UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA
INFORME
ACTIVIDAD DE AGUA E ISOTERMAS DE SORCIÓN CURSO: CONSERVACIÓN DE
PRODUCTOS HIDROBIOLÓGICOS. HIDROBIOLÓGICOS.
I CICLO: 2017 – I PROFESOR: MARTINEZ ORDINOLA, NANCY GRUPO: MESA
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INTEGRANTES:
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JIMENEZ , JOSE URBANO , PAOLA ISIDRO , GETZABEL CANICANI , KIM MALCA , NATHALIE CUADROS ALEJANDRO
LIMA PERÚ PERÚ –
1. INTRODUCCIÓN: El agua contenida en los alimentos juega un papel fundamental en diversos aspectos relacionados con la industria alimentaria y el campo del desarrollo e investigación en alimentos. La cantidad de sólidos es inversamente proporcional al contenido de agua en el alimento el cual influye en la elección de las condiciones de proceso y de almacenamiento y determina el tipo de empaque, por lo que es un factor de importancia económica. La estabilidad del alimento depende en gran medida de su contenido de agua, ya que ésta es necesaria para el crecimiento microbiano, para la germinación de cepas, para que se efectúen reacciones tanto indeseables como deseables (enzimáticas, de oscurecimiento, rancidez hidrolítica desnaturalización de proteínas, rancidez oxidativa, estas dos últimas causadas por la disminución de humedad en el alimento). La isoterma de un producto relaciona gráficamente, a una temperatura constante, el contenido en humedad de equilibrio de un producto con la actividad termodinámica del agua del mismo, ya que en el equilibrio, este último parámetro es igual a la humedad relativa del aire que rodea al producto. Las isotermas son importantes para el análisis y diseño de varios procesos de transformación de alimentos, tales como secado, mezcla y envasado de los mismos. Además son importantes para predecir los cambios en la estabilidad de los alimentos y en la elección del material de empaque adecuado. 2. MARCO TEÓRICO: Una isoterma es una curva que describe, para una temperatura dada, la relación de equilibrio entre la cantidad de agua del alimento y la presión de vapor ó humedad relativa. El término de sorción, se usa para relacionar el comportamiento de un producto, dependiendo de su contenido inicial de humedad, el cual perderá o ganará (adsorber) agua durante el proceso de equilibrio con la atmosfera que rodea al producto. La isoterma de sorción de agua relaciona, a una temperatura constante, el contenido de húmedad con la actividad termodinámica del agua en el producto, en un intervalo dado de humedad o actividad. Es interesante recordar que en el equilibrio de la actividad de agua es igual a la humedad relativa del aire que rodea al producto a una temperatura determinada. Se puede graficar el contenido de agua (humedad) vs. Aw ó HR y dicha gráfica toma el nombre de isotermas de absorción y desorción. La isoterma de sorción del agua, es una forma adecuada de analizar el grado de interacción del agua con el sustrato. Normalmente se puede dividir en tres intervalos en función de la Aw: Zona A. Agua fuertemente ligada correspondiente a una Aw de 0.2-0.3 ó inferior: el agua se encuentra en forma monomolecular, que se desarrolla cuando una fracción de agua presente interacciona con la superficie del alimento. •
Zona B: Agua moderadamente ligada ( Aw= 0.3-0.7) : es la más interesante, corresponde a multicapas de agua y presenta características muy particulares. Es una zona en la que un pequeño cambio en el contenido acuoso se traduce en grandes variaciones de los valores de su actividad. •
Zona C: Agua poco ligada: correspondiente a una Aw de 0.7-0.8 y superior: el alimento presenta actividades bastantes próximas a la del agua pura. Se elimina con facilidad llegando sólo a un valor de 0.8 y es la responsable de cualquier tipo de reacción y crecimiento microbiano. •
Figura 1: Isoterma de sorción de agua y sus zonas A,B yC. Fuente: Bello, José: Ciencia Bromatológica. Principios generales de los alimentos. 2008, editorial Díaz de Santos, Brasil. Existen diversos modelos matemáticos, teóricos, semiempìricos y empíricos para la predicción y el ajuste de datos experimentales de sorción de humedad en función de la actividad de agua. La bondad de los ajustes depende de la naturaleza de los alimentos, el rango de actividad de agua y otros parámetros experimentales. Una de las primeras isotermas de sorción desarrolladas fue la del BET (Brunauer- Emett- Teller), la cual es válida para los valores bajos de actividad de agua. El conocimiento de las isotermas de sorción de un alimento es esencial para poder determinar su Aw, conociendo su contenido de humedad. ISOTERMA DE ADSORCIÓN: Hace referencia al comportamiento de alimentos deshidratados almacenados a una HR atmosférica alta, tienden a ganar agua para equilibrar las presiones de vapor de agua tanto del alimento como de la atmósfera. ISOTERMA DE DESORCIÓN: Hace referencia al comportamiento de los alimentos hidratados con Aw bajas y %HR bajas. Es la gráfica para alimentos que sufren pérdida de agua para equilibrarse con el las presiones de vapor de la atmósfera. Badui, Slavador, presenta este tipo de gráficas llamadas Isotermas de sorción nos muestra la actividad acuosa de un alimento en función del contenido de agua del mismo, a determinada temperatura. Las isotermas indican la cantidad de agua retenida por un alimento en función de la HR de la atmósfera que lo rodea bajo condiciones de equilibrio a una temperatura constante, Ver figura 2
Figura 2. Isotermas de adsorción y desorción En cada punto, la ordenada (eje x) indica la actividad del agua del alimento en equilibrio con las presiones de vapor de agua del alimento y la atmósfera a temperatura constante. En el eje de las abscisas (eje y) el contenido de agua del alimento, gramos de agua / 100 gramos de materia seca. EL FENÓMENO DE HISTÉRESIS EN LAS ISOTERMAS DE SORCIÓN Las curvas de adsorción y desorción no son superponibles, significa que los fenómenos de ganar o perder humedad no son reversibles en el alimento, la no "coincidencia" en ganar y perder agua sobre la isoterma se denomina histéresis. Los valores de humedad obtenidos de la curva de desorción son en teoría ligeramente superiores a los obtenidos en la curva de adsorción. Este fenómeno se denomina Histéresis. La histéresis puede ser explicada por la desnaturalización que puede ocurrir durante la desnaturalización que puede ocurrir durante la desorción de las proteínas, o la concentración de solutos en el alimento. Las proteínas desnaturalizadas reducen su capacidad de retención de agua una vez han sufrido fenómenos de desorción.
Figura 3: Predicción del comportamiento de un alimento en función de sus procesos de hidratación y desecación. Fuente: Bello, José (2008). Ciencia Bromatológica. Principios generales de los alimentos. Brasil: editorial Díaz de Santos, Brasil Para Bello, José en la figura 3, se aprecia muy raras veces las isotermas de un proceso de hidratación (fenómenos de adsorción) coinciden en su representación gráfica con las isotermas de los procesos de desecación (fenómenos de desorción). Esto significa que uno y otro proceso siguen caminos diferentes en los alimentos. Es decir, en esta zona de la isoterma, ambos procesos no son reversibles. Estas curvas de histéresis, pueden variar ampliamente para los diversos alimentos y, a menudo, alimentos idénticos pueden presentar patrones de isotermas diferentes cuando cambia la temperatura. Esta diversidad puede ser interpretada como una consecuencia de la variabilidad que acompaña a la concentración de los componentes químicos de los alimentos, así como a la incidencia de algunos cambios producidos en los factores de porosidad capilar, que caracteriza a cada alimento. Como consecuencia de estos fenómenos de histéresis puede ocurrir que para un mismo contenido acuoso del alimento, su actividad de agua sea muy diferente, según ser esté considerando la hidratación del producto o la desecación del mismo, pues en la zona intermedia de actividades, la isoterma sigue caminos diferentes. De aquí su importancia en la repercusión de la tecnología de alimentos, donde este fenómeno alcanza un gran interés de tipo práctico. Así, una vez conocidas las isotermas que caracterizan los procesos de hidratación y desecación para la elaboración de un alimento concreto, es posible hacer predicciones acerca de su comportamiento, tanto en el tratamiento tecnológico como en su conservación. Explicando la gráfica 3, cuando un alimento se ha deshidratado hasta un contenido acuoso de Ho, su situación en la isoterma corresponde al punto A, con una actividad acuosa Aw1. Si por diferentes causas pierde agua, como puede ocurrir en un mal almacenamiento o un control incorrecto en su proceso de desecación, al hidratarlo de nuevo para que alcance el contenido acuoso adecuado para su comercialización (Ho), en este caso, su situación sobre la isoterma corresponde al punto A2, que tiene una actividad de agua Aw2, que resulta mayor que la del punto A1. Por consiguiente, debido al fenómeno de histéresis, un alimento que ha tenido que ser rehidratado después de una desecación, contiene para un mismo nivel acuso una disponibilidad de agua bastante mayor (Aw2), que implica graves inconvenientes porque significa una mayor facilidad para que se pueda alterar. 3. MATERIALES Y MÉTODOS: Materiales:
Balanza analítica. Placas Petri. Muestra húmeda y seca de pulpa de cangrejo. Pinza. Espátula. Reactivos: ClK, NaOH, ClNa, NO3K, CO3K, H2O. 6 desecadores.
Metodología: Pesar 2 gramos de muestra para cada reactivo, húmeda y seca respectivamente, además se anotó el peso de la placa en cada caso. Luego se dejó reposar durante un periodo de 4 días en
los desecadores que contenían cada tipo de sal (ClK, NaOH, ClNa, NO3K, CO3K, H2O.). Al sacar las muestras se volvió a pesar la muestra más la placa. Se procedieron a hacer los cálculos para determinar la humedad en kgH2O/kg m.s. , también se obtuvo el valor de la monocapa para la Aw aw seca humeda Seca Humeda
desorción y adsorción. 4. RESULTADOS: CUADRO 1. Resultados de humedad a diferentes actividades de agua.
Figura 1. Isotermas de adsorción y desorción.
Figura 2. Valor de la monocapa
M1= 1/(intersección+pendiente) M1(Húmeda) = M1 (Seca) = 5. DISCUSIONES:
6. CONCLUSIONES: El efecto de la temperatura, T, es muy importante debido a que los alimentos no son mezclas ideales y la aw cambia con T. Además se logró entender la importancia de la determinación de la actividad de agua mediante la producción de isotermas de sorción, y el obtener el valor de la monocapa para determinar la estabilidad de un producto. 7. BIBLIOGRAFÍA: • •
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Badui, Salvador (2000). Química de los alimentos. Mexico: Pearson Educación. Bello, José (2008). Ciencia Bromatológica. Principios generales de los alimentos. Brasil: editorial Díaz de Santos, Brasil. Martinez, Nuria (2008). Termodinámica y cinética de los sistemas alimentarios. Valencia: Universidad Pontificia de Valencia.
