REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL SUR DEL LAGO “JESUS MARIA SEMPRUM” INGENIERIA DE ALIMENTOS QUIMICA DE ALIMENTOS

UNIDAD 2. AGUA

PROF. DAVID MEJIAS

ABRIL, DE 2011

OBJETIVO. Analizar el concepto de Actividad de Agua y estudiar la influencia de esta sobre las diferentes reacciones de deterioro de los alimentos. .

• PROPIEDADES DEL AGUA. El agua es la única sustancia que se presenta abundantemente en los tres estados físicos en nuestro planeta. Es esencial para la vida: * Estabilizadora de la temperatura corporal. * Transportadora de nutrientes y desechos. * Reactivo y medio de reacción. * Facilitadora de la conducta dinámica de las macromoléculas. * Principal componente de la mayoría de los alimentos.

CONTENIDO DE AGUA DE DIVERSOS ALIMENTOS.

PORQUE ESTUDIAR EL AGUA Y EL HIELO.

El agua en la cantidad, localización y orientación correcta, es crucial para los procesos vitales, e influye profundamente también en la estructura, aspecto y sabor de los alimentos

y

en

su

susceptibilidad

a

la

alteración.

Debido a que la mayoría de los alimentos frescos contienen grandes cantidades de agua se necesitan formas de conservación eficaces si se desea almacenarlos mucho tiempo.

Es importante señalar que la eliminación del agua, bien por deshidratación convencional o por separación localizada en forma de cristales de hielo puro (congelación), altera considerablemente las propiedades nativas de los alimentos y productos biológicos. Además todo intento de retornar el agua a su estado original (rehidratación o descongelación) solo ha tenido éxito parcial. Esta ampliamente justificado, por tanto, estudiar el agua y el hielo con considerable atención.

CONSTANTES FISICAS DEL AGUA Y DEL HIELO.

COMPORTAMIENTO ANOMALO DEL AGUA.

Cuando se compara el agua con otros hidruros del grupo del oxigeno, se observa que el agua funde y hierve a temperaturas anormalmente altas, también exhibe valores inusualmente altos de tensión superficial, constante dieléctrica, capacidad calórico y calores de transición de fase, que tiene una densidad moderadamente baja, que posee el atributo anormal de expandirse al solidificar y una viscosidad extrañamente normal .

COMPORTAMIENTO ANOMALO DEL AGUA.

Las propiedades anómalas del agua sugieren intensas fuerzas atractivas entre las moléculas de agua y estructuras anormales y diferentes en el agua y el hielo.

Estas peculiaridades se explican mejor estudiando una molécula de agua en particular y luego la de pequeños grupos de moléculas. Para formar una molécula de agua, dos átomos de hidrógeno se aproximan a dos orbitales sp3 del oxígeno, para formar dos enlaces sigma (σ), covalentes (40% de carácter iónico parcial), cada uno de los cuales tiene una energía de iotización de 4,614 x 102 kj/mol.

Los orbitales moleculares localizados permanecen orientados simétricamente en torno a los ejes originales, conservando así una estructura tetraédrica (Ver figura).

COMPORTAMIENTO ANOMALO DEL AGUA.

Figura 1, Representación esquemática de la molécula de agua (a) estructura tetraédrica formada por los orbitales sp3 del oxigeno y (b) dimensiones de la molécula de agua.

COMPORTAMIENTO ANOMALO DEL AGUA. Lo descrito hasta ahora esta muy simplificado. El agua pura no solo contiene moléculas de HOH, sino también muchos otros constituyentes aunque en cantidades vestigiales. Además de los isótopos comunes O16 y H1, también están presentes O17, O18, H2 y H3, dando origen a 18 variables isotópicas del HOH. El agua también contiene partículas iónicas, tales como los iones hidrógeno, e hidroxilo y sus variantes isotópicas. El agua consta por tanto de mas de 33 variantes químicas de HOH. ASOCIACION DE LAS MOLECULAS DE AGUA. La forma en V de la molécula de agua y la naturaleza polarizada del enlace O—H determina un momento de dipolo en estado de vapor de 1,84D para el agua pura. La magnitud de esta polaridad produce asociaciones de las moléculas de agua con considerable

intensidad.

Sin

embargo,

las

fuerzas

atractivas

intermoleculares

anormalmente altas del agua no pueden ser totalmente explicadas sobre la base de su gran momento dipolar.

