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FISICOQUÍMICA DE ALIMENTOS (1514)
UNIDAD 1.
CONCEPTOS BÁSICOS DE CINÉTICA QUÍMICA Y SU
APLICACIÓN EN ALIMENTOS
Mtra. Josefina Viades Trejo
14 de febrero de 2012
Revisión de términos
Cinética Química
Estudia la rapidez de reacción, los factores que la afectan y establece el
mecanismo mediante el cual se efectúa la reacción.
Ejemplo: Reacción de Karl-Fischer para determinación de agua en alimentos.
1) I2 + SO2 + H2O → 2 C5H8NI + C5H7NSO3
2) C5H7NSO3 + CH3OH → C5H8NSO4CH3
Rapidez de reacción.
Es el número de moles por unidad de volumen de una sustancia que
reaccionan en una unidad de tiempo, o sea, el cambio de concentración con el
tiempo.
dt
dCr ii −= (1.1.1)
Rapidez de descomposición: Se refiere a la disminución de la concentración
de una especie reactiva en el tiempo, este decremento se indica por el signo
negativo en la ecuación (1) que se manifiesta como una pendiente negativa en
la gráfica de C vs t.
Rapidez de formación: Se refiere al aumento de concentración de una especie
producida en la reacción en cuyo caso la ecuación (1) no llevará el signo
negativo y la gráfica de C vs t mostrará pendiente positiva.
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Relación entre las rapideces de descomposición y formación de los diferentes
componentes de la mezcla de reacción:
DCBA +→+ 32
dt
dC
dt
dC
dt
dC
dt
dC DCBA ==−=−3
1
2
1
Ley (ecuación) experimental de rapidez.
Es la expresión matemática, obtenida a partir de datos experimentales que
relacionan a la rapidez con las variables que la afectan.
Constante de rapidez.
Representa la proporcionalidad entre la rapidez y las variables que la afectan,
fundamentalmente la concentración.
( )βαyxi CCfr = ( )βα
yxi CCkr =
La rapidez sólo tiene sentido instantáneamente, pues cambia con
concentración y tiempo, en cambio k es independiente de concentración y
tiempo ∴ característica de cada sistema en condiciones dadas: k = f
(T,pH,I,cat, inhi)
Para reacciones reversibles k1≠k-1, en reacciones complejas la k experimental
suele ser una mezcla de las k de cada etapa. La k se determina
experimentalmente, sus unidades dependen del orden.
Orden de reacción.
Es el exponente al cual se encuentra elevada la concentración de un reactivo
en la ecuación experimental de rapidez.
3
Sea la reacción X + Y → P
En general la rapidez: ( )βαyxi CCfr =
Donde α, y β son los órdenes respecto a X e Y respectivamente y se conocen
como órdenes parciales; a la suma (α + β) = n total se le conoce como orden
total o global de la reacción.
αααα y ββββ NO son los coeficientes estequiométricos, se obtienen
experimentalmente.
Existen órdenes enteros (0,1, 2, 3,..., n) y órdenes fraccionarios
ntotal no tiene sentido en reacciones complejas.
HBrBrH 222 →+
[ ] [ ][ ] 2/1
22
2/1
4
12
2 BrHk
kk
dt
Hd
=− donde
2/1
4
12exp
=
k
kkk
Si n = 0 r = f (C0) y por tanto r es independiente de la concentración.
Si n > 0 entonces r varía exponencialmente con la "enésima" potencia de la o
las concentraciones.
La información de utilidad práctica que se obtiene a partir del
conocimiento del orden de reacción, es la magnitud de la influencia de la
concentración de ese reactivo sobre la rapidez; así como sobre la forma
que tiene la función: r = f(Cn), es decir cómo es la gráfica obtenida.
4
Seudo-orden:
Cuando el mecanismo de la reacción parece ser de un cierto orden en unas
condiciones de trabajo, y de otro orden en condiciones diferentes; como por
ejemplo en los siguientes casos:
− Reacciones donde el disolvente (X) es a la vez reactivo y por tanto
sucede que: CX >> CY ∴ CX ≈ cte.
− Reacciones donde se presenta una catálisis o una inhibición
Tiempo de vida media.
