unidad i - agua

18/02/2013

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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.

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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

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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

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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

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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



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)

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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



Carcter disolvente

Sustancias inicas F = e1 . e2 / D.r

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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

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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



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

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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...

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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

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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

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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


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*Libre macrocapilares *Soluciones con sust de bajo P.M

*Ms abundante

* Fcil de congelar y evaporar *Eliminacin: aa 0,8

Zona III


*Capas ms estructuradas y microcapilares

*Ms dificil de eliminar que la anterior

*Eliminacin: aa 0,25

* Esta zona + monocapa. Agua ligada

Zona II

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*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)

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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


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.

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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



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

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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


Actividad acuosa en algunos alimentos

Terica: modelos matemticos Langmuir, BET, Chung y Pfost, Anderson Guggenheim, Iglesias y Chirife, Bradley, Smith, Henderson

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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 ...

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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

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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)

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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

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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

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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

unidad i - agua

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