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UNIVE RSIDA D NACIO Facultad de Industrias Alimentarias-Dpto. Ingeniería de Alimentos y Productos Agropecuarios

PRÁCTICA Nº 10 DETERMINACIONES DENSIMÉTRICAS

CURSO: Análisis de alimentos

PROFESOR: Patricia Glorio Paulet

ALUMNOS: Alania Ureta, José Carhuavilca Solano, Ricardo Curasma De La Cruz, Norma Llactacóndor Orccori, Noemí

201 6-

I.

INTRODUCCIÓN

Una característica importante de las partículas, tanto de pequeños, como grandes es su densidad. En el campo de los alimentos es muy importante, debido a que nos facilita la aplicación de muchos procesos alimentarios; además, en líquidos es una característica que define la pureza y calidad del alimento. La densidad es aplicada para sólidos, gases y líquidos. En este último el concepto de densidad es fácilmente aplicable, pero los sólidos en forma particular, como guisantes, polvos, tienen una densidad global, así como una densidad propia; siendo un problema por el volumen de aire presente, expresado como porosidad. En la industria alimentaria es importante conocer la densidad real, por lo tanto, su determinación. Al conocerla nos permite calibrar procesos unitarios y el diseño de maquinarias, por ejemplo, se puede mencionar a los alimentos que contienen un alto grado de humedad como las frutas y verduras, que poseen una densidad cercana al agua. Experimentalmente es complicado hallar la densidad específica de un cuerpo sólido, más aún si se tratase de granos o cereales. Pues de tratarse de un cuerpo líquido, con la ayuda de un picnómetro conocer la densidad se hace muy sencillo. Con las muestras en granos se tendría que realizar la prueba de la probeta, cuyo procedimiento detallado se presentará en este informe. También se puede medir de forma indirecta; calculando la masa y el volumen por separado, y luego se calcula la densidad. El primero se mide habitualmente con una balanza, mientras que el volumen puede medirse determinando la forma del objeto y midiendo las longitudes apropiadas, o mediante el desplazamiento de un líquido, entre otros métodos. El presente informe tiene como objetivo conocer los métodos densimétricos para la respectiva determinación de los alimentos, en este caso, para hallar las densidades del yogurt, néctar de mango, jugo de naranja y papa, que fueron muestras de la práctica.

II.

REVISIÓN DE LITERATURA II.1.

HIDROMETRÍA

Hidrometría es la ciencia de la medición de la gravedad o densidad específica, que se puede hacer uso de varios principios e instrumentos diferentes. En algunos círculos analíticos la hidrometría se considera arcaica, sin embargo, aún es ampliamente utilizada y, con la técnica adecuada, es muy precisa. Las mediciones de la gravedad específica, con varios tipos de densímetros o con un picnómetro, se utilizan comúnmente para las pruebas de rutina de contenido de humedad (o sólidos) de numerosos productos alimenticios como bebidas, salmueras y soluciones de azúcar. Estas se aplican mejor para el análisis de soluciones que consisten en sólo un soluto en un medio de agua (Bradley, 2010). El principio de Arquímedes, afirma que un sólido suspendido en un líquido se mantiene a flote por una fuerza igual al peso del líquido desplazado. El peso por unidad de volumen de un líquido se determina midiendo el volumen desplazado por un objeto de peso estándar. En un hidrómetro hay un peso estándar en el extremo de un vástago, y que desplaza un peso de líquido igual a su propio peso. Por ejemplo, en un líquido de baja densidad, el hidrómetro se hundirá a una mayor profundidad, mientras que en un líquido de alta densidad, no se hundirá tanto. Están disponibles en rangos estrechos y anchos de gravedad específica. El vástago está calibrado para leer la gravedad específica directamente a 15.5 o 20°C. Un hidrómetro no es tan preciso como un picnómetro, pero la velocidad con la que puede hacer un análisis es un factor decisivo. La precisión de las mediciones de gravedad específica se puede mejorar mediante el uso de un hidrómetro calibrado en el intervalo deseado de pesos específicos. Puede ser rudimentario pero sorprendentemente preciso, viene equipado con varias modificaciones dependiendo del fluido a medir (Bradley, 2010):

 Lactómetro Quevenne Se utiliza para determinar la densidad de la leche. Lee de 15 a 40 unidades lactómetro y corresponde a 1,015-1,040 gravedad específica. Para cada grado por encima de 60°F, 0,1 unidad de lactómetro se añade a la lectura, y 0,1 unidad de lactómetro se resta para cada grado por debajo de 60°F.