Es el tiempo en el cual se consume la mitad (50%) de la concentración inicial
de un reactivo.
Se refiere a cada reactivo. Puede coincidir para dos o más reactivos, si las
concentraciones iniciales son iguales y la reacción es 1:1. No confundir con la
mitad del tiempo total de reacción.
Modelos de evaluación de constantes (Leyes empíricas)
Los modelos de evaluación de constantes de rapidez requieren el
conocimiento de la composición de la mezcla a diferentes tiempos, se obtiene
"n" y se determina "k" como parte del proceso de determinación de la ley de
rapidez. Los datos experimentales llamados datos cinéticos (C y t) se
determinan con técnicas de análisis cuantitativo.
Los modelos de evaluación de constantes son métodos de análisis matemático
de los datos cinéticos. Originalmente estos modelos se aplican a datos
cinéticos de reacciones del tipo A → X, es decir, reacciones donde solo se
involucra la transformación de un solo reactivo.
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Ejemplo: Hidrólisis de la sacarosa para dar glucosa y fructuosa:
C12H22O11 → C6H12O6 + C6H12O6
i) Método integral.
ii) Método diferencial.
iii) Método de la vida media.
Método integral (ensayo y error).
Fundamento: Si la reacción obedece una ley de rapidez del tipo r = k Cn y un
valor determinado de "n", entonces los datos cinéticos satisfarán la ecuación
integrada para tal orden.
XA→
[ ] [ ]αAkdt
Adr =−= (1.2.1)
Se suponen valores para α y se integra la ecuación diferencial (1.2.1).
Formas analítica y gráfica del método integral. Usan los mismos datos
experimentales, son formas complementarias de manejo de datos, conviene
usarlas ambas como medio de confirmación de resultados. Se obtiene un orden
aparente o respecto al tiempo, con cualquiera de las formas de aplicación del
método.
Limitaciones de método:
1. 1.8 ≈ 2.0, es decir, es un orden fraccionario y sin embargo se obtiene a
veces una buena recta para el orden entero más cercano o a veces para los
dos más cercanos. Aparentemente más de un orden se cumple
2. Se obtiene nt, posible influencia de productos. Puede suceder que no
cumpla ningún orden o que aparentemente cambie de orden con el tiempo
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3. Puede no cumplir ningún orden probado o bien no ser determinante la
certeza de ninguno. Puede ser una reacción que no pertenezca a ningún
orden, es decir, reacción compleja.
Método diferencial. (Van’t Hoff)
Fundamento: Para una reacción en la que participa una sola sustancia, la
rapidez instantánea es proporcional a Cα. Sea la reacción:
XA→
[ ] [ ]αAkdt
Adr =−= (1.2.2)
[ ]Akr logloglog α+= (1.2.3)
El método diferencial puede aplicarse para obtener el orden aparente o
respecto al tiempo (nt) y también para obtener el orden verdadero o respecto a
la concentración (nc).
Método diferencial para determinar el orden aparente (nt).
1. Usa los mismos datos del método integral.
2. de la gráfica de C vs t se obtienen las rapideces a diferentes
concentraciones sacando la primera derivada (d[A]/dt) (paquetería:
Kaleida, Excell, Origin, etc)
3. Usar la ecuación (1.2.3) para determinar nt (αt) a partir de la pendiente y
k a partir de la ordenada.
Método diferencial para determinar el orden verdadero (nc).
1. Se deben determinar las rapideces iniciales, por lo cual se requieren
forzosamente varias corridas con concentración inicial diferente.
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2. Se obtienen las rapideces iniciales de las gráficas de C vs t (paquetería:
Kaleida, Excell, Origin, etc)
3. Usar la ecuación (1.2.3) para determinar nc (αc) a partir de la pendiente
y k a partir de la ordenada.
Método de la vida media.
Fundamento: Para una reacción en la que participa una sola sustancia, la vida
media del reactivo es proporcional a (1/an-1), para n >1. Sea la reacción:
XA→
Para obtener la vida media del reactivo se traza la gráfica de CA vs t, y de ésta
se obtiene la vida media. Se requieren varias corridas a diferente
concentración inicial de A.
