18/02/2013
1
UNIDAD I:
AGUA EN LOS ALIMENTOS
Elvis Judith Hernndez Ramos
PhD Ciencia y Tecnologa de Alimentos e Ingeniera Qumica
CONTENIDO
1. AGUA EN LOS ALIMENTOS
1.1 Introduccin
1.2 Fuentes de agua para el ser humano.
1.3 Propiedades del agua.
1.4 Estados fsicos del agua.
1.5 Efecto de los solutos en el agua.
1.6 Distribucin del agua en los alimentos.
1.7 Actividad del agua
1.8 Determinacin de las curvas de adsorcin y desorcin.
1.9 Actividad del agua y estabilidad de los alimentos.
1.10 Alimentos de humedad intermedia
1.11 Congelamiento de los alimentos.
1.12 Agua en la industria alimentaria.
18/02/2013
2
1.1 INTRODUCCIN
Fotosntesis, hidrlisis, sntesis
Funciones qumicas
Transporte de
sustancias, disoluciones
Funciones biolgicas Vida del planeta
Enzimas cidos Nucleicos
Estructuras 2 y 3
Agua
Activa
Tejidos vivos: 60% Alimentos: 96 97% Deshidratados: 10 12%
1.1 INTRODUCCIN...
Deshidratacin
Rehidratacin
Congelacin
Propiedades fsicas: lquido - hielo
Procesamiento
Concentracin
Deshidratacin
Congelamiento
Liofilizacin
Salado y azucarado (Presin osmtica)
Conservacin
18/02/2013
3
1.2 FUENTES DE AGUA PARA EL SER HUMANO
Cuerpo humano: 60% - 70% Sangre, linfa Regula T corporal Secrecin: orina, sudor, heces Requerimiento diario: 2.500 mL
Fuente: Ingesta directa de lquidos Ingesta de alimentos Rxnes metablicas
1 Glucosa 6 H2O 1 g 0,6 g 1 g lpido 1,1 g 1 g Protena 0,4 g
Lpidos y protenas: 2.000 Kcal 300 mL H2O
1.2 FUENTES DE AGUA PARA EL SER HUMANO
18/02/2013
4
1.3 PROPIEDADES DEL AGUA
Polar No lineal Estructuras tridimensionales: sp3 : HO Momento dipolar fuerte: No tiene carga determinada Puentes de H estables: sustancias polares Atraccin eletrosttica 2 atm - polares + 1 H Cargas parciales: 2 receptores y dos donadores de e-
estructural tridimensionales estables Hielo y agua lquida
T favorecen puentes de H T destruyen 37 C 35% - 40% puentes de H
1.3 PROPIEDADES DEL AGUA...
Formacin de puentes de hidrgeno con diversos grupos funcionales de los hidratos de carbono y de las protenas
18/02/2013
5
1.3 PROPIEDADES DEL AGUA...
Propiedades fisicoqumicas
Fuerte cohesin interna lquida a condiciones ambientales T ebullicin H2O H2S H2Se H2Te 100 -61 -42 -2 -80 ? Gas?
Compuesto Calor de vapor (Kcal/g)
Agua 539
Metanol 263
Etanol 205
Acetona 125
Cloroformo 59
Calor latente de vaporizacin
Calor necesario: 1 Kg liq a vapor (100C)
e- vaporizar agua: deshidratacin Condensacin libera e- : esterilizacin de enlatados
1.3 PROPIEDADES DEL AGUA...
Propiedades fisicoqumicas
Calor latente de fusin
79,7 Kcal/g : agua lquida hielo 0C enfriar bebidas en hielo
Vapor: PV = nRT P T : Esterilizacin comercial (121 C)
Calor especfico
1 cal / g C a 20 C Parte energa: vibrar las molculas, romper puentes H e- T Medio calentamiento: agua aceites: 0,47 Kcal/g, T ebullicin 100 C Calentamiento microondas: oscilacin y friccin de molculas ( T)