 Hidrómetro Baumé Se utilizó originalmente para determinar la densidad de las soluciones de sal (originalmente 10% de sal), pero tiene un uso mucho más amplio. A partir del valor obtenido en la escala Baumé, puede convertir a la gravedad específica de los líquidos más pesados que el agua. Por ejemplo, se utiliza para determinar la gravedad específica de la leche se condensada.

 Hidrómetro Brix Es un tipo de sacarómetro utilizado para soluciones de azúcar, tales como zumos de frutas y jarabes y por lo general se lee directamente el porcentaje de sacarosa a 20° C. Los sacarímetros Balling están graduados para indicar el porcentaje de azúcar en peso a 60° F. Los términos de grados Brix y Balling se interpretan como el porcentaje en peso de sacarosa pura.

 Alcoholímetros Se utilizan para estimar el contenido de alcohol de las bebidas. Estos densímetros son calibrados en 0,1 o 0,2° para determinar el porcentaje de alcohol en las bebidas alcohólicas destiladas.

 Hidrómetro Twaddell Es sólo para líquidos más pesados que el agua. II.2.

DIFERENTES FORMASA DE EXRESAR LA DENSIDAD

La densidad se puede expresar de diferentes formas. Por ejemplo, para materiales particulados tales como granos, puede interesar la densidad de las partículas individuales o la densidad global del material que incluye el volumen hueco. Las definiciones más usadas para densidad son: • Densidad verdadera (ρT) es la densidad de una sustancia pura o de un material compuesto calculada a partir de densidades de sus componentes considerando conservación de masa y volumen. • Densidad del sólido (ρs) es la densidad del material sólido (incluyendo el agua), excluyendo los poros que están llenos de aire. Se puede calcular dividiendo el peso de la muestra por el volumen determinado por el método de desplazamiento de gases, en el que el gas es capaz de penetrar en todos los poros hasta el diámetro de la molécula de gas. • Densidad del material (sustancia) (ρm) es la densidad de un material medida cuando el material ha sido roto en trozos pequeños para asegurar que no quedan poros. • Densidad de partícula (ρp) es la densidad de una partícula que no ha sido modificada estructuralmente. Incluye el volumen de todos los poros cerrados pero no los que están conectados externamente. Se puede calcular dividiendo el peso de la muestra por el volumen de la partícula determinado con un picnómetro de gases. • Densidad aparente (ρap) es la densidad de una sustancia incluyendo todos los poros del material (poros internos). La densidad de geometrías regulares se puede determinar a partir del volumen calculado utilizando las dimensiones características y la medición de la masa. La densidad aparente de muestras de forma irregular se puede determinar mediante los métodos de desplazamiento do sólidos o líquidos.

• Densidad global (ρglobal) es la densidad de un material cuando está envasado o apilado a granel. La densidad global de sólidos particulados se mide permitiendo que la muestra se derrame dentro de un recipiente de dimensiones conocidas. Se debe tener especial cuidado puesto que el método del llenado y las dimensiones del recipiente pueden afectar la medición. Depende de la densidad del sólido, de la geometría, del tamaño, de las propiedades superficiales, y del método de la medida. Se puede calcular dividiendo el peso de la muestra por el volumen global. II.3.

