Introducción

La papa es un alimento de consumo básico que, por sus características nutricionales y sensoriales, puede ser parte de una alimentación saludable y variada. Se obtiene a partir de la planta solanácea Solanum tuberosum L., que específicamente corresponde a los tubérculos formados por engrosamiento subterráneo. Este alimento se ubica en el cuarto puesto a nivel mundial como producto básico de la canasta familiar, superado solamente por el maíz, el trigo y el arroz. La superficie cultivada y el consumo per cápita han aumentado en más del 45 % desde 1960 (Salcedo y Guzman 2014).

Debido al contenido nutricional de carbohidratos, vitaminas y minerales, el cultivo de la papa se considera decisivo para la seguridad alimentaria de cientos de millones de personas del mundo en desarrollo (Salcedo y Guzman 2014). En Colombia, es el alimento de mayor consumo per cápita aparente en el país (62 kg/año), especialmente, en la población de estratos socioeconómicos bajos (FEDEPAPA 2015).

Alrededor de 90.000 familias se encuentran vinculadas hoy en día con la explotación directa de este cultivo, que genera cerca de 20 millones de jornales al ano. Algunas estimaciones consideran que, en todo el país, el cultivo de la papa genera unos 104.456 empleos directos, además de otros relacionados con la distribución de insumos, empaques, maquinaria, semillas, procesamiento y comercialización (SIC 2014). Los departamentos que presentaron mayor produccion de papa en el 2014 fueron Boyacá, Cundinamarca, Nariño y Antioquia, entre otros, con un total de 2.490.800 toneladas y con un rendimiento de 20,4 t/ha (FEDEPAPA 2015). Infortunadamente, se ha detectado exceso de organofosforados y carbamatos en la papa, lo que constituye un problema para el consumidor, ya que la fritura no garantiza que se pierdan estas sustancias toxicas (^{Borraez 2011}). Los plaguicidas son usados a nivel mundial en las actividades agrícolas para controlar plagas, sin embargo, su uso indiscriminado puede ser un riesgo para las personas, los animales y el medioambiente (^{Chang y Lee 2012}). Dentro de los pesticidas mas utilizados en Colombia está el carbofurano (2,3 dihidro-2,2-dimetil-7-benzofuranil-metilcarbamato), que es un insecticida y acaricida de contacto, sistémico y de amplio espectro, usado en una gran variedad de cultivos (^{Tamrakar et al. 2007}; ^{Bermudez et al. 2011}). Su alta toxicidad y acumulación en los seres vivos ha incrementado la preocupación en cuanto a la salud humana y la seguridad alimentaria (^{Garbin et al. 2007}; ^{Khanmohammadia et al. 2007}; ^{Wang et al. 2009}).

La dosis letal media (LD50) del carbofurano para ratas es de 50 mg/kg. El limite máximo residual (LMR) en tubérculos es de 0,2 mg/kg (OMS y FAO 2013). Sus propiedades toxicas incluyen la inhibición de la acetilcolinesterasa, convulsiones violentas y trastorno neuromuscular si se inhala (^{Shiryō 1994}). También se reporta que es teratogénico, genotóxico, mutagénico y afecta a los embriones (^{Cohen et al.1994}; ^{Gera et al. 2011}). Debido a su gran toxicidad y aplicabilidad se reportan varios métodos de cuantificación de sus residuos, dentro de los que están la espectrofotometría UV-Vis (^{Tamrakar et al. 2007}), la cromatografía liquida de alto rendimiento (^{Tennakoon et al. 2009}; ^{Otieno et al. 2010}; Bermudez et al. 2011), la cromatografía de gases (^{Petropoulou et al. 2006}), la fluorimetria (^{Pacioni y Veglia 2003}), los sensores amperometricos (^{Sun et al. 2012}) y la cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas (^{Bravo et al. 2005}; ^{Tennakoon et al. 2009}; ^{Otieno et al. 2010}).

