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• gregorio joel

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DETERMINACIÓN DE ISOTERMA DE SORCION I.

II.

III.

INTRODUCCIÓN: (Dergal, 2013)Dicho con análisis con fines académicos se llevó a cabo empleando la muestra a partir de la leche en polvo “anchor” en la cual fue sometida al respectivo análisis de la isoterma de sorcion. Dicha práctica tuvo una duración 3 semanas, en lo cual consistió someter a las muestras de leche en polvo a temperatura ambiente con humedades relativas diferentes basándose en el empleo de soluciones saturadas. En las cuales los resultados obtenidos se reportan en el presente informe. Los resultados obtenidos fueron comparados con las siguientes bibliografías, en lo cual las muestra de leche en polvo reporta un contenido de humedad de 12.2% posteriormente mediante el modelo GET, presenta un 3.20 gr/ 100gr ms y mediante el modelo GAB, presenta un 2.20gr/100gr ms. Dichos resultados al ser comparados con las bibliografías, muestras bastante relación ante ello podemos decir que la práctica realizada fue desarrollada de forma satisfactoria culminándola después de 3 semanas, midiendo su humedad casa 7 días. OBJETIVOS: Determinar las isotermas de desorción de agua en la leche en polvo “anchor” 2.1 objetivos específicos:  caracterizar la leche en polvo “anchor”, entera (%humedad)  verificar cada solución a diferentes aw.  Determinar los pesos para cada aw y mantener a Temperatura constante REVICION BIBLIOGRÁFICA : 3.1. ACTIVIDAD DEL AGUA DE LOS ALIMENTOS La gran influencia que la actividad del agua (Aw) tiene sobre el crecimiento y actividad metabólica de los microorganismos (incluyendo la producción de toxinas) asi como sobre la velocidad de determinadas reacciones químicas y enzimáticas, ha hecho que numerosos investigadores en todo el mundo se encuentren estudiando la instrumentación y las condiciones mas adecuadas para la determinación de ese parámetro y se este obteniendo el valor Aw en diferentes alimentos. La importancia del conocimiento de la Aw en los alimentos ha inducido a organismos internacionales como la Food Drug administration de los EE.UU. (FDA), al comité de expertos de la FAO OMS, a la dirección sanitaria de la CEE (directiva num. 77/79 de 21/12/76) a recomendar el establecimiento legal de los límites máximos para el valor Aw de los alimentos. Los esfuerzos en esta línea requieren el establecimiento de métodos seguros y precisos para la medida y/o cálculo de la actividad del agua en alimentos. Desde 1970 han sido diversos los artículos escritos sobre las técnicas de determinación de la actividad del agua. http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/awMetDet_1817.pdf

3.1.1. ISOTERMAS DE SORCIÓN

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Una isoterma es una curva que describe, para una temperatura dada, la relación de equilibrio entre la cantidad de agua del alimento y la presión de vapor ó humedad relativa. El término de sorción, se usa para relacionar el comportamiento de un producto, dependiendo de su contenido inicial de humedad, el cual perderá o ganará (adsorber) agua durante el proceso de equilibrio con la atmósfera que rodea al producto. La isoterma de sorción de agua relaciona, a una temperatura constante, el contenido de húmedad con la actividad termodinámica del agua en el producto, en un intervalo dado de humedad o actividad. Es interesante recordar que en el equilibrio de la actividad de agua es igual a la humedad relativa del aire que rodea al producto a una temperatura determinada. Se puede graficar el contenido de agua (humedad) vs. Aw ó HR y dicha gráfica toma el nombre de isotermas de absorción y de sorción. www.unad.com.co/quimicadealimentosunadtorres/vasrgas.pdf

