jueves, 28 de junio de 2012

Un cromatógrafo por nariz

James Lovelock, autor de la hipótesis Gaia, y la bióloga Rachel Carson, autora del libro "La primavera silenciosa" (publicado en 1962), son considerados por muchos como los padres del ecologismo imperante. La historia de esa paternidad arranca con el debate en Estados Unidos, a principios de los sesenta, sobre los efectos del DDT, el insecticida cuya producción se triplicó entre los años 1953 y 1959. La Carson murió joven, víctima de cáncer, sin poder paladear la influencia de sus tesis. Lovelock, por su parte, se ha convertido en un abuelo gruñón, pronuclear y, más recientemente, con un toque negacionista sobre el cambio climático. Pero en esta entrada no nos vamos a meter en esos complicados jardines, prefiriendo resaltar la figura de Lovelock como la del inventor del llamado detector de captura electrónica (ECD), un dispositivo que revolucionó los niveles de detección de sustancias químicas, mediante una técnica que ha pasado a ser un clásico en los laboratorios de Química, la cromatografía de gases (GC en la prepotente terminología anglosajona).

En esa técnica, una muestra minúscula de una mezcla de gases o vapores se introduce en una corriente continua de un gas que actúa meramente como portador (helio, nitrógeno). El conjunto se hace pasar por una delgada columna metálica, rellena de un material capaz de interactuar con los componentes de la mezcla de forma diferenciada. Como consecuencia de ello, sustancias con estructuras químicas dispares interaccionan de forma diferente con el relleno de la columna, "entreteniéndose" más o menos tiempo en su interior y saliendo al exterior a diferentes tiempos, donde el detector ECD es capaz de dar un aviso de su salida y cuantificar las proporciones de esos componentes en la mezcla. Con lo que, contándolo de forma sencilla, podemos saber cuantos componentes hay en la mezcla y en qué cantidades relativas se encuentran dichos componentes. Eso se traduce en un diagrama que se llama cromatograma y cuya pinta podeis ver sin más que buscar chromatogram en Google.

Lovelock entró en contacto con la técnica cromatográfica en el verano de 1951, cuando unos colegas del londinense National Institute of Medical Research (NIMR) introdujeron la GC en el Instituto, como consecuencia de su creciente fama en los medios analíticos. La técnica estaba siendo fundamental para la incipiente industria petroquímica, que necesitaba una técnica rápida de separación y detección de las complejas mezclas existentes en sus líneas de producción. También había interesado a bioquímicos y analíticos, como posibilidad de separar productos similares en cantidades muy pequeñas. Y, de hecho, ese era el problema que preocupaba a Lovelock, interesado en los efectos de la criogenización de tejidos y fluidos vitales y, más concretamente, en cómo evolucionaban en esa situación los ácidos grasos de los lípidos constituyentes de las membranas celulares. Lo que implicaba medir pequeñas variaciones de concentración de esas sustancias, dado el tamaño de las muestras de tejidos de animales empleadas en el laboratorio. Aunque desde los colegas del NIMR se le hizo llegar el clásico consejo de los que nos hemos dedicado a caracterizar sustancias y materiales, "no me vengas con muestras tan pequeñas, procura tener más cantidad acumulando experimentos", alguien le sugirió que, para alcanzar sus fines, quizás fuera mejor desarrollar un detector más sensible que el empleado en cromatografía hasta entonces. Y lo consiguió.

Desde el invento de Lovelock, la sensibilidad de los detectores ECD ha evolucionado y, actualmente, ronda las 10 ppc (partes por cuatrillón) o, lo que es igual, es capaz de detectar un miligramo de una sustancia química concreta en cien mil toneladas de una muestra compleja. Lo que quiere decir que, en el plazo de unas cinco décadas, hemos alcanzado sensibilidades a pesticidas y otros productos químicos cien millones de veces mayores que las que tenía el primer detector de Lovelock, que andaba por la parte por millón (ppm).

