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Presente abundantemente en los tres estados
Regulador de la temperatura de los organismos
Sustancia de transporte de nutrientes y productos de desecho
Reactivo y medio de reaccin
Lubricante y plastificador
Estabilizador de la conformacin de biomolculas
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Banana, arvejas, palta, papas, nabo, peras,remolacha, brcolis, zanahoriaFrutos azulesJugos y nctares de frutasManzana, durazno, naranja, PomeloFrutos ctricosLeche fluidaFrutilla, tomateEsprrago, repollo, coliflor, lechugaRabanito
Meln, pepino
Crema de leche, heladosBatatas
PescadoChauchas
Quesos frescosAceitunas
Huevo
Carne de pollo
Jaleas, mermeladasQuesos maduradosPanesAderezos para ensaladas
Tortas, budines, masasCarne de cerdoCarne de vaca
Harinas, smolasLegumbres secas
Manteca, margarina, mayonesaMiel
Frutas desecadas
0 - 12
10 - 25
30 - 60
60 - 78
75 - 97
Aceites y grasasAzcar, caramelos durosChocolate amargoLeche en polvoCereales en coposFrutas secasGalletitas, vegetales deshidratadosFideos secosGranos enteros (cereales)
Contenido de aguade alimentoscomunes (%)
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En alimentos, contenido de agua afecta:
EstructuraAspecto
Sabor
Textura
Susceptibilidad a deterioros
Luego de la rehidratacin o descongelado no se obtiene un alimento
con las propiedades originales
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PROPIEDADES FSICAS DEL AGUA
Funde y hierve a T anormalmente altas
Valores altos de tensin superficial, constante dielctrica, capacidad calorficay calores latentes de fusin, vaporizacin y sublimacin
Viscosidad normal
Conductividad trmica hielo a 0 C ~ 4 veces lquido
Difusividad trmica hielo ~ 9 veces lquido
Molcula dipolar con posibilidad de asociarse mediante puentes de H
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104.5
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Asociacin intermolecular mediante puentes de H formando
estructuras tetradricas
H
H
O
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ESTRUCTURA DEL AGUA
MODELO DE MEZCLA
Enlaces de H concentrados temporalmente (t1/2 = 10-11 s) en agregados en
equilibrio dinmico con especies ms densas
MODELO CONTINUOEnlaces de H distribuidos uniformemente (retculo continuo dinmico)
MODELO INTERSTICIAL
Molculas de agua retenidas en estructura geliforme (clatrato)
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HIELO
Estructura ordenada y simtrica
Molculas ligadas por enlaces de H formando tetraedros casi perfectos
Arreglos hexagonales simtricos forman planos paralelos
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Estructura cristalina se pierde al fundir
Una molcula de agua pasa a ligar ms de 4 molculas vecinas; reduccinde distancia intermolecular; aumento de densidad (mxima a 3,98 C)
A T > 3,98 C, aumenta distancia intermolecular y densidad disminuye
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INTERACCIONES AGUA-SOLUTOS
Agua ligada e hidratacin: tendencia del agua a asociarse con sustancias
hidrfilas
Capacidad de retencin de agua: eficacia de una matriz de macromolculas
para atrapar agua en su interior (geles, clulas)
Propiedades del agua confinada
No fluye por corte o exudado
Se elimina por secado
Es congelableActa como disolvente y medio de reaccin
Similar a agua de soluciones diluidas
Es agua disponible
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INTERACCIONES AGUA-SOLUTOS INICOS
Iones producen cambios en estructura y movilidad en molculas de agua
adyacentes
Se modifica reactividad de solutos
Interacciones in-dipolo fuertes
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Capacidad de un in para alterar estructura acuosa
Relacionado con su poder polarizante (q/r), o con su campo elctrico
Li+, Na+, H3O+, Ca2+, Ba2+, Mg2+, Al3+, F- y HO- forman estructuras con el agua (4 a 6molculas) medio ms denso que agua pura
(K+), Rb+, Cs+, NH4+, Cl-, Br-, I-, NO3-, BrO3-, IO3- y ClO4- no generan mayor grado deorden
Otros efectos provocados por los iones
Compiten por el agua con otros solutos
