ISOTERMAS DE ADSORCION

ISOTERMAS DE ADSORCION

I. INTRODUCCIONLa adsorcin es un proceso por el cual tomos, iones o molculas son atrapados o retenidos en la superficie de un material, en contraposicin a la absorcin, que es un fenmeno de volumen.

Isotermas de Sorcin

Las isotermas de sorcin expresan la cantidad de agua de un alimento en funcin de la humedad relativa de la atmsfera que lo rodea. Grfica 1.

Si sometemos a deshidratacin un alimento con un alto valor de actividad de agua, la curva tendr la misma forma sigmoidea, al principio es fcil deshidratar, luego difcil para al final volver a ser fcil. Desorcin.En caso contrario, al coger un alimento seco para hidratarlo metindolo en cmaras sucesivamente con cada vez ms humedad relativa, pasara lo mismo de antes pero al revs. Adsorcin.

En una isoterma de sorcin para un rango de baja humedad de un alimento podemos distinguir 3 zonas:

SHAPE \* MERGEFORMAT

A: esta zona representa una cantidad de agua muy pequea en el alimento. Est muy fuertemente unida a los solutos del alimento, a los grupos polares, aminos, cidos. Es agua constitucional como si fuera integrante del alimento. Esta agua no puede intervenir en reacciones como disolvente, tampoco se congela y es difcil de eliminar en deshidratacin. Se denomina agua monocapa.

B: es el agua multicapa ya que forma capas de hidratacin. Esta agua est menos retenida que la anterior pero solo es una parte deshidratable y podra iniciar solo en parte reacciones qumicas como solvente.

C: representa al agua libre porque no est unida fuertemente sino que se une por fuerzas de capilaridad. Est disponible como solvente y para el desarrollo de microorganismos es la que se congela y la que se elimina al deshidratar.

Utilidades de las isotermas de sorcin.

Si vamos a deshidratar un alimento las necesitaremos para ello y para su posterior almacenamiento

Si almacenamos a 0.5 de humedad relativa tendremos una cantidad de agua mucho menor que si lo hacemos a 0.8 por ejemplo.

Factores que influyen en las isotermas

Son dependientes de la temperatura. Sabremos el contenido en humedad del alimento en funcin de la humedad relativa y la temperatura a la que lo almacenemos. A la misma humedad relativa cuanto mayor es la temperatura menor ser el contenido en agua. Y con contenidos en agua iguales, a mayor temperatura, mayor actividad de agua.

II. OBJETIVODeterminar isotermas de adsorcin de algunos productos alimenticios, a partir de las cuales se determina sus caractersticas hidroflicas mediante la aplicacin de la ecuacin de BET. Esta ecuacin ser aplicada a los datos obtenidos con el fin de determinar el valor de la cobertura monomolecular en cada alimento y predecir la humedad ms adecuada de almacenamiento para lograr una mxima estabilidad.

III. REVISION BIBLIOGRFICASegn Jean-Claude Chiftel (1999). Comenta que las isotermas se obtienen colocando un alimento cuyo contenido en agua se conoce, bajo vacio en un recipiente cerrado y midiendo despus el establecimiento al equilibrio a una temperatura determinada la presin de vapor de agua. Con la ayuda de un manmetro o higrometro (o incluso por cromatografa en fase gaseosa) tambin se puede obtener colocando muestras de un alimento (seco o hmedo) en una serie de recipientes cerrados en las cuales se mantiene por ejemplo mediante solucin salina (por lo general saturadas) o acido sulfrico en diversas concentraciones en una gama de humedad relativa constantes y determinando en el equilibrio, los contenidos de agua.

Una isoterma de adsorcion de humedad son representaciones graficas de AW vs. el contenido de agua expresado como mas de agua por unidad de mas materia seca a la misma temperatura constante. La isoterma de adsorcion es til en los procesos de concentracin y deshidratacin porque la presin de vapor relativa esta relacionado con la facilidad o dificultad de eliminar agua, para determinar el contenido de humedad que impide el crecimiento de m.o.s, para determinar la impermeabilidad requerida en el embasado, adems para predecir la estabilidad qumica, fsica de los alimentos en funcin del contenido de agua. Segn Owen R. fennema (2000).

De acuerdo a la ecuacin de BET.

Aw =1+Aw C 1

M (1 Aw) mc

mc

Aw = Actividad de agua.

m = Contenido de agua de la capa monomolecular.

