AGUA EN ALIMENTOS

Y

AWDra. Emma Guerrero Hurtado

IMPORTANCIA DEL AGUAConstituyente ms abundante en la mayora de alimentos en estado natural, a excepcin de los granosContribuye a la apetencia de los alimentos (textura de frutas, hortalizas, carnes, etc.)Responsable de deterioro de los alimentos (reacciones qumicas, enzimticas y microbiolgicas)Diversos mtodos de conservacin de los alimentos se basan en la disminucin de la disponibilidad de agua

T y EL AGUAla distancia entre molculas de agua0C ----2,76 -83C-----3,0 1,5C----2,9la densidadEn hielo=0,9168 g Cm-3 Agua liquida= 0.9998 g Cm-3Aumento de volumen en congelamiento: hasta un 9%N coordinacinen hielo= 4 vecinos, A 1.5C= 4,4 A 83C = 4,9

El agua se distribuye en el alimento en forma heterognea debido a la presencia de lpidos en zonas donde no permiten su presencia.

INTERACCIN AGUA-CARBOHIDRATOS Glucosa fija 3,7 molculas de agua, coincidente con grupos OH ecuatoriales promedio (4 en anmero B y tres en el ).Glucosa retrasa la formacin de cristales de hielo en postres congelados.Ribosa fija 2,5 mol de agua, Maltosa fija 5 mol de agua, Sacarosa fija 6,6 mol de aguaPolisacridos estabilizan agregados de molculas de agua.

Si se suspenden dos gotas pequeas de aceite en el seno acuoso, ellas coalecern y formaran una de mayor tamao, lo que implica menor perturbacin de los puentes de H con menor perturbacin de la E libre del sistema.

Las molculas de agua se reorganizan en torno a la cavidad maximizando el nmero de enlaces de H,

se ha demostrado que esta reorganizacin implica estructura de agua basada en anillos pentagonales deformados.

la formacin de hidratos caltrato e interacciones hidrofbicas, son aspectos de la respuesta formadora de estructura

a travs de sus cadenas laterales.

las cadena laterales ionizadas fijan ms molculas de agua que cuando estn protonadas, probablemente debido a la tendencia que tiene la cadena lateral cargada de orientar mltiples capas de las molculas de agua polarizadas

Ej. el acido glutamico cuando se ioniza fija 6 molculas de agua y cuando esta desprotonado solo 2 molculas

Slo una pequea proporcin de grupos polares no fija agua, porque se haya en el interior de la protena. *

La presencia de solutos de los tipos inico, no inico polar y apolar causa cambios importantes en la estructura del agua que se reflejan en sus propiedades fsicas.

Estos efectos se aprecian en las llamadas propiedades coligativas: presin de vapor, presin osmtica, punto de ebullicin , el punto de congelacin.

Cuando se adiciona ms de 0.1 M de partculas de soluto en 1 litro de agua, las propiedades coligativas varan: as, el punto de congelacin y la presin de vapor disminuirn, el punto de ebullicin ser mayor y la presin osmtica se ver afectada.

Propiedades Coligativas llamadas as porque tienen un mismo origen; esto es, todas ellas dependen del nmero de partculas sean tomos, molculas o iones.

Los solutos abaten la temperatura de congelamiento, la presin de vapor y por lo tanto la actividad acuosa. Ejm la lactosa en la leche descremada; la glucosa en el jugo de uva.

La medicin de la depresin de la temperatura de congelamiento en la leche, mediante el criscopo se utiliza para cuantificar posibles adulteraciones.

lactosa y algunas sales, a concentracin constante hace que congele en un intervalo muy cerrado alrededor de -0.54C.

