UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOSFACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA ,QUIMICA INGENIERIA AGROINDUSTRIALE.A.P DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL

TEMA: Actividad de Agua en los Alimentos. Isotermas.

ASIGNATURA: TECNOLOGIA AGROINDUSTRIAL IIDOCENTE: Mg. Sc. NOEMI BRAVO ARANIBAR

PER - 2015 EL AGUA

QUMICA DEL AGUALos humanos, en una dieta normal, requerimos diariamente de dos litros y medio de agua.Mientras que un elefante necesita entre 130 L a 190 L por da. Para obtener 1 kg de carne de res, se requiere 15 500 L. COMPOSICIN DE AGUA EN ALIMENTOSEl agua es el constituyente predominante en muchos alimentos. En frutas, hortalizas y carnes su presencia mayoritaria contribuye a las caractersticas sensoriales propias de estos alimentos;.Mientras que en otros, su escasa presencia o su casi total ausencia es necesaria para lograr los atributos sensoriales. El agua puede presentarse como un componente intra o extracelular en los productos de origen vegetal y animal. Es medio de dispersin o solvente en una variedad de productos, como medio o fase dispersa en algunos productos emulsificados, como la mantequilla o la margarina. Como medio, en cambio, el agua es un reactante que ayuda a catalizar procesos hidrolticos, reacciones de pardeamiento no enzimtico, actividad enzimtica, adems de favorecer el crecimiento de microorganismos; todos los cuales, representan serios problemas en la agroindustria de alimentos.La turgencia de este tomateest asociada directamente...La textura crocante de esta galleta se debe a su ..

?5Composicin de agua en Alimentos:

ACTIVIDAD DEL AGUAEl agua presente en los tejidos vegetales y animales que al estado natural o modificado, nos sirven de alimento puede estar disponible y se distingue como agua libre y agua ligada.

Agua ligada est fuertemente unida, de tal forma que el estado del agua presente en un alimento es tan importante, para la estabilidad del mismo, como su contenido total.7ACTIVIDAD DE AGUADefinicin: La relacin existente entre la presin parcial de vapor de agua de una solucin de un alimento (P) con respecto a la presin parcial del vapor de agua pura a la misma temperatura (PO ). aw = p/po (1)El sistema ms fcil para tener una medida de la mayor o menor disponibilidad del agua en los diversos alimentos es la aw .LA ACTIVIDAD DEL AGUA DE LAS SOLUCIONES DURANTE LA CONGELACINCuando se congela una solucin relativamente diluida (como se encuentran en los alimentos).La aw de la fase liquida residual depende nicamente de la T.Esta dependencia surge desde que inicia la congelacin.

La explicacin es la siguiente: Desde que comienza la congelacin, se forman cristales de hielo, prcticamente puro, mientras que los solutos restantes en la fase liquida se hacen cada vez ms concentrados.Los microorganismos necesitan agua para realizar sus funciones vitales:crecerreproducirse movilizarseLos alimentos con ms agua disponible son ms perecederos. Ejemplo Frutas y Hortalizas.Los alimentos con menos agua disponible menos perecederos.Ej. Leche fresca respecto a la leche en polvo.

Importancia de la actividad de aguaLa actividad de agua es importante para disear procesos de transformacin de alimentos, por muchas razones. Una de ellas tiene que ver con la estabilidad de los alimentos y la capacidad de poder predecirla.Labuza y su equipo desarrollaron en los aos 1975 un mapa de la estabilidad global cuyo diseo se presenta en la Figura 1. Para las reacciones de pardeamiento no enzimtico y reacciones enzimticas, existe un lmite inferior de aw entre 0,2 y 0,3. Debajo de este lmite la reactividad es 0; por encima, la velocidad de reaccin se incrementa hasta alcanzar un mximo entre 0,6 y 0,8; luego del cual disminuye a 0 a actividades de agua igual a 1. Figura 8. Velocidad de alteracin de alimentos en funcin a la actividad de agua (Labuza ,1975)