= −1
1na
fτ (1.2.4)
Dadas τ1 y τ2 para a1 y a2 respectivamente se cumple que:
1
1
2
1
2
1
1
2
1
1
1−
−
−
==
n
n
n
a
a
a
a
ττ
(1.2.5)
( )
−=
1
2
2
1 log1loga
an
ττ
(1.2.6)
1
log
log
1
2
2
1
+
=
a
an
ττ
(1.2.7)
Limitaciones:
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Válido sólo para un reactivo, o bien cuando hay más de un reactivo implicado
y la reacción es 1:1 (a=b=...), o bien usar método del aislamiento de Ostwald.
1. Si cumple una ley de rapidez del tipo: r = kCn.
2. Si nc = nt el método es seguro.
3. Si nc ≠ nt se obtiene una mezcla indeterminada de ambos órdenes, ya
que τ relacionada con nt y por su dependencia de la concentración
inicial (a) se relaciona con nc.
Diseño de experimento para reacciones donde participan dos o más
reactivos. Método de aislamiento (desbordamiento) de Ostwald
Dado que en un gran número de reacciones y sobre todo en el caso del
deterioro de alimentos, están involucrados dos o más reactivos cuyos órdenes
se desean determinar, el diseño del experimento suele basarse en el Método de
aislamiento (desbordamiento) de Ostwald que se basa en el principio del
seudo orden.
DCBA +→+ 32
( )βαBACCkr = (1.2.8)
BA CC ⟩⟩
↵ ↵ Desbordado Aislado (R. Limitante)
(CA)o ≈ constante ∴ CAα ≈ constante y dado que k = constante entonces:
βBpsCkr = (1.2.9)
αAps kCk = (1.2.10)
¿Cómo se diseña el experimento, para determinarα, β y k con el menor
número de mezclas posible? Se puede diseñar un experimento de 5 mezclas
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de reacción con valores de a y b diferentes pero siempre cuidando que b<<
a, primero se determina el orden β con alguno de los modelos de análisis
matemático mencionados, y luego modificando la ecuación (10) podemos
determinar α y k como sigue:
Aps Ckk logloglog α+= (1.2.11)
Ejemplo: Producción de acetileno a partir de agua, esta reacción se usa en
análisis de alimentos en la determinación de la cantidad de agua. En este caso
la estamos usando como un ejemplo de reacción entre el carburo de calcio y
agua que no está contenida en un alimento
2CaC2 + 4 H2O → 2 C2H2 + 2Ca(OH)2
2A + 4B → 2C + 2D
βα BkAr = 1
Se puede “aislar” B y “desbordar” A, entonces b << a por tanto la ecuación 1 queda:
βBkr ps= 2
αkAk ps = 3
Mezcla A B kps
1 a1 b1 (kps)1 2 a2 b2 (kps)2 3 a3 b3 (kps)3 4 a4 b4 (kps)4 5 a5 b5 (kps)5
Nota en todas las mezclas b << a
Para determinar el orden β (con la Ec. 2), se usa el método integral o el diferencial. La constante de rapidez que se obtiene es kps que es independiente
de la concentración de B pero si depende de la concentración de A, sin
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embargo, si variamos su concentración entonces kps va a variar y se tendrán 5
valores diferentes para la kps
Para calcular el orden α la ecuación 3 se modifica:
Akk ps logloglog α+= 6
La gráfica de log kps vs log A nos permite calcular el orden αααα (de la pendiente) y la constante k (de la ordenada).
Aplicación: Vida de anaquel y cinética de deterioro de alimentos.
� La calidad en el campo de los alimentos tiene diversas acepciones: propiedades organolépticas, propiedades funcionales y calidad
nutricional.
� La pérdida de calidad puede suceder durante el procesamiento o durante el almacenamiento del alimento.
� La pérdida de calidad durante el almacenamiento puede tratarse como un proceso a temperaturas relativamente bajas por periodos muy largos.
� Los agentes responsables pueden ser físicos, químicos y biológicos así como combinaciones de ellos.
Principios de modelamiento de reacciones.
