ISOTERMAS DE ADSORCIN

I. INTRODUCCIN:

Cuando se sita un alimento en um ambiente a una temperatura y humedad relativa constantes, eventualmente alcanzar un equilibrio con l. Si el alimento era originalmente fresco, probablemente perder humedad hacia la atmsfera (conocindose eso como marchitamiento en el caso de frutas y vegetales); si el alimento esta deshidratado puede captar humedad, volvindose blando empapado (en este punto pueden empezar a crecer hongos y bacterias). Eventualmente el alimento alcanzar una masa estacionaria; el correspondiente contenido en humedad se expresa como el contenido de humedad en equilibrio en trminos de peso seco o hmedo.

La isoterma de adsorcin es extremadamente til, debido a que tambin de la relacin entre la actividad de agua y el contenido de agua, en una aplicacin de secado es posible evaluar el contenido de humedad ms bajo alcanzable a las condiciones especificadas de temperatura y humedad relativa del ambiente y la actividad de agua del producto deshidratado.

El objetivo de la experiencia de adsorcin, es elaborar la curva de isoterma de adsorcin a partir de productos secos almacenados en ambientes a diferentes humedades relativas y a temperatura constante.

II. OBJETIVOS.-

Construir la curva de la isoterma de adsorcin de un producto seco. Determinar el valor de monocapa de un producto seco segn modelos matemticos. Comparar los modelos matemticos de B.E.T. y G.A.B. Determinar el calor de sorcin.

III. FUNDAMENTO.-

ISOTERMA DE ADSORCIN.-Una isoterma de adsorcin (o de desecacin) es la curva que indica en el equilibrio, para una temperatura determinada, la cantidad de agua retenida por un alimento en funcin de la humedad relativa de la atmsfera que lo rodea; o si quiere la presin parcial de vapor ejercida por el agua del alimento, en funcin del contenido de agua en el mismo.

Las isotermas de adsorcin se obtienen 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 manmetro o de un hidrmetro (o incluso por cromatografa en fase gaseosa); tambin se puede obtener colocando muestras de un mismo alimento (seco o hmedo) en una serie de recipientes cerrados, en los cuales se mantiene por ejemplo mediante soluciones salinas, por lo general saturadas, o cido sulfrico de diversas concentraciones- en una gama de humedades relativas constantes y manteniendo el equilibrio, los contenidos en agua, Segn se parta de un alimento hmedo o de un alimento seco, se obtiene una curva de adsorcin o de desorcin.

La Figura N1 muestra las curvas de adsorcin y desorcin respectivamente, cada punto de la ordenada indica, en gramos por cien gramos de producto seco, el contenido de agua del alimento; la abscisa correspondiente indica, en el equilibrio y a una temperatura determinada, la actividad de agua en el alimento o, lo que es lo mismo, la humedad relativa encima del alimento.

Figura N1: Isotermas de adsorcin y desorcin de agua

ISOTERMA DE ADSORCIN Y ESTADO DEL AGUA EN LOS ALIMENTOS.-Agua fuertemente ligada: En la cul la actividad del agua esta comprendida entre 0 y 0.2 0.3. Existe una capa monomolecular de agua fija a los grupos polares de ciertos compuestos, especialmente los grupos NH3+, y COO- de las protenas, de las sales y de los azcares.La energa de absorcin de agua de la capa monomolecular es del orden de 1 a 15 Kcal. / mol esto explica que el agua de esta capa sea relativamente difcil de extraer. Adems el agua de la capa monomolecular no se podra congelar.Agua dbilmente ligada y agua libre: las isotermas de adsorcin estn divididas bastante arbitrariamente en 2 o 3 secciones suplementarias, que corresponde al agua cada vez mas libre.Un dato importante es que en todas estas partes de las isotermas a pesar de las actividades de agua tan bajas como 0.3-0.2, el agua representa sus propiedades habituales o, dicho de otra forma, esta disponible tanto como disolvente como reactivo. Aparte de la capacidad de evaporacin no hay diferencia fundamental entre dbilmente ligada y el agua considerada libre son capaces de intercambiarse entre si rpidamente.El agua libre representa la mayor parte de agua de los alimentos frescos o elaborados (pero no deshidratados). Puesto que el comportamiento de los productos alimenticios respecto a la sorcin de agua est determinada por la composicin qumica y el estado fsico-qumico de los constituyentes, las isotermas de sorcin difieren considerablemente en su forma, incluso productos similares mostraran marcadas desviaciones en la forma de su isoterma de sorcin las cuales son de distinto origen.Es de vital importancia el conocimiento sobre la sorcin de los alimentos para as saber su actividad de agua para poder conocer su estabilidad durante el tratamiento y el almacenamiento con el cual llegaremos a poder conservarlo i procesarlo aplicando la tecnologa necesaria

INTERPRETACIONES TERICAS DE LAS ISOTERMAS DE SORCIN.-Numerosos autores se dedicaron a establecer para los fenmenos de adsorcin y desorcin, frmulas fundadas sobre consideraciones tericas, que fuesen capaces de explicar los datos experimentales.Entre los modelos tericos, uno de los mas aplicables a alimentos es el modelo de Brunauer, Emmett y Teller (B.E.T) que corresponde a la siguiente ecuacin:

a = 1 a(C- 1)M(1-a) MC M.C

La relacin representada por la ecuacin anterior slo se confirma experimentalmente con actividades de agua inferiores a 0.5, pero es suficiente para determinar la capa monomolecular. Con el fin de alcanzar un rango de validez, se propusieron varias modificaciones en la ecuacin de B.E.T., pero el inters de esta ecuacin reside sobre todo en que permite calcular el peso de la capa monomolecular de agua y el calor de sorcin (QS).

