PRÁCTICA Nº 1
ACTIVIDAD DE AGUA Y DETERMINACIÓN DE ISOTERMAS DE ADORCIÓN
I. INTRODUCCIÓN:
La actividad de agua es la relación que existe entre la presión de vapor de
un alimento dado en relación con la presión de vapor del agua pura a la
misma temperatura. Una definición más sencilla sería la cantidad de agua
libre que hay en un alimento, es decir, la cantidad de agua disponible para
reaccionar químicamente con otras sustancias y provocar el crecimiento
microbiano.
La actividad de agua es un parámetro estrechamente ligado a la humedad
del alimento lo que permite determinar su capacidad de conservación, de
propagación microbiana, etc. La actividad de agua de un alimento se puede
reducir aumentando la concentración de solutos en la fase acuosa de los
alimentos mediante la extracción del agua (liofilización) o mediante la adición
de nuevos solutos. La actividad de agua junto con la temperatura, el pH y el
oxígeno son los factores que más influyen en la estabilidad de los productos
alimenticios.
Las unidades de medida van de 0 a 1 Aw y equivalen a la humedad relativa
de equilibrio (ERH) que va de 0…100% H.R.
Cuando un producto está expuesto al aire ambiente, la actividad del agua del
producto tiende a equilibrarse con la humedad relativa del aire que lo rodea
(ERH). Productos con alta actividad del agua tienen una textura jugosa,
húmeda, blanda; cuando baja la actividad del agua se vuelven resecos. Por
ejemplo: si se deja un embutido o un queso sin tapar, el producto tiene una
alta actividad del agua mientras que el aire que lo rodea está más seco, por
tanto el alimento empieza a liberar humedad al ambiente hasta alcanzar el
equilibrio, provocando que la capa superficial del alimento quede totalmente
reseca.
II. OBJETIVOS
Conocer el uso del equipo de actividad de agua modelo Hygrolab 2.
Determinar la actividad de agua de productos agroindustriales.
Determinar la Isoterma de Adsorción de un producto agroindustrial.
III. FUNDAMENTO TEÓRICO
ACTIVIDAD DE AGUA
El fenómeno de adsorción, debe considerar la distribución del adsorbato entre dos fases: la superficie de adsorción (adsorbente) y la otra fase que pude ser líquida o gaseosa, de modo que para las composiciones de las fases en el equilibrio de adsorción, se cumple la igualdad de potenciales químicos en ambas fases:
El potencial químico de cualquier componente sólido, líquido o gas, sea éste puro o mezclado, ideal o no, a temperatura constante es:
Donde μ0 i y f0 i son el potencial químico y la fugacidad del componente i en el estado de referencia, μ i y fi son el potencial químico y la fugacidad del componente i en el estado de interés respectivamente, R la constante de los gases, T la temperatura absoluta.En la ecuación 2 el cociente de fugacidades corresponde a la actividad del componente i
La actividad del componente i es una medida de la diferencia entre su potencial químico en condiciones dadas y en el estado de referencia. En el caso de los alimentos la actividad de agua (aw) determina el grado de interacción entre ésta y los demás constituyentes del alimento y es una medida indirecta del agua disponible para llevar acabo las diferentes reacciones a las que están sujetos los componentes así como para el crecimiento microbiano.En el campo de la ciencia y la tecnología de alimentos, el aw se expresa como:
Donde P y P0 son las presiones de vapor del agua a la temperatura T y del agua pura a la misma temperatura, %HR es la humedad relativa de equilibrio.La ecuación 4 define a la actividad de agua como una presión relativa o bien como la humedad relativa de equilibrio.
ISOTERMAS DE ADSORCIÓN EN ALIMENTOS.
Una isoterma de adsorción es la representación de la relación, en el equilibrio, entre la cantidad adsorbida y la presión a una temperatura constante.
En la figura 1 se presentan las isotermas de adsorción y desorción en función de la relación entre la actividad de agua y el contenido de agua. Se observa que las curvas no coinciden, es decir, hay histéresis en el fenómeno de adsorción.
A consecuencia de la histéresis, para un valor dado de aw, el contenido de humedad en la desorción es mayor que en la adsorción, debido a que durante la primera suceden interacciones entre los componentes del alimento, de modo que3 los sitios físicos polares donde ocurre la adsorción se pierden; por ejemplo si la albúmina del suero bovino hidratada se somete a un secado (desorción) en aire de humedad relativa de 34% a 250C, la albúmina alcanza el equilibrio con el aire a un contenido de humedad de 10%, mientras que en las mismas condiciones la proteína deshidratada adsorbe agua hasta que llega al equilibrio con el aire a un contenido de humedad de 7% La actividad de agua para un valor dado de contenido de humedad es mayor en la adsorción que en la desorción.En la parte inferior de la curva de adsorción, están los alimentos deshidratados, al aumentar el contenido de humedad, se encuentran los alimentos de humedad intermedia y luego los de alto contenido de humedad.
