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“"Año de la lucha contra la corrupción e impunidad”

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÌN ESCUELA PROFESIONAL DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS CURSO: FISICOQUÍMICA DE ALIMENTOS INFORME DE LABORATORIO PRÀCTICA N°2: “DETERMINACIÓN DE POROSIDAD EN LOS ALIMENTOS”

DOCENTE: Ing. ARTURO ALATRISTA CORRALES ALUMNA: RODRIGUEZ RIVERO JANE ARAVELLA

AREQUIPA – PERU 2019

Laboratorio de Fisicoquímica de Alimentos – Turno: Jueves 14:00 a 15:40

PRACTICA N°2 DETERMINACIÓN DE POROSIDAD EN LOS ALIMENTOS I.

RESUMEN DE LAS IDEAS CLAVES La porosidad de un alimento solido (por ejemplo, los granos de cereal) es una propiedad que afecta a su almacenamiento y se define como el volumen de aire referido al volumen aparente (volumen total) del alimento. En este articulo docente se muestra un método sencillo de determinación de la porosidad de un producto alimentario (el arroz), previa determinación de su densidad aparente y su densidad real. Ambas densidades se determinan por separado, y utilizando un pequeño cálculo se obtiene finalmente la porosidad del producto.

II.

INTRODUCCIÓN La densidad es una propiedad básica de cualquier producto, y se define como su masa por unidad de volumen. Las unidades más comunes de la densidad son g/ml y kg/m3. En el caso de alimentos porosos tales como granos, es necesario especificar si se esta haciendo referencia a su densidad aparente o real. La densidad aparente es el cociente entre la masa del producto y el volumen parante del mismo (volumen incluyendo los huecos entre los granos). Por otro lado, la densidad real es el cociente entre la masa del producto y su volumen real (volumen excluyéndolos huecos entre los granos). 𝜌𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 = 𝑉

𝑚

𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒

𝜌𝑟𝑒𝑎𝑙 = 𝑉

𝑚

𝑟𝑒𝑎𝑙

Puesto que el volumen aparente siempre será superior al volumen real, la densidad real siempre será mayor que la densidad aparente. Una vez conocidas ambas densidades, se puede llevar a cabo el cálculo de la porosidad (𝜀) aplicando la ecuación: 𝜌𝑟𝑒𝑎𝑙 − 𝜌𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 𝜀= 𝜌𝑟𝑒𝑎𝑙

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III. OBJETIVOS 

Analizar los fundamentos del método de las probetas para la determinación de la densidad aparente de un producto sólido poroso.



Analizar los fundamentos del método del picnómetro para la determinación de la densidad real de un producto sólido poroso.



Adquirir la capacidad de calcular la porosidad de un producto poroso partiendo de los datos necesarios (densidad aparente y real).

IV. FUNDAMENTO TEÓRICO Porosidad. Se define como la fracción de volumen de aire ocluido dentro del poro del producto biológico (Bacca), la porosidad es la relación entre la densidad aparente (ρa) y la densidad real (ρr). Métodos Para La Determinación De La Porosidad Existe varios métodos para determinar la porosidad, los cuales fueron subdivididos por Collins (1961) [44] y Scheidegger (1974) [45] en las siguientes categorías: a) Método directo: Este método consiste en la medición del volumen de una muestra porosa y entonces de alguna manera destruir los huecos y medir solo el sólido. b) Método óptico: la porosidad de una muestra es igual a la “porosidad areal”. La porosidad areal es determinada por secciones pulidas de la muestra. Es frecuentemente necesario impregnar los poros con algún material como: cera, plástico o algún otro material para hacer los poros más visibles para distinguirlos entre poros interconectados o no interconectados. Este método puede tener muchas variaciones con otros métodos debido a que poros pequeños a lo largo de poros grandes son difíciles de cuantificar y sugieren errores. c) Método de imbibición: Este método consiste en sumergir un medio poroso completamente saturada con el líquido humectante, una medición del desplazamiento volumétrico en el mismo liquido humectante da directamente el valor del volumen de la muestra. Desde el volumen de la muestra y el poro, la porosidad puede ser directamente determinada. Imbibición si es hecha con

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suficiente cuidado, será el mejor valor de la porosidad efectiva (catarina.udlap). V.