3.2. DISTRIBUCIÓN DEL AGUA EN LOS ALIMENTOS Y SU ACTIVIDAD ACUOSA. 3.2.1. DISTRIBUCIÓN DEL AGUA EN LOS ALIMENTOS En los tejidos animal y vegetal el agua no está uniformemente distribuida debido a los complejos hidratados que se establecen con proteínas, hidratos de carbono, lípidos y otros constituyentes. En general, el contenido de humedad de un alimento se refiere a toda el agua en forma global, sin considerar que en la mayoría de los productos existen zonas o regiones microscópicas que debido a una alta acumulación de lípidos no permiten su presencia y la obligan a distribuirse en forma heterogénea. El citoplasma de las células presenta un alto porcentaje de proteínas capaces de retener más agua que los organelos que carecen de macromoléculas hidrófilas semejantes; para tener un sistema estable los diferentes componentes de los alimentos deben encontrarse en equilibrio entre sí respecto al potencial químico, la presión osmótica y la presión de vapor de agua que desarrollen. Esta situación hace que existan diferentes estados energéticos y de comportamiento fisicoquímico de las moléculas de este disolvente. Es decir, no toda el agua de un producto tiene las mismas propiedades, y esto se puede comprobar fácilmente por las diversas temperaturas de congelamiento que se llegan a observar; generalmente un alimento se congela a -20ºC, pero en estas condiciones una fracción del agua permanece liquida y requiere de temperaturas más bajas, por ejemplo -40ºC, para que solidifique. Este tipo de consideraciones ha llevado a que tradicionalmente se empleen términos como “agua ligada” y “agua libre” como para referirse a la forma y el estado energético que dicho líquido guarde en un alimento. Aunque en realidad no hay una definición precisa para cada una de estas fracciones, se considera que el agua ligada es aquella porción que no se congela en las condiciones normales de congelamiento a -20ºC. Por otra parte, el agua libre es la que se volatiliza fácilmente, se pierde en el calentamiento, se congela primero y es la principal responsable de la actividad acuosa. http://es.scribd.com/doc/146511490/48930744-Quimica-de-Alimentos 3.2.2. ACTIVIDAD ACUOSA Del agua contenida en un alimento dependen las propiedades reológicas y de textura de este, pero también es responsable en gran medida de las reacciones químicas, enzimáticas y microbiológicas, que QUIMICA AGROINDUSTRIAL

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son las tres principales causas del deterioro de un producto. Como se describió más arriba para efectos de simplificación, el agua se dividió en libre y en ligada; la primera sería la única disponible para el crecimiento de los microorganismos o para intervenir en las transformaciones hidrolíticas, químicas, enzimáticas, etc., puesto que la segunda está unida a la superficie sólida y no puede intervenir a estos procesos. Es decir, bajo este esquema solo por una parte del agua es capaz de propiciar estos cambios. Para medir dicha fracción (la primera, la disponible) se acuño el término ‘’actividad acuosa’’, que se viene empleando desde 1953, y que representa el grado de interacción del agua con los demás constituyentes, o la porción que está disponible en un producto para sustentar las reacciones ya mencionadas. Y así con base en este valor se puede predecir la estabilidad de un alimento. (Dergal, 2013) Este término puede expresarse de la siguiente manera: 𝑎=

𝑓 𝑝 𝐻𝑅 𝑀 = = = 𝑓 𝑝 100 𝑀 + 𝑀

Dónde: f= fugacidad en un determinado estado a temperatura T. f= fugacidad en estado estándar a una temperatura T. HR= humedad relativa. P= presión de vapor del agua del alimento. P=precio de vapor del agua pura a T. Ms= moles de soluto (g/pm) Ma= moles de agua (g/18) La actividad acuosa es una propiedad intrínseca de cada alimento y únicamente se relaciona con el contenido de humedad global de dicho alimento por medio de las llamadas curvas o isotermas de adsorción y desorción (Fig. 6); por esta razón, es muy importante no confundir la actividad acuosa con el contenido de agua ya que la relación no es lineal y por ende no significan lo mismo. En la literatura se tiene mucha información sobre la actividad acuosa de un gran número de alimentos en general; sin embargo, mencionaremos que las frutas tienen un valor promedio de 0.983, las hortalizas de 0.985 y la carne de 0.990 contrariamente a estos, los productos deshidratados van de aproximadamente 0.4 a 0.6, mientras que los llamados alimentos de humedad intermedia se ubican entre estos dos grupos extremos. Los enlatados también presentan valores elevados, normalmente en el intervalo de 0.950 a 0.984.