ASOCIACION DE LAS MOLECULAS DE AGUA.

Mas bien es su capacidad para formar múltiples enlaces de hidrógeno sobre una base tridimensional, lo que explica las grandes fuerzas atractivas entre las moléculas de agua.

El oxigeno altamente electronegativo de la molécula de agua puede visualizarse como si atrajese parcialmente los electrones únicos de los átomos de hidrógeno unidos covalentemente, dejando a cada hidrógeno con una carga positiva parcial y una mínima cobertura electrónica; es decir, cada hidrógeno asume algunas características de un protón desnudo.

Puesto que los orbitales de los enlaces O—H están localizados sobre dos de los ejes de un tetraedro imaginario, representando estos entonces, líneas positivas de fuerzas (sitios donadores de enlaces de hidrógeno). Por otro lado los dos orbitales del par solitario del oxigeno pueden considerarse como residiendo a lo largo de los otros dos ejes del tetraedro imaginario, representando entonces líneas negativas de fuerzas (sitios aceptores de enlaces de hidrógeno).

ASOCIACION DE LAS MOLECULAS DE AGUA.

a

(a) El tetraedro imaginario mostrando los 4 posible sitios de enlaces de hidrógeno y (b) un par de moléculas de agua donde se aprecian su unión a otras cuatro. (b)

ASOCIACION DE LAS MOLECULAS DE AGUA.

En virtud de estas cuatro líneas de fuerza, cada molécula de agua es capaza de unirse a otras cuatro moléculas. Debido a que cada molécula de agua tiene igual cantidad de sitios donadores y aceptores de enlaces de hidrógeno, dispuestos para permitir la formación tridimensional, resulta que las fuerzas atractivas entre las moléculas de agua son anormalmente grandes, incluso cuando se les compara con las de otras moléculas pequeñas que también forman puentes de hidrógeno (NH3 y FH).

El amoniaco, con su disposición tetraédrica y un solo sitio aceptor y el fluoruro de hidrogeno con su disposición tetraédrica de un hidrogeno y tres aceptores no tienen números iguales de aceptores y donadores de enlaces de hidrógeno y por lo tanto solo pueden formar redes bidimensionales de enlaces de hidrógeno, en las que intervienen menos enlaces de hidrogeno por molécula que en el caso del agua.

ASOCIACION DE LAS MOLECULAS DE AGUA.

La capacidad del agua para formar enlaces tridimensionales facilita una explicación lógica de muchas de sus propiedades anormales. Por ejemplo, sus altos valores de capacidad calórico, punto fusión, punto de ebullición, y calores de las distintas transiciones de fase, están todos relacionados con la energía extra requerida para romper los enlaces de hidrogeno intermoleculares.

La constante dieléctrica también esta influenciada por los enlaces de hidrogeno. Aunque el agua es un dipolo, esto no explica por si solo la magnitud de su constante dieléctrica. Los grupos de moléculas unidos por enlaces de hidrogeno, aparentemente originan dipolos mulitmoleculares que incrementan de hecho la constante dieléctrica del agua.

ESTRUCTURA DEL HIELO.

La estructura del hielo se discutirá antes que la del agua liquida, porque la primera se comprende mejor que la segunda y porque la estructura del hielo representa una extensión lógica de la información presentada en la sección anterior. El

agua

con

tetraedricamente

sus

fuerzas

cristaliza

dirigidas en

una

estructura abierta (de baja densidad) que ha sido elucidada con exactitud mediante estudios de difracción de rayos X, de neutrones, electrones y espectroscopia infrarroja .

ESTRUICTURA DEL HIELO. La forma en cada molécula de agua puede asociarse a otras cuatro (numero de coordinación de cuatro). Se visualiza mas fácilmente considerando la molécula W y sus cuatro vecinas mas próximas: 1, 2, 3 y W ‘ Cuando se consideran varias células unidad y se observan a lo largo del eje superior (eje c), se hace aparente la simetría

hexagonal

del

hielo,

como

muestra la Figura 6 a. La subestructura tetraédrica es evidente considerando la molecula W y sus cuatro vecinas mas proximas 1, 2, 3.

W

debajo del plano por W.

