Concepto de isoterma de sorción de agua[1]
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 12: 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.
8.2 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. 8.3 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[2]. Ver figura 13.
Figura 13. 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. 8.4 El fenómeno de histéresis en las isotermas de sorción[3]
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 14: 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 14, 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 grafica 14, 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.