MATERIALES Y MÉTODOS 5.1.Materiales -

Picnómetro 50 ml, 100 ml

-

Probeta

-

Campana de desecación

-

Muestra de alimentos:  300 g de arroz  300 g de maíz  300 g de azúcar  Otros

5.2. Metodología a) Determinación y cálculo de la densidad aparente La determinación de la densidad aparente de un sólido poroso como el arroz es relativamente sencilla, puesto que i plica la medida de su volumen aparente (su volumen total, incluyendo los huecos entre los granos). Bastaría entonces dividir una cierta masa de muestra entre el volumen aparente de es misma muestra. Con el fin de estandarizar la determinación, se hace necesario el grado máximo de compactación de los granos. Describiendo el proceso paso a paso: se toma una probeta y se determina su masa (mprobeta). Se vierte en la misma una cierta masa de arroz y se vuelve a pesar el conjunto (mprobeta+muestra). Se golpea la probeta en su base rítmicamente unas 20 veces para conseguir la compactación de la muestra y finalmente se mide el volumen ocupado por la muestra en la probeta (Vaparente). La densidad aparente se calcula como: 𝑚𝑝𝑟𝑜𝑏𝑒𝑡𝑎+𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 − 𝑚𝑝𝑟𝑜𝑏𝑒𝑡𝑎 𝜌𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 = 𝑉𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 b) Determinación de la densidad real Con el fin de determinar la densidad real, se utiliza el método del picnómetro. Un picnómetro es un recipiente de vidrio con tapa como el que se puede observar en la Fig. 1. Su tapa cuenta con tubo capilar abierto a la atmosfera que permitirá que el llenado se haga del mismo modo 4

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(completando el volumen del picnómetro). El cuello del picnómetro es de vidrio esmerilado para favorecer el cierre. Por su forma, en el enrasado pueden quedar burbujas alojadas bajo el esmerilado, lo que habrá de evitarse. Enrasar el picnómetro significa llenarlo completamente, evitando la formación de burbujas en su interior. Al cerrarlo, el nivel del líquido utilizado (agua) subirá por el capilar y rebosará, quedando el capilar también lleno de agua. Una vez el agua haya rebosado, habrá que secar el picnómetro por fuera antes de pesarlo. Para determinar la densidad real de un producto poroso como el arroz se necesita la masa del picnómetro en cuatro situaciones diferentes. Todas las masas deben determinarse en balanza analítica y con tapa. 1. Pesar el picnómetro vacío y anotar su masa (mp) 2. Añadir una cierta masa de muestra y anotar la masa del conjunto (mp+a) 3. Cubrir con agua y someter el conjunto a baja presión en un desecador conectado a una bomba de vacío. De este modo se consigue desgasificar (eliminar burbujas de aire alojadas entre los granos de muestra), completar el llenado con agua (fluido de referencia) y enrasar. Anotar la masa (mp+a+w) 4. Llenar el picnómetro de agua y enrasar. Pesar y anotar su masa (mp+w).

Fig. 1: Picnómetro de vidrio

Una vez determinados los cuatro datos necesarios, se puede hallar la densidad real del arroz. c) Cálculo de la densidad real Veamos los cálculos necesarios para hallar la densidad real del producto poroso. La Fig.2 muestra de manera visual los daros que se tienen.

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La Fig.3 muestra de manera visual el cálculo necesario para obtener la masa de agua desplazada por los granos de arroz (m). la diferencia entre mp+a y mp dará la masa de arroz utilizada. Si se resta este valor a mp+a+w se obtendrá la masa de un picnómetro que no está totalmente lleno de agua, sino que tiene huecos correspondientes a los granos de arroz. Esta masa se reata a mp+w para determinar la masa de agua que ocuparía el mismo volumen que ocupa los granos de agua o lo es lo mismo, la masa de agua desplazada por los granos de arroz (m).