En soluciones ideales (leche, carne fresca, fruta , jugos etc) la PV se expresara segn la Ley de Raoult:

P=Fx . Po Fx = P/PoFx=fraccin molarP es la presin parcial en equilibrio con el sustratoPO la presin parcial en equilibrio con el agua pura.

si Aw= P/Po Aw= Fx

Fx= N M agua NM H20 + NMS

si P= Fx. Po P=Po x N M agua NM H20 + NMS

PROBLEMAS 1.-La Po de vapor del agua a 25C es 23,76 mmHg. Calcular la presin de vapor de una disolucin supuestamente ideal al agregarle un mol de urea a 24 moles de aguaPo=23,76 mm HgPd= ?Soluto= Disolvente=P=Po x N M agua NM H20 + NMS

2.-Calcular a 100 la P de vapor de una disolucin obtenida al disolver 5 gr de sacarosa en 100 gr de aguaPd=?Soluto=moles de sacrosSolvente= moles de aguaP=Po x N M agua NM H20 + NMS

3.-si se desea un producto alimenticio que tenga Aw de o,88 y un contenido de agua de 14%. Que cantidad de soluto debe tenerAw=0,88Humedad=14% Moles de agua=?Soluto=? Aw= N M agua NM H20 + NMS

Si una solucin tiene una concentracin de 87% de glucosa, cual es la actividad de agua de esa solucin?

PM Glucosa=180,6 gr/mol/litro Aw= N M agua NM H20 + NMSSol=7%(Cc soluto/lt)= moles de soluto=(Cc Agua/Lt)= moles de agua

ACTIVIDAD DE AGUAcociente entre la presin parcial de agua existente en la atmsfera en equilibrio con el sustrato y la presin parcial de la atmsfera en equilibrio con agua pura a la misma temperatura

aw = P/P0

P es la presin parcial en equilibrio con el sustrato P0 la presin parcial en equilibrio con el agua pura.

En una solucin acuosa, la aw ser aproximadamente : Aw=Na Na + Ns

Na, nmero de moles de agua y Ns, nmero de moles de soluto

aw , indica la disponibilidad de agua para las reacciones qumicas, bioqumicas, cambios de estado o transferencias a travs de membranas semipermeables.

Su valor oscila entre 0 y 1.

A medida que una solucin se concentra la presin de vapor diminuye y la aw va descendiendo desde un valor 1 que es el que corresponde al agua pura

La humedad relativa HR

relacin que hay entre la presin del vapor de la solucin y la del agua pura expresada porcentualmente:

HR%= aw x 100

LA AW Y LA PRESIN OSMTICA

la podemos definir como la fuerza necesaria para impedir el flujo neto de molculas de agua de una zona con alta actividad acuosa a otra con menor actividad.

El citoplasma de un microorganismo es una solucin acuosa por lo que su aw ser menor que la del agua pura.

En un medio muy diluido (hipotnico) sufre un flujo de agua hacia su interior, si no es capaz de frenarle aparece el fenmeno de la turgencia y puede llegar a estallar.

En un medio mas concentrado (hipertnico) el flujo se realiza al revs, y se da el fenmeno de la plasmlisis, con lo que se reduce su tamao es decir se arruga.

ACTIVIDAD DE AGUA, CONTENIDO EN AGUA Y ALTERACIN DE ALGUNOS ALIMENTOS (MOSSEL Y COL)

Limites de awMecanismos inhibidos por el valor mas bajoEjemplos de alimentos con dicha actividad de agua1-0.95Bacilos gram-:esporas bacterianas. Algunas levadurasAlimentos con aprox 40% (p/p) de sacarosa o 7%(p/p) de ClNa. Ejm muchos embutidos cocidos 0.95-0.91La mayora de los cocos; lactobacilos; clulas vegetativas de Bacilaceos; algunos mohosAlimentos con aprox 55% (p/p) de sacarosa o 12%(p/p) de ClNa. Ejm jamon seco, queso no muy madurado

0.91-0.87La mayora de las levadurasAlimentos con aprox 65% (p/p) de sacarosa (saturados)o 15%(p/p) de ClNa. Ejm salami, queso aejo087-0.80La mayora de los mohos, S.aureusHarina, arroz, legumbres, etc. Conteniendo 15-17% de agua; cake de frutas; leche condensada azucarada(aprox 0.83)0.80-0.75La mayor parte de las bacterias halfilas Alimentos con 26% de ClNa(saturados) ejm.salami genuino hngaro aejo, mazapn con 15_17% de aguacompota y mermelada

0.75-0.65Mohos xerfilosCopos e avena con aproximadamente 10% de agua0.65-0.60Levaduras osmfilas Frutas desecadas con 15-20% de agua,; caramelos con 8% de agua, miel.0.50Aw que no permite ningn tipo de crecimiento microbianoTallarines, etc conteniendo aprox. 12% de agua; especias con 10% de agua aprox0.40Huevo entero en polvo con aprox 5% de agua0.30Galletas bizcochos tostados, corteza de pan, etc con 3-5% de agua0.20Leche entera en polvo, con 2-3% de agua; vegetales desecados con aprox 5% de agua; copos de cereales con aprox 5% de agua

ISOTERMAS DE SORCION

.25 0.4 0.6 0.8 1.0-- I -------- II -------------- III -----Agua mas ligadaParte integral del alimentoCapamonomolecularZona secaZona de alta humedadG H20/100 g

AGUA DE LA ZONA I DE ISOTERMAMas ligada , mas inmvil

Tipo de unin :agua- Ion agua-dipolo

Cantidad : menos de 1%

Entalpa de vaporizacin > al agua pura

No congela a -40

No solvente

No efecto plastificante

No disolvente

CAPA MONOMOLECULAR DE AGUALimite entre zonas I y II

Mxima cantidad de agua ligada a la materia seca: 3-10 g%

Agua fija a grupos NH3 + COO-, OH

Energa de adsorcin 1-15kcal/mol

No disolvente

No migra a la superficieAgua Constitucional Y Vecinal

AGUA DE LA ZONA II DE ISOTERMAAgua de la zona I + agua aadida confinada en zona II

Agua multicapa

Tipo de unin :agua- soluto y Agua-agua

Cantidad: menos de 5%

Entalpa de vaporizacin moderadamente > al agua pura

No congela a -40 la mayor parte de esta agua

Iniciara proceso solvente: movilizacin de reactantes

efecto plastificante

AGUA DE LA ZONA III DE ISOTERMAAgua de zona I + II + confinada en zona III

Mas del 95% de agua total de alimento de alta humedad

Menos fuertemente ligada, mas mvil : fase masiva

Fsicamente atrapada

Similar a solucin salina

Entalpa de vaporizacin = al agua pura

Congelable, Solvente, plastificanteisolvente: velocidad de reacciones qumicas, enzimticas

Mayor parte del agua de alimentos frescos o elaborados (no deshidratados)

se encuentra bajo forma de geles en interior celular y espacios intercelulares

su retencin depende del pH

Importante en hinchazn de :Geles proteicosAlmidn pectinasAGUA LIBRE

HISTERSIS DE ISOTERMAS DE SORCION

.25 0.4 0.6 0.8 10 No coincidencia de las curvas de sorcin

Ocurre con frutas y legumbres

Se explica por condensacin de agua en poros de tejidos

La presin de vapor para llenarlos es mayor a la que se vacanAGUA DEBILMENTE LIGADACONTENIDO

HUMEDAD

ISOTERMA DE SORCION

A una misma aw o humedad relativa el contenido de agua (g H2O/ms) es mayor durante la desorcin que en la adsorcin

Para un contenido de humedad constante la aw es menor durante la desorcin que en la adsorcin

Los procesos de adsorcin y desorcin no son reversible: histresis: frutas y legumbres

UTILIDAD DE LOS ISOTERMAS Permiten:Corroborar las interpretaciones terica y calculan el numero de sitios activos o superficie efectiva del producto

Prever la aw de mezclas de ingredientes

Prever el comportamiento de un alimento despus de su tratamiento o almacenamientoDeterminar su higroscopicidad Si se deshidrat mas all de su punto optimoComo lo afecta la temperatura

REHIDRATACION DE UN PRODUCTO DESHIDRATADO

AGUA DEBILMENTE LIGADA_______________________________________Mo----aw----awCONTENIDO

HUMEDADLa rehumidificacin hasta un contenido de agua igual aMo puede elevar la aw

INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA

_______________________________________awCONTENIDO

HUMEDAD

T-tTT+ta T-taTa T+t

VELOCIDAD DE ALTERACIN E LOS ALIMENTOS EN FUNCIN DE aw

.25 0.4 0.6 0.8 1.0CapamonomolecularG H20/100 gXeromyces bisporusS aureusCONTENIDO

HUMEDADaw CRECIMIENTO MICROBIANO

aw OXIDACION

.25 0.4 0.6 0.8 1.0E N PAPAS CHIPSCapamonomolecularG H20/100 gVITAMINA CCONTENIDO

