Adsorción de agua en alimentos. Isoterma de adsorción de Guggenheim, Anderson y de Boer

1. Introducción

Josefina Viades Trejo. Adsorción de agua en alimentos. Isoterma de adsorción de Guggenheim, Anderson y de Boer (GAB).(2008)

El agua contenida en los alimentos juega un papel fundamental en diversos aspectos relacionados con la industria alimentaria y el campo del desarrollo e investigación en alimentos. La cantidad de sólidos es inversamente proporcional al contenido de agua en el alimento el cual influye en la elección de las condiciones de proceso y de almacenamiento y determina el tipo de empaque, por lo que es un factor de importancia económica. La calidad nutricional del alimento está en relación inversa a la cantidad de agua, las propiedades funcionales como textura, viscosidad, turbidez, así como las capacidades de hidratación, de emulsificación y de formación de espuma de las proteínas, son consecuencia de la interacción con los componentes del alimento y del estado físico del agua presente. La estabilidad del alimento depende en gran medida de su contenido de agua, ya que ésta es necesaria para el crecimiento microbiano, para la germinación de semillas, para que se efectúen reacciones tanto indeseables como deseables (enzimáticas, de oscurecimiento, rancidez hidrolítica desnaturalización de proteínas, rancidez oxidativa, estas dos últimas causadas por la disminución de humedad en el alimento).

1. Objetivos

Familiarizar al estudiante con los métodos de ajuste computacional de isotermas de sorción de los métodos de B.E.T. y G.A.B, utilizando el Excel como herramienta.

1. Marco Teórico

Josefina Viades Trejo. Adsorción de agua en alimentos. Isoterma de adsorción de Guggenheim, Anderson y de Boer (GAB). (2008)

III.1 Actividad de agua

 El fenómeno de adsorción, debe considerar la distribución del adsórbalo entre dos fases: la superficie de adsorción (adsorbente) y la otra fase que pude ser líquida o gaseosa, de modo que para las composiciones de las fases en el equilibrio de adsorción, se cumple la igualdad de potenciales químicos en ambas fases:

µiα = µiβ

El potencial químico de cualquier componente sólido, líquido o gas, sea éste puro o mezclado, ideal o no, a temperatura constante es:

µi-µi0=RTlnƒi/ƒi0

Donde µi0 y fi0  son el potencial químico y la fugacidad del componente i en el estado de referencia, µi y fi son el potencial químico y la fugacidad del componente i en el estado de interés respectivamente, R la constante de los gases, T la temperatura absoluta. En la ecuación 2 el cociente de fugacidades corresponde a la actividad del componente i

ai=ƒi/ƒi0

Isotermas de adsorción en alimentos. Una isoterma de adsorción es la representación de la relación, en el equilibrio, entre la cantidad adsorbida y la presión a una temperatura constante. En la figura 13 se presentan las isotermas de adsorción y desorción en función de la relación entre la actividad de agua y el contenido de agua. Se observa que las curvas no coinciden, es decir, hay histéresis en el fenómeno de adsorción

Figura 1

[pic 1]

SORCION DE AGUA (2015)

Para describir matemáticamente las isotermas de sorción se han propuesto en la literatura científica diversos modelos, algunos de ellos se han desarrollado con una base teórica para describir los mecanismos de sorción (por ejemplo, los modelos de GAB yBET); mientras que otros son empíricos o semi empíricos (como Smith, Oswin, entreotros). Las ecuaciones de BET y GAB predicen el contenido de humedad de la monocapa (MO) y pueden ser consideradas como las más útiles para determinar las condiciones óptimas de humedad y por consiguiente asegurar la estabilidad durante el almacenamiento especialmente para alimentos secos. La humedad de la monocapa es la cantidad de agua (g agua/g masa seca) que está fuertemente unida en todos los sitios activos de la fase sólida adsorbente del alimento y es considerada como el valor en la cual el alimento es estable durante el almacenamiento.

III.2 Modelo de Brunauer-Emmet-Teller (BET)

Solo describe adecuadamente los datos experimentales por debajo de aw= 0,5.

𝑀𝑊 = 𝑀𝑂 ×𝐶×𝑎𝑊/ (1−𝑎𝑊) × {(1+ (𝐶−1) ×𝑎𝑊)} (1)

Mw: contenido de humedad del producto (masa de agua por masa de producto seco). MO: contenido de humedad de la mono capa (masa de agua por masa de producto seco). C: constante característica del producto y relacionada con el calor neto de adsorción. Linealización de BET:

𝑎𝑊/ 𝑀𝑊 ∗ (1−𝑎𝑊) = 1 /𝑀𝑂 ∗C + (C−1) /𝑀𝑂∗C ∗ 𝑎𝑊 (2)

III.3 Modelo de Guggenhheim-Anderson-de Boer (GAB)

Es una de las más utilizadas en alimentos.

𝑀𝑊 = 𝑀𝑂 ×𝐶×𝐾×𝑎𝑊 / (1−𝐾×𝑎𝑊) × (1−𝐾×𝑎𝑊+𝐶×𝐾×𝑎𝑊) (3)

MW, MO y C tienen el mismo significado que para BET. K: constante relacionada con el calor de adsorción de la multicapa. Si K = 1 la ecuación la ecuación GAB (3) se reduce a la ecuación BET (1)

1. Parte experimental

Tala 1

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