En la figura 2 se presenta la clasificación de isotermas según Brunnauer, Deming y Teller8, el tipo 1 corresponde a la isoterma de Langmuir que describe la adsorción monomolecular de gas sobre un sólido poroso, el tipo 2 es la isoterma conocida como sigmoide característica de productos solubles, muestra una tendencia asintótica conforme la actividad de agua se acerca a la unidad. La isoterma tipo 3 o de Flory-Huggings se encuentra en la adsorción de un disolvente o plastificante como el glicerol. El tipo 4 muestra la adsorción por un sólido hidrófilo “hinchable”, hasta que se alcanza el máximo de sitios de hidratación.Finalmente el tipo 5 llamado isoterma BET por Brunauer, Emmett y Teller que representa la adsorción multimolecular observada en la adsorción de vapor de agua sobre carbón.
Los perfiles de isotermas más frecuentes en alimentos son los tipos 2 y 4.Para ajustar las curvas isotermas experimentales, se han propuesto varios modelos matemáticos. Hasta hace unos años, el modelo con mayor aplicación en alimentos era la ecuación isoterma de Brunauer, Emmett y Teller (BET). Brunauer, Emmett y Teller, extienden el tratamiento de Langmuir, para explicar la adsorción multimolecular. Como consecuencia de la similitud entre las fuerzas responsables de la adsorción física y las fuerzas de licuefacción (fuerzas de van der Waals), la adsorción en las superficies tanto planas como convexas, no se limita a una monocapa sino que continua hasta que la superficie queda cubierta con una capamultimolecular de líquido.La isoterma BET (ecuación 5), se obtiene igualando las velocidades de condensación y evaporación en las diversas capas, supone que la energía característica de adsorción del vapor corresponde a la primera capa, en tanto 4 que la energía de licuefacción del vapor sirve para las capas siguientes.
Donde V es el volumen adsorbido a la presión P, P0 es la presión de vapor de saturación. La constante c contenida en la ecuación, representa la diferencia de energía entre las moléculas adsorbidas en la primera capa y la de las capas siguientes, la constante Vm representa la capacidad de adsorción en la primera capa.
La ecuación BET es aplicable en el intervalo 0.05 < aw > 0.35-0.4, el intervalo de mayor interés en el área de los alimentos abarca desde aw 0.1 hasta 0.9, lo que representa una limitación importante en la aplicación de la isoterma BET.El valor de la cantidad adsorbida a presiones relativas mayores a 0.4, con frecuencia es menor que el predicho por la isoterma BET, se han propuesto tres razones para explicar este hecho1: i) La energía de adsorción en la segunda capa es menor que la energía de licuefacción del adsorbato, ii) La estructura del adsorbente es tal que permite solamente la adsorción de un número finito de capas y iii) A causa de los efectos de condensación capilar.Anderson corrige el modelo BET multiplicando la actividad de agua por una constante k<1, la cual interpreta como el hecho de que la energía de adsorción de la segunda capa es menor que la de licuefacción en las capas siguientes. Para derivar una expresión que tome en cuenta lo anterior, se postula que la energía de adsorción de la segunda a la novena capas difiere de la energía de licuefacción en las capas siguientes, por una cantidad d:
El valor de d también se suma a la energía de adsorción de la primera capa, el volumen adsorbido es infinito cuando la presión del adsorbato se iguala a su presión de licuefacción (P = P0), bajo estas condiciones límites la cantidad adsorbida en las primeras nueve capas es despreciable comparada con la cantidad total adsorbida, d = 0, x = 1 y por tanto x =P/P0, para condiciones diferentes a las límites:
La ecuación isoterma de BET modificada bajo estos conceptos es:
Donde x = presión relativa (P/P0), V es la cantidad adsorbida a la presión P, Vm la cantidad adsorbida en la monocapa, c y k son constantes.
En la ecuación 10 a y b son las constantes de rapidez de adsorción y desorción respectivamente y los subíndices corresponden a la primera y segunda capas.En la figura 31 se presenta la influencia del valor de k, sobre la representación gráfica de la ecuación 9 para la adsorción de nitrógeno sobre esferas microscópicas de vidrio a -1950C. La gráfica se construye con valores experimentales de volumen (V) adsorbido a diferentes presiones relativas (x), suponiendo un valor arbitrario
de k menor a uno. De la pendiente y la ordenada de la gráfica para k = 0.715 que corresponde a la mejor representación lineal en el intervalo de 5 presiones relativas, se obtienen los valores de la constante c y de Vm, el valor de d se obtiene de la ecuación 8.