‘

yace eclipsada

ESTRUCTURA DEL HIELO. Cuando la Figura 6 a, es vista en tres dimensiones se obtiene la Figura 6 b, en la cual se hacen evidentes dos planos. Ambos son paralelos y muy próximos entre si y se mueven como una unidad , durante el deslizamiento o flujo de hielo bajo presión glaciar.

Los pares de planos de este tipo constituyen los planos basales del hielo

ESTRUCTURA DEL HIELO.

Apilando

varios

planos

basales

se

obtiene una estructura extendida del hielo. Para formar la estructura mostrada en la Figura 7, se han combinado tres planos basales.

Vista paralelamente al eje c, la estructura es exactamente igual a la mostrada en la Figura 6 a, lo que indica que los planos basales están perfectamente alineados. En

esta

dirección

el

monorrefringente,

mientras

birrefringente

todas

en

direcciones Figura 7.

hielo

es

que

es

las

demás

ESTRUCTURA DEL AGUA.

El agua liquida tiene una estructura mucho mas organizada que la del vapor, pero sin producir rigidez de largo rango como en el hielo, de forma que la orientación y movilidad de una molécula dada, esta influenciada por sus vecinas. Existen muchos modelos que pretenden explicar la estructura del agua liquida. Sin embargo, la mayoría de ellos son altamente especulativos y de escasa utilidad en la quimica de los alimentos.

El grado de enlazamiento del hidrogeno depende de la temperatura. El hielo a 0 oC, tiene un grado de coordinación de 4, con una distancia entre moléculas vecinas mas próximas de 2,76 Å. Al fundir algunos enlaces de hidrogeno se rompen (aumenta la distancia entre vecinas mas próximas). Simultáneamente se destruye la estructura rígida y las moléculas de agua se reorganizan entre si, en disposiciones reticulares mas compactas. A medida que la temperatura se eleva, el numero de coordinación del agua aumenta desde 4 en el hielo a 0 oC, hasta 4,4 en el agua a 1,5 oC y hasta 4,9 a 83 oC, aumentando la distancia entre vecinas mas proximas desde 2,76 Å en el hielo a 0 oC hasta 2,9 Å en el agua a 1,5 oC

y hasta 3,05 a 83 oC.

ESTRUCTURA DEL AGUA. Es evidente que la transformación del hielo en agua esta acompañada por un aumento de la distancia entre vecinas mas próximas (disminuye la densidad) y por

un

aumento

del

numero

de

coordinacion (aumenta la densidad), con predominio del ultimo factor en la zona de 0 a 4

oC

para determinar el familiar

El posterior calentamiento por encima del punto de fusión hace que la densidad pase por un

aumento neto de densidad. Desde los 4

máximo a 3,98

oC,

después

en adelante prevalece el aumento de

al

la distancia entre vecinas mas próximas

aparente,

sobre

incremento

el

aumento

del

numero

de

oC,

declinando gradualmente

aumentar

por del

tanto,

la que

numero

temperatura. el de

efecto

Es del

coordinación

coordinación por lo que disminuye la

predomina en el rango de 0 a 3,98 0C. Mientras

densidad.

que el aumento de la distancias entre vecinas mas próximas debe predominar por encima de 3,98 0C.

ESTRUCTURA DEL AGUA.

La baja viscosidad del agua es reconciliable con el tipo de estructura que se ha descrito, ya que el retículo de enlaces de hidrogeno es altamente dinámico permitiendo, a las moléculas individuales en un lapso de tiempo de nanosegundos a picosegundos, alterar sus relaciones de enlazamientos de hidrogeno con sus moléculas vecinas, aumentando así la movilidad molecular y la fluidez.

INTERACCIONES AGUA-SOLUTO.

La interacción agua-soluto implica la alteración del soluto como la de la propia agua. Las sustancias hidrofilicas interactúan fuertemente con el agua mediante mecanismos dipolodipolo, modificando la estructura y la movilidad del agua, así como la de la sustancia hidrofilica. Mientras que los grupos hidrofóbicos de las sustancias añadidas interactúan débilmente con el agua adyacente, prefiriendo un ambiente no acuoso. El agua adyacente a los grupos hidrofóbicos asume un mayor grado de estructura que el agua pura, cambio termodinámicamente desfavorable debido a la disminución de la entropía. Para minimizar este cambio termodinámico los grupos hidrofóbicos, siempre que sea posible se agregan para reducir su contacto con el agua, proceso que se conoce como interacción hidrofóbica.

