Isotermas de sorción Termodinámica de Alimentos

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Laboratorio N°2

Isotermas de Sorción

Termodinámica de Alimentos

Nombre: Jorge López

Profesor: Carla Vidal

Fecha: 24/10/2014

Resumen

Una isoterma es una curva que describe, para una temperatura dada, la relación de equilibrio entre la cantidad de agua del alimento y la presión de vapor o humedad relativa. El término de sorción, para relacionar el comportamiento de un producto, dependiendo de su contenido inicial de humedad, el cual perderá o ganará (adsorber) agua durante el proceso de equilibrio con la atmosfera que rodea al producto.

En el laboratorio se determinará la isoterma de adsorción y desorción de agua de un producto alimenticio que en este caso será galletas CRACKER. Para desarrollar esto se necesitaron distintos materiales y equipos, se deberá preparar las soluciones salinas de acuerdo a las constantes de solubilidad dadas en la tabla(a), calcular la cantidad de sal necesaria para preparar 10 ml de disolución saturada de cada una de las sales entregadas en el laboratorio. Para obtener la isoterma de adsorción de la muestra, ésta se llevara a bajo contenido de humedad inicial, equilibrándose en un desecador con sílica gel y para el caso de la isoterma de desorción, la muestra se equilibrará en un ambiente de alta humedad relativa.

Los resultados obtenidos utilizando los métodos BET y GAB estuvieron muy cercanos al momento de comparar los datos teóricos con los experimentales, dónde las curvas en los respectivos gráficos son muy congruentes con las curvas de datos bibliográficos.

Introducción

Las isotermas de sorción son la representación gráfica del contenido de humedad presente en el alimento contra la actividad de agua en condiciones isotérmicas, donde el material está en equilibrio higroscópico con el ambiente en que se encuentra y no existe cambio en el peso de la muestra. Las galletas del tipo snack estás constituidas principalmente por carbohidratos y otros componentes, el factor más importante a cuidar dentro de estos productos es el contenido de humedad, ya que la mayoría de las propiedades sensoriales de los mismos están en función del nivel de humedad que el producto pueda adsorber (1).

La isoterma de sorción de agua relaciona, a una temperatura constante, el contenido de humedad con la actividad termodinámica del agua en el producto, en un intervalo dado de humedad o actividad. Es interesante recordar que en el equilibrio de la actividad de agua es igual a la humedad relativa del aire que rodea al producto a una temperatura determinada (2).. El agua contenida en muchos alimentos se presenta en distintas formas, en función de las interacciones que existan entre los componentes de la materia seca del alimento y las moléculas de agua. De acuerdo a esto el agua se mantiene unida gracias a fuerzas de atracción molecular, o bien está firmemente ligada a la sustancia adsorbente; el término sorción se usa para denotar esa interacción agua-sustancia adsorbente. El agua adsorbida en el producto se encuentra en equilibrio con el agua en estado de vapor en el aire de la atmósfera que lo rodea, por eso se suele llamar también humedad relativa en el equilibrio (%HRE) (3).

En numerosas ocasiones se ha intentado, a partir de mecanismos termodinámicos de adsorción, desarrollar expresiones matemáticas que se ajusten a los distintos datos experimentales obtenidos, teniendo como base las propiedades fisicoquímicas y termodinámicas. Los modelos matemáticos que se usan con mayor frecuencia son los modelos de BET y GAB (4).

La isoterma de sorción del agua, es una forma adecuada de analizar el grado de interacción del agua con el sustrato. Normalmente se puede dividir en tres intervalos en función de la Aw:

Zona A: Agua fuertemente ligada correspondiente a una Aw de 0.2-0.3 ó inferior: el agua se encuentra en forma monomolecular, que se desarrolla cuando una fracción de agua presente interacciona con la superficie del alimento. (5)

Zona B: Agua moderadamente ligada (Aw= 0.3-0.7): es la más interesante, corresponde a multicapas de agua y presenta características muy particulares. Es una zona en la que un pequeño cambio en el contenido acuoso se traduce en grandes variaciones de los valores de su actividad. (5)

Zona C: Agua poco ligada: correspondiente a una Aw de 0.7-0.8 y superior: el alimento presenta actividades bastantes próximas a la del agua pura. Se elimina con facilidad llegando sólo a un valor de 0.8 y es la responsable de cualquier tipo de reacción y crecimiento microbiano. (5)

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Objetivos

Objetivo general: 

• Determinación de la isoterma de adsorción y desorción de agua de un producto alimenticio.

Objetivo específico: 

• Preparar de las disoluciones saturadas de sales para generar una humedad relativa constante.
• Aplicación de los modelos BET y GAB a los datos experimentales.

Materiales y equipos

• Vasos precipitados
• Mortero
• Galletas Cracker
• Frascos herméticos
• Canastillas
• Agua destilada 40° C aprox.
• Espátula
• Diferentes tipos de sales
• Pesa analítica, “Precisa XB220A¨
• Vortex térmico
• Termómetro
• Estufa

Metodología

De acuerdo a las constantes de solubilidad dadas en la tabla(a), calcular la cantidad de sal necesaria para preparar 10 ml de disolución saturada de cada una de las sales entregadas en el laboratorio.

Para preparar los 6 frascos de humedad relativa constante se realiza de la siguiente forma:

• Rotular cada frasco con el nombre de la sal, nombre de la muestra.
• Preparar cada frasco con 15 ml de disolución sobresaturada de la sal respectiva.
• Cerrar herméticamente los frascos y almacenarlos en estufa a 30°C.
• Asegurar de que cada disolución en cada frasco se mantenga sobresaturada.

Para obtener la isoterma de adsorción de la muestra, ésta se llevara a bajo contenido de humedad inicial, equilibrándose en un desecador con sílica gel durante 1 semana. Para el caso de la isoterma de desorción, la muestra se equilibrará en un ambiente de alta humedad relativa durante 4 días.

Preparadas las distintas soluciones, se introducen en sus correspondientes frascos, al igual que las cestillas, previamente desecadas estufa. Se taran los canastillos y se pesan con exactitud las muestras del producto aproximadamente 2 gramos. Se cierra herméticamente el frasco y se introduce en estufa a 30 ° C. Paralelamente se determina la humedad inicial y la actividad de agua de la muestra.

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