Modifican constante dielctrica
Condicionan dispersabilidad de macromolculas
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INTERACCIONES AGUA-SOLUTOS POLARES
Interacciones dipolo-dipolo con solutos hidrfilos no inicos (puente de H)
Se perturba la estructura del agua (inmovilizacin de molculas adyacentes)
C
O
O
H
S
H
NH
H
C
O
O
H
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INTERACCIONES AGUA-SOLUTOS NO POLARES
Interaccin hidrofbica (se minimiza contacto agua-molcula no polar)
Asociacin hidrofbica
R(aq) + R (aq) R2 (aq) + H2O
Formacin de clatratos hidratos: estructura de inclusin geliforme
Hidratacin hidrofbica
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Gran influencia en funcionalidad de protenas
Proceso termodinmicamente desfavorable
Se fomenta interaccin entre grupos hidrofbicos
T favorece
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Alimentos con contenidos de agua similares difieren en estabilidad
Influye la tenacidad con la que el agua se encuentra ligada
Concentracin / Deshidratacin aumenta vida til
VIDA TIL DE UN ALIMENTO Y CONTENIDO DE AGUA
A mayor tenacidad menor disponibilidad
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ACTIVIDAD DE AGUA(aa)
Predictor de estabilidad y
estado sanitario de un alimento
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Lewis (1923): Equilibrio termodinmico
Scott (1953): Alimentos
aa =f/f0
f: fugacidad del agua en un sistema en equilibrio
f0 : fugacidad del agua pura T cte.
A P atm f p ( < 1%)
aa = p/p0
p: presin de vapor del agua en un sistema en equilibrio
p0: presin de vapor del agua pura
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Condiciones de medicin de p
Soluto ideal, sol. diluidaEquilibrio termodinmico
aa p/p0
p/p0 : Presin de Vapor Relativa (PVR)
aa no es un predictor perfecto de estabilidad
Condiciones no ideales y de no equilibrio (se estima mediante PVR) Efectos de los solutos
Bajo margen de error Facilidad de medicin
FDA (EEUU)CEEPunto crtico en HACCP
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Humedad Relativa de equilibrio (HRE)
En el equilibrio:
aa = HRE/100T cte.
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d (ln aa) Hs=
d (1/T) R
T: temperatura (K)R: Cte. de los gases
Hs: Calor de sorcin
Integrando:
ln aa = ln p/p0 = Hs / R . 1/T
Efecto de la Temperatura
Ecuacin de Clausius-Clapeyron
lnp
/p0
1/T
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A T > 0 C, aw depende de composicin de la muestra y de T
Para T < 0 C: Cambios bruscos en la pendiente
aw NO depende de composicin de la muestra, slo de T
Procesos controlados por difusin
Reacciones catalizadas Reacciones afectadas por:agentes crioprotectoresagentes microbianossustancias cido-baseagentes oxidantes/reductores
no puedenpredecirse con
certeza mediante aadebajo de O C
Cambian implicancias de valores de aa
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ISOTERMAS DE SORCIN DE HUMEDAD
Grficos p/po vs. contenido de humedad (T cte.)
Estudio de procesos de concentracin/deshidratacin
Formulacin de alimentos compuestos (migracin)
Anlisis de impermeabilidad en alimentos envasados
Determinacin de contenidos de humedad seguros
Prediccin de estabilidad fisicoqumica
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gH2O
/gm.s.
aa
deshid
ratacin
ISOTERMAS DE DESORCIN
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gH2O/g
m.s.
aa
0.20.1 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.0
ZONA
I
ZONA
II
ZONA
III
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ZONA I: Agua fuertemente ligada, asociada mediante interaccionesin-dipolo y dipolo/dipolo. No congela a -40 C. No es solvente. Noejerce efecto plstico.
Lmite I-II: Agua de monocapa sobre grupos altamente polares.
ZONA II: Agua menos ligada. Ocupa vacantes de monocapa einteracciona mediante puentes de H. Mayormente no congela a- 40 C. Comienza a ejercer efecto plastificador y de solvente.
Lmite II-III: Se completa monocapa en torno a macromolculas.
ZONA III: Agua no ligada. Capacidad solvente. Congelable. Modificamatriz (transiciones vtreo-elsticas).
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
AGUATOTALMENTE
LIGADA
AGUA NOLIGADA
(MASIVA)
Tenacidaddeunin
aa
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Grupos inicos
y molculas
polares
pequeas
Grupos polares
de
macromolculas
H2O sin
asociacin a
componentes
no acuosos
del alimento
H2O asociada
mediante
interaccionesin-dipolo /
dipolo-dipolo
H2O asociada
mediante
puentes de H
0.2 0.4 0.6 0.8 1.00.0
Fraccin de agua con mayor movilidad determina estabilidad
Agua disponible para reacciones de deterioro y crecimiento de microorganismos
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Contenido
de humedad
(g/g
materia
seca)
1: confitura (principal componente: sacarosa )
2: extracto de achicoria spray-dried3: caf torrado
4: extracto de pncreas porcino en polvo
5: almidn de arroz
Isotermas de resorcin de algunos alimentos y muestras biolgicas
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Contenidodeh
umedad(g/g
materia
seca)
aa
Dependencia de las isotermas de sorcin con la T
T
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Histresis
Isoterma de desorcin isoterma de resorcin
Resorcin
aa
% H20 desorcin > % H2O resorcin
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Naturaleza del alimento
Cambios fsicos que ocurran durante remocin/adicin de agua
T (no se observa a T > 80 C)
Velocidad de desorcin
Origen
Fenmenos de hinchamiento
Transiciones de fases
Fenmenos capilares
aa desorcin (r) < aa resorcin (R)
(al mismo valor de contenido de agua)
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p/p0 y seguridad/deterioro microbiano de losalimentos
R d Mi i i hibid d b j d l Ej l d li t l d
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Rango de aa Microorganismos inhibidos por debajo de lamenor aw del rango
Ejemplos de alimentos en el rango de aw
1,00 0,95
0,95 0,91
0,91 0,87
0,87 0,80
0,80 0,75
0,75 0,65
O,65 0,60
0,50
0,40
0,30
< 0,20
Pseudomonas, Escherichia, Proteus,Shigella. Klebsiella, Bacillus, Clostridiumperfringens, algunas levaduras
Salmonella, Vibrio parahaemolyticus,
Clostridium botulinum, Serratia,Lactobacillus, Pediococcus, algunoshongos y levaduras(Rhodotorula, Pichia)
Muchas levaduras (Candida, Torulopsis,Hansenula) Micrococcus
La mayoria de los hongos (Penicillummicotoxignico), Staphylocossus aureus, lamayora de Saccharomyces,Debaryomyces
La mayor parte de las bacterias haloflicas,Aspergillus micotoxignicos
Hongos xerofticos (Aspergillus chevalieri,A. candidus, Wallemia sebi),Saccharomyces bisporus
Levaduras osmoflicas (Saccharomycesrouxii), algunos pocos hongos (A.Echinulatus, Monascus bisporus)
No hay proliferacin microbiana
No hay proliferacin microbiana
No hay proliferacin microbiana
No hay proliferacin microbiana
Alimentos altamente perecederos (carnes,frutas, vegetales, frescas o en conserva),leche, panes; alimentos que contienen hasta40 % de sacarosa o 7 % de NaCl
Algunos quesos (cheddar, suizo, provolone),
carnes curadas, algunos jugos de frutaconcentrados; alimentos que contienen hasta55 % de sacarosa o 12 % de NaCl
Embutidos fermentados, quesos secos,margarina; alimentos que contienen hasta 65% de sacarosa o 15 % de NaCl
La mayora de concentrados de frutas, lechecondensada azucarada, jarabe de chocolate,harina, arroz, legumbres
Mermeladas, frutas glaceadas, algunas mieles
Melazas, avena, algunas mieles, gelatina,nueces, frutas desecadas, azcar no refinado
Frutas secas, algunas golosinas
Fideos (12 % humedad), especias (10 %humedad)
Huevo en polvo (5 % de humedad)
Galletitas (3-5 % de humedad)
Leche en polvo (2-3 % de humedad), vegetalesdesecados (5 % de humedad), copos de maz,sopas deshidratadas, algunas galletitas
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p/p0 y deterioro qumico delos alimentos
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a) oxidacin de lpidos; b) reacciones hidrolticas; c) pardeamiento no
enzimtico; d) isoterma de adsorcin, e) actividad enzimtica; f) crecimiento de
hongos; g) crecimiento de levaduras; h) crecimiento de bacterias-
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p/p0 y oxidacin de lpidos
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Mtodos para determinacin de aa
Gravimtrico por interpolacin grfica Manomtricos Higrometra Mtodos qumicos Descenso del punto de fusin Mtodos de punto de roco Mtodos termomtricos