La rapidez de cambio de calidad es una función de factores de composición
del alimento y de factores ambientales:
Factores de Composición (Ci) Factores Ambientales (Ej)
Componentes del alimento, catalizadores
inorgánicos y enzimáticos, inhibidores, pH,
actividad de agua, contaminación
microbiana
Temperatura, presión total y parcial de
gases, humedad relativa, luz, tensión
mecánica.
Tomando en cuenta estos factores, la rapidez de cambio de calidad es:
),( ji ECFdt
dQ= (1.3.1)
La cinética de deterioro de alimentos no es un proceso sencillo de estudiar, los
alimentos son sistemas fisicoquímicos muy complejos con muchas variables
físicas y químicas que no resulta práctico (en ocasiones es imposible) definir
cuantitativamente.
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La complejidad de los sistemas es tal que aun en los casos en que se puedan
expresar en términos de parámetros mensurables no existe una solución
analítica y las soluciones numéricas son muy complicadas para ser útiles.
La metodología práctica consiste en identificar los cambios químicos y
biológicos que influyen de manera importante en la calidad y seguridad del
alimento.
Se representa de manera simplificada una ecuación de reacción que presente el
efecto de la concentración de los componentes involucrados, para lograr un
modelo de cambio de las concentraciones de los componentes conectados con
el cambio de calidad en función del tiempo y considerando los factores
ambientales constantes para evitar su influencia.
µ1 A1 + µ2 A2 + µ3 A3 + … + µm Am fk
→ P
[ ][ ] [ ] [ ] mn
m
nn
f
j
j
AAAkdt
Adr L
21
21
1=−=
µ (1.3.2)
Los procesos de deterioro de los alimentos con mucha frecuencia son muy
complejos no es fácil determinar la reacción determinante de rapidez ni los
productos intermediarios. En muchos casos las reacciones son reversibles
µA A + µB B ↔f
b
k
k
µC C + µD D
[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ]δγβα
δγβαDCkBAk
dt
Dd
dt
Cd
dt
Bd
dt
Adr bf −===−=−= (1.3.3)
En este caso como la reacción directa y la inversa son reacciones elementales
los coeficientes estequiométricos coinciden con los órdenes de reacción es
decir α = µA, β = µB, γ = µC y δ = µD
Generalmente en las reacciones de deterioro kb << kf o bien, durante el
periodo de interés están lejanas al equilibrio, por lo cual es posible tratarlas
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como reacciones irreversibles. Comúnmente el reactivo que más influye en el
deterioro es un reactivo limitante por lo que es posible considerarlo como
“aislado”.
[ ] [ ]αAkdt
Adr f
'=−= (1.3.4)
Es decir que la reacción es de un seudo orden α respecto al componente A y
tiene una constante de seudo orden k’f. A partir de la ecuación (1.3.4) se puede
estudiar la cinética de deterioro con el método integral o el diferencial (en
ambas formas).
Efecto de los factores ambientales.
La cinética de deterioro de un alimento y por ende su vida de anaquel están
determinadas por la pérdida de calidad, es decir, la pérdida de características
deseables o factores de calidad A (nutrientes, sabor, olor) y/o por la formación
de factores indeseables B (sabores y olores indeseables, pérdida de color), las
rapideces de cambio de estos factores están dados por:
[ ] [ ]mkdt
dr Α=
Α−=Α (1.3.5)
[ ] [ ] ''
mk
dt
dr Β=
Β=Β (1.3.6)
A y B son parámetros químicos, físicos, sensoriales o microbiológicos
cuantificables y característicos para un sistema alimentario.
Dado que los factores ambientales también pueden variar con el tiempo es
posible extender los modelos cinéticos para incluirlos como variables.
( )jEkk = (1.3.7)
Los factores ambientales con mayor influencia en la cinética de deterioro y en
la vida de anaquel son: T, humedad relativa, P total y parcial de gases, luz. El
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que se estudia con más frecuencia es la T pues los demás generalmente
pueden controlarse con el empaque.
Efecto de la temperatura de almacenamiento
� Se sabe que al aumentar la temperatura , se produce un incremento de
rapidez ∴∴∴∴ r = f(T)
� Anteriormente se consideraba que si la T se incrementaba 10 0K, la
rapidez se duplicaba, es decir, si a la temperatura T1 la rapidez es r1
entonces para una temperatura T2 = (T1+ 10 K) la rapidez será r2 = 2r1.