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3.3. ISOTERMAS DE SORCIÓN DE HUMEDAD Los isotermas de sorción de humedad (MSI) son representaciones graficas de p/p0 versus el contenido de agua (expresado como masa de agua por unidad de masa de materia seca) a la misma temperatura constante. La información obtenida con las MSI es útil : (a) en los procesos de concentración y deshidratación porque la RVP está relacionada con la facilidad o dificultad de eliminar agua, (b) para formular mezclas de alimentos evitando la migración de humedad entre los diversos ingredientes, (c) para determinar la impermeabilidad (propiedades barrera antigases) requerida en el material de envasado, (d) para determinar el contenido de humedad que impide el crecimiento de los microorganismos de interés, y (e) para predecir la estabilidad química y física de los alimentos, en función del contenido de agua. Para entender el significado y utilidad de las isotermas de sorción, a veces conviene dividirlas en zonas. A medida que se añade agua (resorción), la composición de la muestra se desplaza de la zona I (seca) hacia la zona III (de alta humedad), difiriendo significativamente las propiedades del agua de cada zona. El agua presente en la zona I de la isoterma es la más fuertemente sorbida y la menos móvil. Esta agua se asocia con los grupos polares accesibles mediante interacciones agua – ion o agua – dipolo, no congela a -40°C, carece de capacidad solvente y no está presente en cantidad suficiente como para ejercer un efecto plastificante sobre el sólido. Se comporta simplemente como parte integrante del sólido. El extremo más húmedo de la zona I (límite entre las zonas I y II) corresponde al contenido de humedad de la ‘’monocapa BET’’ del alimento. El valor de la monocapa BET se aproxima a la cantidad de agua necesaria para formar una monocapa sobre los grupos altamente polares y accesibles de la materia seca. En el caso del almidón, esto supone una HOH por unidad de anhidroglucosa. El agua de la zona I constituye una fracción diminuta del agua total presente en un alimento de alta humedad. El agua añadida en la zona II ocupa los sitios de la primera capa que aún permanecen libres. Esta agua se asocia con las moléculas de agua vecinas y las moléculas de soluto fundamentalmente (primariamente) por enlaces de hidrogeno, es ligeramente menos móvil que el agua de la fase masiva y la mayoría no congela a -40°C. El agua añadida en la vecindad del extremo de baja humedad de la zona II, ejerce una significativa acción plastificadora sobre los solutos, reduce sus temperaturas de transición vítrea y causa el hinchamiento incipiente de la matriz sólida. Esta acción, asociada con el comienzo de los procesos de solución, conduce a una aceleración en la velocidad de la mayoría de las reacciones. El agua de las zonas I y zona II normalmente constituye menos del 5% del agua de un producto alimenticio rico en humedad. QUIMICA AGROINDUSTRIAL

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En la vecindad del límite de las zonas II y III, el agua es suficiente para completar una cubierta de hidratación de monocapa verdadera, en torno a macromoléculas tales como las proteínas globulares, siendo también suficiente para reducir la temperatura de transición vítrea de las macromoléculas hasta que se igualen la temperatura de la muestra. La ulterior adición de agua (zona III) causa una transición vítreo-elástica (glass-rubber) en muestras que contienen regiones vítreas, un descenso muy grande de la viscosidad y un gran aumento de la movilidad molecular, con el incremento correspondiente en las velocidades de muchas reacciones. Esta agua es congelable, tiene capacidad solvente y es fácilmente utilizable por los microorganismos para su actividad biológica, crecimiento y multiplicación. El agua de la zona III es la denominada agua de la fase masiva. Si se añade más agua, esta tendrá las propiedades del agua de la fase masiva y no alterara las propiedades de los solutos existentes. En geles o sistemas celulares, el agua de la fase masiva esta físicamente atrapada de forma que se impide el flujo macroscópico (goteo o exudación). En todos los restantes aspectos, esta agua tiene propiedades similares a las del agua de una solución salina diluida. Esto es razonable, puesto que una molécula de agua típica, añadida en la zona III, es ‘’aislada’’ de potenciales interacciones con las moléculas de solutos por varias capas de moléculas de agua de la zona I y la zona II. El agua de la fase masiva de la zona III, tanto atrapada como libre, normalmente constituye más del 95% del agua total de los alimentos ricos en humedad. Los importantes efectos que estas diferencias inducidas por los solutos, en las propiedades del agua, tienen sobre la estabilidad de los alimentos, se discutirá posteriormente. Hasta aquí, basta saber que la fracción ‘’más móvil’’ del agua existente en cualquier muestra de alimento es la determinante de su estabilidad. http://es.scribd.com/doc/129492518/Fennema-Quimica-de-los-alimentos

