Resumen de Estudio hidroquímico y valoración nutricional de las aguas minerales naturales de España
El trabajo de investigación que se recoge en esta Tesis Doctoral se encuadra dentro de los estudios realizados por el Grupo de Investigación ¿Química Analítica Ambiental¿ en los últimos veinticinco años acerca de la problemática de distintos sistemas ambientales: aguas (superficiales y subterráneas, aguas de lluvia, aguas residuales), atmosfera (partículas sedimentables y suspensión, polen, gases), suelos y sedimentos acuáticos, residuos (lodos de depuradora, residuos industriales, etc.). El presente trabajo supone el inicio de una nueva línea de trabajo, incorporando al agua mineral natural como un elemento más del objeto de estudio, tanto desde el punto de vista físico-químico y medioambiental, como desde el punto de vista de su influencia sobre la nutrición y salud humanas.
Las aguas minerales naturales (AMNs) son mezclas, heterogéneas y homogéneas, de diversas sustancias, donde intervienen, además del agua, un grupo de sales minerales y gases que son beneficiosos para la salud humana, y que participan en una serie de funciones orgánicas necesarias para el correcto funcionamiento del organismo humano.
Estas aguas, de procedencia subterránea, presentan una serie de características propias que no deben cambiar sustancialmente con el tiempo o con cambios físicos determinados, como podría ser cambios de caudal del manantial o pozo. El interés se centra tanto en las cualidades fisicoquímicas como en las biológicas.
Las AMNs presentan unas exigencias con respecto a su procedencia -aguas subterráneas con unas características físico-químicas y unos requisitos de reconocimiento de la denominación- que las hace apropiadas para bebida natural. Este hecho hace necesario la realización de estudios tendentes a conseguir unas cualidades de constancia que las hagan buenas al paladar en todo momento y lugar. Hoy día ya se habla, en restaurantes y hoteles, de una carta de aguas minerales naturales que se seleccionan en catas adecuadas, al igual que la cata de vinos y aceites de oliva, que le permiten una denominación de origen.
Dentro de este contexto, se encuadra el trabajo de investigación que se presenta en esta Tesis Doctoral. De acuerdo con lo expuesto anteriormente, los objetivos generales de este trabajo de investigación se centran por tanto en el estudio de las características físico-químicas de estas aguas y de su valoración nutricional y establecer clasificaciones y modelos que permitan una identificación clara de su procedencia.
Los objetivos concretos que se pretenden alcanzar con la realización de la Tesis Doctoral son los siguientes:
1. Recopilación de información sobre las AMNs comercializadas en España dentro de las marcas registradas en el Diario Oficial de las Comunidades Europeas (DOCE) DO C 297 de 20-11-2008, con el objeto de: a. Realizar la toma de muestras de un porcentaje significativo de dichas aguas que procedan de la mayor parte de los sistemas geográficos de España.
b. Realizar un estudio de la distribución geográfica por comunidades autónomas y provincias con objeto de catalogar las muestras en las zonas geológicas en que se encuentran respecto a la litología general de España y sus acuíferos.
2. Establecer la composición físico-química de las AMNs utilizando las metodologías analíticas apropiadas según sus niveles de concentración. En concreto se pretenden la determinación de los siguientes parámetros: a. Parámetros físico-químicos generales: pH, conductividad eléctrica (CE), potencial redox (Eredox), rH, dureza, alcalinidad total y residuo seco (RS).
b. Cationes inorgánicos mayoritarios: Ca, Mg, Na, K, Sr, Li y Si.
c. Aniones inorgánicos y orgánicos mayoritarios y minoritarios: bicarbonato (HCO3-), sulfato (SO4=), cloruro (Cl-), nitrito (NO2-), nitrato (NO3-), fluoruro (F-), bromuro (Br-), borato (BO33-), fosfato (PO43-), formiato (HCOO-) y oxalato (C2O4=).
d. Oligoelementos, tanto metales como metaloides a nivel de trazas: Al, As, Sb, Ba, Be, B, Cd, Cs, Zn, Co, Cu, Cr, Sr, Fe, Mn, Mo, Ni, Pb, Se, Tl, Ti, Th, U y V.
3. Realizar un estudio hidroquímico espacial (tanto global para toda España como parcial por comunidades autónomas) en base a los datos analíticos de los parámetros generales y componentes mayoritarios al objeto de conseguir estos objetivos.
a. Realizar una descripción estadística elemental y poner de manifiesto la variabilidad de las muestras objeto de estudio y compararlas con muestras procedentes de otros países, así como evaluarlas en base a criterios de calidad recogidos en la legislación.
b. Realizar un estudio de correlaciones entre variables al objeto de detectar aquellas parejas de valores mas correlacionadas.
c. Clasificar las muestras de agua en base a los siguientes criterios: mineralización/residuo seco, dureza, menciones de etiquetado y facies hidroquímica, con el objeto de poder establecer clasificaciones hidroquímicas y poder evaluar y comparar las distintas muestras.