La cromatografía de gases ha permitido resolver muchos y muy intrincados problemas. Se pueden aducir cosas muy sofisticadas, pero también nos podemos quedar en algo tan prosaico como el sabor a corcho de algunos vinos. Tradicionalmente, el efecto se ha asociado a una mala conservación del mismo en sitios expuestos a la luz, cambios bruscos de temperatura, incorrecta colocación, etc., pero esas no son sino condiciones asociadas a la aparición del verdadero problema. Como siempre que tiene que ver con sabores u olores, en el origen hay una sustancia química. En un principio, se propusieron como culpables de ese problema olfativo y gustativo compuestos como el 1-octen-3-ona,1-octen-3-ol o el 2-metil isoborneol (MIB). A medida que se fueron afinando las técnicas de detección y análisis de compuestos minoritarios en vinos (con la GC en primera línea), se incluyeron otros posibles culpables, como el 2,4,6-tricloroanisol (TCA), que hoy en día se tiene como la principal causa del gusto a corcho en vinos.

Olores y aromas son una parte importante de nuestra sofisticada vida moderna, en ambientes como la cosmética, la cocina tecno-emocional (molecular, o como se llame), los alimentos industriales, etc. ¿Por qué?. Porque nuestra nariz es un cromatógrafo perfecto, capaz de inducir al cerebro sensaciones agradables (o desagradables), gracias a su capacidad para detectar determinados compuestos volátiles en cantidades que se encuentran próximas a las que detecta un verdadero cromatógrafo. Por ejemplo, el característico y apetecible olor a determinadas setas y hongos, debido al 1-octen-3-ol arriba mencionado, puede ser detectado por nuestra nariz a concentraciones del orden de 3 ppt, trescientas veces más altas que las detectables por un sofisticado cromatógrafo de miles y miles de euros. Pero la comparativa anterior no debe inducir a error en detrimento de nuestra nariz y sus capacidades. Una parte por trillón (ppt) sigue siendo algo minúsculo e implica "encontrar" un miligramo de una sustancia en un millar de toneladas de una mezcla compleja.

Sin embargo, hay una diferencia fundamental entre una nariz y un cromatógrafo. La respuesta de éste último es puramente cuantitativa y si dos moléculas se encuentran en concentraciones muy diferentes aparecerán en el cromatograma dos picos de alturas muy diferentes y proporcionales a las cantidades. En la nariz, la cosa cambia. Por ejemplo, la rotundona, una molécula que da su aroma característico a la pimienta negra, y que también juega su papel en el aroma de vinos provenientes de la variedad de uva conocida como shiraz, es para la nariz humana, a igual concentración, varios cientos de veces más intensa que la vanillina, la molécula que proporciona el aroma característico a la vainilla y que también se encuentra en whisky escocés envejecido en madera.

Estas diferentes características a la hora de la detección de una determinada molécula, han dado lugar a una curiosa simbiosis entre hombre y máquina, la llamada cromatografía de gases/olfatometría, en la que el cromatógrafo hace la separación de los compuestos contenidos en una muestra y una nariz humana, colocada a la salida de la columna (ver la foto que ilustra el post), trata de identificar sustancias que, aunque sean minoritarias en la muestra en cuestión, pueden ser relevantes a la hora de proporcionar a la mezcla en estudio sus características organolépticas. Porque, en muchos de los aromas complejos que nos atraen en la naturaleza, o en un perfume generado por el hombre,  la clave no está siempre en la concentración.

Claro que esa inusual combinación tiene sus inconvenientes, ya que cada nariz humana es diferente de la del vecino y sus sensores olfativos también. Lo que introduce un matiz subjetivo en la detección basada en panelistas, que es como se conoce a las personas cuya nariz les da de comer a base de olfatear lo que sale de una columna cromatográfica. Por ello, los expertos en olfatometría necesitan de un entrenamiento riguroso, de cara al establecimiento de unos criterios lo más consistentes posibles a la hora de comparar los resultados proporcionados por narices distintas.

Pero la técnica está más que consolidada y ha permitido, por ejemplo, que las grandes firmas de perfumería desarrollen esencias exclusivas, basadas en moléculas que no necesitan estar en proporciones mayoritarias dentro de la compleja mezcla que es hoy un perfume de alta gama. Ese es el caso de un aroma que tiene una larga historia: el almizcle o musk, segregado por un pequeño cérvido asiático (Moschus Moschiferus) en la piel de su abdomen. El análisis de esas secreciones revela que contiene colesterol, éteres de ácidos grasos y una pequeña proporción de una cetona, la muscona, que es la que proporciona el olor característico a almizcle. Para no andar matando cervatillos al ritmo que pudieran dictar las grandes marcas, casi toda la muscona que se utiliza es de origen sintético.