18/02/2013
6
1.3 PROPIEDADES DEL AGUA...
Propiedades fisicoqumicas
Ionizacin
Agua pura in H3O+ pH cidos
Carcter disolvente
Sustancias inicas Buen disolvente Constante dielctrica D
F = e1 . e2 / D.r2 donde, e1 . e2 : iones
r: distancia entre iones
D: constante dielctrica
F: fuerzas electrostticas de atraccin
1.3 PROPIEDADES DEL AGUA...
Propiedades fisicoqumicas
Carcter disolvente
Sustancias inicas F = e1 . e2 / D.r
2
Compuesto D (20C)
Agua 80
Metanol 33
Etanol 24
Acetona 21
Benceno 2
H2O F = 1/80
Benceno F =
F H2O F Benceno
Disolucin NaCl
18/02/2013
7
1.3 PROPIEDADES DEL AGUA...
Propiedades fisicoqumicas
Carcter disolvente
Sustancias no inicas
Azcares, alcoholes, aldehdos, cetonas, aminocidos
Carbonilo, amino, Hidroxilo, carboxilo
Dispersiones acuosas: polisacridos, protenas, polmeros
H2O
Puentes de H
Suspensiones coloidales
estabilizadas por agua
[ ] H2O [ ] soluto: disolucin
[ ] H2O [ ] soluto: hidratacin
1.3 PROPIEDADES DEL AGUA...
Propiedades fisicoqumicas
Tensin superficial
H2O aire : Pelcula elstica (tensin superficial)
Puentes de H Interior del solvente H2O
No se dan Esquema de tensin
superficial
Exterior con el aire
Humectacin de polvos: = 72,75 dinas/cm a 20 C Interaccin agua partcula slida: * Agentes tensoactivos (aderezos, emulsiones) * Energa mecnica (agitacin, homogeneizacin) superficial: : sales y polihidroxilados (sacarosa) : T
18/02/2013
8
1.4 ESTADOS FSICOS DEL AGUA
Cantidad e intensidad
Gas, lquido, slido 1 atm estados : T
Punto triple: 4,579 mmHg ; 0,0099 C
Ruta de liofilizacin
Ruta de evaporacin
Deshidratacin convencional: recipientes, aspersin, tambor
Eliminacin sublimacin = 675 cal/g
PROCESO DESVENTAJAS VENTAJAS
Perdida caractersticas es mnima Fcil rehidratacin
Bajo costo equipos
Perdida caractersticas organolpticas Imposible la rehidratacin
Elevado costo equipos
Liofilizacin (Sublimacin)
Deshidratacin (Evaporacin)
Diferencias entre la evaporacin y la liofilizacin
1.4 ESTADOS FSICOS DEL AGUA...
18/02/2013
9
Los solutos afectan las propiedades coligativas:
Depresin T congelacin T ebullicin Presin de vapor Presin osmtica
1.5 EFECTO DE LOS SOLUTOS EN EL AGUA
S o l u t o s r o m p e n e l a r r e g l o t e t r a d r i c o d e l h i e l o : e n e r g a l i b r e d e l s i s t e m a : B a j a s t e m p e r a t u r a s d e c o n g e l a c i n
Solubilidad de los solutos
Solubilidad sacarosa: T (Confitera) Solubilidad de NaCl menos afectada Presin osmtica
En trminos generales, una mol de una sustancia disuelta en 1000 g de agua produce una reduccin de 1.86 C en la temperatura de congelamiento y un incremento de 0.4 C en la de ebullicin
1.5 EFECTO DE LOS SOLUTOS EN EL AGUA
18/02/2013
10
Solutos peso g P.M , T congelacin
1.5 EFECTO DE LOS SOLUTOS EN EL AGUA...
T ebullicin [ ] solutos 1/ P.M
Presin osmtica solutos disueltos: Turgencia de los tejidos
Mtodo de conservacin de los tejidos: destruccin de microorganismos
1.6 DISTRIBUCIN DEL AGUA EN LOS ALIMENTOS
18/02/2013
11
Almidn Molcula de almidn
H2O H2O H2O Molcula de agua (0.11g/g de slido)
