ACTIVIDAD DE AGUA Y DETERMINACIÓN DE ISOTERMAS DE ADORCIÓN

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).



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



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)







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


Cloruro de Sodio 4.915




- 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.

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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.

Ingeniería de la industria alimentaria. Volumen II. 2002. Impreso en

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.

ACTIVIDAD DE AGUA Y DETERMINACIÓN DE ISOTERMAS DE ADORCIÓN

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