P.D. Este artículo fue publicado online el día 25 de junio en Amazings, probablemente el mayor esfuerzo conjunto de divulgación de temas científicos existente en España y cuya web os recomiendo vivamente.

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martes, 12 de junio de 2012

Botellas de agua, calvados y acetaldehído

Una entrada reciente del blog gominolas de petróleo, al que estoy suscrito desde sus comienzos en abril del año pasado, se refería a los problemas derivados de reutilizar las botellas de plástico de agua embotellada. La entrada en si está bien escrita, como habitualmente, pero estoy en desacuerdo con su conclusión final que invita a no reutilizarlas. Mi desacuerdo no tiene ninguna importancia, dada mi escasa relevancia, pero lo que más me preocupa son los comentarios que la entrada ha generado en muchos de sus lectores y que evidencian el nivel de quimifobia reinante. Yo también podría haber dejado un comentario, pero he preferido escribir una nueva entrada al respecto sobre la ya vieja polémica de la contaminación del agua embotellada, como consecuencia de la migración desde el plástico de una serie de sustancias pretendidamente dañinas para el consumidor. Es una historia que ya ha salido varias veces en este blog a lo largo de sus seis años y 340 entradas de funcionamiento, pero que siempre es bueno revisar de cuando en cuando, dada la recurrente actualidad del tema.

Según esa conclusión final de la entrada (algo también propugnado por la OCU años atrás), no es bueno reutilizar botellas de agua porque en su reuso, y consiguiente envejecimiento, podemos provocar que, desde ellas, migren al agua sustancias como antimonio, formaldehído y acetaldehído provenientes del plástico (PET) que las conforma. Debe ir por delante que está bien establecido que dichas sustancias pueden encontrarse en botellas que se vayan a abrir por primera vez y no solo en las que se reutilicen. El antimonio proviene de restos del catalizador empleado en la síntesis del polímero, mientras que los otros dos aldehídos son consecuencia de procesos de degradación que sufre el mismo, al someterlo a las altas temperaturas necesarias para moldearlo en forma de botella, junto con la simultánea acción del omnipresente oxígeno del aire.

Sobre el antimonio en el agua embotellada hay una vieja entrada del Blog del Búho, relacionada además con la vida de Mozart, que podeis leer aquí. En resumen, lo que allí se mantenía, es que todos los días inhalamos una cierta cantidad de antimonio, proveniente de la contaminación ambiental, que éste no se acumula en el organismo y que para llegar a esa cantidad diaria bebiendo agua embotellada que contenga antimonio, por migración desde el plástico, deberíamos beber mas de mil quinientas botellas diarias de agua (¡toma intoxicación acuosa o potomanía!). Sobre el formaldehído hay otra entrada, de la misma época, que podeis leer aquí si os place, aunque no tiene que ver específicamente con las botellas de agua. Dado que las conclusiones que pueden extraerse sobre el formaldehído, en lo relativo al consumo de agua embotellada, son de menor relieve que las que voy a exponer a propósito del malvado acetaldehído, nos centraremos en este último.

Las prevenciones sobre el acetaldehído surgen de su relación con el cáncer de boca y vías anexas como la faringe y el esófago (tracto digestivo superior, dicen los finos matasanos). Hoy parece bien probado que ese tipo de problemas se deben, en una gran parte, a la ingestión de bebidas alcohólicas en general y a algunas en particular, como consecuencia de la concentración de acetaldehído inherente a la bebida y al que posteriormente se genera en la propia cavidad bucal. Algunas bebidas alcohólicas como el calvados contienen concentraciones de acetaldehído del orden de 100-200 ppm, mientras que en otras, como el vodka, es difícil detectarlo. El vino tinto anda por las 10-12 ppm y la cerveza por 5-6. Todo es cuestión de la materia prima (muchas frutas como la manzana del calvados o las uvas de vino ya contienen acetaldehído) y del proceso de elaboración.