Capa monomolecular BET
H2O H2O H2O
H2O H2O
Agua ligada
Agua libre
1.6 DISTRIBUCIN DEL AGUA EN LOS ALIMENTOS...
Retencin de agua: cantidad atrapada en una red alimentaria sin exudacin o sinresis
1.6 DISTRIBUCIN DEL AGUA EN LOS ALIMENTOS...
18/02/2013
12
1.6 DISTRIBUCIN DEL AGUA EN LOS ALIMENTOS...
*Libre macrocapilares *Soluciones con sust de bajo P.M
*Ms abundante
* Fcil de congelar y evaporar *Eliminacin: aa 0,8
Zona III
1.6 DISTRIBUCIN DEL AGUA EN LOS ALIMENTOS...
*Capas ms estructuradas y microcapilares
*Ms dificil de eliminar que la anterior
*Eliminacin: aa 0,25
* Esta zona + monocapa. Agua ligada
Zona II
18/02/2013
13
1.6 DISTRIBUCIN DEL AGUA EN LOS ALIMENTOS...
*Capa monomolecular *Ms difcil de eliminar
*Previene rxnes oxidacin de lpidos (barrera de O2), requiere de
energa: se daa el alim. * No disponibleo inmvil
Zona I
1.7 ACTIVIDAD DEL AGUA
Que es la actividad acuosa?
Es el grado de interaccin del agua con los dems constituyentes, o la porcin que esta disponible en un producto para sustentar las reacciones bioqumicas.
Su valor emprico predice:
Estabilidad y vida til de un producto
Formulacin en alimentos procesados
Control de deshidratacin y rehidratacin
Migracin de humedad en el almacenamiento
aa = P.C = HACCP (Hazard Analysis and Critical Control Points)
18/02/2013
14
1.7 ACTIVIDAD DEL AGUA ...
aa = f/fo = P/Po = HR/100 = Ma/(Ma + Ms)
f= fugacidad en un determinado estado a temperatura T
fo= fugacidad en un estado estndar a T
HR= Humedad relativa
P= Presin de vapor del agua del alimento a T
Po= Presin de vapor del agua pura a T
Ms= moles de soluto
Ma= moles de agua
Formas de expresar la actividad de agua
Curvas de adsorcin y desorcin
1.7 ACTIVIDAD DEL AGUA ...
ADSORCIN: Proceso por el cual un slido alimento se hidrata en condiciones de humedad relativa especifica.
DESORCIN: Proceso por el cual un slido alimento se deshidrata en condiciones de humedad relativa especifica.
18/02/2013
15
Curvas de adsorcin y desorcin
1.7 ACTIVIDAD DEL AGUA ...
Alimento
Humedad en equilibrio
Cmara cerrada
Interaccin agua - solutos
* Higrmetros: humedad * Manmetros: presin de vapor espacio de cabeza
Desorcin (deshidratacin)
Alimento
Cmara cerrada
Adsorcin (hidratacin del slido)
Humedad relativa vs contenido de agua
Humedad en equilibrio
Curvas de adsorcin y desorcin
1.7 ACTIVIDAD DEL AGUA ...
La actividad acuosa es menor durante la desorcin y mayor en la adsorcin
Ambos procesos son irreversibles por un camino comn, fenmeno que se conoce como histresis
18/02/2013
16
Curvas de adsorcin y desorcin
1.7 ACTIVIDAD DEL AGUA ...
Manzana
Manzana
HR 34%
10 %
HR 15%
3 %
Manzana
7 %
HR 34% Esto se debe a que en el secado se propician daos trmicos que alteran los grupos polares y como dichos grupos no estn disponibles la capacidad de rehidratacin se reduce.
Valores de aa en alimentos
1.7 ACTIVIDAD DEL AGUA ...
Actividad acuosa en algunos alimentos
Terica: modelos matemticos Langmuir, BET, Chung y Pfost, Anderson Guggenheim, Iglesias y Chirife, Bradley, Smith, Henderson
18/02/2013
17
1.8 DETERMINACIN DE LAS CURVAS DE SORCIN
Ventajas:
Diseo de sistemas de almacenamiento
Procesos de secado, rehidratacin
Predecir estabilidad de los alimentos almacenados
Humedad:
Mtodos tradicionales
Aa:
Presiones de vapor, T punto de rocio, T bulbo hmedo
Valores de HR en la cmara
Con instrumentos: Higrmetro potencimetros, campos higroscpicos, resinas de intercambio inico: LiCl Cambio en Conductividad elctrica: HR
Sin instrumentos: HR conocidas Soluciones saturadas de sales: NaCl 75%, K2CO3 43%, NaNO2 65%, KCl 85%, K2SO4 97%.