La isoterma BET considera solamente la diferencia de energía entre las moléculas en la monocapa y las de las capas siguientes a las que le asigna un comportamiento líquido, en tanto que la isoterma de Guggenheim, Anderson y de Boer (GAB) postula que las moléculas de agua (adsorbato) tienen entre sí el mismo estado en las capas segunda a la novena, el cual es diferente al de las moléculas de agua en el estado líquido, con ello se introduce una segunda etapa de sorción de moléculas de adsorbato, para la que se requiere la constante k que mide la diferencia de potencial químico estándar entre la moléculas en la segunda etapa y las moléculas de líquido en el estado líquido puro.La aplicación de la isoterma GAB, se extendió ampliamente gracias a las rutinas computarizadas de resolución de cuadrados mínimos, la determinación es posible ya sea por regresión no lineal partiendo de la expresión directa de la isoterma GAB o también por regresión parabólica de la ecuación transformada de la isoterma.La ecuación de la isoterma GAB en términos de los parámetros usados en el campo de los alimentos se presenta en la ecuación 11
Donde u es el contenido de agua (g de H20/g bs), um el contenido de agua en la monocapa, k y c constantes de GAB.
Ejemplos de la aplicación de la isoterma GAB.
En general, el estudio de los procesos de adsorción en el campo de los alimentos sirve para diversos propósitos, particularmente la isoterma GAB tiene entre otras, las siguientes aplicaciones:Aporta información valiosa sobre la vida de anaquel, mediante la determinación del contenido de humedad seguro, es decir, el que garantiza la estabilidad del producto en condiciones dadas. Constituye una parte esencial del control del proceso de secado, proporcionando información útil para el diseño del equipo de secado y para el estudio de la cinética del proceso.Permite la determinación del número de grupos polares disponibles para la sorción de agua por macromoléculas (figura 4), la desnaturalización de la proteína produce un desdoblamiento de la molécula exponiendo un mayor número de sitios polares disponibles para la unión de agua.
Existe una relación entre el perfil de la isoterma y el estado (cristalino o amorfo) del sólido (figura 5), que conduce a la determinación de la humedad relativa crítica de un sólido a determinada temperatura.A consecuencia de la histéresis, para un valor dado de aw, el contenido de humedad en la desorción es mayor que en la adsorción, debido a que durante la primera suceden interacciones entre los componentes del alimento, de modo que los sitios físicos polares donde ocurre la adsorción se pierden; por ejemplo si la albúmina del suero bovino hidratada se somete a un secado (desorción) en aire de humedad relativa de 34% a 250C, la albúmina alcanza el equilibrio con el aire a un contenido de humedad de 10%, mientras que en las mismas condiciones la proteína deshidratada adsorbe agua hasta que se llega al equilibrio con el aire a un contenido de humedad de 7% La actividad de agua para un valor dado de contenido de humedad es mayor en la adsorción que en la desorción.
Puede estudiarse la adsorción de agua en mezclas para determinar si es resultado de una contribución aditiva simple de cada uno de los componentes de la mezcla o si hay influencia de las interacciones entre éstos.La aglomeración (caking) de alimentos en polvo puede predecirse para estos productos insolubles.
IV. MATERIALES Y MÉTODOS
- MATERIALES
Cubetas
Balanza Analítica
Campana De Desecación
Equipo de Actividad de Agua
- MÉTODOS
A. Manejo del equipo
Para poder determinar la actividad de agua en las muestras
utilizaremos este equipo de la marca ROTRONIC, es un instrumento
de sobremesa que está conectado a una sonda donde se introducirá
la cubeta con la muestra.
Cabe indicar que este equipo mide tanto la actividad de agua como la
temperatura, y es necesario llegar al estado de equilibrio para
efectuar la medición de actividad del agua. El tiempo necesario para
que esto ocurra es muy
variable, dependiendo del
alimento a medir, el
tiempo puede oscilar entre
pocos minutos hasta más
de 1 hora. Pero en este
caso debido a la rapidez
de la práctica solo se
dejará la muestra por 5
minutos.
Para empezar a medir, primero pulsamos el botón de inicio en el
equipo y esperamos hasta que se estabilice.
Luego colocamos la muestra a analizar dentro del sostenedor de
muestra.
Ponemos el sensor encima del sostenedor de la muestra, y
esperamos los 5 minutos necesarios para poder anotar el valor
resultante.
Equipo de Actividad de Agua
Proceder de igual forma para todas las muestras y elaborar una tabla
de datos con las distintas muestras y graficarlas, de la forma
siguiente:
B.
Preparación de la muestra para la construcción de la Isoterma.
Diagrama de flujo del proceso realizado:
Enumerar y pesar
Llenar Pesar
Colocar Colocar
Retirar Pesar
Anotar
0.29440.29460.2948
0.2950.29520.29540.29560.2958
0.2960.2962
Actividad de agua
Café Harina de trigo
Muestras
Activ
idad
de
agua
Todos los datos en la tabla.
