63.

[186] Aldrich Chemical, “Flavors and Fragances”, Aldrich Chemical Company-International

(Ed.), Milwaukee, 1995.

[187] S. Arctander, “Perfume and flavour chemicals. Aroma chemicals”, Vol. 1, Allured

Publishing Corporation, Illinois, 1994.

[188] J.K. Ha y R.C. Lindsay, J. Food Sci. 56 (1991) 1241-1250.

[189] P. Ciccioli, E. Brancaleoni, M. Frattoni, A. Cecinato y L. Pinciarelli, Anal. Lett. 34,

(2001) 937-955.

[190] J. Kjällstrand, O. Ramnäs y G. Petersson, Chemosphere 41 (2000) 735-741.

[191] J. Kjällstrand, O. Ramnäs y G. Petersson, J. Chromatogr. A 824 (1998) 205-210.

[192] M.D. Guillén, M.L. Ibargoitia, J. Agric. Food Chem. 46 (1998) 1276-1285.

[193] M.D. Guillén y M.J. Manzanos, Food Chem. 79 (2002) 283-292.

[194] M.D. Guillén y M.J. Manazanos, Food Chem. 58 (1997) 97-102.

Bibliografía

- 218 -

[195] M Olsson, J. Kjällstrand y G. Petersson, J. Anal. Appl. Pyrol. 67 (2003) 135-141.

[196] U.S. EPA, “Compendium Methods for Determination of Toxic Organic Compounds in

Ambient Air. Method for the determination of phenol and methylphenols (cresols) in

ambient air using high performance liquid chromatography”, Método TO-8, Cincinnati,

1999, EPA/625/R-96/010b.

[197] A. Peñalver, E. Pocurull, F. Borrull y R.M. Marcé, J. Chromatogr. A 953 (2002) 79-87.

[198] E. González-Toledo, M.D. Prat y M.F. Alpendurada, J. Chromatogr. A 923 (2001) 45-

52.

[199] M. Llompart, M. Lourido, P. Landín, C. García-Jares y R. Cela, J. Chromatogr. A 963

(2002) 137-148.

[200] K.D. Buchholz y J. Pawliszyn, Anal. Chem. 66 (1994) 160-167.

[201] J. Pawliszyn, “Solid phase microextraction: theory and practice”, Wiley-VCH Inc.,

Nueva York, 1997.

[202] M.D. Guillén, M.J. Manzanos y L. Ibargoitia, J. Agric. Food Chem. 49 (2001) 2395-

2403.

[203] R. Eisert y K. Levsen, J. Chromatogr. A 733 (1996) 143-157.

[204] F. Zhou, X. Li y Z. Zeng, Anal. Chim. Acta 538 (2005) 63-70.

[205] H. Lord y J. Pawliszyn, J. Chromatogr. A 885 (2000) 153-193.

[206] Y. Iinuma y H. Herrmann, J. Chromatogr. A 1018 (2003) 105-115.

CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS DE EMISIONES PROCEDENTES DE …

Documents

Transcript of CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS DE EMISIONES PROCEDENTES DE …