Para garantizar la calidad y seguridad de los productos enológicos es fundamental medir, entre otras cosas, la concentración de iones inorgánicos en su composición, para lo que se deben tener herramientas analíticas que puedan someter al producto a distintos exámenes. Uno de los elementos importantes a medir es el hierro, que si bien está presente naturalmente en el vino, si su concentración es demasiado alta puede tener efectos negativos en su sabor y calidad. Al respecto, científicos de la Universidad Nacional de Cuyo (UNCuyo) y la Universidad Nacional de La Plata (UNLP) crearon un sensor para la detección de hierro en el vino blanco, utilizando los avances en la funcionalización química de los nanomateriales y herramientas de Inteligencia Artificial (IA).
Científicos de la Universidad Nacional de Cuyo (UNCuyo), en colaboración con colegas de la Universidad Nacional de La Plata (UNLP) desarrollaron un sensor para la detección de hierro en vino blanco. El trabajo se realizó en conjunto entre los químicos Mauricio Llaver y Rodolfo G. Wuilloud, del Laboratorio de Química Analítica para Investigación y Desarrollo de la Universidad Nacional de Cuyo, el físico Horacio Troiani del Centro Atómico Bariloche, y los ingenieros Francisco J. Ibáñez y Santiago D. Barrionuevo, del Grupo de Sensores y Electrocatálisis del Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas (Inifta) perteneciente a la Facultad de Ciencias Exactas de la UNLP y al Conicet.
A continuación replicamos el artículo de difusión periodística elaborado por la UNLP para comunicar las características y detalles del novedoso desarrollo.
La motivación de los investigadores para el desarrollo de este sensor resulta compartida por los productores y los consumidores, pues la calidad y seguridad de los productos enológicos dependen fuertemente de la concentración de iones inorgánicos en su composición.
“El vino es un alimento, según el Código Alimentario Argentino, y como tal está sujeto a comprobaciones y controles. Por ello es importante contar con herramientas analíticas para poder someter al producto a distintos exámenes”, explicó el mendocino Mauricio Llaver, químico de la Universidad Nacional de Cuyo con un doctorado en Ciencias, quien actualmente está realizando estudios posdoctorales con la dirección del ingeniero Ibáñez.
Mozo, hay hierro en mi vino
La composición del vino puede revelar información sobre el origen, las condiciones de cultivo y de elaboración, así como posibles contaminaciones, agregado de ingredientes y adulteraciones. El hierro es uno de los elementos que está presente naturalmente, ya que las uvas lo contienen en pequeñas cantidades. Sin embargo, cuando su concentración es demasiado alta, puede tener efectos negativos en el sabor y la calidad.
El exceso de hierro puede, por ejemplo, cambiar el color, ocasionar borras o acelerar la degradación por la exposición al aire. Por eso, los enólogos deben monitorear cuidadosamente los niveles de hierro en el vino.
¿Qué son los puntos cuánticos?
Los puntos cuánticos, también conocidos como quantum dots, son nanoestructuras semiconductoras que tienen un tamaño del orden de los nanómetros, es decir, de la mil millonésima parte de un metro.
Presentan propiedades cuánticas. Por ejemplo, los quantum dots pueden emitir luz de diferentes colores dependiendo de su tamaño, lo que los hace útiles en aplicaciones cotidianas como pantallas de televisores, dispositivos de iluminación y celdas solares.
Los puntos cuánticos se pueden funcionalizar, es decir, pueden ser adaptados para un fin en particular- Por ejemplo, agregando grupos químicos en su superficie que le cambien la capacidad de unirse a otras moléculas específicas.
Todos estos estudios y síntesis se hacen en La Plata, en el predio de 120 y 64 donde funciona el Inifta. Allí se encuentra el Grupo de Sensores y Electrocatálisis, un equipo multidisciplinar de doce personas.
Diseñados a medida
Un gran desafío de los sensores consiste en la detección de los elementos de interés en forma muy selectiva, identificándolos entre otros que puedan estar presentes en la muestra. Una forma de aumentar la selectividad es mediante diseños novedosos de nanomateriales. En esta búsqueda, los investigadores fabricaron el sensor en dos pasos: primeramente sintetizaron en el laboratorio los quantum dots de grafeno, mediante técnicas electrolíticas. Este proceso tuvo lugar en el Grupo de Sensores y Electrocatálisis del Inifta, a cargo de Francisco Ibáñez.
¿Por qué el grafeno? Porque es un material compuesto por una capa de átomos de carbono organizados en una estructura hexagonal, que resulta especialmente interesante para la síntesis de quantums dots, porque que su tamaño y forma pueden ser controlados con gran precisión, “sintonizando” sus propiedades ópticas, eléctricas y magnéticas. Obtuvieron así una sustancia de alta sensibilidad a la presencia de compuestos.
En un segundo paso funcionalizaron los quantum dots para hacerlos más selectivos a la presencia del ion de hierro, agregándoles un compuesto químico llamado 1,5-difenilcarbazona, usado comúnmente para la detección de metales en muestras ambientales. En un procedimiento que incluyó el mezclado de ambos compuestos en una solución por 24 horas a temperatura ambiente y su posterior evaporación y secado, los investigadores obtuvieron el nuevo compuesto, que fue utilizado como sonda para detectar la presencia de hierro en muestras líquidas.
Con este proceso generaron un material altamente sensible y selectivo a la presencia de hierro, y capaz de ser usado como sonda en un líquido como el vino.
Para terminar el proceso, se trata el vino para remover los colorantes, y se determina la concentración de hierro por técnicas ópticas de fluorescencia.
En la etapa de puesta a punto del sensor, los científicos lo probaron primero en agua proveniente de diferentes fuentes (de la canilla, de represa, de río) para calibrar y chequear su eficacia. Luego fue probado en el líquido -bastante más complejo en sus componentes- que era el objetivo del desarrollo: muestras de vino blanco.
¿Por qué en vino blanco y no tinto? “Porque el blanco tiene una matriz orgánica menos compleja -explica Llaver- y además ocurre que el vino tinto posee colorantes, difíciles de remover, que interfieren con la detección por técnicas ópticas”, señaló Ibáñez. Y agregó: “La detección en hierro en vinos tintos es el próximo paso a seguir, sin embargo el desafío es grande”.
Los investigadores siguen desarrollando ciencia aplicada que provea las bases para nuevas y mejores herramientas de detección.
Sobre la continuación de esta línea de trabajo, Ibañez adelantó: “Los avances en la funcionalización química de los nanomateriales sumado al uso de herramientas de Inteligencia Artificial nos permitieron recientemente detectar en forma muy selectiva y sensible iones de hierro y mercurio entre muchos otros iones. Estos resultados fueron enviados a publicar y tienen implicancias directas sobre la cuantificación y predicción de iones que son contaminantes, y otros que nos brindan información sobre la calidad del vino y sus orígenes.”
El trabajo completo está disponible en el siguiente enlace.
Dato curioso
El contenido de hierro en los vinos viene siendo estudiado en la UNLP desde hace mucho tiempo. Esta imagen, por ejemplo, es de la tesis doctoral del químico Carlos Fantini, de 1940, titulada “Existencia normal y anormal de hierro en los vinos argentinos. Métodos físicos y químicos para su evaluación”, que está disponible en el repositorio institucional de la UNLP para su consulta pública.