Así pues, se acaba de deducir que m se calcula según la ecuación: 𝑚 = 𝑚𝑝+𝑤 − [𝑚𝑝+𝑚+𝑤 − (𝑚𝑝+𝑚 − 𝑚𝑝 )] Una vez determinada la masa de agua desplazada (m), se calcula el volumen ocupado por los granos de arroz (Vreal) según la ecuación:

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𝑉𝑟𝑒𝑎𝑙 =

𝑚 𝜌𝑤

Finalmente, se halla la densidad real de la muestra dividiendo la masa de la muestra (𝑚𝑝+𝑚+𝑤 )entre el volumen real del mismo. Como conclusión de este apartado, el método del picnómetro ha permitido el calculo de la densidad de un producto poroso a través de la determinación de la masa de agua desplazada por la muestra. d) Cálculo de la porosidad Una vez determinadas la densidad real y la densidad Parente del producto poroso, el calculo de la porosidad es muy sencillo y se lleva a cabo utilizando la ecuación: 𝜀=

𝜌𝑟𝑒𝑎𝑙 − 𝜌𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 𝜌𝑟𝑒𝑎𝑙

VI. RESULTADOS Y DISCUSIONES Datos experimentales Peso probeta vacía=142.90 gr Peso picnómetro vacío=25.63 Volumen de probeta=100 ml Ítem

Pesos

Peso

Peso

probeta

Peso

Peso

+ picnómetro + picnómetro picnómetro

muestra (gr)

muestra (gr)

+ agua (gr)

Muestra

+ muestra + agua (gr)

1

Maíz

194.75

26.92

50.72

50.86

2

Arroz

228.27

28.84

50.72

51.75

3

Azúcar

233.62

33.76

50.72

53.72

Muestra 1: Maíz Densidad aparente: 𝜌𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 =

𝑚𝑝𝑟𝑜𝑏𝑒𝑡𝑎+𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 − 𝑚𝑝𝑟𝑜𝑏𝑒𝑡𝑎 𝑉𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒

𝜌𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 =

194.75 − 142.90 100

𝜌𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 = 0.5185 𝑔𝑟⁄𝑚𝑙 = 518.6 𝑘𝑔⁄𝑚3 Densidad real: 7

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𝑚 = 𝑚𝑝+𝑤 − [𝑚𝑝+𝑚+𝑤 − (𝑚𝑝+𝑚 − 𝑚𝑝 )] 𝑚 = 50.72 − [50.86 − (26.92 − 25.63)] 𝑚 = 1.15 𝑔𝑟 (masa del agua desplazada) Masa del maíz= 𝑚𝑝+𝑚 − 𝑚𝑝 = 26.92 − 25.63 = 1.29 𝑔𝑟 𝜌𝑎𝑔𝑢𝑎 (22°𝐶) = 997.86 𝑘𝑔⁄𝑚3 𝑉𝑟𝑒𝑎𝑙 = 𝑉𝑟𝑒𝑎𝑙 =

𝑚 𝜌𝑤

0.00115 𝑘𝑔 997.86 𝑘𝑔⁄𝑚3

𝑉𝑟𝑒𝑎𝑙 = 1.15𝑥10−6 𝑚3 𝜌𝑟𝑒𝑎𝑙 =

𝑚𝑚𝑎í𝑧 0.00129 𝑘𝑔 = 𝑉𝑚𝑎í𝑧 1.15𝑥10−6 𝑚3

𝜌𝑟𝑒𝑎𝑙 = 1112.73 𝑘𝑔⁄𝑚3 Cálculo de la porosidad: 𝜀=

𝜌𝑟𝑒𝑎𝑙 − 𝜌𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 𝜌𝑟𝑒𝑎𝑙

𝜀=

1112.73 − 518.6 1112.73 𝜀 = 0.534

Entonces, si comparamos los valores obtenidos de la densidad real con la densidad aparente nos daremos cuenta que la densidad real dobla el valor de la densidad aparente, haciendo que la densidad aparente sea un valor inexacto. 𝐸% = |

𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑏𝑖𝑏𝑙𝑖𝑜𝑔𝑟á𝑓𝑖𝑐𝑜 − 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 | ∗ 100 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑏𝑖𝑏𝑙𝑖𝑜𝑔𝑟á𝑓𝑖𝑐𝑜 518.6 − 1112.73 𝐸% = | | ∗ 100 518.6 𝐸 = 144.56%