INTERACCIONES AGUA-SOLUTO.

Antes de tratar específicamente las interacciones agua-soluto, conviene discutir el fenómeno general al que se hace referencia mediante varios términos tales como ligazón de agua, hidratación, agua ligada y capacidad de retención de agua.

Los términos ligazón de agua e hidratación son similares y se refieren a la tendencia del agua a asociarse con distintos grados de intensidad a sustancias hidrofilicas. El grado de intensidad de la ligazón de agua o hidratación depende de varios factores como la naturaleza del componente no acuoso, la composición salina, el pH y la temperatura. AGUA LIGADA. El termino agua ligada no puede tratarse con tanta facilidad. El agua ligada no es una entidad fácilmente identificable y homogénea, por lo que la terminología descriptiva es difícil, no existiendo una definición generalmente aceptada.

INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. AGUA LIGADA.

Si todo el agua se considera bien como “libre” o “ligada”, puede razonablemente argüirse que toda el agua de los tejidos esta ligada puesto que no fluye libremente cuando se aplican fuerzas moderadas y toda ella se encuentra bajo influencia de las estructuras biológicas o solutos y por tanto se comporta de manera diferente al agua pura..

Según esto el “ligamiento” puede ser considerado desde el punto de vista de: * La estructura del agua (posición promedio de las moléculas de agua entre si y en relación

con

los

solutos

y

estructuras

biológicas),

* Movilidad de las moléculas de agua (movimiento rotacional y translacional), * Energías de ionización de enlaces (agua-agua, agua-soluto y/o agua-ion), o * La actividad del agua (aw) (definida como p/p0, donde p es la presión parcial del agua en la muestra y p0 la presión vapor del agua pura a la misma temperatura.

INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. AGUA LIGADA.

Algunos autores votan por usar el termino agua ligada sin previa definición, mientras que otros ha propuesto todo un abanico de definiciones que a la larga solo crea mas confusión. Sin embargo, de ese abanico de definiciones se puede considerar lo siguiente: * El agua ligada no congela a una temperatura baja arbitraria (normalmente -40 oC o mas baja). * El agua ligada se encuentra en la vecindad de solutos y otras sustancias no acuosas y tienen propiedades que difieren significativamente del resto de la masa de agua del mismo sistema.

INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. CAPACIDAD DE RETENCION DE AGUA.

La capacidad de retención de agua, describe la capacidad de moléculas, generalmente macromoléculas, para atrapar grandes cantidades de agua de tal manera que se evite la exudación. Ejemplo, geles de pectina y de almidón y tejidos tanto animales como vegetales. El agua atrapada no fluye incluso aunque se provoque considerable daño mecánico (ejemplo, troceado).

El agua atrapada se comporta casi igual al agua pura durante el procesado, es decir, se elimina fácilmente durante la desecación y se convierte fácilmente en hielo durante el congelamiento. Esto es, aunque sus propiedades de flujo masivo están severamente restringidas, el movimiento de las moléculas individuales es esencialmente el mismo que el de las moléculas de agua en una solución salina diluida.

INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. CAPACIDAD DE RETENCION DE AGUA.

El agua atrapada constituye la principal fracción del agua de las células y de los geles y su variación tiene profundos efectos sobre la calidad de los alimentos. Por ejemplo, el almacenamiento de los geles, de ordinario supone una perdida de su calidad debido a la disminución de su capacidad de retención de agua (sinéresis). De igual modo la congelación de tejidos, frecuentemente conduce a un disminución de la capacidad de retención de agua, que se evidencia mediante el exudado en el descongelamiento. También los cambios fisiológicos post-mortem del músculo (↓ pH), generalmente reducen la capacidad de retención de agua hasta el punto de desfavorecer la calidad de los embutidos.

Conviene concluir esta sección con un sistema de clasificación de los diferentes tipos de agua en los alimentos y con la enumeración de las propiedades asociadas a estas diversas clases de agua.

INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. DIFERENTES TIPOS DE AGUA.

INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. DIFERENTES TIPOS DE AGUA.

INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. DIFERENTES TIPOS DE AGUA.

INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. INTERACCION DEL AGUA CON IONES Y GRUPOS IONICOS.. El agua que interactúa con iones y grupos iónicos

representa

parte

del

agua

mas

firmemente ligada a los alimentos. La estructura normal del agua es distorsionada por la adición de solutos disociables. Existe evidencia de que algunos iones tienen un efecto demoledor de la estructura normal del agua, mientras que otros la promueven. Se piensa que el agua multicapa de los iones se encuentra en un estado distorsionado debido a la influencias estructurales conflictivas del agua vecinal y el agua de la fase masiva. El agua de la fase masiva tiene propiedades similares a la del agua en una solución diluida.

INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. INTERACCION DEL AGUA CON IONES Y GRUPOS IONICOS.. Los iones pequeños y/o multivalentes (la mayoria iones positivos) Li+, Na+, Ca+, Ba+, Mg+, Al+3, F-, H3O y OH-, poseen fuerte campo eléctrico

y son promotores de

estructura neta.

Mientras que los iones grandes y monovalentes (la mayoría de los iones cargados

negativamente

e

iones

grandes positivos) K+, Rb+, Cs+, NH4+, Cl-, Br-, I-, NO3-, BrO3-, ClO4-, son demoledores de estructura neta. La interacción del agua con solutos neutros formadores de enlaces de hidrogeno es mas débil que con solutos iónicos. Sin embargo, el agua enlazada con solutos neutros por enlaces de hidrogeno debe considerarse como agua constitucional o vecinal.

INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. INTERACCION DEL AGUA CON GRUPOS NEUTROS FORMADORES DE ENLACES DE HIDROGENO. Por lo general los solutos neutros que forman enlaces de hidrogeno con el agua tienden a incrementar la estructura neta del agua o al menos no la reducen.

Sin

embargo,

la

distribución

y

la

orientación de los sitios formadores de enlaces

de

algunos

solutos

son

geométricamente incompatible con los La urea es un ejemplo de soluto que tienen

que se piensan existen en el agua

sitios

enlaces

normal. Por lo tanto tienen un efecto

geométricamente incompatible con el agua,

demoledor de la estructura normal del

por

agua.

formadores

lo

que

tiene

de

un

marcado

efecto

demoledor de la estructura normal de agua. Por estas razones, la mayoría de los solutos formadores

de

enlaces

dificultan la congelación.

de

hidrogeno

INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. INTERACCION DEL AGUA CON GRUPOS NEUTROS FORMADORES DE ENLACES DE HIDROGENO. Los enlaces de hidrogeno del agua pueden formarse con varios grupos potencialmente elegibles (hidroxilo, amino, carboxilo, amida o imino). También se ha sugerido la formación de puentes de agua entre dos sitios

de

una

macromoléculas

macromolécula

o

entre

INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. INTERACCION DEL AGUA CON SUSTANCIAS APOLARES. La

interacción

hidrocarburos,

del

gases

agua raros,

con grupos

apolares de ácidos grasos, aminoácidos y proteínas, es termodinámicamente desfavorable porque reduce la entropía, debido a un aumento del numero de

Merecen especial atención la formación

enlaces de hidrogeno agua-agua. Esto

de hidratos clatrato y las interacciones

promueve la estructura normal del agua

hidrofóbicas de las proteínas.

entre moléculas adyacentes al soluto apolar

INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. INTERACCION DEL AGUA CON SUSTANCIAS APOLARES. Los hidratos clatratos son compuestos de inclusión de tipo geliformes, en los que

el

agua

hospedadoras cavitarias

como forma

mediante

sustancia estructuras

enlaces

de

hidrogeno, que atrapan físicamente moléculas de una segunda especie conocidas como moléculas huéspedes. Son

la

mas

extrema

respuesta

formadora de la estructura del agua frente

a

cristales

sustancias clatratos

apolares. pueden

Los

crecer

fácilmente hasta hacerse visibles y algunos son estables a temperaturas superiores a 0oC.

INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. INTERACCION DEL AGUA CON SUSTANCIAS APOLARES. Las

moléculas

huéspedes

de

los

hidratos clatratos son moléculas de bajo peso molecular con tamaño y forma compatible con las cavidades formadas por 20-74 moléculas de agua. Por ejemplo, el dióxido de carbono, el dióxido de azufre, oxido de etileno, aminas

primarias,

secundarias

terciaras de cadena corta.

y

Las interacciones entre el agua y el huésped

a

menudo

son

mediante

fuerzas de van der Walls, aunque en algunos

casos

electrostática.

existe

interacción

INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. INTERACCIONES HIDROFOBICAS DE LAS PROTEINAS. Las interacciones hidrofobicas, existen y son muy importantes porque el 40% de los aminoácidos de las proteínas tienen cadenas laterales apolares. Las interacciones hidrofobicas también se dan con otros grupos como alcoholes, ácidos grasos y aminoácidos.