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3.4. DETERMINACIÓN DE LAS CURVAS DE ADSORCIÓN Y DE DESORCION Prácticamente la isoterma de adsorción de un producto representa la cinética con la que adsorbe la humedad del medio que la rodea y con la que se hidrata; es muy importante conocer esto ya que, por ejemplo, refleja el comportamiento de la leche deshidratada almacenada en atmosferas húmedas; de manera semejante, la isoterma de desorción equivale al proceso de deshidratación. Por estas razones, es muy importante conocer estas curvas, ya que con base en ellas se pueden estructurar sistemas de almacenamiento, secado, rehidratación, etc, y determinar la estabilidad de un gran número de alimentos, tales como granos, frutas, hortalizas, cárnicos, etc. ACTIVIDAD ACUOSA DE ALGUNOS ALIMENTOS. Tabla N°1 aw aw Frutas Verduras jugos Huevo Carne Hueso

0.97 0.97 0.97 0.97 0.97 0.96

Pan Mermeladas Frutas secas Miel Galletas, cereales Azúcar

0.96 0.86 0.80 0.7 5 0.10

Para su elaboración es preciso calcular el contenido de humedad y la actividad acuosa; para lo primero se utilizan los métodos tradicionales y conocidos y para la aa se pueden emplear diferentes sistemas 35.42 basados en las mediciones manométricas de la presión de vapor, de la temperatura de rocío, el abatimiento del punto de congelamiento, las temperaturas de bulbo húmedo y bulbo seco etc. En los laboratorios que no cuentan con estos instrumentos, las isotermas de adsorción y de desorción se determinan gravimétricamente; para esto, se colocan muestras del alimento en distintas cámaras cerradas en cuyo interior se generan atmósferas con una humedad relativa conocida y estable. De esta forma, al alcanzar el equilibrio con la humedad del aire, se determina el contenido de agua del alimento con lo que se obtiene un par de valores que se pueden graficar; la operación se repite con tantas humedades como se considere necesario. Dichas atmósferas de humedad constante se logran con el empleo de soluciones saturadas de algunas sales que generan HR conocidas; por ejemplo, la del NaCi produce HR = 75% en el espacio de cabeza del recipiente en que se encuentre; del igual manera, las disoluciones de K2Co3, NaNO2, KCI y K2SO4, generan HR de 43%, 65%, 85% y 97%, respectivamente; es decir, cada compuesto tiene la capacidad de reducir la aa de manera diferente. En la literatura existe mucha información sobre los valores de la HR para distintas sales, pero existen discrepancias en algunos de los compuestos. Con estas consideraciones, cuando se desea obtener la curva de adsorción se utiliza el alimento seco con soluciones salinas de HR altas, y cuando se quiere determinar la de desorción, se usa el alimento húmedo con HR bajas. También hay diversos métodos teóricos para llevar a cabo el cálculo de la aa para cada solución salina.

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Igualmente los valores de las isotermas pueden determinarse con base en ecuaciones matemáticas, como lo es la relación Clausius Clapeyron con la que se predice la aa a cualquier temperatura (T, ºK) cuando se conoce el calor de adsorción-desorción (Qs) a una humedad constante. (Dergal, 2013)