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Muestra 2: Arroz Densidad aparente: 𝜌𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 =

𝑚𝑝𝑟𝑜𝑏𝑒𝑡𝑎+𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 − 𝑚𝑝𝑟𝑜𝑏𝑒𝑡𝑎 𝑉𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒

𝜌𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 =

228.27 − 142.90 100

𝜌𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 = 0.8537 𝑔𝑟⁄𝑚𝑙 = 853.7 𝑘𝑔⁄𝑚3 Densidad real: 𝑚 = 𝑚𝑝+𝑤 − [𝑚𝑝+𝑚+𝑤 − (𝑚𝑝+𝑚 − 𝑚𝑝 )] 𝑚 = 50.72 − [51.75 − (28.84 − 25.63)] 𝑚 = 2.18 𝑔𝑟 (masa del agua desplazada) Masa del arroz= 𝑚𝑝+𝑚 − 𝑚𝑝 = 28.84 − 25.63 = 3.21 𝑔𝑟 𝜌𝑎𝑔𝑢𝑎 (22°𝐶) = 997.86 𝑘𝑔⁄𝑚3 𝑉𝑟𝑒𝑎𝑙 = 𝑉𝑟𝑒𝑎𝑙 =

𝑚 𝜌𝑤

0.00218 𝑘𝑔 997.86 𝑘𝑔⁄𝑚3

𝑉𝑟𝑒𝑎𝑙 = 2.18𝑥10−6 𝑚3 𝜌𝑟𝑒𝑎𝑙 =

𝑚𝑎𝑟𝑟𝑜𝑧 0.00321 𝑘𝑔 = 𝑉𝑎𝑟𝑟𝑜𝑧 2.18𝑥10−6 𝑚3

𝜌𝑟𝑒𝑎𝑙 = 1472.78 𝑘𝑔⁄𝑚3 𝜌𝑟𝑒𝑎𝑙 > 𝜌𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 Cálculo de la porosidad: 𝜀=

𝜌𝑟𝑒𝑎𝑙 − 𝜌𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 𝜌𝑟𝑒𝑎𝑙

𝜀=

1472.78 − 853.7 1472.78 𝜀 = 0.420 9

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𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑏𝑖𝑏𝑙𝑖𝑜𝑔𝑟𝑎𝑓𝑖𝑐𝑜 − 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 𝐸% = | | ∗ 100 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑏𝑖𝑏𝑙𝑖𝑜𝑔𝑟𝑎𝑓𝑖𝑐𝑜 853.7 − 1472.78 𝐸% = | | ∗ 100 853.7 𝐸 = 72.52% La comparación porcentual entre la densidad aparente y la densidad real es alta, demostrando una vez más que el valor de la densidad aparente es inexacto. Muestra 3: Azúcar Densidad aparente: 𝜌𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 =

𝑚𝑝𝑟𝑜𝑏𝑒𝑡𝑎+𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 − 𝑚𝑝𝑟𝑜𝑏𝑒𝑡𝑎 𝑉𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒

𝜌𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 =

233.62 − 142.90 100

𝜌𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 = 0.9072 𝑔𝑟⁄𝑚𝑙 = 907.2 𝑘𝑔⁄𝑚3 Densidad real: 𝑚 = 𝑚𝑝+𝑤 − [𝑚𝑝+𝑚+𝑤 − (𝑚𝑝+𝑚 − 𝑚𝑝 )] 𝑚 = 50.72 − [53.72 − (33.76 − 25.63)] 𝑚 = 5.13 𝑔𝑟 (masa del agua desplazada) Masa del azúcar= 𝑚𝑝+𝑚 − 𝑚𝑝 = 33.76 − 25.63 = 8.13 𝑔𝑟 𝜌𝑎𝑔𝑢𝑎 (22°𝐶) = 997.86 𝑘𝑔⁄𝑚3 𝑉𝑟𝑒𝑎𝑙 = 𝑉𝑟𝑒𝑎𝑙 =