Velocidad de deterioro de los alimentos en funcin de la Aw

Figura 2. Velocidad de alteracin de alimentos en funcin a la actividad de agua.Importancia de la actividad de aguaLa oxidacin lipdica muestra una mnima reactividad a aw entre 0,25 a 0,35 e incrementa en velocidad a ambos lados de este rango. El mapa de estabilidad tambin muestra que los mohos pueden crecer a aw por debajo de las levaduras y, stas a su vez, por debajo de las bacterias.Aunque la actividad de agua es un buen indicador de la actividad microbiana que podra darse en un alimento, no es suficiente; puesto que para conocer la tasa de crecimiento microbiano hace falta conocer otros parmetros. Lo que s se sabe es que ninguno de los microorganismos perjudiciales a los alimentos pueden crecer a actividades de agua por debajo de 0,6 . Aunque no pueden crecer, sin embargo, pueden sobrevivir ya que dndoles las condiciones apropiadas volvern a desarrollar sus actividades con normalidad. Dicho esto, es importante conocer la relacin entre el contenido de humedad y la actividad de agua de un alimento. Esta relacin se conoce como isoterma de sorcin de humedad.Actividad de agua, contenido en agua y alteracin microbiana de algunos alimentosValores de awGrmenes inhibidosAlimentos1,00 0,95Bacilos gram, esporas bacterianas y levaduras.Alimentos conteniendo 40% (en peso) de sacarosa; 7% de sal.Ejemplo: Salchichas cocidas, migas de pan, etc.0,95 0,91Cocos, lactobacilos y mohosAlimentos conteniendo 55% (en peso) de sacarosa; 12% de sal.Jamn crudo seco, queso semiduro, etc.0,91 0,87Mayoria de levadurasAlimentos conteniendo 65% de sacarosa; 15% de sal.Salchichn seco y queso duro.Valores de awGrmenes inhibidosAlimentos0,87 0,80Mohos y Staph. AureusHarina de arroz, legumbres secas, etc conteniendo 15 17% de humedad.Ejemplo:Leche condensada (aw0,83) 0,80 0,75Bacterias halfilas.Alimentos con 26% de cloruro de sodio; pasta de almendras. Alimentos con contenido de 15 17% de humedad.Ejemplo: Mermeladas y confituras.0,75 0,65Mohos xerfilosAlimentos que contienen 10% humedad.Ejemplo:Avena 0,65 0,60Levaduras osmfilasFrutas deshidratadas 15 20% de humedad.Caramelos 8% Humedad.Contenido de agua y actividad de aguaEl contenido de agua de un alimento, comnmente conocido como humedad, es la medicin cuantitativa del agua en una muestra y se expresa en base seca y/o base hmeda.La humedad nicamente nos da informacin del contenido de agua de los alimentos.Mientras que, la actividad de agua es un parmetro cualitativo y su objetivo es medir el estado energtico del agua en un sistema.Mientras que con la actividad de agua podemos saber sobre el crecimiento microbiano, estabilidad qumica, propiedades fsicas y vida en anaquel.ISOTERMAS DE SORCINDefinicin:Las isotermas de sorcin son representaciones grficas de la relacin entre el contenido de agua y la actividad de agua para cualquier material a una temperatura constante.Es una curva sigmoidea que generalmente est dividida en tres partes o zonas.Los pocos cientficos dedicados al estudio del agua sostienen que no se debera desarrollar un producto si antes no se ha estudiado exhaustivamente su actividad de agua y su correspondiente isoterma.ISOTERMAS DE SORCINDependiendo de la humedad del alimento y de la presin de vapor relativa del medio en el que se encuentra dicho alimento, se puede denominar a las isotermas como: Isotermas de Adsorcin: Si es determinada experimentalmente a partir de un producto seco, pues lo que se espera es que ste adsorba agua del medio.Isotermas de Desorcin: Si es determinada experimentalmente a partir de un producto saturado en agua o fresco; ya que se espera que pierda agua en humedades relativas bajas.ISOTERMAS DE SORCINLas curvas de adsorcin y desorcin son diferentes, puesto que el secado de un producto (el paso de una aw = 1 a otra < 0,6) entraa modificaciones de estructura y porosidad irreversibles. A partir de esta aseveracin se puede deducir que las isotermas sirven para observar el efecto de diferentes tcnicas de secado sobre la estructura del tejido alimentario.ISOTERMA DE ADSORCINIsoterma de Adsorcin o de Desorcin: Es la curva que indica, en el equilibrio y para una temperatura determinada, la cantidad de agua retenida por un alimento en funcin de la humedad relativa de la atmsfera que le rodea (Cheftel y Cheftel,1999).Las isotermas se obtienen :Primer Mtodo: Colocando un alimento cuyo contenido en agua se conoce, bajo vaco, en un recipiente cerrado y midiendo, despus del establecimiento del equilibrio a una temperatura determinada, la presin de vapor de agua, con la ayuda de un higrmetro . Segundo mtodo: Colocando muestras de un mismo alimento (seco hmedo) en una serie de recipientes cerrados, en los cuales se mantienen por ejemplo: Soluciones salinas (saturadas) cido sulfrico (Diversas concentraciones).Figura 3.Isotermas de adsorcin y desorcin.

ISOTERMA DE DESORCINEl conocimiento de las isotermas de desorcin es importante en el secado de un producto sometido a una corriente de aire caliente y seco, a una determinada temperatura, T, y humedad relativa.La isoterma de desorcin permite calcular el contenido de agua en el equilibrio del producto al final del proceso de secado. La Figura 4 presenta isotermas comunes de los alimentos.Figura 4.Isotermas de sorcin a temperatura ambiente de algunos alimentos.

Factores que afectan la actividad de aguaTemperaturaLas caractersticas de sorcin de los alimentos pueden variar a causa de la temperatura del sistema (Figura 5).El efecto de la temperatura en las isotermas de sorcin ha sido ampliamente estudiado y generalmente el incremento de sta disminuye el contenido de humedad. El efecto de la temperatura sobre las isotermas sigue la ecuacin de ClausiusClapeyron:

Donde Qs es el calor de sorcin del agua en J/mol y R es la constante de los gases (8,314 J/mol K). La energa de unin o calor de sorcin se define como la diferencia entre el calor de adsorcin del agua y su calor latente de condensacin. El calor de sorcin Qs es mayor a bajos contenidos de humedad as como a bajas temperaturas.Tambin, la energa de enlace tiende a cero a altos contenidos de humedad ya que el agua eventualmente se comporta como agua libre.

FIGURA 5.Efecto de la temperatura sobre isotermas de almidn de maz. Barbosa-Cnovas et al. (Ed.) (2007) Water activity in foods.

Composicin del alimentoLa composicin de los alimentos tambin afecta a las propiedades de sorcin.Los componentes bsicos de los alimentos incluyen generalmente protenas, carbohidratos, lpidos y agua. ProtenaLa interaccin agua-protena est influenciada por la composicin o secuencia de aminocidos de las protenas y su fuerza inica; aunque esto puede considerarse de rangos bajos a intermedios de actividad de agua, puesto que a altas actividades de agua, existe influencia de la estructura molecular y del perfil conformacional de la protena.

CarbohidratosLos mono y disacridos, por ser carbohidratos de bajo peso molecular y altamente higroscpicos, influyen significativamente en la actividad de agua de los alimentos.La glucosa, fructosa, sacarosa, lactosa y maltosa, que son algunos de los carbohidratos ms representativos de este grupo, poseen un grupo carbonilo y varios hidroxilos, lo que los hace altamente hidratables o solubles.Los alimentos que poseen una buena proporcin de estas sustancias habrn modificado considerablemente su actividad de agua.GRASAS

El efecto del contenido de grasa sobre la actividad de agua en los alimentos no est muy claro, ya que las grasas son molculas alifticas, que le otorgan su notado carcter insoluble. Esto se ha comprobado, por ejemplo, en un estudio sobre salami, que concluye que las isotermas no se vieron afectadas por el contenido de grasa. Sin embargo, se encontr que la humedad de equilibrio en una determinada actividad de agua disminuy al incrementarse el tenor graso en jamones curados.Se puede decir en general, que las isotermas de sorcin de alimentos con altos tenores grasos muestran una baja capacidad de sorcin. Igualmente, el contenido de humedad de equilibrio disminuye en alimentos con altos tenores grasos a distintos valores de actividad de agua.

