Isotermas De Sorcion

Isotermas de Sorción en Alimentos”

1. INTRODUCCIÓN

Todos los alimentos, cualquiera que sea el método de industrialización al que hayan sido sometidos, contienen agua en mayor o menor proporción. Las cifras de contenido en agua varían entre un 60 y un 95% en los alimentos naturales. En los tejidos vegetales existen dos formas generales: “agua libre” y “agua ligada”. El agua libre o absorbida, que es la forma predominante, se libera con gran facilidad y es estimada en la mayor parte de los métodos usados para el cálculo del contenido de agua. El agua ligada se halla combinada o absorbida. Se encuentra en los alimentos como agua de cristalización (en los hidratos) o ligada a las proteínas y a las moléculas de sacáridos y absorbida sobre la superficie de las partículas coloidales. Estas formas requieren para su eliminación en forma de vapor un calentamiento de distinta intensidad. Parte de la misma permanece ligada al alimento incluso a temperaturas que lo carbonizan (Fisher, 1991).

La alteración de los alimentos por los microorganismos puede producirse con gran rapidez, mientras que las reacciones químicas y enzimáticas que se producen durante el almacenamiento, sigue un curso más lento. Sin embargo, en ambos casos el principal factor que determina el grado de alteración es el contenido de agua. La migración de agua en forma de vapor desde el alimento al medio circundante depende de su contenido de agua y de la composición del alimento, así como de la temperatura y humedad relativa del ambiente. A una temperatura constante, el contenido de agua del alimento cambia continuamente hasta que alcanza un equilibrio con la presión de vapor en el aire circundante. En éstas condiciones, durante su almacenamiento el alimento no gana ni pierde peso. A éste contenido de agua se le denomina “contenido de agua en equilibrio” y a la humedad relativa de la atmosfera de almacenamiento “la humedad relativa en equilibrio”. Cuando se representan diversos valores de humedad relativa frente al correspondiente contenido de agua en equilibrio, se obtiene una curva que se denomina la “isoterma de sorción de agua” (Fellows, 2000). El estado de equilibrio isotermo depende de la forma en que se ha alcanzado: el proceso de incremento de humedad del alimento (ganancia de agua) se denomina adsorción, y el de reducción de ésta humedad (pérdida de agua) se denomina desorción. Generalmente la isoterma de adsorción presenta un menor contenido de humedad para una determinada actividad de agua que la isoterma de desorción. Para un producto dado a una determinada temperatura la isoterma de desorción no es superponible a la de adsorción. Este fenómeno se denomina histéresis y es especialmente acusado en la zona intermedia de equilibrio (Abril & Casp, 1998).

2. OBJETÍVOS

* Conocer el procedimiento experimental para la obtención de una isoterma de sorción de alimentos.

* Describir de forma matemática una isoterma de sorción (adsorción/deserción) mediante la ecuación de BET y GAB, y determinar el valor de monocapa.

* Evaluar el efecto de la temperatura sobre la isoterma, y sobre la humedad de monocapa.

3. ANTECEDENTES

Cuando se sitúa un alimento en un ambiente a temperatura y humedad relativa constantes, eventualmente alcanzará un equilibrio con él. Si el alimento era originalmente fresco, probablemente perderá humedad hacia la atmosfera. Eventualmente el alimento alcanzará una masa estacionaria; el correspondiente contenido en humedad se expresa como el contenido de humedad en equilibrio en términos de peso seco o húmedo. (Lewis, 1993).

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 propuestos por Langmuir, Freundlich y por Brunauer, Emett y Teller (BET) a nivel de la monocapa. Pero el modelo matemático que describe los fenómenos termodinámicos del agua en los alimentos es el modelo de GAB en todo el espectro de las isotermas de sorción.

Las ecuaciones que se utilizarán para la determinación de los valores de humedad de monocapa serán:

Ecuación de BET

Ecuación 1

Dónde:

aw : actividad de agua.

C: constante de BET

m: humedad

m0: humedad monocapa

Ecuación de GAB

Ecuación 2

aw: actividad de agua

C´: constante de BET

m: humedad

m0: humedad de monocapa

k: parámetro de correlación

Para utilizar las ecuaciones anteriores fue necesario realizar los cálculos mediante el Solver, éste es una aplicación de Microsoft Excel que permite hallar la mejor solución a un problema incluyendo condiciones y restricciones.

Busca el valor óptimo de una celda objetivo cambiando los valores de las celdas, utilizados para calcular la celda objetivo. En este caso se supone un valor de 1 para m0 y C, los cuales son corregidos por medio de esta herramienta, a partir del valor objetivo que es f, que es la sumatoria de (mexp-mpred)2, se requiere el valor mínimo de la celda objetivo, se “Resuelve” y ”Acepta”, el programa entonces cambia los valores de m0 y C, que son los valores reales, para la ecuación de BET. En el caso de la ecuación de GAB, se utilizan tres parámetros m0, C y K, que también en un principio se suponen 1, se realiza el mismo procedimiento.

Existen dos métodos para la obtención experimental del contenido de humedad en equilibrio, el método dinámico y el estático. El primer método se basa en el uso de microbalanzas con atmósferas controladas para lograr condiciones de equilibrio aparente, estas condiciones de equilibrio han sido consideradas como adecuadas para construir las isotermas de sorción de vapor de agua En el método estático, las muestras se colocan en recipientes cerrados a humedades relativas constantes, hasta alcanzar un equilibrio higroscópico. Para lograr esto, se utilizan diversas sustancias químicas que poseen la característica de retirar o ceder humedad del ambiente en que se encuentren, hasta que se alcanza un estado de equilibrio. La humedad relativa se puede mantener constante al interior de recipientes herméticamente cerrados, utilizando soluciones de ácidos y soluciones saturadas de diferentes sales. Para diferentes tipos de alimentos es difícil definir un comportamiento teórico generalizado para describir con exactitud la isoterma de sorción a intervalos amplios de la actividad del agua (aw), debido a factores como la depresión

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