𝑚 𝜌𝑤

0.00513 𝑘𝑔 997.86 𝑘𝑔⁄𝑚3

𝑉𝑟𝑒𝑎𝑙 = 5.14𝑥10−6 𝑚3 𝜌𝑟𝑒𝑎𝑙 =

𝑚𝑎𝑧ú𝑐𝑎𝑟 0.00513 𝑘𝑔 = 𝑉𝑎𝑧ú𝑐𝑎𝑟 5.14𝑥10−6 𝑚3

𝜌𝑟𝑒𝑎𝑙 = 998.05 𝑘𝑔⁄𝑚3 10

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𝜌𝑟𝑒𝑎𝑙 > 𝜌𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 Cálculo de la porosidad: 𝜀=

𝜌𝑟𝑒𝑎𝑙 − 𝜌𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 𝜌𝑟𝑒𝑎𝑙

𝜀=

998.05 − 907.2 998.05 𝜀 = 0.091

𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑏𝑖𝑏𝑙𝑖𝑜𝑔𝑟𝑎𝑓𝑖𝑐𝑜 − 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 𝐸% = | | ∗ 100 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑏𝑖𝑏𝑙𝑖𝑜𝑔𝑟𝑎𝑓𝑖𝑐𝑜 907.2 − 998.05 𝐸% = | | ∗ 100 907.2 𝐸 = 10.01% En el caso de la muestra de azúcar la comparación porcentual entre la densidad aparente y la densidad real es aceptable. Esto porque la muestra de azúcar al ser granos más pequeños los espacios entre cada grano es mucho menor; en este caso la densidad aparente si nos da un valor más cercano al real. Discusión: Según nuestra bibliografía, en el caso de alimentos porosos tales como granos, es necesario especificar si se está haciendo referencia a su densidad aparente o real. La densidad aparente es el cociente entre la masa del producto y el volumen aparente del mismo (volumen incluyendo los huecos entre los granos). Por otro lado, la densidad real es el cociente entre la masa del producto y su volumen real (volumen excluyéndolos huecos entre los granos). Mientras más grande sea el grano mayor será la diferencie entre la densidad aparente y la densidad real, para esto es necesario hacer los cálculos correspondientes para determinar con mayor exactitud la porosidad de la muestra. Esto se debe a que al medir el volumen aparente los huecos contenidos entre grano y grano serán más grandes.

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En el caso de la muestra de azúcar la densidad aparente es cercana al valor de la densidad real, esto nos indica que los huecos formados entre grano y grano de menor proporción. VII. CONCLUSIONES 

Logramos analizar los fundamentos del método de las probetas para la determinación de la densidad aparente de las muestras porosas.



Determinamos los fundamentos del método del picnómetro para la determinación de la densidad real de las muestras.



Conseguimos adquirir la capacidad de calcular la porosidad de un producto poroso partiendo de los datos necesarios (densidad aparente y real).



Determinamos la exactitud de la densidad aparente según el tipo de producto.

VIII. BIBLIOGRAFÍA

(s.f.). Obtenido de catarina.udlap: http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lim/davila_n_jr/capitulo6.pdf Bacca, A. A. (s.f.). Estudio del efecto del tratamiento de osmodeshidratación con sacarosa e inulina sobre la porosidad del banano (Variedad Antigua). Universidad Nacional Colombia Sede ManizaleS, 3.

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IX. ANEXOS Anexo1: Galería Fotográfica

Imagen 1: Muestra de maíz en probeta

Imagen 4: Picnómetro con maíz y agua

Imagen 2: Muestra de arroz en probeta

Imagen 3: Muestra de azúcar en probeta

Imagen 5: Picnómetro con arroz y agua

Imagen 6: Picnómetro con azúcar y agua

Anexo 2: La densidad del agua a diferentes temperaturas La densidad del agua es muy usada como patrón de densidades y volúmenes de otras sustancias y compuestos. Una propiedad importante de la densidad del agua es que es muy estable, ya que esta varía muy poco a los cambios de presión y temperatura. En esta tabla presentamos las densidades del agua a diferentes temperaturas, expresados en Kg/m3.

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Fuente: https://www.fullquimica.com/2012/04/densidad-del-agua.html

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