Al retirar la cubeta de la campana pesarla (sin tapa) sin la balanza.
analítica.
Cada 5 minutos una cubeta de la campana.
El resto de cubetas en la campana.
Solo la primera cubeta en el equipo de Aw por 5 min.
Cada cubeta con el café
Las cubetas sin tapita.
La cubeta, sin tapita, con el café.
CAFÉ
MUESTRA Aw
Café 0.296
Harina de trigo 0.295
Procedimiento visual:
1
2
Enumerar y pesar las cubetas sin tapa donde se analizara la actividad de
agua del café (cubetas del equipo determinador de aw).
Enumeradas
Pesadas
Llenar las 5 cubetas una a una con el café, y pesar las cubetas (peso de cubeta + materia seca) sin su tapita, llenar en la tabla de datos.
Llenando las cubetas con el caféPesando cada cubeta con café
3Seguidamente se introduce la primera cubeta en el equipo que determina la aw, directamente sin colocarla en la campana, y esperamos 5 minutos para retirarla.
Temperatura: 27.6°C Aw: 0.296
Colocando la primera cubeta en el equipo de Aw.
4
Al mismo tiempo se colocan el resto de cubetas en la campana de
desecación, encima de la rejilla. (Tomar la hora a la que es
introducida cada cubeta a la campana).
5
Después de 5 minutos retirar la segunda muestra de la campana de
ganancia de agua. Seguidamente pesar la muestra en la balanza
analítica y medir la actividad de agua. Llenar en la tabla de datos.
Colocando las cubetas en la campana.
Retirando las cubetas de la campana.Pesando las cubetas
6 Después de 5 minutos retirar la tercera, luego la cuarta y así sucesivamente
con todas las cubetas, cada cierto espacio de tiempo. (Tomar la hora a la que
es retirada cada cubeta de la campana).
Diagrama de flujo del proceso realizado:
Procedimiento visual:
La harina a 100°C, por 6 horas, 1 día
antes a la práctica.
Al retirar la cubeta de la campana
pesarla (sin tapa) sin la balanza. analítica.
Secar Enumerar y pesar Llenar Pesar
ColocarColocarRetirarPesar
Anotar
HARINA
1
Todos los datos en la tabla.
Cada 5 minutos una cubeta de la
campana.
El resto de cubetas en la campana.
Solo la primera cubeta en el equipo
de Aw por 5 min.
Cada cubeta con la harinaLas cubetas sin tapita.
La cubeta (sin tapita) con la harina.
En una placa petri secar 20 gr aprox. de la harina de trigo, en
una estufa a 100 ºC por 6 horas, previo a la práctica.
2Enumerar y pesar las cubetas sin tapa donde se analizará la actividad de
agua de la harina de trigo (cubetas del equipo determinador de aw).
Enumeradas
Pesadas
Llenar las 5 cubetas una a una con la harina de trigo, una vez que se cumplió el tiempo establecido y se la retiro la harina de la estufa, y pesar las cubetas (peso de cubeta + materia seca) sin su tapita, llenar en la tabla de datos.
Llenando las cubetas con la harina
Pesando cada cubeta con la harina
3
Muestra a analizar
Seguidamente se introduce la primera cubeta en el equipo que determina la
aw, directamente sin colocarla en la campana, y esperamos 5 minutos para
retirarla.
Colocando la primera cubeta en el equipo de Aw.
4
Al mismo tiempo se colocan el resto de cubetas en la campana de
desecación, encima de la rejilla. (Tomar la hora a la que es
introducida cada cubeta a la campana).
5
Después de 5 minutos retirar la segunda muestra de la campana de
ganancia de agua. Seguidamente pesar la muestra en la balanza
analítica y medir la actividad de agua. Llenar en la tabla de datos.
Temperatura: 26.8°C Aw: 0.295
Colocando las cubetas en la campana.
6
7
Después de 5 minutos retirar la tercera, luego la cuarta y así
sucesivamente con todas las cubetas, cada cierto espacio de tiempo.
(Tomar la hora a la que es retirada cada cubeta de la campana).
Retirando las cubetas de la campana.