4. Realizar un estudio espacial de los niveles de oligoelementos (tanto global para toda España como parcial por comunidades autónomas) en base a los datos analíticos de los distintos metales y metaloides trazas al objeto de conseguir estos objetivos a. Realizar una descripción estadística elemental y poner de manifiesto la variabilidad de las muestras objeto de estudio y realizar una evaluación en base a criterios legales y bibliográficos.
b. Realizar una valoración nutricional de las AMNs estudiadas en base a los macro y microcomponentes. Dicho estudio se realiza para tratar de caracterizar y diferenciar unas aguas de otras, en base a poseer un bien para la salud humana.
5. Realizar un estudio de la distribución geográfica de las muestras mediante técnicas quimiométricas de reconocimiento de patrones con el objeto de identificar de una manera objetiva la procedencia de las distintas muestras según su composición química mediante modelos. En particular se pretende evaluar el siguiente procedimiento de empleo secuencial de distintas técnicas quimiométricas.
a. Aplicación del test de comparación no paramétrico denominado de Kruskal-Wallis con el fin de encontrar variables que presenten diferencias significativas entre los distintos orígenes.
b. Aplicación del análisis de componentes principales (PCA) con el fin de obtener nuevas variables que retengan la máxima información del conjunto de datos. La representación de los datos en el espacio de las nuevas variables da cuenta de las tendencias de agrupamiento de las muestras y de las variables con mayor capacidad diferenciadora.
c. Aplicación del análisis discriminante lineal (LDA) para generar un modelo lineal de clasificación, en concreto un modelo de inclusión sucesiva de variables por pasos.
d. Aplicación de redes neuronales artificiales para generar nuevos modelos en base a las variables seleccionadas mediante LDA y realizar su validación.
La presente memoria de Tesis Doctoral recoge el trabajo de investigación realizado para el cumplimiento de estos objetivos y consta de cinco capítulos:
I. Introducción y antecedentes bibliográficos II. Métodos experimentales III. Estudio hidroquímico en base a parámetros generales y componentes mayoritarios.
IV. Estudio de los niveles de oligoelementos y valoración nutricional en base a macrocomponentes y oligoelementos.
V. Estudio quimiométrico en base a técnicas de reconocimiento de patrones.
En el Capítulo I de Introducción se realiza un estudio de los antecedentes bibliográficos sobre distintas cuestiones: aspectos generales de las aguas minerales naturales, su procedencia, sus cualidades hidrogeológicas, características hidrogeológicas de España, valoración nutricional, etc. Igualmente se realiza un estudio de la legislación relativa a las aguas de bebida envasadas y sobre las metodologías analíticas disponibles para el tratamiento de resultados.
El Capítulo II detalla los distintos métodos experimentales empleados en el presente trabajo de investigación. Se realiza en primer lugar una descripción de las AMNs estudiadas en el presente trabajo. A continuación se describen los métodos de análisis empleados para la determinación de los distintos parámetros mediante Cromatografía iónica con detección de conductividad eléctrica (IC-EC) y Espectroscopia de emisión atómica de plasma acoplado inductivamente con detección por espectrofotometría de masas (ICP-MS). En tercer lugar se describe las condiciones experimentales específicas empleadas en las distintas técnicas instrumentales, describiéndose en los Anexos los estudios de validación realizados. Por último, se realiza una descripción de los métodos empleados para el tratamiento y visualización de los resultados obtenidos.
El Capítulo III incluye los distintos estudios realizados para la consecución de los objetivos que se pretenden alcanzar en lo referente al Estudio Hidroquímico. Se describe el estudio hidroquímico en base a parámetros generales y componentes mayoritarios y una discusión de los mismos en base a los objetivos planteados anteriormente, respecto a su composición química, a su localización geográfica, a su clasificación hidroquímica, a su análisis estadístico, a su comparación entre comunidades, etc.
El Capítulo IV incluye todo lo relacionado con el estudio de los niveles de oligoelementos y valoración nutricional. Se exponen los resultados obtenidos en cuanto a un estudio de los niveles de oligoelementos presentes en las aguas minerales naturales y a una valoración nutricional de los macro y microconstituyentes y la discusión de los mismos en base a los objetivos planteados anteriormente respecto a su composición química, a su localización geográfica, a su análisis estadístico, a su comparación entre comunidades, etc.
En el Capitulo V se realiza el estudio quimiométrico mediante técnicas de reconocimiento de patrones para la consecución de los objetivos enunciados anteriormente. Se exponen los resultados obtenidos en cuanto a un estudio de la distribución geográfica de las aguas minerales naturales envasadas y la discusión de los mismos en base a los objetivos planteados anteriormente, respecto a su composición química, a su localización geográfica en los cinco sistemas montañosos considerados, a sus modelos de clasificación mediante las técnicas de reconocimiento de patrones, etc.
Por último, en la Memoria se exponen las Conclusiones obtenidas en el trabajo de investigación y se recogen las referencias bibliográficas citadas en el presente trabajo.
Con objeto de no alargar excesivamente el tamaño de la presente Memoria, en los Anexos que se incluyen en formato digital en el soporte informático djunto, se han recogido los datos experimentales originales obtenidos así como algunos de los estudios parciales realizados por comunidades.
