Introducción

El té (Camellia sinensis) es una bebida muy popular y con un alto consumo por la población mundial. Como alimento se debe garantizar su calidad, y dos de las características fisicoquímicas principales en una bebida son el pH y la acidez titulable. Estos parámetros ayudan a detectar alteraciones o adulteraciones en las bebidas como son la dilución con agua o la adición de minerales (^{Dornelles y Porto, 2014}; ^{Lunkes y Hasizume, 2014}). La acidez titulable de una bebida se realiza frecuentemente por alcalimetría usando fenolftaleína como indicador (pH = 8.3) y se expresa como la cantidad de ácido cítrico contenida en un volumen determinado de muestra (^{Mettler y Weibel, 2018}; ^{Parra, 2013}). Una dificultad en este proceso analítico es que el té presenta un color muy fuerte y aunque se diluya puede afectar en la determinación del punto final de la titulación, es decir, del viraje de la fenolftaleína (^{dos Santos, dos Santos, da Silva, Constant y Belmino, 2014}; ^{Mettler y Weibel, 2018}). En los métodos de cuantificación de analitos en solución por volumetría el aspecto más importante es la determinación del punto de equivalencia que representa a la cantidad de titulante que equivale a la sustancia que se está determinando, y debido a que en la práctica la determinación de este punto se ve afectada por distintos factores se denomina punto final al punto de equivalencia experimental (^{Morales, González, Abella y Ahumada, 2019}; ^{Morita, Yanagisawa, Maeda, Takatsu y Ikka, 2011}; ^{Torres, Durán y Rodríguez, 2009}).

Las técnicas experimentales permiten disminuir la variación y el error en la determinación del punto de equivalencia porque no se basan en la apreciación visual del analista, sino que miden una propiedad fisicoquímica asociada al analito como es el pH (^{Adiba, Rabia y Anwar, 2018}; ^{Morales et al., 2019}; ^{Nunes et al., 2016}). Una alternativa para realizar la valoración son las técnicas potenciométricas que monitorean el pH durante la titulación y determinan el punto de equivalencia por el incremento abrupto de pH en respuesta a pequeños volúmenes de titulante añadido. La ventaja de este método es que el color de la bebida no interfiere en las mediciones (^{Adiba et al., 2018}; ^{Cáñez, García, Bernal, Federico y Wicochea, 2011}; ^{Friedman, Levin, Lee y Kozukue, 2009}).

En esta investigación se implementó una técnica potenciométrica a microescala para la determinación de la acidez titulable del té y se comparó con la técnica a macroescala para contar con un método más sencillo y económico que permita realizar la cuantificación con menos reactivos y generar menos desechos químicos.

Metodología

Se compró una caja de bolsitas de té (Camellia sinensis) y se obtuvieron aproximadamente 250 mL de infusiones acuosas a partir de las bolsitas. Las infusiones fueron acidificadas con unas gotas de limón y adicionadas con azúcar. Este procedimiento se realizó 10 veces para obtener 10 muestras de té. En cada muestra de té se determinó el pH y la acidez titulable por dos métodos. El método a macroescala se realizó como se describe en la literatura: se transfirió en un matraz 10 mL de té a temperatura ambiente y se adicionaron 100 mL de agua destilada y cuatro gotas de fenolftaleína 0.1 % en etanol. Se tituló la muestra con una solución de NaOH estandarizada de concentración aproximada de 0.01N hasta el vire del indicador. El método de microescala se realizó en un vaso de precipitado de 50 mL al cual se le añadieron 10 mL de la infusión de té y 25 mL de agua. Dentro del vaso se colocó un agitador magnético y se puso sobre una placa de agitación. Se introdujo el potenciómetro y se monitoreó el pH después de incrementos de NaOH 0.1N de 50 µL hasta obtener un pH superior a 11.0. Con los valores de pH obtenidos se graficó la curva de titulación y, a partir de estos datos, se procesó para obtener el gráfico de la primera y segunda derivada, que sirven para determinar el punto de equivalencia. Además, se usó una solución de ácido cítrico 0.1M como control; se tituló 1.0 mL de la solución control con el NaOH 0.1M con ayuda del potenciómetro.

Resultados

Los resultados obtenidos en la determinación del pH y la acidez titulable de las infusiones analizadas se muestran en la Tabla 1. Estos valores corresponden a los referidos en la literatura para muestras de Camellia sinensis. Se puede apreciar que la determinación de la acidez por el método potenciométrico a microescala arroja un valor menor y con menor desviación estándar, lo cual se debe a que el método visual requiere de un pequeño exceso de hidróxido de sodio para provocar el vire de la fenolftaleína, que se ve opacado por el color que presentan las infusiones, lo que provoca en algunas ocasiones dudas sobre si ya se alcanzó el punto final y para cerciorarse se adiciona más reactivo. En cambio, con el método potenciométrico el punto final se determina gráficamente (^{Mansilla, 2014}; ^{Sotomayor et al., 2019}).

Las gráficas de la curva de titulación del ácido cítrico se muestran en la Figura 1. Allí se puede observar que el punto de equivalencia distinguible corresponde a la neutralización total de hidróxido de sodio. Esto se debe a que los valores de pKa del ácido cítrico son muy similares y por ello no se pueden establecer los dos puntos anteriores, sino solamente cuando el cambio de pH es más notable por la neutralización completa del ácido (^{Marín, García, Santiago y Baeza, 2014}). La concentración de NaOH calculada con los valores de neutralización con ácido cítrico fueron los mismos a los obtenidos por el estándar de biftalato de potasio y esto corrobora que el punto distinguible en la titulación corresponde a la tercera neutralización.

Fuente: Elaboración propia

Figura 1 Gráficos de primera derivada (izquierda) y segunda derivada (derecha) para la titulación de ácido cítrico con NaOH 

En la Figura 2, por su parte, se muestran los gráficos de la curva de titulación del té con NaOH. Aunque los gráficos presentan una mayor irregularidad (en comparación con la solución pura de ácido cítrico), se puede apreciar fácilmente el punto final (pico mayor en el caso de la primera derivada e intersección en el caso de la segunda derivada), pues, si bien los resultados de la acidez titulable se suelen expresar como gramos de ácido cítrico por volumen de muestra, en realidad el té contiene otros ácidos orgánicos que aportan a la acidez total de la bebida, por lo que el registro final correspondería a la neutralización total de todos los ácidos (cuando el pH se vuelve alcalino por el exceso de NaOH) (^{Alarcón, Barreiro, Boicet, Ramos y Morales, 2018}; ^{Beretta, Bassahun, Torres, Musselli y García, 2017}; ^{Torres et al., 2009}).

Fuente: Elaboración propia

Figura 2 Gráficos de primera derivada (izquierda) y segunda derivada (derecha) para la acidez titulable de las infusiones de té 

El pH y la acidez están relacionados porque el pH es una medida de la concentración de iones hidrógeno en la solución y, aunque no lineal, existe una relación proporcional entre la concentración de ácidos y el pH que se ve influenciada por el tipo de ácido, es decir, por la naturaleza química de los ácidos presentes en la solución, especialmente por su concentración y su pKa (^{Alarcón et al., 2018}; ^{Mansilla, 2014}). En la Figura 3 se aprecia que hay una correlación negativa entre la concentración de ácidos y el pH, pues al incrementarse la acidez el pH descenderá porque aumenta la concentración de iones hidrógeno [pH = -log (concentración de iones hidrógenos)]. En el método visual de titulación no se puede apreciar la Ka del ácido titulado (^{Mansilla, 2014}; ^{Sotomayor et al., 2019}).

Fuente: Elaboración propia

Figura 3 Correlación entre el pH (abscisas) y la acidez titulable de las infusiones de té (ordenadas) obtenida por ambos métodos 

Finalmente, los valores de acidez titulable obtenidos por ambos métodos se correlacionan bien, como se puede apreciar en la Figura 4; sin embargo, la mayor variación en el método a macroescala disminuye el valor de la correlación con el método a microescala; faltaría evaluar la conducta del método por adición de estándar interno para estimar el porcentaje de recobro para corroborar esta afirmación.

Fuente: Elaboración propia

Figura 4 Correlación entre los valores de acidez titulable obtenido por los dos métodos (abscisas método microescala potenciométrico y ordenadas método macroescala) 

Discusión

El método a microescala propuesto representa una alternativa viable para la cuantificación de la calidad de muestras comerciales de té porque los resultados obtenidos son analíticamente equivalentes con los obtenidos por el método tradicional. En este caso particular, debido a la colaración de la matriz de análisis, se prefieren los métodos potenciométricos; la volumetría tradicional supone el uso de la fenolftaleína como indicador, cuyo cambio de color se suele ver enmascarado por la pigmentación de los metabolitos del té (^{Dornelles y Porto, 2014}; ^{Friedman et al., 2009}; ^{Lunkes y Hashizume, 2014}).

El uso de un potenciómetro, sin embargo, limita la aplicación de la técnica de microescala: dependerá de las características físicas del equipo para poder usarse en un volumen de muestra adecuado, para realizar correctamente una medición con el menor volumen posible que garantice una medición exacta, además de equiparse con un agitador magnético con su imán para homogeneizar la muestra posterior a la adición del álcali para evitar pérdidas o resultados falsos debido a la agitación manual (^{Cáñez et al., 2011}).

Este método fue desarrollado en el laboratorio de análisis de medicamentos, primero por químicos analistas y posteriormente con los estudiantes participantes en la investigación, en ambas ocasiones con resultados similares. Se trata de una prueba de la facilidad de implementación. Y por lo mismo, se propone su uso en laboratorios experimentales de asignaturas como Farmacognosia o Química Analítica, donde se analizan muestras de plantas medicinales o alimentos para la determinación de su calidad y que, por su naturaleza, contienen pigmentos interferenetes con los indicadores ácido base. Además, el uso de métodos a microescalas confiere a las sesiones experimentales un enfoque de cuidado ambiental y responsabilidad social al generar menos desechos y un menor gasto por el uso de reactivos químicos (^{dos Santos et al., 2014}; ^{Lunkes y Hashizume, 2014}; ^{Mettler y Weibel, 2018}).

Se requiere continuar con el estudio del método para probar su pertinencia y eficacia como método alternativo para determinar la acidez total y titulable de muestras comerciales a las que se desea conocer estos parámetros como criterio de calidad. Asimismo, comparar los resultados obtenidos con los conseguidos a través de los métodos oficiales permite conocer su utilidad analítica y validarlo científicamente, por ello debe realizarse su caracterización como método analítica, especialmente en la determinación de su exactitud, precisión, repetibilidad y reproducibilidad (^{Adiba et al., 2018}; ^{Marín et al., 2014}).

Conclusión

La técnica potenciométrica a microescala desarrollada fue satisfactoria porque con ella se determinó la acidez titulable de muestras de té con una correlación adecuada con los valores obtenidos por el método recomendado y con una mayor precisión. Este método a microescala puede emplearse adecuadamente en los laboratorios de prácticas de asignaturas como análisis de alimentos, análisis instrumental o química de productos naturales.