Pesando las cubetas
Los datos que tomemos en todo el procedimiento del café y la harina se llenarán en las siguientes tablas:
TABLA DE DATOS PARA LA CONSTRUCCIÓN DE LA ISOTERMA (CAFÉ)
(a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) (i) (j) (k)
Muestra
N°
Hora
Inicio
Hora
Final
Peso
cubeta
en gr
Peso
cubeta +
Muestra
(inicio), en
gr
Peso cubeta
+ Muestra
(final), en gr
Peso
(gr)
Muestra
(inicio)
Peso
Muestra
(final), en gr
grH2O
gr M .S .∗¿¿gr H 2O
100gr M .S .∗¿¿Aw
1 --- --- --- 2.05 --- --- --- 0,296
2 9:53 am 9:58 am 2.76 4.79 4.80 2.03 2.04 0.01 0.49 0.386
3 9:53 am 10:03 am 2.74 4.76 4.79 2.02 2.05 0.03 1.485 0.395
4 9:53 am 10:08 am 2.76 4.8 4.86 2.04 2.04 0.00 0.00 0.413
5 9:53 am 10:15
am2.76 4.76 4.79 2.00 2.00 0.00 0.00 0.423
TABLA DE DATOS PARA LA CONSTRUCCIÓN DE LA ISOTERMA (HARINA DE TRIGO)
(a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) (i) (j) (k)
Muestra N°
Hora Inicio
Hora Final
Peso cubeta, en gr
Peso cubeta + Muestra
(inicio), en gr
Peso cubeta + Muestra
(final), en gr
Peso(gr) Muestra (inicio)
Peso(gr) Muestra
(final)
grH2O
gr M .S .∗¿¿gr H 2O
100gr M .S .∗¿¿aw
1 --- --- 2.75 4.75 --- 2.00 --- --- --- 0.295
2 10:15 am 10:20 am 2.75 4.76 4.77 2.01 2.02 0.01 0.4975 0.315
3 10:15 am 10:25 am 2.75 4.78 4.79 2.03 2.04 0.01 0.4926 0.328
4 10:15 am 10:30 am 2.76 4.81 4.83 2.05 2.07 0.02 0.9756 0.394
5 10:15 am 10:35 am 2.76 4.81 4.84 2.05 2.08 0.03 0.4634 0.365
Donde:
(a): Número de Muestra
(b): Hora en que la muestra es sometida dentro de la campana donde captará el agua que se encuentra dentro.
(c): Hora en que la muestra se retira de la campana después de un tiempo que la muestra a ganado agua.
(d): Peso de cada cubeta sin tapa.
(e): Peso de la cubeta con la muestra al inicio, antes de ingresar a la campana que contiene agua
(f): Peso de la cubeta final, después de retirarla de la campana que contiene agua.
(g): Diferencia (e) – (d)
(h): Diferencia (f) – (d)
(i): Diferencia (h) – (g)
(j): 100g*(i)/ (g)
C. Construcción de gráficos
Determinar los valores de Actividad de agua (Aw) y Humedad de los
diferentes alimentos agroindustriales y construir dos gráficos de barras:
Alimentos Agroindustriales vs. Actividad de agua
Utilizaremos estos datos y los datos calculados en la práctica:
Alimentos agroindustriales
AWTemperatur
aCafé 0.296 26.5°C
Harina de trigo 0.295 26.8°C
Alimentos Agroindustriales vs. Humedad
Será necesario el uso de esta fórmula:
%Hbase= Pi−PfPi
∗100
Elaborar la curva de gr de H2O/ 100gr de Materia Seca Vs. Tiempo
(Ganancia de agua vs. tiempo).
Elaborar la curva de Actividad de agua Vs. tiempo
DETERMINACIÓN DE ISOTERMAS DE ABSORCIÓN
- Procedimiento
Diagrama de flujo del proceso realizado:
Procedimiento visual:
Las placas en los tapers
Las placas con la harina
La harina en las placasLas placas petri
Enumerar y nombrar Pesar Colocar
Pesar Colocar Pesar
Las placas petri
Luego de 48 horas las placas.
1 Enumeramos y nombramos cada placa Petri que utilizaremos para la harina de trigo y para las sales que vamos a analizar.
Placas enumeradas y nombradas
2 Pesamos las 6 placas Petri donde estará la harina.
2 Colocamos y pesamos la harina de trigo en cada placa respectivamente.
Pesando las placas
Pesando las placas con la harina
3Colocamos la cubeta y la placa Petri dentro del taper hermético:
Placa de harina de trigo y placa con la sustancia respectiva.
Placas dentro del taper.Luego de 48 horas se retiraran las placas del taper para luego
ser pesadas.
Placas que van en el taper junto
al:
PESO de las placas
(gramos)
Cloruro de Magnesio
2.76
Yoduro de Potasio 2.76
Cloruro de Sodio 2.76
Sulfato de Amonio 2.76
Cloruro de Potasio 2.77
Sulfato de Potasio 2.04
PlacasPESO DE LA HARINA DE TRIGO (gramos)
Cloruro de Potasio 2.00
Yoduro de Potasio 2.00
Cloruro de Potasio 2.01
Sulfato de Amonio 2.00
Cloruro de Potasio 2.02
Sulfato de Potasio 2.01
V. RESULTADOS
ACTIVIDAD DE AGUA
- Presentar los resultados de actividad de agua y humedad en una tabla.