IV. MATERIALES Y MTODOS.-4.1. Materiales:Tecnologa de Productos Agroindustriales I Ing. Julio Csar Rojas Naccha

Productos secos: harinas, caf, hojuelas, etc. Agua pura Soluciones saturadas de sales higroscpicas Agente deshidratante: cido sulfrico en grado reactivo NaCl Campana de desecacin Placas Vasos descartables Caja acondicionada de teknopor Material de vidrio Termmetro Balanza semianaltica Estufa

4.2. Metodologa:Preparacin de las muestras y acondicionamiento en los ambientes a diferentes humedades relativas. Escoger una muestra seca y homognea: 100 g.de harina. Hojuelas, caf, cereales secos, etc. Determinar el porcentaje de humedad (%H) y porcentaje de materia seca (%m.s.)en la muestra, para lo cual se deber trabajar con 3 5 g. de muestra. La muestra debe ser representativa.%m.s. = 100 - %H

Prepara las soluciones saturadas y colocarlas en las campanas de vidrio o en su defecto prepara la solucin deshidratante con cido sulfrico y naCl. Pesar exactamente 2g. de muestra (m) y colocarlos en los vasos descartables, pesar los recipientes que contienen la muestra (Wi) y tapar inmediatamente para evitar la ganancia de humedad. Colocar adecuadamente los recipientes con su contenido en las campanas evitando que haga contacto con las soluciones.

Muestra

Solucin higroscpica

La operacin debe ser rpida con el fin de evitar la ganancia de humedad. Con los datos obtenidos, calcular la humedad de equilibrio (X) y construir la curva de la isoterma de adsorcin.

Clculo de la humedad de equilibrio

x = humedad de equilibrio = AT /m.s. m = peso de muestra a ser colocada en cada placa o vaso: 2g. m.s. = Peso de la muestra seca = (%m.s.) m / 100Wi = Peso de placa + peso de muestraWf = Peso de placa + peso de muestra (luego de48 h. en la campana de desecacin)Ad = Agua adsorbida = Wf WiAi = Agua inicial en cada muestra = (%H)m/100AT = Agua total = Ad + Ai

Clculo de Ai:%H x mAi =

100

Completar el cuadro: N VasoWiWfAdAiATX%HR (de equilibrio)

Construccin de la curva de Isoterma de AdsorcinGraficar X vs %HR

Determinacin del valor de monocapa (Xm) y de la constante C

Resolver la ecuacin de B.E.T y G.A.B.:

Mtodo de B.E.T.Completando el cuadro y resolviendo por regresin lineal (encontrar la pendiente, punto de interseccin y coeficiente de relacin)

XAwAw / ((1-Aw)X)Aw / ((1-Aw)X)*

Ecuacin linealizada de B.E.T.: (0.05 0.5 Aw) Aw = 1 + (C-1) Aw (1-Aw)X Xm. C Xm.C

(1)

Y = A + BX

(2)

Al relacionarlo con la ecuacin de lnea recta se tiene:A = 1/Xm.CB = (C-1)/Xm.CB/A = C-1 C = Xm = 1/A.C

Mtodo de G.A.B.Aw / X = Aw2 + Aw +

Encontrando los valores de , y resolviendo el sistema de ecuaciones:N + ( Aw) + (Aw2) = (Aw/X)

(Aw) + ( Aw2) + (Aw3) = (Aw2/X)

(Aw2) + ( Aw3) + (Aw4) = (Aw3/X)

N = nmero de muestras

Para encontrar el valor de Xm, tenemos la siguiente frmula:Xm = 1 0.5 2 4

(7)

Resolver por mnimos cuadrados, para lo cul completar el cuadro:AwXAw2Aw3Aw4Aw/XAw2/XAw3/X

V. RESULTADOS.-VI. DISCUSIN.-VII. CONCLUSIONES.-VIII. RECOMENDACIONES.-IX. BIBLIOGRAFIA.-

X. ANEXOS.- Humedad relativa para cada solucin saturadaSolucin 25C40C

cido sulfricoCloruro de litioAcetato de potasioCloruro de magnesioBicarbonato de sodioNitrito de sodioCloruro de sodioCromato de potasioNitrato de potasioAgua0.011.023.033.050.064.075.087.093.01000.011.123.030.5150.064.074.4378.081.78100

Solucin de glicerol y mezclas cido sulfrico-agua para el control de la humedad relativa a 25CHumedad relativaGlicerol (%Peso)cido sulfrico (%Peso)

9075655040251034.958.6169.0580.6586.30--18.530.436.043.4-55.964.8

Actividad de agua para soluciones de NaCl%p/pAw

1.03.55.06.58.010.012.014.016.018.020.022.024.026.00.9940.9800.9700.9600.9500.9350.9190.9020.8830.8620.8390.8150.7880.759