INTERACCIONES AGUA-SOLUTO. INTERACCIONES HIDROFOBICAS DE LAS PROTEINAS. Por ser también este tipo de interacción termodinámicamente

desfavorable

la

misma estimula la asociación de grupos hidrofóbicos. En cuanto a naturaleza del agua adyacente a los grupos hidrofóbicos, la estructura propuesta por

Lewin,

es

compatible

con

el

requerimiento de que el agua y los grupos apolares no se atraigan.

Este esquema tiende a atraer aniones y a repeler cationes.

ACTIVIDAD DE AGUA (aw).

Se

ha

observado

que

diferentes

alimentos con igual contenido de agua difieren en su susceptibilidad a la alteración. Por lo que el contenido de agua no es un indicador fiable de la alterabilidad. Esto puede atribuirse a los distintos grados de intensidad con que la moléculas de agua se asocian a los solutos no acuosos.

Mientras el agua esta mas asociada a los solutos menos disponible esta para participar

en

hidrolíticas microbiano .

o

reacciones para

el

químicas crecimiento

ACTIVIDAD DE AGUA (aw). Varios factores como la concentración de oxigeno, el pH, la movilidad del agua y el tipo de soluto influyen sobre la La aw de agua se define como:

degradabilidad de los alimentos.

Sin

aw= f/f0 = p/p0 = HR/100 = Ma/(Ma+Ms)

embargo la aw, se correlaciona muy

Donde:

mejor con la velocidad de muchas

f: es la fugacidad en un estado dado a T.

reacciones

degradativas,

que

el

contenido de agua. Por lo cual se f0: es la fugacidad en estado estándar a T. p: es la presión parcial del agua en el alimento a T. p0: es la presión del agua pura a T. HR: humedad relativa. Ma: Moles de agua. Ms: Moles de soluto.

justifica alimentos.

su

uso

medida

en

los

ACTIVIDAD DE AGUA (aw). Varios factores como la concentración de oxigeno, el pH, la movilidad del agua y el tipo de soluto influyen sobre la La aw de agua se define como:

degradabilidad de los alimentos.

Sin

aw= f/f0 = p/p0 = HR/100 = na/(na+ns)

embargo la aw, se correlaciona muy

Donde:

mejor con la velocidad de muchas

f: es la fugacidad en un estado dado a T.

reacciones

degradativas,

que

el

contenido de agua. Por lo cual se f0: es la fugacidad en estado estándar a T. p: es la presión parcial del agua en el alimento a T. p0: es la presión del agua pura a T. HR: humedad relativa. na: Moles de agua. ns: Moles de soluto.

justifica alimentos.

su

uso

medida

en

los

ACTIVIDAD DE AGUA (aw). ISOTERMAS DE ADSORCION Y DESORCION. El numero de moles del soluto puede calcularse por:

n2= G.∆Tf/(1000xKf)

Donde:

La actividad acuosa es una propiedad

G: gramos del solvente en la muestra.

intrínseca

∆Tf: depresion del punto de congelacion.

contenido de humedad mediante las

Kf: constante de depresion del punto de congelacion molal del agua (1,86).

curvas o isotermas de adsorción y

y

se

relaciona

con

el

desorcion. La relación no suele ser lineal y dichas curvas sugieren que la aw es menor en la desorcion que en la adsorción.

También

sugieren

que

ambos procesos no son reversibles por la misma vía.

ACTIVIDAD DE AGUA (aw). DEPENDENCIA DE LA TEMPERATURA.

La ecuación de Clausius-Clapeyron, en

forma

modificada

dependencia

de

la

describe aw

con

la la

temperatura, mediante:

d ln(aw)/d (1/T) = ∆H/R Donde: T: temperatura absoluta. R: constante de los gases ∆H: calor isostérico neto de sorción correspondiente al contenido de agua de la muestra.

ACTIVIDAD DE AGUA (aw). DEPENDENCIA DE LA TEMPERATURA. EJEMPLO.