DENSIDAD DE LÍQUIDOS Y PESO ESPECÍFICO

La densidad se puede calcular después de medir la masa y el volumen del objeto debido a que está definida como la masa por unidad de volumen. En el sistema SI, la unidad de densidad es kg/m3 (Lewis, 1993). El agua tiene una densidad máxima de 1000kg/m3 a 4°c. Al aumenta la temperatura por encima de 4°C la densidad descenderá. La adición de cualquier sólido, excepto de la grasa, al agua hará aumentar su densidad. El valor de la densidad de una sustancia puede ser usado como una indicación del contenido en materia sólida (Lewis, 1993). No obstante, es a menudo más conveniente medir el peso específico PE de un líquido siendo:

PE=

densidad ρ L del líquido masa del líquido = masa de un volumen igual al agua densidad ρ A del agua

El peso específico es adimensional. El peso específico de un fluido cambia menos que su densidad frente a los cambios de temperatura (Lewis, 1993). Por convención se asume que los sólidos y los líquidos son incomprensibles, es decir, la densidad apenas se ve afectada por los cambios moderados de presión y temperatura. Las densidades de los gases disminuyen a medida que aumenta la temperatura. Mientras que aumenta con el aumento de la presión. Bajo condiciones moderadas la mayoría de los gases obedece la ley de los gases perfectos (Lewis, 1993).

Tabla N°1: Relación entre peso específico, escala Brix y escala Baumé para la sacarosa Lectura Brix

Concentració n

Peso especifico

Lectura Baumé

(°Brix)

(g/l)

20°C

(°Baumé)

0

0

1,0000

0,00

5

50,9

1,0120

2,79

10

103,8

1,0400

5,57

15

158,9

1,0610

8,34

20

216,2

1,0829

11,10

1,1055

13,84

1,1290

16,57

1,1533

19,28

1,1785

21,97

1,2046

24,63

1,2317

27,28

1,2598

29,90

1,2887

32,49

1,3187

35,04

1,3496

37,56

1,3814

40,03

1,4142

42,47

25 30

338,1

35 40

470,6

45 50

614,8

55 60

771,9

65 70

943,1

75 80

1129,4

Fuente: Lewis (1993)

Lewis (1993) también explica que la Balanza de Westphal se utiliza para la determinación de densidades de líquidos más o menos densos que el agua. El brazo más corto termina en una masa compacta P de peso fijo, provista de una aguja que debe ponerse al mismo nivel que otra aguja fija al chasis para obtener el equilibrio. Del extremo del brazo largo pende, mediante un hilo delgado, un buzo de vidrio, que normalmente, lleva incorporado un termómetro para medir la temperatura del líquido cuya densidad de desea medir (si no se dispone de este termómetro, tómese como temperatura la ambiente). En el brazo largo hay marcadas diez muescas, numeradas del 1 al 10; aunque, realmente, esta numeración debe interpretarse como 0.1, 0.2,...,

de modo que el 10 representa la unidad. Cuando el brazo se cuelga en el aire, su peso queda equilibrado por el contrapeso (la balanza está equilibrada). La unidad se elige de modo que, colocado en la división 10, equilibre exactamente la balanza cuando el buzo esté completamente sumergido en agua pura a 15°C (hay dos de éstos), los otros dos tienen, respectivamente una masa de 1/10, 1/100 del unidad. Lewis (1993) menciona que la densidad aparente del producto dependerá de una serie de factores como son la densidad de sus componentes, la geometría, el tamaño, las propiedades de superficie y el método de medida, de esta forma, la medición de la densidad aparente no nos proporcionará la densidad exacta de un alimento, sino más bien una densidad aproximada a la real. Tabla N°2. Conversión de valores de densidad a las escalas Baumé y Twaddell DENSIDAD (g/ml)

LECTURA (°Baumé)

1.00

0.00

0

1.05

6.91

10

1.10

13.18

20

1.15

18.91

30

1.20

24.17

40

1.25

29.00

50

1.30

33.46

60

1.35

37.59

70

1.40

41.43

80

1.45

45.00

90

1.50

48.33

100

1.55

51.45

110

Fuente: Lewis (1993)

III.

