Con el nuevo auge de la minimización de los tiempos y la optimización de los recursos, llegó la necesidad de obtener la máxima información de un sistema biológico o químico a partir de herramientas óptimas que puedan resolverlo rápidamente.  Es el caso de la quimiometría, que se transforma en una aliada invalorable cuando se pone al servicio de otras disciplinas; su intervención permite la extracción de información de esos sistemas que se están evaluando o se desean evaluar.
En la Facultad de Bioquímica y Ciencias Biológicas, el Laboratorio de Desarrollo Analítico y Quimiometría (LADAQ) a cargo de Julia Culzoni, se aboca fundamentalmente al desarrollo, evaluación y aplicación de modelos quimiométricos, como así también, al desarrollo de métodos analíticos, diseño y optimización de experimentos y biorreactores, sistemas de clasificación y extracción de información a partir de datos analíticos. Recientemente un trabajo titulado “Explorando la potencialidad de combinar herramientas quimiométricas para el análisis de datos no multilineales en sistemas no lineales para calibración multivariada” fue publicado y seleccionado como tapa de la revista Analytica Chimica Acta (Ámsterdam, Países Bajos), uno de los medios más prestigiosos en la temática.
El trabajo surgió de una colaboración entre grupos de investigadores españoles y argentinos liderados por Héctor Goicoechea y Mirta (Quela) Alcaraz de la FBCB e investigadores de la Universidad de Extremadura. El objetivo fue la determinación de histamina en muestras acuosas combinando técnicas electroanalíticas con modelado quimiométrico.
 
La histamina
Es un compuesto involucrado en las respuestas locales del sistema inmune y está relacionada a los síntomas de las alergias. Es producida durante la biosíntesis natural de las proteínas en los seres humanos, pero también es producida por la actividad bacteriana involucrada en procesos de fermentación y maduración de los alimentos.

El nivel de histamina en muestras alimentarias es un indicador de frescura y calidad del producto. El vino tinto, por ejemplo, contiene histamina que es generada durante su fabricación y considerada como un contaminante alimentario. Su determinación en muestras alimentarias es de gran importancia a fin de asegurar la inocuidad de los alimentos para consumidores que presentan intolerancia.
El método analítico seleccionado para el análisis de histamina en muestras acuosas fue la medición de la corriente de oxidación de la histamina, en presencia de histidina, por voltamperometría de pulso diferencial generada a distintos valores de pH del medio. Esta metodología presenta la ventaja de obtener una gran cantidad de información de la sustancia de interés de una manera experimental relativamente sencilla que permitiría su determinación selectiva mediante el uso de herramientas quimiométricas. Sin embargo, el cambio de pH del medio conlleva modificaciones en la estructura química de la molécula que repercute en la señal medida produciendo grandes cambios en la señal dificultando la implementación de herramientas quimiométricas clásicas. Este fenómeno, en términos quimiométricos, se traduce a una falta de multilinealidad de los datos y es la principal dificultad para la resolución quimiométrica.
Por otro lado, la cuantificación de los compuestos se lleva a cabo, generalmente, construyendo modelos lineales que relacionan la señal generada con la concentración de la sustancia de interés. La falta de linealidad en la relación señal-concentración es poco frecuente y es la principal desventaja del método analíticos clásicos con fines cuantitativos.

La falta de multilinealidad y linealidad señal-concentración, ha sido una limitación para el desarrollo de métodos analíticos de sistemas complejos. Sin embargo, en el trabajo propuesto se logró superar satisfactoriamente ambos fenómenos a través de un análisis sistemático del comportamiento del sistema en términos cuali y cuantitativos e implementando las herramientas quimiométricas adecuadas.
 
La Quimiometría: herramienta poderosa

“En aquellas disciplinas en donde la metodología clásica de resolución no es suficiente, es cuando intervenimos para dar soporte y así poder sacarle provecho a toda la información que recolectan investigadores y científicos, y que en algunos casos no se sabe o no se puede aprovechar. Cuando se tiene mucha información recolectada acerca de un sistema biológico, químico, o como en este caso, un sistema de alimentos, se pueden  evaluar diferentes características, por ejemplo, qué material lo componen, cuánto hay de ese material en esa matriz que se va a analizar. Las técnicas analíticas que se están utilizando actualmente son cada vez más desarrolladas y capaces de generar gran información de datos. Asimismo, se tiende a optimizar los tiempos de análisis y también tratar de reducir el uso de solventes, por ejemplo, o de recursos, siempre para lograr una optimización de esos parámetros. Para lograr eso, no siempre es fácil con las herramientas clásicas”, profundizó Goicoechea.

Una de las principales desventajas encontradas para los análisis de rutina de muestras alimentarias es la determinación selectiva de los compuestos que están inmersos en matrices altamente complejas. En este sentido, la quimiometría se ha presentado como una herramienta poderosa que permite la determinación selectiva de los compuestos de interés haciendo uso de recursos matemáticos y estadísticos, superando las dificultades experimentales para la extracción y determinación de los compuestos de interés. La combinación entre la química analítica y la quimiometría ha sido ampliamente explotada para la resolución de numerosos sistemas para estudios cuantitativos y cualitativos.

“Muchas técnicas analíticas, como la espectroscopia, la cromatografía, la electroforesis capilar, entre otras, han sido combinadas con análisis quimiométrico logrando resultados ampliamente satisfactorios y grandes ventajas frente al análisis clásico, entre ellos, la reducción del tiempo experimental de análisis y de consumo de solventes. Sin embargo, las técnicas analíticas menos utilizadas en esta combinación son las técnicas electroquímicas, debido, paradójicamente, a su estrecha relación con la matemática y su gran sensibilidad en la detección de cambios experimentales” advirtió el investigador.

“Este trabajo, presentado como un caso de estudio, es el primero en el que se aplica una técnica electroquímica para la medición de una sustancia a diferentes pH combinada con herramientas quimiométricas con fines cuantitativos. El origen de esta línea de investigación es el puntapié inicial para el desarrollo de nuevas metodologías quimiométricas, llevando coercitivamente una expansión del rango de aplicaciones analíticas”, finalizó Goicoechea.
 
Equipo de trabajo: M. Palomino-Vasco, N.M. Mora-Diez, M.I. Rodríguez-Cáceres, M.I. Acedo-Valenzuela, M.R. Alcaraz*, H.C. Goicoechea,
Publicación: “Exploring the potential of combining chemometric approaches to model non-linear multi-way data with quantitative purposes – A case study”, Anal. Chim. Acta, 1141 (2021) 63-70. Tapa de la revista Analytica Chimica Acta (Ámsterdam, Países Bajos) para el volumen 1141.

Links de acceso:
https://www.sciencedirect.com/journal/analytica-chimica-acta/vol/1141/suppl/C
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S000326702031059X