HUMEDADaw

OXIDACION DE LIPIDOSla oxidacin disminuye en la zona I y II

La zona I :liga hidroperxidos, Hidrata iones metlicos, reduciendo su efectividad

Se incrementa entre las zonas II y IIIAumentan solubilidad del oxigenoMacromolculas se expandeSitios catalticos disponibles

a mayor aw. La velocidad decae

aw REACCION DE MAILLARD

.25 0.4 0.6 0.8 1.0CapamonomolecularG H20/100 gPrdida de lisinaDesarrollo de color marrn

VELOCIDAD DE ALTERACION DE LOS ALIMENTOS EN FUNCIN DE aW SEGN LABUZA

0.1 0.2 0.3 0.4 .5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0G H20/100 gCONTENIDO

HUMEDADawOxidacin de lpidosPNEHidrlisis NEenzimasmohoslevadurasbacterias

Aw y velocidad de reaccionesla velocidad del oscurecimiento enzimtico se incrementa al variar la aw de 0.33 a 0.65

y tres veces por cada 10 C que suba la temperatura

las reacciones y el crecimiento microbiano se incrementan de 50 a 100% por cada 0.1 unidades de aumento de aw

la aw se ha demostrado en perdida de lisina disponible en PNE degradacin de vitaminasinactivacin de inhibidor de tripsinadestruccin de pigmentosproduccin del aroma de productos cocidosen estabilidad de pastas y harinas y frutas.

ALIMENTOS DE HUMEDAD INTERMEDIAalimentos con un contenido de agua de 25 a 50% y aw de 0.65-0.90

Productos con valor mximo de aw de 0,86 que inhibe bacterias patgenas :S aureus

Productos no aptos para el crecimiento de bacterias pero si para levaduras y hongos por lo que contienen aditivos inhibidores: benzoatos, sorbatos

ELABORACION DE ALIMENTOS DE HIDisminuir aw

Aadir agentes antimicrobianos

Adicionar agentes qumicos

Considerar el envase adecuado

CONGELAMIENTO DE LOS ALIMENTOS

LECHE DESCREMADA 9,3% DE SLIDOSLECHE DESCREMADA CONCENTRADA 26% DE SLIDOS

cAGUA NO CONGELABLE %SLIDOS EN SOLUCION %AGUA NO CONGELABLE %SLIDOS EN SOLUCION %-244.072.01274.5-225.029.080.030.5

CAMBOS INDUCIDOS POR EL CONGELAMIENTO

Daos mecnicos en clulas

Alteracin de la estabilidad de las macromolculas en la clula: disociacin de uniones no covalentes de complejos lipoprotenicos de la membranaPerdida de rigidez y frescuraen frutas y hortalizas

CRISTALIZACIN DEL AGUA EN LOS ALIMENTOS

Se forma hielo sobre las partculas en suspensin y sobre la pared celularLa inmovilizacin de agua como hielo : incrementa la concentracin de solutos en el aguareducen la awAfectan los tejidos

El tamao de los cristales depende de la velocidad de congelacin. La congelacin de los tejidos se inicia en los espacios extracelulares, por la menor concentracin de solutos

FORMACIN Y LOCALIZACIN DE LOS CRISTALES DE HIELOA velocidad rpida (menos de 24 h):

Muchos cristales pequeos en forma de aguja a lo largo de las fibras musculares

A velocidad lenta (mas de 24 h): mayor numero de cristales de mayor tamao

Afecta mas la membrana celularTiene mayor presin de vapor Establece cristales intercelulares Integran grandes agregados

Congelacin lenta, La cristalizacin extracelular aumenta la concentracin de solutos, la presin de vapor del hielo es inferior al interior clular, lo que provoca la deshidratacin progresiva de las clulas por smosis y la formacin de grandes cristales extracelulares se afecta la textura y dan lugar a la aparicin de exudado durante la descongelacin. Congelacin rpida

A velocidad rpida (menos de 24 h): Muchos cristales pequeos en forma de aguja a lo largo de las fibras musculares la cristalizacin es simultneamente en extra e intracelularLos cristales pequeos producen menor dao .