Es necesario, sin embargo, buscar metodologías accesibles e innovadoras como la voltametria, que constituye una alternativa de amplio espectro, económica, versátil y amigable con el ambiente, ya que otros métodos usados comúnmente son caros. Es por esta razón que en pocas universidades e institutos de investigación colombianos se cuantifican estos plaguicidas y, en consecuencia, no se encuentran muchos estudios en el país relacionados con dichos compuestos. La electroquímica es una opción para el análisis de trazas de metales pesados, aniones, sulfuros, nitritos, nitratos y otros compuestos orgánicos en aguas, alimentos y productos químicos, puesto que es un ensayo no destructivo, de fácil operatividad y puede alcanzar una mayor sensibilidad (^{Jakumnee et al. 2001}; ^{Segura 2003}; ^{Rosolina et al. 2015}). Además, debido a la reducción de reactivos y, por ende, de residuos (que pueden ser tratados con relativa facilidad) es una técnica amigable con el medioambiente.

El objetivo de este trabajo fue validar el método electroquímico con electrodo de carbón vítreo como electrodo de trabajo para la cuantificación de carbofurano en papa. Además, se llevó a cabo un estudio exploratorio para la detección y cuantificación de estos insecticidas en la papa distribuida en el municipio de Ventaquemada (Boyacá).

Materiales y métodos

Todos los reactivos empleados fueron de grado analítico: hidróxido de sodio 98 %, ácido bórico 99,8 %, ácido fosfórico 85 % (Merck), carbofurano 98 % (Sigma), ácido acético 99,5 %, ditionito de sodio 85 % (Panreac) y nitrógeno gaseoso (99 % pureza). Todas las soluciones se prepararon con agua desionizada con conductividad menor de 0,05 uS (sistema Milli-DiTM y Simplicity). Se verificaron las condiciones óptimas de funcionamiento y calibración de los equipos necesarios para la validación del método, dentro de los que se encuentran un analizador voltamperometrico BAS CV 50 w (equipado con un electrodo de trabajo de carbón vítreo, un electrodo de referencia Ag/AgCl y un electrodo auxiliar de platino), una balanza analítica Aventure Ohaus (sensibilidad 0,0001 g) y pH-metro Sartorius Schott CG 842 resolución 0,01. La comparación de resultados de voltametria diferencial de pulso frente al método espectrofotométrico UV-Vis se realizó en un equipo Genesys UV 10. Todos los equipos cuentan con sus certificados de calibración.

Se preparo una solución stock de carbofurano de 1.000 mg/L en agua desionizada. Para la solución de trabajo, se tomaron 10 mL de la solución stock en un balón de 100 mL y se aforaron con agua desionizada. Su concentración se ajustó a 100 mg/L, de la cual se llevaron 10 mL a un balón de 100 mL y se aforaron con agua desionizada. La concentración final de esta solución fue de 10 mg/L. El electrolito de soporte usado fue un buffer Britton-Robinson, para cuya preparación se adiciono a un balón de 100 mL, 0,618 g de ácido bórico, 0,56 mL de ácido acético y 0,48 mL de ácido orto fosfórico, todo lo cual se aforo con agua desionizada y se ajustó a pH 5 con NaOH 0,1 M.

Las muestras de tubérculos de papa (S. tuberosum) de las variedades tuquerrena y R12 fueron recolectadas de forma aleatoria en la central de abasto y supermercados del municipio de Ventaquemada. Se tomaron dos muestras representativas del tubérculo de 2 kg para ser usadas como muestras naturales y fortificadas, respectivamente, en la validación; y 35 muestras adicionales para detectar y cuantificar el plaguicida con el método ya validado.