MATERIALES Y MÉTODOS

BAUMÉ

LECTURA TWADDELL (°Twaddell)

III.1. Densidad relativa en líquidos a) Hidrómetro

Muestra alimenticia

Materiales

Procedimiento:

* Se transfiere una porcion de la muestra en la probeta. De ahi se medira la temperatura, aproximandose al desimetro.

Luego se pone el desimetro.

Se observara que el desimetro queda flotando en la muestra y se tomara la medida

b) Picnómetro

Muestra alimenticia

Equipo

Materiales

Procedimiento:  Masa del picnómetro vacío



Masa del picnómetro lleno de agua

Lavar con solucion sulfocromic a

Enjuagar con agua destilada, tres veces

Se llena el picnometro con agua destilada Reposar por Una 15 min vez alcanzado los 20°C, en la se retira del baño maria. balanza

Se tapa el picnometro y se lleva a baño maria a 20°C

Se coloca en la balanza por 30min y se pesa, tomando tres repeticiones.



Masa del picnómetro con la muestra

Se enjuaga varias veces con la muestra tomando 5 a 10ml

Despues se llena con la muestra por encima del enrase.

Se tapa el picnometro y se lleva a baño maria a 20°C.

Se coloca en la balanza por 30min y se pesa, tomando tres repeticiones.

III.2.

Peso específico en solidos

Muestra Alimenticia

Materiales

Procedimiento:

Equipo

L

Cortar un trozo de papa y pesarla.

Llenar el recipiente con agua destilada a un volumen conocido Poner el trozo de papa en el recipiente con agua y observar el volumen que la papa ocupo.

IV.

RESULTADOS Y DISCUSIONES



DENSIDAD RELATIVA EN LÍQUIDOS

 Hidrómetro o

Yogurt de fresa

Cuadro 1: Resultado de gravedad específica en el yogurt

PRODUCTO

T (°C)

DENSIDAD (kg/m3)

Yogurt

20

1064

Según Díaz (2004), la densidad del yogurt a 15°C es de 1047 a 1380 kg/m3, hallado por un densímetro Grease (picnómetro). La densidad en este caso se encuentra del rango, teniendo en cuanta que el método usado fue distinto, porque se usó un hidrómetro.

Según Carranza, 2004; la densidad de los productos lácteos reportado a 15 ℃ como gravedad especifica se encuentra entre 1032-1036. Si se toma en cuenta este rango de valor, se ve que el resultado obtenido en el laboratorio es mayor, esta diferencia se explica debido a que la temperatura trabajada en el laboratorio es de 20 ℃ aproximadamente. El valor de la densidad de una sustancia puede ser usado como una indicación del contenido en materia sólida (Lewis, 1993), en el laboratorio se trabajó con el yogurt “Gloria” que tiene un alto porcentaje de solidos totales. Simanca et.al, (2013) nos dice que alta densidad nos indica una elevada cantidad de proteínas sabiendo la importancia de la leche como materia prima ya afectar la calidad del yogurt o de cualquier producto lácteo fermentado, teniendo su efecto en el sabor y aroma; así como en la consistencia del producto

 Picnómetro o

Néctar de durazno Cuadro 2: Resultado de la densidad relativa del néctar de durazno Valor Unidad Densidad rela. Peso de Pic. vacío 27.5695 g Peso de Pic. con H2O 1.0337 77.5278 g Peso de Pic. con jugo 79.2095 g

Según Coronado e Hilario, (2001) la calidad de los néctares está relacionado con los sólidos solubles (°Brix), el cual debe presentar como mínimo 12-18 °Brix a una temperatura de 20°C. Por otro lado, Pachi, (2013) agrega que la densidad relativa del néctar de durazno es de 1.039 el cual no se aleja del hallado en el laboratorio, el cual se presenta en el cuadro 3. Cuadro 3: Propiedades fisicoquímicas de néctar de durazno, mango y manzana.