La aw presenta una dependencia con la temperatura para casi todo el rango de actividad de agua estudiado, es decir, para un aw dado el contenido de humedad de equilibrio aumenta a medida que disminuye la temperatura. Siendo evidente que las muestras adsorbieron mas agua a 7 y a 22 que a 45

oC.

Esto se puede explicar

entendiendo que las moléculas de agua tienen menor energía cinética a menor temperatura y que la formación de enlaces de hidrogeno es proceso exotérmico.

ACTIVIDAD DE AGUA (aw). ISOTERMA DE SORCION GENERALIZADA..

ACTIVIDAD DE AGUA (aw). ISOTERMA DE SORCION GENERALIZADA.. El agua de la zona I, es el agua mas fuertemente absorbida y menos móvil. Esta absorbida a sitios polares mediante uniones agua-Ion o agua-dipolo. No congela a -40 oC, no sirve como solvente, simplemente actúa como parte integrante del soluto. El limite de la zona I y II, corresponde al agua monocapa, es decir, el agua constitucional y vecinal. Esta zona corresponde a una fracción muy pequeña del agua total del alimento.

El agua de la zona II, ocupa los restantes sitios de la primera capan y varias capas adicionales entorno a los grupos hidrofílicos del sólido, denominándose agua multicapa. La mayor parte de esta capa no congela a -40 oC. En el limite de las zona I y II, el agua iniciaran procesos de disolución, actuará como plastificante y promoverá la hinchazón de la matriz sólida, determinando la aceleración de la mayoría de las reacciones. El agua de las zonas I y II, supone menos del 5% del agua total.

El agua de la zona III, es el agua menos fuertemente ligada y mas móvil, se le designa fase masiva, se haya impedido su flujo macroscópico pero en los restantes aspectos es igual al agua de una solución salina diluida. El agua de la zona III, bien sea atrapada o libre representa el 95% del agua total y esta disponible para la mayoría de las reacciones químicas y actividad microbiana.

ACTIVIDAD DE AGUA (aw). ACTIVIDAD DE AGU Y ESTABILIDAD DE LOS ALIMENTOS.

ACTIVIDAD DE AGUA (aw). ACTIVIDAD DE AGU Y ESTABILIDAD DE LOS ALIMENTOS. Las curvas de: hidrólisis enzimática, perdidas de clorofila y perdidas de vitamina C, siguen un

En la oxidación de lípidos a valores muy

comportamiento mas o menos acorde a la

bajos

isoterma de sorción. Llama la atención que las

disminuye a medida que se añade agua

curvas de oxidación de lípidos, de reacción de

hasta los limite de las zonas I y II. La

Maillard, crecimiento microbiano y perdida de

posterior adición de agua genera un

vitamina B1, no tienen un comportamiento

aumento la velocidad de oxidación hasta

acoplado a la curva de sorción característica..

los limites de las zonas II y III. Si se añade

de aw, velocidad

de oxidación

mas agua vuelve a disminuir la velocidad de oxidación. El agua añadida a la zona zona I, liga hidroperóxidos y evita su descomposición, por lo que retarda la oxidación de lípidos. Además esta agua hidrata iones metálicos indisponiéndolos como catalizadores de la oxidación de lípidos.

ACTIVIDAD DE AGUA (aw). ACTIVIDAD DE AGU Y ESTABILIDAD DE LOS ALIMENTOS. Por encima del limite de las zonas I y II, el agua añadida incrementa la solubilidad del oxigeno, además el hinchamiento provocado por el agua deja expuesto mas sitios catalíticos para la oxidación de los lípidos. Mientras que a valores aun mayores de aw, el agua añadida disminuye la concentración de catalizadores en consecuencia

Las

curvas

de

reacción

degradación de vitamina B1 y crecimiento, tienen un máximos a valores intermedios o altos de aw. Se ha sugerido que para reacciones donde el agua es un producto

se reduce la oxidación.

de reacción lo siguiente: 1.- Inhibición de la reacción (Principio de LeChatelier).

2.- Cuando la solubilidad, accesibilidad y movilidad son potenciadoras de la velocidad de reacción, por encima

de

incrementa

cierto la

umbral dilución

de Maillard,

el de

agua

adicional

catalizadores

disminuyendo asi la velocidad de la reacción.