M = Humedad del alimento.

C = Constante energtica, relacionada al calor de adsorcin de la primera capa de agua.

A pesar de que el mtodo BET sea muy utilizado, debemos ser conscientes de sus limitaciones.

a) Isoterma en la que se muestran la zona de llenado de la monocapa, la multicapa y el punto B y b) isoterma tipo I en la que se seala como calcular el volumen de poro a partir de lacantidad mxima de gas adsorbido. Grupos principales de alimentos en relacin con su aw

1. Tienen aw de 0,98 o superior las carnes y pescados frescos, las frutas, hortalizas y verduras frescas, la leche, las hortalizas en salmuera enlatadas, las frutas enlatadas en jarabes diluidos. Existen muchos alimentos con un alto contenido en agua entre los que se encuentran los que tienen un 3,5 % de NaCl o un 26 % de sacarosa en la fase acuosa. En este rango de aw crecen sin impedimento alguno todos los microorganismos causantes de toxiinfecciones alimentarias y los que habitualmente dan lugar a alteraciones, excepto los xerfilos y halfilos extremos.

2. Tienen aw entre 0,98 y 0,93 la leche concentrada por evaporacin, el concentrado de tomate, los productos crnicos y de pescado ligeramente salados, las carnes curadas enlatadas, los embutidos fermentados (no secos), los embutidos cocidos, los quesos de maduracin corta, queso de pasta semidura, las frutas enlatadas en almbar, el pan, las ciruelas con un alto contenido en agua. La concentracin mxima de sal o sacarosa en la fase acuosa de estos alimentos est entre el 10% y 50%, respectivamente. Todos los microorganismos conocidos causantes de toxiinfecciones alimentarias pueden multiplicarse al menos a los valores ms altos de aw comprendidos en este intervalo.

3. tienen aw entre 0,93 y 0,85 los embutidos fermentados y madurados, el queso Cheddar salado, el jamn tipo serrano, la leche condensada azucarada. A este grupo de alimentos pertenecen aquellos con un contenido en sal superior al 17% y los que contienen concentraciones de sacarosa a saturacin en la fase acuosa. Entre las bacterias conocidas, slo una (Staphylococcus aureus) es capaz de producir intoxicacin alimentaria a estos niveles de aw pero pueden crecer muchos mohos productores de mico toxinas.

4. Tienen aw entre 0,85 y 0,60 los alimentos de humedad intermedia, las frutas secas, la harina, los cereales, las confituras y mermeladas, las melazas, el pescado muy salado, los extractos de carne, algunos quesos muy madurados, las nueces. Las bacterias patgenas no crecen en este intervalo de aw. La alteracin, cuando ocurre, se debe a microorganismos xerfilos, osmfilos o halfilos.

5. Tiene aw inferior a 0,60 los dulces, el chocolate, la miel, los fideos, las galletas, las papas fritas, las verduras secas, huevos y leche en polvo. Los microorganismos no se multiplican por debajo de una aw de 0,60 pero pueden permanecer a medida que avanza la deshidratacin, desciende la velocidad de eliminacin del agua porque la migracin de agua a la superficie tiene un lmite; las capas superficiales se hacen menos permeables y el aumento de la concentracin de solutos reduce la presin de vapor de la superficie. Por ello, para alcanzar el grado de desecacin deseado se hace necesario reducir la presin de vapor ambiental o aumentar la temperatura del alimento. Se puede realizar deshidratacin de muchas maneras diferentes, por secado al sol, en secaderos con aire caliente con bandejas estticas, con bandejas en tneles, en cintas transportadoras en tneles, en secaderos spray, en lechos fluidizados, por liofilizacin.

La sal y el azcar son los solutos que habitualmente se aaden a los alimentos para reducir la aw. La preparacin de jaleas, mermeladas y productos va acompaada de una extraccin parcial del agua (concentracin) mediante calentamiento. La adicin de sal se utiliza en forma predominante en la carne, pescado y algunas verduras. La sal se aade directamente en seco o mediante salmuera dependiendo siempre de la naturaleza del producto.IV. MATERIALES Y MTODOS Materiales Alimentos

Desecadores con soluciones saturadas

Balanza analtica

Estufa

Placas petri

Pinzas

SOLUCIONES SATURADASHUMEDAD RELATIVA

37 C25 C

1. cido sulfrico0.00.0

2. Cloruro de litio11.011.0

3. Acetato de potasio20.423.0

4. Cloruro de magnesio32.033.0

6. Nitrito de sodio62.464.0

7. Cromato de potasio84.087.0

8. Nitrato de potasio93.093.0

9. Agua100.0100.0

Mtodos Pesar aproximadamente 2 gr. de muestra en cada placa.

Colocar en los desecadores y aplicar vacio.

Luego los desecadores son puestos en cmaras de temperaturas

constantes de 37 C.

Despus de 48 hrs. sacar las muestras y pesarlas nuevamente.

Finalmente se procede a hacer los clculos.

V. RESULTADOS Graficar el contenido de humedad vs actividad de agua de la curva obtenida encontrar la humedad de equilibrio( M). para las actividades de agua ( 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8) determinar la funcin.Datos inciales. Muestra: Avena.W placa vaca = 42.7475 gr.

Winicial Avena= 5.1331 gr. Wfinal = 4.6647 g Para los desecadores

Campana I (Solucin saturada H2SO4) W placa = 17.6468 g

Wplaca + Avena = 19.786 gr.

W Avena = 2.1392 g

Campana II (solucin saturada de cloruro de litio)

W placa = 21.7324 g

Wplaca + Avena = 23.9106 gr.

W Avena = 2.1782 g Campana III (Solucin saturada acetato de potasio)

W placa = 18.0182 g

Wplaca + W Avena = 20.1237 gr.

W Avena = 2.1055 g Camapana IV (Solucin saturada MgCl2)

W placa = 18.7070 g

Wplaca + W Avena = 20.7596 gr.

W Avena = 2.0526 Camapana V ( Solucin saturada bicromato de potasio)

W placa = 18.6859

Wplaca + W Avena = 20.7224 gr.

W Avena = 2.0365 Campana VI (Solucin saturada nitrito de sodio)

W placa = 18.3446 g

Wplaca + W Avena = 20.5165 gr.

W Avena = 2.1719 g Campana VII (Solucin saturada cromato de potasio)W placa = 18.8185 g

Wplaca + W Avena = 21.2569 gr.

W Avena = 2.3384 g Campana VIII (Solucin saturada H2O)

W placa = 18.1159 g

Wplaca + W Avena = 20.3465 gr.

W Avena = 2.2306 gCALCULOS

CALCULO DE Hbs:

Hbs = Pi Pf x100

Pf

Hbs = 5.1331 4.6647 x 100

5.1331Hbs = 9.1251%

CALCULO DE AGUA INICIAL Y MATERIA SECA

1. 100 gr ------------ 9.1251

2.1392 gr ------------x

x = 0.1952gr

M.S = 2.1392 0.1952

M.S = 1.944 gr

2.

100 g

---------9.1251 g

2.1782 g---------x

x = 0.1988gr

M.S = 2.1782 0.1988

M.S = 1.9794 gr

3.

100 g

---------9.1251 g

2.1055 g---------x

x = 0.1921gr

M.S = 2.1055 0.1921

M.S = 1.9134 gr

4.

100 g

---------9.1251 g

2.0526 ---------x

x = 0.1873gr

M.S = 2.0526 0.1873

M.S = 1.8653 gr

5.

100 g

---------9.1251 g

2.0365g---------x

x = 0.1858 gr

M.S = 2.0365 0.1858

M.S = 1.8507 gr6.

100 g

---------9.1251 g

2.1719 g---------x

x = 0.1982 gr

M.S = 2.1719 0.1982

M.S = 1.9737 gr

7.

100 g

---------9.1251 g

2.3384 g---------x

x = 0.2133

M.S = 2.3384 0.2133

M.S = 2.1251 gr8. 100 g

---------9.1251 g

2.2306 g---------x

x = 0.2035

M.S = 2.2306 0.2035

M.S = 2.0271 grCUADRO N.- 01 (muestra: AVENA a T = 37c)

# placaW placaW placa + gramos de muestra

Solucin saturada.