Fuente: Pachi (2013) o

Jugo de naranja

Determinación de la concentración de la solución azucarada conociendo su densidad (ρ=1.05). 19ºC

1.05

20ºC

12.4

Determinando el factor de corrección 10

0.5

12.4

x

15

0.06

x=0.289

ºBRIX= 12.4 - 0.289= 12.111 

Según la Rojas et al (2012) la densidad a 19 ºC es 1.0506 gr/cm3, valor que se encuentra muy cercano a los valores determinados en la práctica, debido a que la densidad de los jugos naturales tiene una relación directa con los grados Brix se determinó que los grados Brix experimentales fue de 12.11 este valor es muy cercano a lo determinado por la Rojas et al (2012) que reporta valores de 12.963 son grados Brix, de la misma manera la Londoño et al (2006) recalca que mientras más maduros se encuentren los frutos poseen mayor cantidad de sustancias solubles (sacarosa, glucosa, fructosa, etc) por esta razón se incrementa los grados Brix como consecuencia la densidad del jugo y que la temperatura influye a mayor temperatura la lectura podría variar en los grados Brix, con respecto a la densidad pues este disminuye al incrementar la temperatura, dichos enunciados fueron corroborados por la práctica.



PESO ESPECÍFICO EN SÓLIDOS

 Densidad grosera o

Papa Cuadro 3: Densidad grosera experimental de la papa Muestras

Masa (g)

Volumen (ml)

Papa canchan

22.6183

20

Densidad (Kg/m3) 1131

Temperatura (°C) 18

Según Lewis (1993) afirma que los productos como los vegetales, o en nuestro caso los tubérculos (papa), al tener un alto contenido de agua (alrededor de 7580%) sus densidades están próximas al valor de la densidad de agua que es 1.0 g/ml. Esto se confirmó en la práctica con la papa canchan que se obtuvo 1.131 g/ml.

V.

CONCLUSIONES 

VI.

D

BIBLIOGRAFÍA  



 



BRADLEY, R. 2010. Moisture and Total Solids Analysis. En: Food Analysis. Nielsen, S. (Ed.). Springer Science Business Media. Londres, Reino Unido. CORONADO, M.; e HILARIO, R. 2001. Elaboración de néctar. Procesamiento de alimentos para pequeñas y micro empresas agroindustriales. Centro de investigación y desarrollo CIED. Lima, Perú. DÍAZ, B.; SOSA, M. y VÉLEZ, J. 2004. Efecto de la adición de fibra y la disminución de grasa en las propiedades fisicoquímicas de yogur. Revista mexicana de ingeneria química Vol. 3 N° 3. Iztapalapa-México. Revisado el 15 de junio del 2016. Disponible en: www.redalyc.org LEWIS, M. 1993. Propiedades físicas de los alimentos y de los sistemas de procesado. Editorial Acribia. España. Londoño, J., Montoya, G., Guerrero, K., Aristizabal, L., & Arango, G. J. (2006). Los jugos de cítricos inhiben la oxidación de lipoproteínas de baja densidad: relación entre actividad captadora de radicales libres y movilidad electroforética. Revista chilena de nutrición, 33(3), 544-551. PACHI, A.2013. Determinación de parámetros reológicos en bebidas de frutas con diferentes concentraciones de sólidos solubles mediante el uso del equipo universal ta – xt2i. Tesis para obtener el título de ingeniero de alimentos. Universidad técnica de Ambato. Ambato, Ecuador.





VII.

Rojas, J., Gordillo, C., Guerrero, N., Izáziga, N., Laguna, B., & Lázaro, M. (2012). Efecto de la proporción de naranja (Citrus sinensis), papaya (Carica papaya) y piña (Ananas comosus) en la aceptabilidad sensorial de un néctar mixto. Agroindustrial Science, 2(2), 132-138. SIMANCA, M.; ANDRADE, R. y ARTEAGA, M. 2013. Efecto del Salvado de Trigo en las Propiedades Fisicoquímicas y Sensoriales del Yogurt de Leche de Búfalo. Información Tecnológica. Vol.24, No.1. La Serena 2013. Revisado el 16 de junio del 2016. Disponible en: www.scielo.cl/scielo.php

ANEXOS

Anexo1: