practica 1 - biblioteca upibi - Instituto Politécnico Nacional

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE
BIOTECNOLOGÍA
CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS II
PRÁCTICA No. 1
DETERMINACIÓN DE AW Y DE LAS CONDICIONES DE EQUILIBRIO
PARA EL ALMACENAMIENTO DE GRANOS
1. OBJETIVOS
El alumno:
1.1. Determinará los puntos de equilibrio de sorción del agua por medio de
la relación con el contenido de agua del grano y por ende las actividades
acuosas por medio de la técnica gravimétrica estática.
1.2.
Caracterizará la isoterma de adsorción de granos de cereales.
1.3. Aplicará los modelos de las isotermas de sorción mediante las
ecuaciones BET, GAB, Henderson y Caurie.
2. INTRODUCCIÓN
El agua es el principal componente en la mayoría de los alimentos (la gran parte
sobre 70%) y cada uno tiene su contenido de agua característico. Todos los
alimentos, incluyendo los deshidratados, contienen cierta cantidad de agua.
En la cantidad apropiada, localización y orientación, el agua ejerce una gran
influencia en la estructura, apariencia y sabor de los alimentos, así como en su
susceptibilidad a la putrefacción.
El agua es un factor determinante en la inhibición o la propagación de las
diferentes reacciones químicas, enzimáticas y microbiológicas que pueden
aumentar o disminuir la calidad nutritiva y sensorial de 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
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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 proteína 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. En consecuencia en estas condiciones una
fracción del agua no se congela, permanece líquida y requiere de temperaturas
más bajas, por ejemplo – 40 ˚C, para que solidifique.
En cereales, este tipo de agua constituye de un 5 a 6% del contenido total de
agua. Su determinación se puede efectuar mediante el análisis térmicodiferencial, por resonancia magnética nuclear, etc., pero cada método da una
cantidad diferente. Por otra parte, el agua capilar está menos unida a los
componentes de los alimentos; es la que se encuentra en mayor cantidad, se
evapora y congela fácilmente, forma disoluciones y es la responsable de las
reacciones de deterioro. Corresponde a un 13-14% en los cereales. Es
denominada “libre” incorrectamente, ya que no existen en los alimentos agua
100% libre, pues esto sólo es concebible si hablamos de agua pura. Aún una
mínima cantidad de soluto en agua, fomentará interacciones químicoelectrostáticas, que atarán en cierta manera a las moléculas de agua de la
disolución, de manera que la presión de vapor de esa disolución ya no será
100% igual a la del agua pura.
La relación de concentraciones entre la congelable y no congelable se
incremente en la medida en que el producto tenga más agua; en los
deshidratados, dicha relación se reduce considerablemente. Debido a que la
cantidad de cada una de ellas varía con el tipo de alimentos, no se puede
generalizar.
Por todo lo anterior, para medir la fracción congelable, se acuñó 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 de deterioro.
Debido a que el grado de atamiento del agua de un alimento, dará como
resultado una disminución en la presión de vapor con respecto al agua pura, la
actividad acuosa se expresa matemáticamente como la relación entre dichas
tipos de presiones.
Varios son los métodos de conservación de alimentos que el hombre ha utilizado
desde la antigüedad que se basan precisamente en la reducción de la actividad
de agua, que dan como resultado la inhibición de la actividad de los
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microorganismos patógenos o deterioradores potenciales de los alimentarios, así
como de las reacciones químicas y enzimático-deteriorativas que se ven
retardadas en su velocidad a niveles bajos de Aw.
El agua disponible alrededor de la superficie y presente en forma de vapor en los
espacios intersticiales entre los granos almacenados favorece el crecimiento de
mohos, insectos y palomillas. Esta agua se indica mejor por la humedad relativa
en equilibrio (HRE) o por la actividad acuosa (Aw). Los mohos no se pueden
desarrollar cuando la HR está por debajo del 68%; un límite superior seguro en
cereales es 65% para un almacenamiento largo y en oleaginosas, 60%, por el
contenido lipídico. Sin embargo, la mayoría de los insectos que atacan a granos
almacenados pueden desarrollarse a valores de HR menores de 60%.
La actividad acuosa es una propiedad intrínseca y se relaciona con el contenido
de humedad por medio de las curvas o isotermas de adsorción y desorción por
esta razón, es muy importante no confundir la actividad acuosa con el contenido
de agua, ya que la relación no es lineal. Una isoterma de humedad describe la
relación entre el contenido de humedad del alimento y la HRE a una temperatura
específica en un intervalo de contenidos de humedad. Un material orgánico
hidratado y almacenado a una temperatura constante en una cámara cerrada; al
cabo de algún tiempo, su presión de vapor correspondiente provocará que haya
transferencia de moléculas de agua y la cámara adquirirá una humedad relativa
constante que estará en equilibrio con el contenido de agua del material; es
decir, no hay movimiento de humedad en ningún sentido.
Las isotermas de los cereales, leguminosas y otros granos con bajo contenido
de lípidos presentan casi una curva recta, a diferencia de las isotermas de
humedad de las oleaginosas, cuya relación es más complicada. Las HRE para
un almacenamiento seguro de los granos y otros alimentos, se calculan a partir
de estas isotermas de humedad.
3. INVESTIGACIÓN PRELIMINAR
3.1. Explique la importancia de la determinación de la actividad acuosa en
los alimentos y en especial en los cereales.
3.2. Mencione cuáles son específicamente los microorganismos, insectos
y palomillas que atacan a los cereales durante su almacenamiento y las
condiciones óptimas de temperatura y humedad relativa a las que se
desarrollan y reproducen.
3.3. ¿Cuál es el fundamento químico de la determinación de la Aw por el
método gravimétrico estático?
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3.4.
Explique otros métodos experimentales para la determinación de la
Aw y de la HRE
3.5.
¿Qué es el fenómeno de histéresis?
3.6. Explique la aplicación
almacenamiento de granos.
de
las
¿ A qué se debe?
isotermas
de
sorción
en
el
4. MATERIALES Y EQUIPO
Granos de arroz, maíz o trigo Frascos de boca ancha de 500 mL
Sulfato de potasio
Charolitas de aluminio de 5 cm de diámetro
Cloruro de sodio
Balanza analítica
Cloruro de magnesio
Desecador
Nitrato de magnesio
Pinzas para crisol
Agua destilada
Espátulas
5. DESARROLLO EXPERIMENTAL
5.1. Se preparan 100 mL de las disoluciones sobresaturadas salinas y
vierten a sendos frascos (camaras), correspondientes a las siguientes
actividades de agua.
K2SO4
NaCl
KCl
Mg(NO3 )2
MgCl2
0.976
0.755
0.840
0.500
0.320
5.2. Se pesan 3 g de cualquiera de los cereales en las charolitas y se
distribuyen homogéneamente.
5.3. Se cuelgan las charolitas dentro de cada frasco y se cierran los
frascos perfectamente bien (ver figura).
5.4. Se pesan las muestras cada 24 h hasta que no haya variación, o bien,
que la variación entre dos pesadas consecutivas sea menor a 1 mg/g de
muestra.
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6. ANÁLISIS DE RESULTADOS
6.1. Reportar en un cuadro la actividad acuosa de cada recipiente y los
pesos de las muestras.
6.2.
Calcúlese la HRE de las muestras (W e , base seca) de cada muestra.
6.3. Represéntese la isoterma de sorción del producto, utilizando el
análisis de regresión simple. Calcúlese el coeficiente de correlación y de
determinación.
6.4. Modelice la isoterma de sorción mediante las ecuaciones BET, GAB,
Henderson y Caurie, estableciendo el valor de los parámetros de cada
modalidad.
6.5. Dar las conclusiones con respecto a las mejores condiciones de
almacenamiento del grano.
7. BIBLIOGRAFÍA
Brooker, D. H., Bakker – Arkema., F. W. y Hall, C. W. 1992. Drying and storage
of grains and oilseeds, Reinhold, NY, USA .
Caddick, L. Enero 2005.
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CSIRO Stored Grain Research Laboratory, Australia.
http://sgrl.csiro.au/storage/moisture/erh.html
Martínez Navarrete, N.; Andrés Grau, A. M.; Chiralt Boix, A. y Fito Maupoey, P.
1999. Termodinámica y cinética de sistemas alimentarios entorno, Universidad
Politécnica de Valencia, España e Instituto Politécnico Nacional, México, D.F.
Sauer, D. B. ed. 1992. Storage of cereal grain and their products. 4 th ed.
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