� Sin embargo esto no es siempre cierto, por ejemplo para la hidrólisis del
acetato de metilo k35C = 1.82 k25C mientras que para la hidrólisis de la
sacarosa k35C = 4.13 k25C.
Teoría o Ley de Arrhenius (1889).
� Arrhenius propone que para que la reacción suceda se requiere que haya
colisiones entre las moléculas de los reactivos
Ec ⇒ colisiones ⇒ reacción ∴∴∴∴ r α frecuencia de colisión
⇓ ⇓
Barrera energética ⇐ Ea A
� No todas las colisiones son productivas, solamente aquellas que
producen la energía de activación (Ea) por lo que ésta se considera
como una barrera energética entre reactivos y productos.
� La energía de activación se define como: la energía en exceso
(adicional) que durante la colisión deben adquirir las moléculas
reaccionantes para formar productos.
� Para la reacción A + B → C + D
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� Se observa que si T aumenta, la Ec también aumenta ⇒ Ea disminuye.
Esto se puede explicar de acuerdo a la distribución de Boltzman:
� La agitación térmica constante, permite que las moléculas en una
muestra se encuentren distribuidas en los niveles de energía accesibles a
ellas, la mayor parte de ellas en los niveles de menor energía sobre todo
a T bajas, si la T aumenta la cola de la distribución se adentra más en
los niveles de energía superior.
� La distribución de Boltzman permite calcular la población de los niveles
superiores:
−−
= RT
EE
j
i
ji
eN
N (1.3.8)
� Entonces la fracción de moléculas con Ea sería:
C + D
A + B
C.A.
∆E
E1 E -1
E
Cero absoluto tibio caliente
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RT
Ea
Total
Ea en
n −= (1.3.9)
� Según se dijo previamente, la rapidez es función de la energía de
activación y de la frecuencia de colisiones de modo que:
EaAnr = (1.3.10)
(1.3.9) en (1.3.10): TotalRT
Ea
nAer
−= (1.3.11)
� Por otro lado sabemos que en general:
kCr = (1.3.12)
� Dado que (1.3.11) = (1.3.12) si se despeja k se obtiene la expresión de la
Ley de Arrhenius:
−
= RT
Ea
Aek (1.3.13)
� La ecuación (1.3.13) muestra que la rapidez de reacción varía
exponencialmente con la temperatura; para una representación gráfica de
los datos experimentales de k vs T, es conveniente modificar la ecuación
en la siguiente forma:
−=TR
EaAk
1lnln (1.3.14)
� De esta recta se pueden obtener los parámetros de Arrhenius, si se tienen
solo datos a dos temperaturas se usan las siguientes ecuaciones:
RTT
TT
k
kEa
−
=
12
21
1
2ln (1.3.15)
−
−= 21
2
21
1
21
TT
T
TT
T
kkA (1.3.16)
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� Para datos a tres o más temperaturas se grafica lnk vs 1/T o bien se usa k vs
1/T en una gráfica semi logarítmica.
� La T para la cual k = A en la ecuación (1.3.13) es T=0 K. en el caso de
alimentos se recomienda definir una T de referencia que corresponda al
promedio del intervalo de T propio del proceso descrito. Para la mayoría de
las condiciones del almacenamiento la Tref=300 K y para procesos térmicos
es de 373.15 K.
−−=
ref
refTTR
Eakk
11exp (1.3.17)
� La definición de una kref correspondiente a la Tref proporciona a la k un
significado físico y además indica cuál es el intervalo de aplicación de la
ecuación de Arrhenius que puede fallar fuera de este intervalo de T sobre
todo cuando se presentan fenómenos de transición de fase.
1/T
Ordenada al origen=ln A
Pendiente = -Ea/R
ln
k
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� La relación de constantes de rapidez a temperaturas que difieren entre sí
100C se expresa como Q10 y se relaciona con el cambio en la vida de
anaquel (θS) cuando el alimento se almacena a una T 100C mayor.