De hecho, se han propuesto más de 75 modelos matemáticos para representar las isotermas de diversos alimentos que se han dividido en cuatro grandes categorías; entre ellos destacan los representados por las ecuaciones de Langmuir, de BET, de Anderson Guggenheim, de Cheng y de Pfost, de Iglesia y Chirife, de Bradley, de Smith, de Henderson, etc. La cinética de adsorción e los polvos es muy importante, ya que con base en ella se tiene que diseñar el empaque y determinar las condiciones de almacenamiento; aunque cada producto se hidrata de manera diferente, esto se puede modificar con la ayuda de aditivos o manipulando las condiciones de procesamiento que se usan en su elaboración. En un mismo alimento se observan diferentes patrones de adsorción; por ejemplo, la albúmina del huevo se hidrata más rápidamente cuando no contiene la yema, posiblemente porque en ésta existen lípidos que rechazan el agua; la influencia de los hidratos de carbono también desempeña un papel muy importante en este comportamiento. (Dergal, 2013) 3.5. DETERMINACIÓN DE LA ISOTERMA Pese aproximadamente 1 a 2 g de muestra previa y convenientemente desmenuzada (triturada, rodajada, cortada, molida, etc.) en una balanza analítica. Utilice una placa Petri lavada y seca. Repita el pesado de tal manera que tenga tres placas por cada solución saturada utilizada. Registre los datos del peso hasta una sensibilidad de 0,1 mg. Coloque cuidadosamente las placas en los desecadores. De manera opcional, puede colocar un pequeño tubo de ensayo conteniendo tolueno, azida de sodio, acetato de fenilo o timol dentro de los desecadores para prevenir el crecimiento microbiano, sobre todo en desecadores con soluciones saturadas de alto valor de actividad de agua (> 0,75). Cierre herméticamente los desecadores y colóquelos en la estufa a la temperatura de levantamiento de la isoterma. Pese cuidadosamente las placas con muestras a intervalos de 2 a 3 días hasta que alcance el equilibrio. Esto toma generalmente 10 días a actividades de agua menores que 0,75 y 21 días para actividades de agua mayores de 0,75. Por otro lado, es importante determinar el contenido de humedad del producto del que se desea determinar su isoterma. Para ello, siga algún protocolo de determinación de humedad y obtenga el valor por triplicado (Suca,). 3.6. REQUISITOS DE LA LECHE EN POLVO La norma técnica colombiana define a la leche en polco como un producto que se obtiene por eliminación de agua de constitución de la leche entera, parcialmente descremada o descremada previamente higienizada. Dentro de los requisitos son los siguientes: Norma Técnica Colombiana NTC 1036, Requisitos Leche en polvo QUIMICA AGROINDUSTRIAL

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Tabla N°2

IV.

MATERIALES Y MÉTODOS 4.1. MATERIALES:      

Agua destilada Soluciones sobresaturadas de sales Espátula Marcadores Balanza analítica Leche en polvo

4.2. METODOLOGÍA:  Se peso 2 gramos de muestra del alimento ( leche en polvo ) para determinar el pH y la humedad .  Se coloca cada 2 gramos en cada campana que contiene diferentes sales durante 3 semanas controlando cada 7 dias la humedad. QUIMICA AGROINDUSTRIAL

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 Se construyó la isoterma graficando la humedad de equilibrio M vs Aw utilizando los cuadros que se demuestran en los resultados V.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN: 5.1 RESULTADOS En el cuadro nos muestra el resultado obtenido en el cual requirió la práctica para evaluar y determinar la isoterma. Cuadro N° 3 aw % humedad Leche en “anchor “

polvo 0.2326

5.12

Leche en polvo “anchor “

0.2326

Cuadro N° 4 Peso de la muestra + el vaso 1 semana 2.00gr

1. Cloruro de litio 2. Acetato de potasio

0.112 0.234

2.8798 2.9845

2.8792 3.0125

3. Cloruro de magnesio

0.333

2.9188

2.9625

4. Nitrato de sodio

0.693

2.9166

3.1307

5. Cloruro de estroncio

0.741

2.8858

3.4125

3.4756

6. Cloruro de sodio

0.756

2.8736

3.0643

3.0686

7. Sulfato de amonio

0.817

2.9352

3.2203

8. Cloruro de potasio

0.859

3.1564

3.2012

9. Cloruro de bario

0.91

2.8922

3.4415

10. Sulfato de potacio

0.979

2.9884

3.8465

aw

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Segunda semana

Tercera semana

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VI.

CONCLUSIONES : En la presente práctica realizada sobre la determinación de sorcion consiste en análisis sobre la absorción de la leche en polvo que se llevó en una semana y 7 días; con toda normalidad

VII.

ANEXOS:

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