CAFÉ
Actividad del agua Humedad
0.386 -0.490196
0.395 -1.463414
0.413 0
0.423 0
HARINA DE TRIGO
Actividad del agua Humedad
0.315 -0.4950495
0.328 -0.4901961
0.394 -0.9661836
0.395 -1.4423077
4
Pesando las placas con la harina.
Placas que van en el taper junto
al:
PESO de placa + harina
(gramos)
Cloruro de Magnesio
4.752
Yoduro de Potasio 4.932
Cloruro de Sodio 4.915
Sulfato de Amonio 4.986
Cloruro de Potasio 5.001
Sulfato de Potasio 4.432
- Construir las curvas respectiva % humedad (Base seca) vs Aw
0.38 0.385 0.39 0.395 0.4 0.405 0.41 0.415 0.42 0.425 0.43
-1.6
-1.4
-1.2
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
CAFÉ
Axis Title
HU
MED
AD
0.31 0.32 0.33 0.34 0.35 0.36 0.37 0.38 0.39 0.4
-1.6
-1.4
-1.2
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
HARINA DE TRIGO
ACTVIDAD DE AGUA
HU
MED
AD
DETERMINAR DE ISOTERMAS DE ABSORCIÒN
- Elaborar el siguiente cuadro
Solución saturada
Aw del
compuesto
(26,8ºC)
Peq P1 - Peq M1
AwM1(1−Aw )
Cloruro de Magnesio 0.32674 1.992 g 8x10-3 g 0.4287429257 1.1319377
Yoduro de Potasio 0.68558 2.172 g -0.172 g 0.4287429257 5.085703175
Cloruro de Sodio 0.75228 2.155 g -0.145 g 0.4287429257 7.083069079
Sulfato de Amonio 0.803 2.226 g -0.226 g 0.4287429257 9.50719391
Cloruro de Potasio 0.84066 2.231 g -0.29 g 0.4287429257 12.30548126
Sulfato de Potasio 0.97192 2.359 g -0.349 g 0.4287429257 80.73027807
- Gráfica de los isotermas
0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.11.8
1.9
2
2.1
2.2
2.3
2.4
f(x) = 0.530353450843646 x + 1.80199273694728
ISOTERMA
Aw DEL COMPUESTO (28,6)
PESO
DE
LA M
UES
TRA
EN E
QU
ILIB
RIO
Ecuación de la recta:
y=a + bx
Ecuación del isoterma:
Teniendo en a: Teniendo en b:
1.802= 1m1∗c
0.5304=c−1m1∗c
m1∗c=1
1.802… (1) m1∗c=
c−10.5304
… (2)
Igualando (1) y (2):
→m1= 0.4287429257
y =1.802+ 0.5304x
a= 1m1∗c
b= c−1m1∗c
11.802
= c−10.5304
C = 1.294339623
VI. DISCUSIONES
ACTIVIDAD DE AGUA
Según Cheftel y Cheftel (1976): En teoría, la actividad del agua de las
soluciones no depende de la temperatura y sí únicamente de la
composición de la solución, pero en la práctica la actividad de las
soluciones siempre es dependiente de la temperatura
Según Cheftel y Cheftel (1976): Así, el café es susceptible de alterarse
cuando su contenido de agua sobre base seca supera el 3%, mientras
que el tomate se muestra estable para un contenido de agua del 30%.
Según Cheftel y Cheftel (1976): La reducción del contenido de agua del
alimento, que implica una disminución paralela de su actividad de agua,
justifica el desarrollo y empleo de procesos de deshidratación tales como
secado, la evaporación, la liofilización o la concentración por
congelación.
Como norma general se puede indicar que por debajo de una actividad
de agua de 0,6 se inhibe toda actividad microbiana. Los mohos se
inhiben cuando aw < 0,7, valor que se sitúa en 0,8 para las levaduras y
en 0.9 para la mayor parte de bacterias.
Una baja actividad de agua puede también ayudar a desorber las
sustancias volátiles responsables del aroma. Este extremo resulta
especialmente relevante durante el almacenamiento conjunto de
diferentes alimentos.
En la actualidad, uno de los campos de investigación de mayor auge en
la industria alimentaria es aquel que se ocupa de establecer la influencia
de la aw sobre las propiedades del alimento; se trata de relacionar las
posibles alteraciones de alimentos de características parejas en función
de su composición, procesadas y almacenamiento.
DETERMINACIÓN DE ISOTERMAS DE ABSORCIÓN
Según Cheftel y Cheftel (1976): Las isotermas se obtienen colocando un
alimento cuyo contenido en agua se conoce, bajo vacío, en un recipiente
cerrado y midiendo, después del establecimiento del equilibrio a una
temperatura determinada, la presión de vapor de agua, con la ayuda de
un manómetro o de un higrómetro.