T
T
k
kQ 10
10
+= (1.3.18)
� El Q10 introduce una ecuación para la dependencia respecto a la T que
difiere de la de Arrhenius en el sentido de que k varía exponencialmente
con T no con 1/T, por tanto la gráfica de ln k vs T da una línea recta de
pendiente positiva:
bT
oekTk =)( (1.3.19)
bTkk o += lnln (1.3.20)
+==
)10(
1010ln 10
TTR
EabQ (1.3.21)
� QA es un término similar al Q10 que se usa para incrementos diferentes a
100C los que se reemplazan por A0C
1010
A
A QQ = (1.3.22)
Pruebas Aceleradas de Vida de Anaquel. (ASLT)
� La ecuación de Arrhenius puede usarse para predecir rapideces de reacción
y la vida de anaquel de los alimentos a cualquier temperatura siempre y
cuando esté dentro del intervalo de aplicación de la ley.
� La vida de anaquel de un alimento puede decirse que es el tiempo que éste
puede almacenarse desde el momento en que se produce hasta que
consumirlo ya no es seguro y/o deseable.
� La determinación de la vida de anaquel puede durar un tiempo prolongado,
el modelo de Arrhenius permite disminuir considerablemente este tiempo
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mediante las pruebas aceleradas de vida de anaquel usando T altas en
los estudios de pérdida de calidad y luego extrapolando a las condiciones
usuales.
� El diseño de estas pruebas aceleradas requiere del conocimiento integral de
las disciplinas relacionadas con los alimentos. Los pasos o etapas del
proceso son:
1. La evaluación de los factores de seguridad microbiológicos
2. Identificar las reacciones biológicas y fisicoquímicas significativas en el
proceso de deterioro partiendo del análisis de la composición del
alimento, el proceso y las condiciones de almacenamiento
3. Selección del empaque usado durante la prueba.
4. Definir las T de prueba de almacenamiento.
5. Calcular el tiempo de duración de la prueba a cada T seleccionada
partiendo del tiempo deseado de vida de anaquel en las condiciones de
almacenamiento elegidas y a las temperaturas de manejo del alimento
basadas en el valor más probable de Q10; si no se conoce este valor se
debe trabajar mínimo a tres temperaturas diferentes.
6. Decidir tipo y frecuencia de las mediciones a cada T, deben hacerse
mínimo seis mediciones para asegurar la confianza estadística.
101012
T
Qff∆
= | (1.3.23)
f1= frecuencia a la T1; f2 = frecuencia a T2, T1 > T2
7. Seguimiento de las variables con el tiempo para determinar
gráficamente el orden y la rapidez de reacción a fin de considerar la
posible modificación de la frecuencia entre mediciones.
8. Aplicar la ley de Arrhenius a las constantes de rapidez a cada T y
predecir la vida de anaquel en las condiciones deseadas de
almacenamiento.
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Indicadores Tiempo –Temperatura (ITT) para monitoreo de la Vida de
Anaquel
� El fechado de los alimentos no garantiza 100% que el riesgo de consumir
un producto echado a perder se ha eliminado, debido a que la temperatura
de referencia y la historia térmica del producto no se conocen por otro lado
la terminología usada suele ser confusa: “Pull date” (fecha de adquisición),
“use by date” (úselo en la fecha), “sell by date” (véndase en la fecha),
“better if sold by date” (fecha óptima de venta), “better if used by date”
(fecha óptima de consumo), “date of pack” (fecha de empacado), la
mayoría de éstos están dirigidos al distribuidor pero el consumidor se
confía a ellos.
� La mejor manera de asegurar que el consumo del producto es seguro y que
tendrá una calidad aceptable es mediante el control de la temperatura
durante el almacenamiento y distribución e integrar el cambio de T con el
tiempo, es decir, llevar a cabo un monitoreo de la temperatura mediante
aditamentos llamados Indicadores Tiempo-Temperatura (ITT).
� Son aditamentos simples y no costosos que pueden mostrar un cambio
dependiente de la temperatura fácil de medir, este cambio debe reflejar la
historia térmica total o parcial del producto al que se ha unido.