Valores de isotermas: Clausius Clapeyron aa cualquier T, conocido calores de adsorcin y desorcin H cte.
1.8 DETERMINACIN DE LAS CURVAS DE SORCIN ...
18/02/2013
18
1.9 aa Y ESTABILIDAD DE LOS ALIMENTOS
Variables que influyen en la estabilidad de los alimentos Aa T pH Disponibilidad de nutrimentos y reactivos Potencial redox Presin conservadores
aa 1,0 : inestabilidad: carnes, frutas y vegetales frescos: congelacin. Crecimiento de m.o Enzimas adquieren actividad cataltica: pardeamiento.
Ubicacin del alimento con respecto a aa (estable, inestable): mtodo de conservacin
1.9 aa Y ESTABILIDAD DE LOS ALIMENTOS ...
Valores de actividad acuosa mnima para el crecimiento de microorganismos de importancia en alimentos
18/02/2013
19
1.10 ALIMENTOS DE HUMEDAD INTERMEDIA
Son aquellos que pueden consumirse como tal sin necesidad de rehidratarlos para su consumo refrigerarlos para su conservacin
Contenido de agua = 25 a 50%
Actividad acuosa = 0.65 a 0.85
Se puede deducir que son productos no aptos para el crecimiento de las bacterias pero s para los hongos y levaduras, por esta razn, en su elaboracin se aaden aditivos (sorbatos y benzoatos)
1.10 ALIMENTOS DE HUMEDAD INTERMEDIA ...
Cmo reducir la actividad acuosa de los alimentos?
Eliminacin de agua (Deshidratacin): Por ejemplo la leche de 0.97 a 0.80.
Adicin de solutos de bajo peso molecular: Azcares (Sacarosa, glucosa), sales (cloruro de sodio, potasio), polialcoholes (sorbitol, glicerina) y cidos (ctrico, ascrbico)
18/02/2013
20
1.10 ALIMENTOS DE HUMEDAD INTERMEDIA ...
Pasos para elaborar los alimentos de humedad intermedia
Disminuir la actividad acuosa.
Aadir agentes antimicrobianos de acuerdo a las caractersticas del producto.
Adicionar otros agentes qumicos para proporcionarle la estabilidad y la calidad sensorial deseadas.
1.10 CONGELAMIENTO DE LOS ALIMENTOS
T: disminucin de reacciones enzimticas* Disminucin de crecimiento microbiano
No toda el agua congela
* o Desnaturalizacin de ptn o Oxidacin de lpidos o Hidrlisis de sacarosa o Oscurecimiento no enzimtico
Descongelamiento: liberacin de agua de membranas (lipoprotenas) puentes de H y uniones hidrfobas (dbiles de baja disosiacin)
Prdida de rigidez y frescura, eliminacin de nutrimentos (Vit Hidrosolubles)
Velocidad de congelamiento: formacin y localizacin de cristales Rpida: tipo aguja Lenta: menos pero ms grandes dainos
18/02/2013
21
1.10 AGUA EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA
Produccin, formulacin, transporte de vegetales, generacin
de vapor, servicios, sistemas de
enfriamiento, lavado de equipos y maquinaria
Efluentes que deben ser
tratados para
reaprovechamiento de tal
forma que no ocasionen
un impacto ambiental
negativo
Control del agua
Contacto directo con
alimentos
Fin de la Unidad I
Agua en los alimentos
18/02/2013
22
BIBLIOGRAFA
Fennema, Qumica de Alimentos. Edi Acribia
Wong, Qumica de Alimentos, Ed Acribia.
Belitz, Qumica de Alimentos, Ed Acribia
Baudi, Qumica de Alimentos , Ed Pearson Educacin
Top Related