Isotermas de sorcion COMPORTAMIENTO DEL AL SORCIÓN DE AGUA DE LOS ALIMENTOS

ISOTERMAS DE SORCIÓN

1. COMPORTAMIENTO DEL AL SORCIÓN DE AGUA DE LOS ALIMENTOS

1. HIGROSCOPICIDAD

Si a un determinado alimento con un contenido de humedad Xm, el que tendrá una Pv equivalente a esa humedad, lo colocamos en un recipiente cerrado que tiene un aire con un contenido de humedad  Xa , una Pva y un φa determinado, todo el sistema a una cierta Tº = Ts, se establecerá un pasaje de agua del alimento al aire o viceversa hasta que después de un cierto tiempo θ, se establecerá un equilibrio y cesará el flujo de agua. Este equilibrio se logrará entre la Pv del aire y del alimento, las que en ese momento se igualarán.

Considerando este equilibrio enre el aire y el producto, en una capa inmediata rodeando al alimento tendremos:

1. Para le aire en equilibrio:

La Pv será equivalente a la humedad relativa φa  a la temperatura Ts.

1. Para el alimento en equilibrio:

El contenido de humedad Xm estará de acuerdo con la Pv existente en el sistema.

  Como vemos, el paso de agua se establecerá en el sentido de   la meno Pv, ya sea hacia el aire o al alimento.

  En el equilibrio la Pva  = Pvalimento y no hay pasaje de agua.

Definimos como propiedad del aire:

φa  = Pva / Ps                        Donde Pva = Presión de vapor del aire

                                                          Ps  = Presión de saturación

 Y para el producto definimos:

 aw  = Pvp / Ps                        Donde Ps  = Presión de saturación

En el equilibrio

 Pva = Pvp 

Y de esta manera    φa ≈ aw  

Por lo tanto aw puede llamarse humedad relativa de equilibrio del alimento y corresponderá al φa en la capa inmediata que rodea a ese alimento en condiciones de equilibrio a una determinada temperatura Ts = constante.

 [pic 1][pic 2]

[pic 3][pic 4][pic 5][pic 6][pic 7][pic 8][pic 9][pic 10][pic 11]

                                                       θ[pic 12][pic 13][pic 14][pic 15][pic 16][pic 17][pic 18]

[pic 19][pic 20]

                Pv´a   =  Pv´p

        Producto Xp Pvp        φa = aw[pic 21]

Pva  =      Pvp

Podemos ahora definir la higroscopicidad de un alimento como la capacidad de atraer (ad-absorber) humedad del aire, la que se traduce en una cantidad X de humedad en el producto, en el equilibrio a una temperatura T = cte.

A una determinado φ en equilibrio a una temperatura dada, un producto será más higroscópico que otro cuando posea mayor cantidad de agua que el otro.

La relación que existe entre el aw y la X de un producto en el equilibrio, a una determinada temperatura T = cte, se interpreta a través de de las llamadas ISOTERMAS DE SORCIÓN.

1.  ISOTERMAS DE SORCIÓN

           Establecen la relación entre el aw  y el contenido de X del producto a un una temperatura T = constante.

En el eje de la  x se coloca el aw  o φ y en el eje vertical el contenido de humedad del producto expresado en base seca.

Para cada φ corresponde una cierta cantidad  X  humedad  en el producto en el equilibrio, la que será mayor o menor de acuerdo a su higroscopicidad,

A un determinado φ en el equilibrio (un determinado aw), a una temperatura dada, un producto será más higroscópico que otro cuando posea mayor cantidad de agua que otro.

La relación que existe entre el aw y la X de un producto en el equilibrio a una determinada temperatura se interpreta por las llamadas Isotermas de Sorción.

Por lo tanto las Isotermas de Sorción establecen la relación entre el aw y el contenido de X del producto a una temperatura constante.

En el eje de las x se coloca el aw o φ y en el eje vertical el contenido de humedad expresado como:

                      X = g de H2O / g producto seco

        [pic 22]

Fig. 1

Todos los puntos de la fig.1 corresponden a la relación entre X y aw en el equilibrio.

Cada uno de los puntos de las curvas corresponde a puntos de equilibrio a una temperatura constante.

Así por ejemplo, si consideramos la curva C, en el estado de equilibrio del punto “A”, cuando aw sea  igual a awA tendrá un contenido de humedad XA, de acuerdo a la pv existente sobre el alimento, y en el punto “B”,  cuando aw  sea igual a awB  tendrá un contenido de humedad igual a XB de humedad.

2.1 FORMAS DE LAS ISOTERMAS DE SORCIÓN 

 Las curvas de Isotermas de Sorción poseen diferentes formas debido a la higroscopicidad del producto.

Así observando la figura 1 podemos decir que:

1. El producto a es muy higroscópico
2. El producto b no es higroscópico en gran rango de  aw 
3. El producto c es relativamente higroscópico y presenta un tipo normal de isoterma

[pic 23]

Fig. 2

Podemos observar en la figura 2 curvas que presentan distintos tipos de alimentos.

La curva                corresponde a carne: es la que presenta menos higroscopicidad de todas y esto es debido a que su componente principal son las proteínas.[pic 24][pic 25]

La curva         corresponde a papas: es más higroscópica que la anterior pero menos que las demás. Su componente principal es el almidón.[pic 26][pic 27]

La curva         es de pimiento verde: es más higroscópica que la             y además de polisacáridos tiene mono y disacáridos.[pic 28]

La curva         corresponde a durazno: es poco higroscópica en un rango bajo de aw, pero luego lo es muy higroscópico. Su contenido principal es de mono y disacárido.

De esta manera podríamos concluir que,  para un rango medio de aw medio, la higroscopicidad aumenta de proteínas a polisacáridos y a mono y disacáridos.

La fijación del agua y la forma de las isotermas de Sorción varia considerablemente de un alimento a otro y es la resultante del comportamiento de los diversos constituyentes químicos del alimento con relación al agua como puede verse en la figura 3.

[pic 29] Fig 3

Así las proteínas y almidones retienen mejor el agua en la región inferior de las isotermas, que los lípidos y las sustancias cristalinas, como por ejemplo los azúcares. Las frutas deshidratadas ricas en azúcares son claramente higroscópicas, pero sólo por encima de cierta humedad relativa.

El estado físico (cristalino o amorfo), en el que e presentan las redes de moléculas, influye acusadamente sobre la retención de agua. Este estado depende en gran parte de los tratamientos tecnológicos y la manera de realizar las operaciones de deshidratación, congelación, etc, lo que motiva a variaciones de las isotermas de sorción de los productos deshidratados, por ejemplo.

Los azúcares pueden ser responsables de deterioros físicos o reológicos. La forma amorfa, higroscópica, e inestable, por encima de cierto contenido de agua, para a la forma cristalina y cede agua, tal como se muestra en la figura 4.

[pic 30]

Fig. 4

Esta transición se puede producir rápidamente a temperaturas habituales, durante el almacenamiento a causa de la sorción de agua.

Para el caso de la glucosa amorfa seca a 25ºC, la transformación está influenciada por la humedad relativa y es mucho más rápida cuando la temperatura se eleva, tal como puede observarse en la siguiente figura (fig. 5)

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