� La historia térmica es el registro de los cambios de T que ha sufrido el
producto desde el día de su producción hasta un cierto momento (entrega al
distribuidor )
� Son termómetros o termógrafos análogos o digitales que además de
“muestrear” la T a intervalos predeterminados y almacenar los datos para
ser alimentados a una computadora y mediante programas de computación
pueden graficarse para análisis posteriores o pueden ser integrados respecto
al tiempo y correlacionarse con la calidad del producto.
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� La operación de estos aditamentos se basa en medir cambios irreversibles
dependientes de la temperatura en sistemas mecánicos, químicos,
enzimáticos o microbiológicos, el cambio se expresa a través de un cambio
evidente ya sea una deformación mecánica, el desarrollo de color o el
movimiento del color.
� Monitores ITT historia térmica parcial: Integran la exposición a una
temperatura respecto al tiempo solamente cuando la T excede un cierto
valor por ejemplo 900F, cuando la T regresa al valor fijado (90F) la
integración cesa.
� Monitores ITT historia térmica total: Integran continuamente la
exposición a una temperatura respecto al tiempo hasta la expiración del
producto.
� Los ITT también se pueden clasificar según el principio de operación:
reacciones enzimáticas y no enzimáticas y diversas transformaciones
físicas. ITT basados en cambios de pH que provocan cambios de color en
un indicador de pH ejemplo: la hidrólisis enzimática del éster de un ácido
graso, la difusión de un colorante (tinte) en un material cuya viscosidad
disminuye con la T el colorante difunde a lo largo de una tira.
� Algunos ITT disponibles en el comercio están basados en el modelo de
Arrhenius, se debe tener la correlación de la respuesta (X) del ITT con el
índice de calidad (A) de modo que se puede expresar X en función del
tiempo como:
( ) tRT
EakktXF t
−== exp1 (1.3.24)
� Donde F(X)t es la función de respuesta del ITT, t el tiempo, k la constante
de rapidez de la respuesta, k1 la constante de Arrhenius y Ea la energía de
activación. Para un ITT que ha sufrido los mismos cambios de T que el
alimento monitoreado T(t) el valor de F(X) se conoce a partir de la
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respuesta X, la temperatura efectiva (es una T constante que produce el
mismo cambio en la calidad que la distribución de la T variable durante el
mismo periodo de tiempo) puede calcularse para T = Tef a partir de:
( ) ktAQ = (1.3.25)
Efecto de la Actividad de Agua. (aw)
Papel del agua en los alimentos.
� Factor económico. � Calidad nutricional. � Estabilidad del alimento.
i. Crecimiento microbiano
ii. Reacciones (enzimáticas y oscurecimiento)
iii. Germinación de semillas
iv. Desnaturalización de proteínas
v. Rancidez oxidativa.
� Propiedades funcionales. i. Viscosidad
ii. Hidratación
iii. Turbiedad
iv. Textura
v. Formación de espuma
vi. Emulsificación
� Control del proceso. i. Alimentos deshidratados
ii. Alimentos concentrados
� Condiciones de almacenamiento. i. Alimentos deshidratados
ii. Alimentos frescos
iii. Elección del tipo de empaque
Distribución del agua en los alimentos.
� Agua libre.
� Agua adsorbida.
� Agua de hidratación.
22
Actividad de agua (aw). Es una medida indirecta del agua disponible para llevar acabo las reacciones a las que están sujetos los componentes; determina
el grado de interacción del agua con los demás constituyentes del alimento.
0p
paw = (1.3.26)
p = presión de vapor del alimento a la temperatura T
p0 = presión de vapor del agua pura ala temperatura T
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Humedad relativa de equilibrio (ERH): Es la humedad relativa de la
atmósfera en condiciones de equilibrio con el alimento.
100
ERHaw = (1.3.27)
100×= waERH (1.3.28)
Determinación del aw por el método de Landrock y Proctor
1. Se usan cámaras de T y humedad controlada.
2. La humedad se fija con soluciones sobresaturadas a la T de trabajo (Tabla)
3. Se registran pérdidas o ganancias en el peso del alimento y se grafican
contra la humedad relativa.
4. Cuando estas gráficas el valor cero (no hay ganancia ni pérdida) se
determina el valor de la humedad relativa.