Según Cheftel y Cheftel (1976): Las isotermas también se obtienen
colocando muestras de un mismo alimento(seco o húmedo) en una serie
de recipientes cerrados, en los cuales se mantienen – por ejemplo,
mediante soluciones salinas (por lo general saturadas) o ácido sulfúrico
de diversas concentraciones- una gama de humedades relativas
constantes y determinando, en el equilibrio, los contenidos en agua.
Según Cheftel y Cheftel (1976): Las isotermas permiten prever la
actividad del agua de mezclas de diversos ingredientes, más o menos
húmedos.
Según el libro “Ingeniería de la industria alimentaria”: Los métodos
utilizados para determinar las isotermas de sorción pueden ser
gravimétricos, basados en el seguimiento de las variaciones de peso del
alimento, manométricas, donde la variable a medir es la presión parcial
del vapor de agua en el entorno o higrométricos, en los que se mide la
humedad relativa en equilibrio del aire en contacto con el alimento.
Las isotermas de adsorción son útiles, por muchos motivos. En primer
lugar corroboran, en varios casos, las interpretaciones teóricas y
permiten, por ejemplo, calcular el número de sitios activos o la superficie
efectiva de un producto. Esto interesa tanto para la adsorción de
sustancias volátiles o de un gas como para diversos compuestos
aromáticos, el oxígeno y nitrógeno.
Las isotermas de adsorción dan la posibilidad de prever el
comportamiento de un alimento después de su tratamiento o
almacenamiento en unas condiciones distintas a las que se estudió
experimentalmente.
Si el producto está empacado en un embalaje que posee cierta
permeabilidad al vapor de agua, se puede calcular también la cantidad
de agua absorbida en función del tiempo de almacenamiento y en
definitiva la duración de conservación de un alimento con un nivel de
calidad aceptable.
Según La cantidad de humedad que tiene los productos siempre va a
ser diferente porque algún productos tienen más cantidad de agua y
otros menos hasta en sus otros componentes. Esta isoterma B.E.T.
sugiere por su conducta que la adsorción no solo una capa sino de
varias.
VII. CONCLUSIONES
La determinación experimental de las isotermas de adsorción de agua
en alimentos y productos alimenticios, conducen al conocimiento del
comportamiento de éstos frente a los ambientes húmedos.
Además, se observó que la isoterma de adsorción de humedad de la
harina de trigo presentó una clara dependencia con la temperatura para
valores de aw inferiores a 0,75, no observándose esta dependencia para
valores superiores de actividad de agua, donde se presenta la mayor
capacidad higroscópica del producto.
No debe desestimarse que la exposición del producto en sitios húmedos,
pueden afectar la humedad del mismo, de modo que suba rápidamente
la actividad de agua a valores que afecten las condiciones de seguridad
requeridas.
La humedad de monocapa (Xm) calculada con las ecuaciones de BET,
presentó dependencia con la temperatura, debido a que a una menor
temperatura disminuye la energía cinética de las moléculas de agua lo
que hace limitar la capacidad higroscópica del producto hasta el valor
máximo de Xm.
El valor de la monocapa hallada en la harina de trigo es de 0.428742gr
H2O/gr m.s.; según el modelo B.E.T.; este resultado representa la zona
donde la molécula de agua se encuentra ligada en diferentes sitios.
El equipo de actividad de agua, Hygrolab 2, se utiliza para realizar
lecturas de actividad de agua (Aw) y temperatura (T) de la muestra y
ésta lectura se observa a través de una pantalla. Es un aparato preciso,
rápido y de fácil manejo.
Se determina la actividad de agua de alimentos y productos
agroindustriales haciendo uso del instrumento de laboratorio, equipo de
actividad de agua, modelo Hygrolab 2; el cual mide la actividad de agua
en función de la temperatura. Según los datos experimentales se
determinó que la actividad de agua del trigo es de 0.627, no difiere
mucho de los datos teóricos.
VIII. CUESTIONARIO
1. Definir Actividad de Agua.
Se denomina actividad de agua a la relación entre la presión de
vapor de agua del substrato de cultivo (P) y la presión de vapor de
agua del agua pura (P0), ambos permaneciendo a una misma
temperatura:
Aw = P / Po
De manera práctica, esto es la humedad relativa del aire en
equilibrio con una muestra contenida en una cámara sellada de
medición. Multiplicando la "Aw" por 100 se obtiene la humedad
relativa de equilibrio (HRE) de la atmósfera en equilibrio con el
producto.
HRE = Aw x 100
La "Aw" depende de la temperatura (Ver Figura 2), La temperatura
modifica el valor de la "Aw" como consecuencia de los cambios en la
unión y la disociación del agua, la solubilidad de solutos en el agua,
o el estado de la matriz. Y aunque la solubilidad de solutos puede
emplearse como un factor de control, por lo general el control
procede del estado de la matriz (por ejemplo, estado gomoso frente
a vidrioso), ya que éste a su vez es función de la temperatura.