El producto se lavó, se secó y se sometió a la extracción del insecticida según la metodología modificada de extracción solido-liquido propuesta por ^{Ni et al. (2005}) y ^{Leoni y et al. (1992}), autores que proponen una extracción solido-liquido con acetona y diclorometano como solventes. Para optimizar el proceso se llevó a cabo una extracción Soxhlet adicional con diclorometano. Se tomaron 4 mL de electrolito de soporte (Britton-Robinson), se adicionaron 3 mL de muestra extraída y se ajustó a pH5 para carbofurano. La mezcla obtenida se transfirió a la celda electroquímica, se programó el equipo según la optimización previa de los parámetros (que se muestran en la sección de "Resultados") y se procedió a la medición. Para la validación del método, inicialmente se llevó a cabo la limpieza del sistema de electrodos. Luego, se procedió a la selección de las condiciones instrumentales dentro de las que están el potencial inicial, el potencial final, la desoxigenación de la muestra, el tiempo de quietud, sensibilidad, amplitud, frecuencia de onda y rango de potencial para el insecticida. Se determinaron los principales atributos del método: límite de detección (DL), límite de cuantificación (QL), sensibilidad (Eurachem 2005), precisión (coeficiente de variación ≤5 %) y exactitud (porcentaje de recuperación). Esto se logró mediante la evaluación de seis lotes de soluciones compuestas por un blanco, un estándar alto, un estándar bajo, dos muestras naturales, un adicionado alto y un adicionado bajo, cuyo estudio fue llevado a cabo por dos analistas. Los resultados fueron contrastados con los obtenidos en contra muestras por el método espectrofotométrico referenciado por ^{Tamrakar et al. (2007}).

Las muestras se analizaron al azar por triplicado; en total fueron realizados 128 ensayos por dos analistas. Las variables examinadas fueron los lotes de soluciones. Las diferencias significativas se determinaron mediante un análisis de varianza con el software estadístico SPSS 18 para Windows, con un 95 % de nivel de confianza.

Resultados y discusión Los parámetros finales establecidos para el método fueron los siguientes: desoxigenación de la muestra (5 min), rango de potencial de trabajo (500-1000 mV), sensibilidad (10 μA/s), tiempo de quietud (5 s) y velocidad de barrido (25 mV/s). El carbofurano presento potencial de oxidación por voltametria diferencial de pulso en 678 mV (figura 1), lo que concuerda con los estudios llevados a cabo por Ni et al. (2005), quienes determinaron cuatro pesticidas carbamatos por la misma técnica de análisis y hallaron un potencial de oxidación de 688 mV para este plaguicida. La selección del pH óptimo de trabajo se evaluó con el fin de observar la relación de este parámetro frente a la intensidad de corriente de la especie electroactiva. Se obtuvieron resultados óptimos a un pH 5, lo que significa que el método presenta un mejor desempeño en este valor de pH.

Fuente: Elaboración propia 

En cuanto a la linealidad (figura 2), el valor del coeficiente de correlación (r2) para el método evaluado fue de 0,989, lo que permite garantizar que existe proporcionalidad de la intensidad con respecto a la concentración y asegura que los resultados se ajustan a una ecuación de tipo lineal. La sensibilidad del método se calculó con la pendiente de la curva de trabajo, dado que esta define la razón de cambio o de respuesta por unidad de concentración, la cual quedo establecida para carbofurano en 3 E-9. La precisión evaluada mostro resultados confiables, pues los coeficientes de variación determinados cumplieron con el criterio de aceptación (≤5 %). Se llevo a cabo un análisis de varianza (tabla 1) en el que se apreció que no existían diferencias estadísticas significativas entre los analistas y las muestras, pues el F calculado fue menor que el F crítico, lo que indica que el método funciona independientemente de la persona que lo lleve a cabo y de las soluciones que se evalúen.

