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• Luis Tasayco

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UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA FACULTAD DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS

PRÁCTICA DE LABORATORIO DE QUÍMICA DE LOS ALIMENTOS

“DETERMINACIÓN DE LAS ISOTERMAS DE ADSORCIÓN Y DEL VALOR DE LA COBERTURA MONOMOLECULAR”

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INTEGRANTES Epiquien Zorrilla, Cristian Francisco Pampa Valenzuela, Deysi Angelica Rojas Paulino, Lisset Lesly Tasayco Goicochea, Luis Ivan LIMA - PERÚ

I.

2019 INTRODUCCIÓN

20160170 20171367 20171372 20161461

El hecho de prever el comportamiento de un alimento después de su almacenamiento o conocer su contenido de agua conlleva a alargar el tiempo de vida útil del producto. Por ello, el conocimiento de las isotermas de adsorción de agua son esencialmente importantes para varios procesos de alimentos, como el secado, almacenamiento y embalaje, ya que ayudan a calcular el tiempo de secado, modelar la variación de humedad durante el almacenamiento y seleccionar el material adecuado de empaque (Gabas et. al 2009, Pulla 2011). La práctica tiene como objetivo conocer una metodología para determinar isotermas de adsorción de una muestra de azúcar rubia. Las isotermas fueron determinadas a la temperatura de 25°C con soluciones salinas saturadas en un rango de actividad de agua de 0.1 - 0.6 donde se ubicó a la muestra en desecadores que contenían dichas soluciones, las cuales proporcionaron una determinada humedad relativa de equilibrio y la pérdida de peso del producto cuando alcanza el equilibrio. Los datos experimentales fueron ajustados a los modelos de BET y GAB. El deterioro de los alimentos se ve influido por una serie de factores ambientales, entre ellos la temperatura tanto alta como baja, que asociados a los otros factores causan la degradación de los alimentos en un determinado tiempo. Las influencias destructoras serán mayores, mientras mayor sea en tiempo de exposición del alimento a los factores de degradación (Choque 2009, Pulla 2011). Por la razón, la presente investigación se planificó para determinar las isotermas de adsorción del azúcar rubia diferentes actividades de agua (Humedades relativas), con la finalidad de evaluar y encontrar sus condiciones adecuadas de almacenamiento, lo cual asegure su mayor estabilidad, ya que este producto presenta un consumo masivo.

II.

REVISIÓN DE LITERATURA

La mayoría de alimentos poseen en su composición cierto porcentaje de agua, el cual es un componente que sirve como medio para el deterioro o perecibilidad de un alimento, es decir, desarrollo del crecimiento de microorganismos y reacciones hidrolíticas, pero esto no está necesariamente relacionado con el aspecto cuantitativo, ya que existen alimentos con alto

contenido de agua pero con mayor tiempo de vida útil, es por esto que el contenido de agua no es un parámetro fiable como indicador de deterioro. Debido a lo mencionado en el párrafo anterior, se desarrolló un parámetro que sí refleja la intensidad con la que el agua se asocia con varios constituyentes no acuosos, la actividad de agua (a w) (Fennema, 1993). 2.1.- Actividad de agua El agua se dividió en “libre” y en “ligada”; la primera sería la única disponible para el crecimiento de los microorganismos y para intervenir en las otras transformaciones, ya que la segunda está unida a la superficie sólida y no actúa por estar “no disponible o inmóvil”. Es decir, bajo este sencillo esquema, sólo una fracción del agua, llamada actividad del agua, aa, es capaz de propiciar estos cambios y es aquella que tiene movilidad o disponibilidad. Es con base en este valor empírico que se puede predecir la estabilidad y la vida útil de un producto, y no con su contenido de agua; refleja el grado de interacción con los demás constituyentes, además de que se relaciona con la formulación, el control de los procesos de deshidratación y de rehidratación, la migración de la humedad en el almacenamiento y muchos otros factores (Badui, 2006). Se refiere a toda el agua que contiene el alimento sin considerar que la mayoría de los alimentos tiene zonas o regiones microscópicas que debido a altas concentraciones de lípidos o grasas no permiten la presencia del agua obligando a distribuirse en forma heterogénea a través del producto. La actividad del agua determina el grado de interacción del agua en los demás constituyentes de los alimentos y en una forma indirecta del agua disponible para llevar a cabo las diferentes reacciones a los que están sujetas (Fennema, 2010). La aw que es derivada de los principios fundamentales de termodinámica y física-química; se define como la razón de la presión parcial de vapor del agua (P) de un alimento sobre la presión de vapor del agua pura (Po) a una temperatura dada (Labuza, 1980). Si se considera una solución ideal, de las que no existen muchas en alimentos, con solutos en muy reducida concentración, este término puede expresarse de la siguiente manera (Badui, 2006):

Donde: ƒ : fugacidad del disolvente de la solución ƒº: fugacidad del disolvente puro HR: humedad relativa P: presión de vapor del agua del alimento Po: presión de vapor del agua pura Ms: moles de soluto (g/pm) Ma: moles de agua (g/18) P/Po: presión de vapor relativa Sus valores varían desde 1.0 para el agua pura, hasta cero para un producto totalmente seco. La actividad del agua es una propiedad intrínseca y se relaciona de manera no lineal con el contenido de humedad mediante las curvas o isotermas de adsorción y desorción (Badui, 2006).

2.2.- Curvas de isotermas de adsorción Una curva estándar se puede obtener realizando el siguiente experimento repetidas veces: Considérese un alimento con agua, almacenado a una temperatura determinada en una cámara herméticamente cerrada; al cabo de algún tiempo, su presión de vapor provocará la transferencia de moléculas de agua y la cámara adquirirá una humedad relativa constante que estará en equilibrio (sin movimiento en ningún sentido) con el contenido de agua del alimento (Badui, 2006).

Figura 1: Experimento para la obtención de la curva o isoterma de adsorción. FUENTE: Martínez el al. 1999.

Figura 2: Isoterma de adsorción de equilibrio. FUENTE: Casp y Abril. (1999). En el siguiente cuadro se observa algunos datos del porcentaje de humedad de equilibrio a varias humedades relativas de diversos productos, demostrando que efectivamente que ambos parámetros (actividad de agua y la humedad relativa) son directamente proporcionales; sin embargo, estos no tienen una relación lineal.

Figura 3: variación del porcentaje de humedad de equilibrio, o adsorción, de diversos productos al someterlos a atmósferas de humedad relativa creciente. FUENTE: Badui, S. (2006). La actividad de agua posee una dependencia con la temperatura, ya que a medida que la temperatura que aumenta la temperatura, la actividad de agua también lo hace, es por esta razón que el experimento para realizar la curva de adsorción se debe realizar a una temperatura constante. Para ilustrar el efecto de la temperatura en la actividad del agua, considérese un ejemplo hipotético de frutas semi deshidratadas, no esterilizadas, con 45% de humedad, empacadas en cajas de cartón y equilibradas con la atmósfera a 20ºC, como muestra la figura 1.9; durante su envío a los clientes, la temperatura del camión subió a 35ºC y así permaneció por varias horas, de tal manera que la aa se desplazó de 0.42 original a casi 0.8, situación en la que ahora pueden crecer hongos y levaduras, además de propiciarse algunas reacciones de deterioro en detrimento del producto. Dependiendo del alimento, pero como regla general, muy pequeñas fluctuaciones de temperatura pueden ocasionar grandes modificaciones en la actividad del agua (Badui, 2006).

Figura 4: Influencia de la temperatura en las isotermas de adsorción.

FUENTE: Badui, S. (2006). Los valores de las isotermas también pueden determinarse con base en ecuaciones matemáticas, como la de Clausius Clapeyron con la que se calcula la aa a cualquier temperatura cuando se conoce el calor de adsorción-desorción a una humedad constante (Badui, 2006). Su importancia para la ciencia de los alimentos se basa en la capacidad para predecir potenciales cambios en la estabilidad de los productos, a la vez de ser útiles para seleccionar empaques e ingredientes por predecir la humedad máxima a permitir durante el almacenamiento (Madigan et al.,2003). La adsorción de agua ocurre inicialmente por formación de una monocapa BET (Brunawer, Emmett y Teller) en la superficie (esta agua está fuertemente unida a la superficie seca, su fugacidad es baja y en consecuencia, su presión de vapor es reducida), la cual es diferente entre los distintos productos; por ejemplo, la gelatina, la lactosa amorfa y la leche en polvo presentan valores de 0.11, 0.06 y 0.03 g/g de sólido, respectivamente (Badui, 2006), luego de determinada monocapa del producto, si se realiza una agregación de agua se forma una adsorción en multicapa. La adsorción en multicapa de agua consiste en la captación de agua en los poros y espacios capilares, disolución de solutos, y finalmente en el atrapamiento mecánico de agua. Estas fases pueden traslaparse y difieren entre los distintos tipos de alimentos, dependiendo de su composición y estructura (Barbosa, 1997). 2.2.1.- Interpretación de la curva o isoterma de adsorción Una isoterma de adsorción se puede dividir en tres zonas: ● Desde el intervalo de 0