Además, la dependencia de la "aw" de la temperatura varía entre
productos. Algunas sustancias incrementan su valor de "aw" al
aumentar la temperatura mientras que en otras se produce un
descenso con el mismo incremento. La mayoría de los alimentos con
un elevado contenido de humedad experimentan un cambio
insignificante con la temperatura. Por lo tanto, no se puede predecir,
ni tan solo la dirección del cambio de la "aw" con la temperatura, ya
que depende de cómo la temperatura afecta a los factores que
controlan la "aw" del producto.
2. ¿Cuál es la importancia de la actividad de agua de los
alimentos?
Para muchos productos la actividad del agua es una propiedad muy
importante. Por ejemplo en los alimentos permite predecir la
estabilidad con respecto a sus propiedades físicas, la velocidad de
las reacciones de deterioro y el crecimiento microbiano,
influenciando en la fecha de vencimiento, el color, olor, sabor y
consistencia de los mismos. La Figura 4 representa un mapa general
de la estabilidad de los alimentos en función de la actividad del agua,
ilustrando el comportamiento de las distintas reacciones de deterioro
y crecimiento microbiano en los mismos. Se observa que la habilidad
del agua para actuar como solvente, medio o reactante se
incrementa al incrementarse la actividad del agua. Con la
determinación de la actividad del agua de los alimentos es posible
predecir qué microorganismos pueden causar deterioro y
enfermedades, por lo que se considera una importante propiedad
desde el punto de vista de inocuidad alimentaria. La actividad del
agua puede además jugar un papel clave en la actividad enzimática
y vitamínica en los alimentos, así como en propiedades físicas como
la textura y el tiempo de vencimiento de los mismos.
Su utilidad e importancia como medida de la calidad y la inocuidad
de los alimentos fue reconocida cuando resultó obvio que el
contenido de humedad no reflejaba exactamente las fluctuaciones
en el crecimiento microbiano. El concepto de "Aw" ha servido al
microbiólogo y al tecnólogo en alimentos durante dos décadas como
el criterio de calidad e inocuidad más exacto y utilizado.
3. En función de la humedad de los diferentes alimentos cual es
su actividad de agua.
Se suelen construir isotermas de sorción de alimentos para conocer
la actividad de agua de cada alimento a una determinada
temperatura
según su contenido en humedad. En dichas isotermas se representa
la
actividad de agua de un alimento frente a su contenido acuoso. Para
ello, o bien se va deshidratando un alimento y se va midiendo su
actividad de agua (serían isoterma de desorción), o bien se
deshidrata un alimento y luego se va rehidratando y se mide su
actividad de agua en los diferentes contenidos de humedad (sería la
isoterma de resorción o adsorción). Todo ello a temperaturas de
20ºC
aproximadamente.
Al realizarse estas mediciones se debe tener en cuenta el fenómeno
denominado histéresis que es la diferencia en el valor de actividad
de agua que se obtiene para un mismo alimento según su contenido
de
humedad en función de si se está rehidratando o deshidratando un
alimento. Si el alimento se rehidrata tendrá un valor de actividad
de agua mayor para un mismo contenido de humedad que si se está
deshidratando. Ello es debido a que los alimentos tienen capilares
en su estructura y al extraerse el agua, estos capilares se obturan,
se cierran. Al rehidratar el alimento cuesta más que el agua vuelva
a entrar en dichos capilares e incluso en muchas ocasiones no podrá
entrar por lo que quedará mayor cantidad de agua disponible y será
mayor la actividad de agua.
IX. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Jean-Claude Cheftel y Henri Cheftel. Introducción a la bioquímica y
tecnología de los alimentos. Volumen I. 1976. Impreso en Zaragoza,
España. Editorial Acribia.
Badui Dergal Salvador. Química de los alimentos. Segunda edición.
Im´preso en México. Editorial: Alhambra Mexicana S.A.
José Aguado, José Antonio Calles, Pablo Cañizares, Baldomero
López, Francisco Rodríguez, Aurora Santos, David Serrano.
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Vallehermoso, Madrid. Editorial Síntesis.
Nuria Bolaños V., Giselle Lutz C., Carlos H. Herrera R. Química de
alimentos, Manual de laboratorio. 2003. Impreso en Costa Rica.
Editorial de la Universidad de Costa Rica Ciudad Universitaria
“Rodrigo Facio”.
Josep Boatella Riera, Rafael Codony Salcedo, Pedro López Alegret.
Química y bioquímica de los alimentos II. 2004. Impreso en España.
Editorial de la Universidad de Barcelona.