Pero ahí no se acaba la cosa. Cuando uno ingiere una bebida alcohólica, con independencia de que contenga o no acetaldehído antes de la ingestión, ciertas bacterias presentes en la saliva generan esa sustancia en la cavidad bucal, a costa del etanol presente en la bebida. Las concentraciones finales de acetaldehído dependen de los hábitos del bebedor, de su higiene bucal, de si fuma o no al mismo tiempo (el humo del tabaco también contiene acetaldehído), etc. En cualquier caso, y dado que el contenido alcohólico se diluye con el agua de la saliva, las cantidades de acetaldehído no llegan a los valores que arriba se indican pero, en muchos casos, se han detectado cantidades superiores a las 20 ppm. Dicen los organismos internacionales que el contenido tolerable en acetaldehído para no tener problemas debe estar por debajo de las 4/6 partes por millón (ppm), una cifra que se ha establecido con ayuda de sufridos ratones a los que se ha puesto ciegos de acetaldehído.

Podemos comparar esos datos con los contenidos de acetaldehído en el agua embotellada "de primer uso". Entre ellos, he elegido como representativo un artículo publicado por investigadores del Instituto de la Salud japonés en 2006, un trabajo que comparaba veinte aguas embotelladas en PET de Japón, Francia, Italia, Reino Unido, Canadá y Estados Unidos. Ocho de ellas contenían acetaldehido en cantidades inferiores a 5 ppb (todas francesas) mientras que el resto andaban entre 30/50 ppb, 1000 y 100 veces inferiores, respectivamente, al límite peligroso que mencionábamos arriba. El que se lleguen a esos valores u otros tiene mucho que ver con el proceso de moldeo del PET en forma de botellas y con los tratamientos posteriores que los fabricantes aplican a las mismas.

Hay también muchos estudios analíticos que siguen el contenido en acetaldehido de aguas embotelladas sujetas a temperaturas más elevadas (40º o más) durante varios meses. Los resultados son bastante concluyentes y parecen indicar que las cantidades de acetaldehído que contiene un agua sujeta a temperaturas del orden de 40º durante períodos del orden de 3-4 meses alcanzan concentraciones de acetaldehído que llegan a estar incluso por encima del nivel peligroso arriba descrito (5 ppm).

Pero aunque eso pasara con algún despistado que haya dejado la botella en tan inadecuadas condiciones y durante tanto tiempo, tenemos un chivato que nos haría desecharla con rapidez. El acetaldehído es el causante del sabor a plástico que, a veces, detectamos en determinadas botellas mal conservadas. Y es muy importante conocer, para la polémica que nos entretiene, que nuestras papilas gustativas detectan ese sabor a plástico a cantidades muy pequeñas de acetaldehído. Hay muchos estudios que han tratado de evaluar la concentración umbral, a partir de la que los humanos somos capaces de detectar el acetaldehído en botellas de agua embotellada. Aunque, como es lógico, hay discrepancias en las cifras de los investigadores, todas ellas andan entre las 10 y las 50 ppb, es decir en el entorno de las cantidades detectadas en el estudio de los japoneses, pero 100 veces inferiores a la concentración tenida por peligrosa. Y más de mil veces inferior a la del calvados donde, por razones obvias, nuestras papilas se despistan en la búsqueda del acetaldehído.

Y, finalmente, estoy en desacuerdo con la conclusión de la entrada arriba mencionada porque a pesar de que en ella se menciona algún estudio que parece indicar que el sucesivo llenado provoca que la migración vaya a más, ese resultado es difícil de asumir. Una botella de PET contiene el antimonio, el formaldehído y el acetaldehido que contiene por su propio proceso de fabricación. Y, a partir de ahí, el plástico no procrea esas sustancias. Desde luego en el caso del antimonio eso es indiscutible. Así que cada llenado y vaciado implica la salida de una cierta cantidad del mismo y, tras un cierto número de procesos, se acabará el antimonio para siempre. En el caso del formaldehído y el acetaldehído es verdad que pudieran surgir nuevas cantidades como consecuencia de procesos de degradación ulteriores a su fabricación, pero en las condiciones normales de empleo ese proceso es practicamente inexistente.

Un poco largo ha quedado esto pero, en conclusión, yo no me asustaría por beber agua embotellada y menos por reutilizar las botellas. Es cierto que hay que tener compasión con los fabricantes y no querer tener una botella para toda la vida, así que con cambiarla de vez en cuando aquí paz y despues gloria. Y si el miedo al acetaldehído persiste, la solución es volverse abstemio de agua embotellada (¡viva el agua de grifo!) y de bebidas alcohólicas, sobre todo de algunas que uno se mete a pequeños chupitos.

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Boredom is the highest mental state, según Einstein. Pero, a veces, aburrirse cansa. Y por eso ando en esto, persiguiendo quimiofóbicos.