Fuente: Elaboración propia 

Tabla 1 Análisis de varianza para carbofurano 

En la tabla 2 se pueden observar los resultados en los atributos de la validación del método voltametrico. El coeficiente de variación está por debajo del 5 % y los porcentajes de recuperación, sobre el 85 %, lo que indica que la precisión y la exactitud son adecuadas y se acercan a los criterios de aceptación del Ministerio de Salud (Costa Rica) (2011). Esto concuerda con otros estudios que usaron técnicas instrumentales como la cromatografía liquida de alta eficacia (^{Valencia et al. 2010}; ^{Dors et al. 2011}). Los límites de detección y cuantificación (150 y 200 μg/kg, respectivamente) son similares a lo encontrado por Valencia et al. (2010) en suelos por la técnica de cromatografía liquida de alta eficiencia (HPLC-UV) y en arroz por HPLC-DAD (70 y 200 μg/kg, respectivamente) (^{Dors et al. 2011}), pero mas altos que los hallados por HPLC-DAD en aguas subterráneas aledañas a cultivos de algodón en la region de Mato Grosso (Brasil) (^{Carbo et al. 2008}). Todo el estudio desarrollado permite afirmar que los resultados obtenidos por el método voltametrico propuesto para la cuantificación de carbofurano en papa son confiables, pues demuestran mantener los criterios fundamentales de linealidad, precisión y exactitud.

Tabla 2 Parámetros de validación para carbofurano en papa 

Fuente: Elaboración propia

Con el fin de evaluar si el método de validación se encontraba o no en un estado de control estadístico se elaboraron las cartas control. Se compararon los valores de las medias de concentración obtenidas en diez mediciones de un estándar alto del insecticida y se encontró que los resultados están dentro de los límites de control, lo que permite deducir que el proceso y las variables aleatorias en el proceso de validación son controlables (figura 3).

Fuente: Elaboración propia 

Una vez validado el método voltametrico para la cuantificación de carbofurano, se aplicó a los estándares y se verifico la confiabilidad de las mediciones voltametricas. Estos resultados fueron comparados con los obtenidos por el método de espectrofotometría UV-Vis. Las concentraciones del insecticida halladas en las muestras y los estándares por voltametria fueron superiores a los del método de referencia, es decir, el método es más sensible y registra concentraciones más bajas del analito en muestras de papa. Esta diferencia se evaluó por medio de un análisis de varianza de un factor, en el cual se tuvo como referencia la concentración de los estándares. No se presentaron diferencias estadísticas significativas (p<0,05) en la concentración de los estándares del compuesto por las dos técnicas de análisis. La técnica voltametrica utilizada en este trabajo fue llevada a cabo con un nivel de confiabilidad del 95 %.

En cuanto a los resultados de las 35 muestras de papa provenientes de Ventaquemada (Boyacá) se detectó carbofurano en todas las muestras analizadas, con valores entre 0,256 y 0,739 mg/kg, lo cual excede el limite máximo residual presentado por la FAO (0,2 mg/kg) (OMS y FAO 2013). Lo anterior indica que este pesticida está siendo usado de forma inadecuada en el norte del municipio para el control de insectos. En la mayoría de los productos agrícolas, los residuos de plaguicidas sufren una reducción durante el procesamiento (Pareja et al. 2011), por lo tanto, se recomienda hacer el estudio en papa procesada.

El monitoreo de residuos de plaguicidas en alimentos es de crucial importancia para determinar el grado de exposición de una población y prevenir las posibles consecuencias toxicológicas a largo plazo. Además, la implementación de estos programas generaría un cambio de actitud en los agricultores para que estos cultiven los productos de acuerdo con las normas establecidas como buenas practicas

agrícolas.

Conclusiones

Las condiciones instrumentales y los principales parámetros de validación del método voltametrico diferencial de pulso para la cuantificación de carbofurano en papa se establecieron de forma que se logró obtener resultados válidos y con un nivel de confianza del 95 %. Los límites de detección y cuantificación fueron de 150 y 200

μg/kg respectivamente, y la precisión y exactitud estuvieron dentro de los criterios de aceptabilidad.

Se evaluó el contenido de carbofurano en muestras de papa distribuidas en el municipio de Ventaquemada (Boyacá) y se encontró que los valores están

entre 0,256 y 0,739 mg/kg, lo cual excede el limite máximo residual presentado por OMS y FAO (2013). Lo anterior indica que se está haciendo un uso indebido de este plaguicida en el cultivo de papa en dicha región.

En este estudio se utiliza un método alternativo para la cuantificación de carbofurano en papa, en el que se destaca la reducción de reactivos y residuos, una fácil operatividad y una sensibilidad similar al método usado comúnmente (la cromatografía liquida de alta eficiencia).