A pesar de ser productos crnicos muy similares, sus actividades de agua son diferentes. Eso se debe a las variaciones en la composicin de cada uno de ellos.Figura 6. Isotermas de adsorcin y desorcin mostrando el fenmeno de la histresis.

HISTRESISAJUSTE DE ISOTERMAS PARA LOS MODELOS DE GAB Y BETAJUSTE DE ISOTERMAS PARA LOS MODELOS DE GAB Modelo GABPara ajustar las isotermas al modelo de GAB, haremos uso de los datos que se presentan en Abramovic y Klofutar (2006), quienes obtuvieron las isotermas de dos muestras de goma gelano.Los datos de la siguiente tabla muestran las humedades correspondientes a muestras de goma gelano de alto acilo.AJUSTE DE ISOTERMAS PARA LOS MODELOS DE GAB La formula polinomial del modelo de GAB es:(aw /m) = A(aw)2 + B(aw) + C

que es lo mismo que: y = Ax2 + Bx + C entonces debemos consignar estos componentes para hallar los coeficientes A, B y C por regresin.Soluciones Salinasawm(g/g)aw/m(aw)2ABCYajustadomajustadoAcetato de potasio, CH3COOK0.22450.06413.50230.0504-15.0216.2550.30823.20040.0701Cloruro de magnesio,MgCl20.330.09033.65450.1089-15.0216.2550.30824.03670.0818Nitrato de calcio,Ca(NO3) 20.49970.10814.62260.2497-15.0216.2550.30824.68030.1068Nitrato de amonio,NH4NO30.61830.13524.57320.3823-15.0216.2550.30824.61660.1339Cloruro de sodio,NaCl0.75280.18434.08460.5667-15.0216.2550.30824.03300.1867Cloruro de potasio,kCl0.8640.24583.51510.7465-15.0216.2550.30823.14020.2751Nitrato de potasio,KNO30.92480.34412.68760.8553-15.0216.2550.30822.49490.3707Sulfato de potasio,K2SO40.9730.59161.64470.9467-15.0216.2550.30821.90440.5109Dicromato de potasio,K2Cr2O70.980.5991.63610.9604-15.0216.2550.30821.81290.5406-Los valores de m se dan en base seca (en gramos de agua por gramo de materia seca)Grfico N 01.Ecuacin Polinmica de Segundo Grado.Grfico N 02.IsotermaModelo BETPara ajustar isotermas con el modelo BET hay que considerar que este se aplica nicamente a datos obtenidos en el equilibrio en condiciones de actividad de agua iguales o menores a 0,5.La ecuacin de BET se puede expresar como la ecuacin de una lnea recta:

Donde y es el trmino dependiente ajustado y, a y b son el intercepto y la pendiente, respectivamente, que se obtienen despus del ajuste.

awmeq (g/g)(aw /(1 - aw)m)0.00.0240.00.10.0393.20.20.0664.50.30.0687.20.50.1099.2 Grfico N 03.Ecuacin de la Recta.awmeq (g/g)(aw /(1 - aw)m)abYajustadomajustada0.0000.0240.00000.5818.150.580.0000.1100.0393.16910.5818.152.57650.0480.2300.0664.52580.5818.154.75450.0630.3300.0687.24320.5818.156.56950.0750.5000.1099.17430.5818.159.6550.104Grfico N 04.Isoterma

AnexosSecadores

Secador de BandejasSecador de Lecho FluidizadoBibliografaBADUI, S (2006) Qumica de los alimentos. 4 ed. Edit. Alhambra, Mxico. 716 p.CHEFTEL,J.C.; CHEFTEL,H. Y BESANCON, P. Introduccin a la bioqumica y tecnologa de los alimentos, Volumen I y II. Zaragoza Espaa. Editorial Acribia S.A ; 1999. SUCA APAZA CA, SUCA APAZA GR (2012)Actividad de agua en los alimentos. Boletn de Divulgacin Tecnolgica Agroindustrial. Edit.Cadi SAC, Lima, Per. 32 p.