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7/21/2019 Actividad_de_agua.pdf

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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




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

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