H.R

%AW

Wplaca+muestra (despus de 48 hrs)Agua

inicial

M.S (gr)

I17.646819.786Acido sulfrico0.00.019.68750.19521.944

II21.732423.9106Cloruro de Litio.11.00.1123.94910.19881.9794

III18.018220.1237Acetato de potasio20.40.20420.04840.19211.9134

IV18.707020.7596Cloruro de magnesio32.00.3220.70990.18731.8653

V18.685920.7224Bicromato de sodio50.30.50320.94490.18581.8507

VI18.344620.5165Nitrito de sodio.62.40.62420.52190.19821.9737

VII1818.5521.2569Cromato de potasio84.00.8421.30450.21332.1251

VIII2.230620.3465Agua100.01.020.74190.20352.0271

CUADRO N.- 02 (muestra: AVENA a T = 37c)

# placaagua adsorbida

(Pf Pi ) grH2O total

(H2O ini. +H2O ads.)AW

Humedad de equilibrio en base seca (%)

I-0.15150.0010.00.1 %

II-0.04560.11430.325.8 %

III0.46540.62820.50331.4 %

IV0.01750.16760.6249.1 %

V0.21600.37330.62419.3 %

VI0.43320.58730.9331.0 %

VII0.82590.96931.055.0 %

CUADRO N.- 03 (muestra: Avena a T = 37c)AwM corregidoAw

M( 1 - A.w)

0.12.83.9

0.24.65.4

0.36.07.1

0.47.09.5

0.58.012.5

0.69.016.7

0.710.622.0

0.7812.831.3

Pendiente: C 1

= Y2- Y1 = 16.3 3.9 = 24.8 M1C

X2- X1 0.6 0.1

= C 1 = 24.8 M1.C

1 = 1.2M1.C C - 1 = 24.8M1C M1C

1 - 1.2 = 24.8 M1 1 = 26 M1M1 = 0.038g H2O/ g M.S

VI.- DISCUSIONES

La estabilidad de los alimentos y la presin de vapor relativa (actividad de agua), estn estrechamente relacionadas en muchos casos, segn anlisis realizados en laboratorio mediante las isotermas de adsorcin, se producen problemas en la estabilidad debido a su Aw.

El agua de la capa monomolecular es difcil de extraer, las isotermas se obtienen colocando un alimento cuyo contenido en agua se conoce en la prctica, bajo vaco, en un recipiente cerrado y midiendo, despus del establecimiento del equilibrio a una T determinada, la presin de vapor de agua con la ayuda de instrumentos, tambin se obtiene resultados colocados las muestras de un mismo alimento (seco o hmedo) en recipientes cerrados, como los desecadores con las diferentes soluciones saturadas luego se determinar el equilibrio.

VII.- CONCLUSIONES:

En conclusin podemos decir de que el alimento llevado a los diferentes tipos de campanas, adquieren mayor humedad en algunos reactivos, pero donde gan mas humedad fue en la campana donde la reaccin cromato de potasio.

Las Isotermas de Adsorcin son importantes para tener un mayor control de agua y adems nos permite controlar la estabilidad de los alimentos con respecto al deterioro microbiano, reacciones enzimaticas y no enzimaticas, cambios fsicos y estructurales en especial la destruccin de nutrientes de aroma y gustos y esto se debe a la disponibilidad de agua en los alimentos.La prctica realizada es muy importante para nosotros como futuros ingenieros ya que nos permiti calcular el valor de la capa monomolecular la cual es importante para saber en que condiciones esta un alimento y as saber darle un buen tratamiento para su conservacin

A medida que una solucin se concentra, la presin de vapor disminuye y la aw desciende a partir de un valor mximo de 1 para el agua pura (en ausencia de capilares o fuerzas de adsorcin). La aw est relacionada con el punto de congelacin y con el de ebullicin as como con la humedad relativa en equilibrio (HRE) y la presin osmtica.

IX.- BIBLIOGRAFA Owen R fennema (2000) qumica de los alimentos Editorial Acribia S.A.

Leon-Claude Cheftel (1983) Introduccin a la bioqumica y tecnologa de los alimentos Editorial Acribia Zaragoza (Espaa).

Salvador Badui Dergal (1993) qumica de los alimentos Editorial Alambra.

Julio Lima, Ecologa microbiana de los alimentos, Vol I, Ed. Acribia, 1980.

Welti, J., Vergara, F., Lpez-Malo, A., Minimally Processed Foods:

State of the Art and Future (en Fito, P., Ortega, E., Barbosa, G. (eds)

Food Engineering 2000, Ed. Chapman & Hall, (EU), 1996

www.quimica y bioqumica/ mundo educativo.

1

0

Hbs= gr H2O gr.Ms

aw

1

0

Hbs= gr H2O gr.Ms

aw

0.25

0.8

A B C

_1396248342.unknown

_1396248343.unknown